CN205294969U - 一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于废水处理领域，提供一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统，包括多用途曝气单元、微藻培养单元和微藻过滤单元；多用途曝气单元包括气体混合室与微纳米气泡机，气体混合室连接于微纳米气泡机；微藻培养单元包括微藻光生物反应器与中空纤维滤膜。本实用新型集废水预处理、混合气体曝气、培养液消毒、生物量生产、回收以及水资源循环利用等多功能于一体，不仅实现了微藻对碳源的高效利用，还降低了废水中污染物含量，实现了污水中营养物质的回收；另外，微藻过滤系统不仅能够实现藻体的截留与回收，还能产生大量的净化水用于废水预处理，实现了水资源的节约与循环利用。

Description

一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统

技术领域

本实用新型属于废水处理领域，具体涉及一种利用微生物进行废水处理的设备。

背景技术

畜禽沼液是养殖场粪污经厌氧发酵后的残留液，属于高浓度的有机废水，其中含有铵盐、钾盐、磷酸盐等可溶性物质。沼液中的N、P、K等营养元素及Mg、S、Si、Na、Fe、Zn、Cu、Mg等微量元素。使得沼液可做为有机肥料施放在土地中以创造更多的经济价值。在国外产出的沼液通常通过所配套的土地进行消纳，但由于国内过多过为集中的沼液产出，使得沼气生产商没有足够的土地来进行消纳。大量的沼液若不经过处置，不仅是资源的浪费，也会对土壤、水体等环境造成巨大的压力。

现今，利用膜滤系统处理沼液已经得到了很多关注和应用，沼液经膜滤浓缩，形成浓缩液和清液。其中浓缩液经处理后可生产水溶肥，而大量畜禽粪便发酵沼液的清液成为废液，这部分废液尚没有有效的处置方法。

微藻作为光合自养型生物一直以来以其高的光合效率、较快的繁殖速度受到广泛关注。在微藻的生长过程中，依赖其较高的光合效率，吸收空气中的CO₂，将其作为合成自身细胞物质的碳源，达到固定空气中CO₂的目的。有些微藻还能够利用水中的有机碳源进行兼性生长，同时吸收水体有的含N、P化合物，从而实现了水体中的有机物的降解。微藻在其光合作用过程中会产生很多具有高附加值的代谢产物，如色素、不饱和脂肪酸、蛋白质、维生素、多糖、生长因子等。这些产物使得微藻在很多方面都具有很高的利用价值。

因此，提出一种能利用水溶肥生产的废液来培养微藻的系统有较高的实用价值。

实用新型内容

针对本领域的不足之处，本实用新型的目的是提出一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统。

实现本实用新型目的技术方案为：

一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统，包括多用途曝气单元、微藻培养单元和微藻过滤单元；

所述多用途曝气单元包括气体混合室、微纳米气泡机，所述气体混合室的气体入口连接有CO₂气体管路、空气管路、臭氧管路，所述气体混合室连接于所述微纳米气泡机，所述微纳米气泡机底部设置畜禽粪便水溶肥生产废水的进水口，微纳米气泡机连接所述微藻培养单元；

所述微藻培养单元包括连接于所述微纳米气泡机的微藻光生物反应器，所述微藻光生物反应器内放置有微藻过滤单元，所述微藻过滤单元为外压式中空纤维膜组件，所述外压式中空纤维膜组件的出水口位于微藻光生物反应器底部，外压式中空纤维膜组件的出水口通过管道连接微纳米气泡机。

优选地，所述CO₂气体管路、空气管路、臭氧管路上均设置有流量计。

其中，所述气体混合室通过CO₂气体管路连接有CO₂气瓶，通过空气管路连接空气压缩机、通过臭氧管路连接臭氧发生器。

其中，所述微藻光生物反应器上设置有pH自动控制器，微藻光生物反应器顶部开有出气口。

其中，所述外压式中空纤维膜组件的主体浸没在光生物反应器内。

其中，所述微藻光生物反应器外部设置有LED灯。

其中，所述微藻光生物反应器为有机玻璃材质；微藻光生物反应器距离底部1/50～1/10高度处设置藻液出口。

进一步地，所述微藻光生物反应器顶部设置有反冲洗水进口。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提提供了一种高效，便捷，具有多种用途的微藻废水培养系统。该系统集CO₂曝气、培养液消毒、废水预处理、高价值生物量生产以及废水循环利用等功能于一身。其中，通过微纳米气泡机的剪切作用，可以将微藻培养需要的碳源包含在微米、纳米级气泡中，提高微藻对其吸收利用效率；该系统还可利用微米、纳米级别的含臭氧气体对培养液进行杀毒，减弱了微藻培养过程中受细菌感染的机率，可以获得更高的微藻产量。通过在光生物反应器内设置膜组件，实现了微藻的收集与净化水的生产，使得产生的净化水回用于稀释废水至微藻适宜生长的范围内，从而达到了废水预处理的效果，节约了水资源。另外，本系统依靠微藻的光合自养生长，可以去除废水中剩余的N、P元素，使畜禽粪便水溶肥生产废水中的营养元素得到回收利用。产出的微藻含有多种高附加值产物，如色素、不饱和脂肪酸、蛋白质、维生素、多糖、生长因子等，可以作为医药、化工等领域产品的原料之用，具有较高的经济价值。

附图说明

图1为畜禽粪便水溶肥生产废水设备结构简图。图中，编号和部件名称对应关系为：

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1，一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统，包括多用途曝气单元、微藻培养单元和微藻过滤单元；

