CN117003371A - 菌藻生物转盘及低碳高效的废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种菌藻生物转盘及低碳高效的废水处理装置，该菌藻生物转盘包括：支撑盘体；细菌盘，所述细菌盘设置在所述支撑盘体的相对两侧面上；微藻盘，所述微藻盘设置在所述细菌盘上，以将所述细菌盘夹设在所述微藻盘和所述支撑盘体之间。该菌藻生物转盘包含细菌盘和微藻盘，在高效去除污染物的同时可以有效降低废水处理行业的碳排放，此外，由于微藻的产氧作用，对于曝气工艺也有一定优化。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种菌藻生物转盘及低碳高效的废水处理装置。
背景技术
生物转盘是一种生物膜法废水处理技术，开创于20世纪五六十年代，是目前处理污水最有效的手段之一。传统的生物转盘主要由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘浸入或部分浸入充满废水的接触反应槽内，在驱动装置的驱动下，转轴带动转盘一起以一定的线速度不停地转动，转盘交替地与废水和空气接触。经过一段时间的转动后，盘片上将附着一层生物膜。在转入废水中时，生物膜吸附废水中的有机污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，分解有机物，微生物在这一过程中以有机物为营养进行自身繁殖；转盘转出废水时，空气不断地溶解到水膜中去，增加其溶解氧。生物膜交替地与废水和空气接触，变成一个连续的吸氧、吸附、氧化分解过程。虽然生物转盘装置能够很好地解决污水净化问题，但它同时造成了新的环境问题，即二氧化碳大量排放。
随着二氧化碳排放量不断增多，全球气温已经开始上升，并引起了多种环境问题。气温上升加速冻土、冰川的消融和退缩，带来河流流量和湖泊水位的显著变化，造成海平面上升，这些都严重影响水资源的供应和利用。在如今的“双碳”背景下，碳排放问题越来越被重视，如何在保证处理效果的前提下实现水处理系统的碳减排，具有非常大的现实意义。另外，由于有机物的分解和硝化作用都是好氧反应，传统生物转盘在转动为其提供氧气的同时还需要曝气，这会产生一定的能耗，提高运行成本。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提供一种菌藻生物转盘及低碳高效的废水处理装置，该菌藻生物转盘包含细菌盘和微藻盘，在高效去除污染物的同时可以有效降低废水处理行业的碳排放，此外，由于微藻的产氧作用，对于曝气工艺也有一定优化。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种菌藻生物转盘。
该菌藻生物转盘包括：
支撑盘体；
细菌盘，所述细菌盘设置在所述支撑盘体的相对两侧面上；
微藻盘，所述微藻盘设置在所述细菌盘上，以将所述细菌盘夹设在所述微藻盘和所述支撑盘体之间。
进一步的，所述细菌盘为覆盖在所述支撑盘体上的细菌水凝胶膜。
进一步的，所述微藻盘为覆盖在所述细菌盘上的微藻水凝胶膜。
进一步的，所述细菌水凝胶膜、所述微藻水凝胶膜均为3D生物打印技术得到。
进一步的，所述支撑盘体上设有贯穿其相对两侧面的通孔，用于将所述支撑盘体固定在转轴上。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种低碳高效的废水处理装置。
该低碳高效的废水处理装置包括反应池、光照系统以及至少一个上述的菌藻生物转盘；其中，
所述菌藻生物转盘置于所述反应池内，且相对于所述反应池转动；
所述光照系统部分置于所述反应池内，且靠近所述菌藻生物转盘的上半部分设置，使得在转动的过程中所述菌藻生物转盘的上半部分和下半部分处于不同的光照强度环境中。
进一步的，所述菌藻生物转盘设有多个，多个所述菌藻生物转盘通过转轴连接。
进一步的，相邻的两个所述菌藻生物转盘之间存在间距。
进一步的，所述光照系统包括：
聚光装置，用于收集太阳光；
光照装置，包括相连的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤连接所述聚光装置，所述第二光纤伸入所述反应池内部，并靠近所述菌藻生物转盘的上半部分设置，用于为微藻光合作用提供光照。
进一步的，所述光照系统还包括太阳能发电系统，用于为废水处理装置的夜间运行提供能源及光照。
本发明的优势：
1、微藻盘的设置能够实现污染物去除的同时固定二氧化碳，实现了碳减排。
2、微藻盘的设置实现污染物的去除，同时产生氧气，减少了曝气，降低了能耗。
3、微藻盘中的微藻在处理完成后，可回收利用，有一定的经济效益。
4、菌藻生物转盘中菌藻之间的存在互作关系，菌藻系统相对于单独细菌系统和单独藻类系统表现出更高的污染物耐受及去除能力，可以利用该菌藻共生关系高效处理污水，尤其是含高N、P污水、重金属污水、抗生素污水等时，具有一定的优势。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明提供的实施例中低碳高效的废水处理装置的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例中多个菌藻生物转盘与光照系统相配合使用时的纵向截面图；
图3为本发明提供的实施例中光照系统的组成结构示意图。
图中：
1、菌藻生物转盘；101、支撑盘体；102、细菌盘；103、微藻盘；
2、转轴；3、反应池；4、聚光装置；5、光照装置；501、第一光纤；502、第二光纤；6、太阳能发电系统。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
目前常见的生物转盘装置作用机理如下：待处理的污水在转盘的表面流动，一段时间后，转盘表面就会形成一层薄的生物膜。生成的生物膜上繁殖着大量的微生物，它们吸附和降解水中的有机污染物，将有机物污染物分解为二氧化碳、水等无害物质。由于微生物在滤料上大量生长繁殖，导致生物膜的厚度增加，氧气不能完全透入生物膜内部，因此在生物膜中就产生了厌氧和好氧两种反应类型。这就使得生物转盘可以依靠硝化作用(好氧反应)和反硝化作用(厌氧反应)来去除污水中的氮(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)。但是二氧化碳是反硝化作用的产物之一且生物膜分解有机物污染物也会产生大量二氧化碳，这显然与节能减排综合工作方案的总体要求中的“降碳”要求不符。
为此，本发明将微藻引入废水处理系统中来减少碳排放，提供一种新的生物转盘以及废水处理装置。
本发明的菌藻生物转盘中引入微藻，构建一个菌藻共生系统。首先，微藻本身也可实现氮、磷的去除；其次，在此过程中微藻也可以固定二氧化碳，实现了碳减排；此外，微藻还可以产生有机污染物分解和硝化作用需要的氧气，减少了曝气，降低了能耗。
图1示出了本发明实施例中低碳高效的废水处理装置的结构示意图。
图2示出了本发明实施例中多个菌藻生物转盘与光照系统相配合使用时的纵向截面图。
如图1-图2所示，该菌藻生物转盘1包括支撑盘体101、细菌盘102和微藻盘103；其中，细菌盘102设置在支撑盘体101的相对两侧面上；微藻盘103设置在细菌盘102上，以将细菌盘102夹设在微藻盘103和支撑盘体101之间。
在本发明的实施例中，菌藻生物转盘1同时包含细菌盘102和微藻盘103，利用菌藻共生关系可高效处理污水，尤其适用于处理含高N、P污水、重金属污水、抗生素污水等。并且，微藻盘103的设置在实现污染物去除的同时固定二氧化碳，实现碳减排，降低能耗。而且，细菌盘102和微藻盘103在空间上分割开来，一方面能够更加方便为微藻的光合作用提供稳定的光照，另一方面也更加方便微藻的回收利用。
作为本发明的一种实施方式，细菌盘102为覆盖在支撑盘体101上的细菌水凝胶膜。
作为本发明的一种实施方式，细菌盘102可以通过力学锚固的方式与支撑盘体101相连接，如可以在支撑盘体101的边缘或表面上设计凸起或槽口，以实现细菌盘102和支撑盘体101之间的咬合和连接。
作为本发明的一种实施方式，微藻盘103为覆盖在细菌盘102上的微藻水凝胶膜。
作为本发明的一种实施方式，微藻盘103也可以通过力学锚固的方式与细菌盘102一起连接在支撑盘体101上。
当然，微藻盘103还可以通过力学锚固的方式与细菌盘102相连接，如可以在细菌盘102的边缘或表面上设计凸起或槽口，以实现微藻盘103和细菌盘102之间的咬合和连接。
需要说明的是，支撑盘体101、细菌盘102以及微藻盘103之间的连接固定方式可以根据实际需要进行多样式设计，不作具体限定。
鉴于当前现有的生物转盘上的生物膜是自然生长得到的，微生物在滤料上大量生长繁殖，导致生物膜的厚度增加，氧气不能完全透入生物膜内部，由此在生物膜中就产生了厌氧和好氧两种反应类型，从而产生大量二氧化碳。