所述多用途曝气单元包括气体混合室7、微纳米气泡机8、气体混合室7的气体入口连接有CO₂气体管路、空气管路、臭氧管路，CO₂气体管路上设置CO₂气体流量计4，空气管路上设置空气气体流量计5，臭氧管路上设置臭氧流量计6，其中CO₂气体管路连接有CO₂气瓶1，空气管路连接空气压缩机2，臭氧管路连接臭氧发生器3。

所述气体混合室连接于所述微纳米气泡机，所述微纳米气泡机中设有电机及水泵，并与配套的剪切式曝气头相连(型号为TL-HP50-A，北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司)。曝气头通过高速剪切通过的水流产生微米、纳米级别的气泡，达到补碳与消毒的作用。在微纳米气泡机8的底部为废水进口9，设置在距微纳米气泡机底部10cm的位置。废水从废水进口9进入之后，打开臭氧发生器，再开启微纳米气泡机8，将曝入的臭氧气体打成微纳米级别，对废水进行消毒；待消毒完毕之后，关闭臭氧发生器，开启CO₂与空气的混合气路，混合气体在废水中通过微纳米气泡机被打成微纳米级别的气泡分散在废水中，然后再将含有微纳米气泡的废水通过出水阀门14、第一隔膜泵15和废水与藻液进口18泵入到微藻培养单元中。

微藻培养单元包括微藻光生物反应器16，该微藻光生物反应器为有机玻璃材质的圆柱形反应器，其内放置有外压式中空纤维膜组件17，膜组件的主体(膜丝)浸没在微藻与废水混合液中。中空纤维膜组件出水口20位于微藻光生物反应器16底部，外压式中空纤维管出水口20通过管道、第二隔膜泵23、进水阀门10连接微纳米气泡机8。微藻光生物反应器16上设置有pH自动控制器12，顶部开有出气口13。

微藻光生物反应器为圆柱形，有机玻璃制，高100cm，直径50cm。微藻光生物反应器的藻液出口19设置在距底部2～3cm处，出口直径为2cm，顶部设置有藻液进口18。外压式中空纤维膜17的总长120cm，直径为10～15cm。

微藻光生物反应器外设置有LED光源。微藻光生物反应器顶部设置有反冲洗水进口11。

本实施例系统的运行包括步骤：

1)曝气单元运行时，首先将微纳米气泡机8中泵入废水，第一次进行废水处理时，可以采用加入自来水的方式稀释废水，使得废水浓度达到微藻适宜生长的范围之内，然后打开臭氧发生器3，利用微纳米气泡机的剪切作用将臭氧通入废水中进行消菌杀毒。当消毒完毕之后，使用气体混合器将CO₂气体与空气混合后通入微纳米气泡机8内，将混合气与废水进行充分混合，并将气体转化为微纳米气泡分散在废水中。

2)微藻培养单元运行时，使用第一隔膜泵15将步骤1)处理好的废水泵入微藻光生物培养器16中，打开LED光源21进行微藻的第一阶段培养。待微藻生长至对数期，启动微藻过滤单元。

3)微藻过滤单元的运为：打开进水阀门10与第二隔膜泵23，将光生物反应器中的藻与废水的混合液经过中空纤维膜组件过滤，微藻被截留在膜组件表面，净化水通过膜组件进入出水口20、第二隔膜泵23，流入微纳米气泡机8中。净化水作为再次稀释废水之用。之后再次利用微纳米气泡机对打入的清水与废水的混合液进行消毒与曝气，补充二氧化碳气体，此时的培养液氮含量较低，碳含量较高，较高的C:N有利于微藻细胞的高价值营养物β-胡萝卜素的积累。将第二次处理后的培养液经第一隔膜泵15及废水与藻液进口18泵入微藻光生物反应器16中，并提高LED光源的亮度，进行微藻的第二阶段培养。

4)微藻第二阶段培养结束后，再次利用第二隔膜泵23及中空纤维膜过滤废水与藻的混合液，之后向由反冲洗入水口11通往少量水进行反冲洗，将截留在膜上的微藻细胞洗下，并由藻液出口19、阀门22流出进行藻体收获。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用微藻处理畜禽粪便水溶肥生产废水的系统，其特征在于，包括多用途曝气单元、微藻培养单元和微藻过滤单元；

所述多用途曝气单元包括气体混合室、微纳米气泡机，所述气体混合室的气体入口连接有CO₂气体管路、空气管路、臭氧管路，所述气体混合室连接于所述微纳米气泡机，所述微纳米气泡机底部设置畜禽粪便水溶肥生产废水的进水口，微纳米气泡机连接所述微藻培养单元；

所述微藻培养单元包括连接于所述微纳米气泡机的微藻光生物反应器，所述微藻光生物反应器内放置有微藻过滤单元，所述微藻过滤单元为外压式中空纤维膜组件，所述外压式中空纤维膜组件的出水口位于微藻光生物反应器底部，外压式中空纤维膜组件的出水口通过管道连接微纳米气泡机。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CO₂气体管路、空气管路、臭氧管路上均设置有流量计。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体混合室通过CO₂气体管路连接有CO₂气瓶，通过空气管路连接空气压缩机、通过臭氧管路连接臭氧发生器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微藻光生物反应器上设置有pH自动控制器，微藻光生物反应器顶部开有出气口。

5.根据权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，所述微藻光生物反应器外部设置有LED灯。

6.根据权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，所述微藻光生物反应器为有机玻璃材质；微藻光生物反应器距离底部1/50～1/10高度处设置藻液出口。

7.根据权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，所述微藻光生物反应器顶部设置有反冲洗水进口。