本发明中的细菌水凝胶膜和微藻水凝胶膜都是利用生物打印技术人工构建得到的，这么做的目的是将细菌水凝胶膜和微藻水凝胶膜在空间上分割开来，一方面能够更加方便为微藻的光合作用提供稳定的光照，另一方面也更加方便微藻的回收利用，由于微藻本身富含单细胞蛋白质、油脂、不饱和脂肪酸、天然色素、维生素及矿物元素，是一种非常好的饲料及生物燃料原料，回收利用价值高。
作为本发明的一种实施方式，细菌水凝胶膜为3D生物打印技术得到。
其中，打印墨水原材料为天然的海藻酸盐和纤维状蛋白，采用的3D生物打印技术为挤压式3D生物打印技术。
作为本发明的一种实施方式，微藻水凝胶膜为3D生物打印技术得到。
其中，打印墨水原材料为具备水凝胶特性的天然多糖、耦合天然纤维状蛋白，采用的3D生物打印技术为挤压式3D生物打印技术。
在本发明的实施例中，天然多糖包括但不限于海藻酸盐，浓度为1～1.5％。
在本发明的实施例中，耦合天然纤维状蛋白包括但不限于丝素蛋白、动物角蛋白，浓度5～15％。
在本发明的实施例中，支撑盘体101上设有贯穿其相对两侧面的通孔(未标识)，用于将支撑盘体101固定在转轴2上。
值得一提的是，支撑盘体101上设置通孔的目的是为了将支撑盘体101固定在转轴2上，从而使得支撑盘体101能够随着转轴2一起转动，所以本发明的实施例中还可以采用在支撑盘体101的相对两侧面上设置凹槽的方式，转轴2与凹槽相连接，以实现支撑盘体101能够随着转轴2一起转动。因此，对于支撑盘体101与转轴2的具体连接方式可以有多种，不作具体限定。
值得一提的是，本发明中的支撑盘体101的可以为实心结构盘，也可以为空心结构盘，还可以为盘状的支撑架，目的是实现对细菌盘102和微藻盘103的有效支撑，因此对支撑盘体101的具体设计结构不作具体限定。
根据本发明的具体实施方式，还提供了一种低碳高效的废水处理装置。
如图1和图3所示，该低碳高效的废水处理装置包括反应池3、光照系统以及至少一个上述的菌藻生物转盘1；其中，
菌藻生物转盘1置于反应池3内，并且菌藻生物转盘1相对于反应池3转动，使得在实际应用过程中，菌藻生物转盘1全部浸没在反应池3内的废水中。
光照系统部分置于反应池3内，并且光照系统靠近菌藻生物转盘1的上半部分设置，使得在转动的过程中菌藻生物转盘1的上半部分和下半部分处于不同的光照强度环境中。
相较于传统生物转盘的转动是为了让气、液、固混合和曝气，本发明中菌藻生物转盘1的转动是为了利用微藻的闪光效应，提高污染物去除效率。
闪光效应是指光照强度相同的情况下，光暗循环条件下对微藻进行培养的光照效率高于连续光照条件下。由于本发明中的光照系统靠近菌藻生物转盘1的上半部分设置，那么在菌藻生物转盘1转动的情况下，微藻就会在一个光暗交替循环的环境中，能够高效去除污染物。
值得一提的是，微藻与大部分细菌不同之处在于微藻是自养生物，微藻发挥作用需要进行光合作用，所以需要光照。
在本发明中，采用光照系统为微藻的光合作用提供光照，并且该光照系统摒弃了常见的利用LED灯提供光照的模式，而选择利用太阳光这种取之不尽用之不竭且绿色环保的资源。
在本发明的实施例中，光照系统包括聚光装置4，聚光装置4的目的是实现太阳光的收集。
作为本发明的一种实施方式，聚光装置4可以包含菲涅尔透镜、太阳光追踪器、光伏电池。
菲涅尔透镜的作用是将相对较大照射区域的太阳光聚集到相当小面积的光纤上，起到真正的聚光作用。
太阳光追踪器用来保证聚光装置4能主动跟随太阳光。
光伏电池用于为太阳光追踪器提供电力。
在本发明的实施例中，光照系统还包括光照装置5，该光照装置5的目的是将聚光装置4收集到的太阳光传输至反应池3内部，为微藻光合作用提供光照。
作为本发明的一种实施方式，光照装置5包括相连的第一光纤501和第二光纤502，第一光纤501连接聚光装置4，第二光纤502伸入反应池3内部，并靠近菌藻生物转盘1的上半部分设置，用于为微藻光合作用提供光照。
在传输过程中，为了减少太阳光的衰减，第一光纤501可以采用端面发光光纤，具体可以是两端发光光纤，作为太阳光的传输工具；第二光纤502可以采用侧面发光光纤，伸入反应池3内部，为微藻提供光照。
值得一提的是，在实际使用中，可以综合考虑光纤的布置、光衰减及菲涅尔透镜的大小等因素，为微藻提供合适的光照强度。
在本发明的实施例中，光照系统还包括太阳能发电系统6，该太阳能发电系统6用于为废水处理装置的夜间运行提供能源及光照。
为保证夜间无太阳光的情况下，该废水处理装置仍可正常运行，设置该太阳能发电系统6。其中，该太阳能发电系统6可以包含太阳能发电装置以及与其配合的LED灯，该LED灯可以提供光照，然后通过光纤传输，确保该废水处理装置在夜间也能够正常运行。
继续参考图2所示，菌藻生物转盘1设有多个，多个菌藻生物转盘1通过转轴2连接，使得多个菌藻生物转盘1可以联合使用。
在本发明的实施例中，相邻的两个菌藻生物转盘1之间存在间距，以确保每个菌藻生物转盘1都能有效发挥作用。
在本发明的实施例中，间距设置的目的是为了向菌藻生物转盘1提供合适的光照强度，但菌藻生物转盘1能够接受到的光照强度不仅与该间距有关，还与实际光照系统能够提供的光照强度密切相关。因此，在实际运行中间距的大小需要根据具体情况进行确定。
需要说明的是，对于菌藻生物转盘1的设置数量，以及多个菌藻生物转盘1之间的具体设置位置及连接关系等均可以根据实际需要进行调整，不作具体限定。
在本发明的实施例中，反应池3可以为常规的长方体池，对于反应池3的具体结构不作具体限定。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列部件不必限于清楚地列出的那些部件，而是可包括没有清楚地列出的或对于部件固有的其它部件。
在本发明中，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或者组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或者位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或者连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明中涉及的“第一”、“第二”等的描述，该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种菌藻生物转盘，其特征在于，包括：
支撑盘体；
细菌盘，所述细菌盘设置在所述支撑盘体的相对两侧面上；
微藻盘，所述微藻盘设置在所述细菌盘上，以将所述细菌盘夹设在所述微藻盘和所述支撑盘体之间。
2.如权利要求1所述的菌藻生物转盘，其特征在于，所述细菌盘为覆盖在所述支撑盘体上的细菌水凝胶膜。
3.如权利要求1所述的菌藻生物转盘，其特征在于，所述微藻盘为覆盖在所述细菌盘上的微藻水凝胶膜。
4.如权利要求1所述的菌藻生物转盘，其特征在于，所述细菌水凝胶膜、所述微藻水凝胶膜均为3D生物打印技术得到。
5.如权利要求1所述的菌藻生物转盘，其特征在于，所述支撑盘体上设有贯穿其相对两侧面的通孔，用于将所述支撑盘体固定在转轴上。
6.一种低碳高效的废水处理装置，其特征在于，包括反应池、光照系统以及至少一个权利要求1-5任一项所述的菌藻生物转盘；其中，
所述菌藻生物转盘置于所述反应池内，且相对于所述反应池转动；
所述光照系统部分置于所述反应池内，且靠近所述菌藻生物转盘的上半部分设置，使得在转动的过程中所述菌藻生物转盘的上半部分和下半部分处于不同的光照强度环境中。
7.如权利要求6所述的低碳高效的废水处理装置，其特征在于，所述菌藻生物转盘设有多个，多个所述菌藻生物转盘通过转轴连接。
8.如权利要求7所述的低碳高效的废水处理装置，其特征在于，相邻的两个所述菌藻生物转盘之间存在间距。
9.如权利要求6所述的低碳高效的废水处理装置，其特征在于，所述光照系统包括：
聚光装置，用于收集太阳光；
光照装置，包括相连的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤连接所述聚光装置，所述第二光纤伸入所述反应池内部，并靠近所述菌藻生物转盘的上半部分设置，用于为微藻光合作用提供光照。
10.如权利要求9所述的低碳高效的废水处理装置，其特征在于，所述光照系统还包括太阳能发电系统，用于为废水处理装置的夜间运行提供能源及光照。
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2023
- 2023-07-31 CN CN202310954048.5A patent/CN117003371A/zh active Pending
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