內置三維多孔網格載體的污水處理反應器及微藻培養系統的制作方法

文檔序號:17937073發布日期:2019-06-15 01:51
內置三維多孔網格載體的污水處理反應器及微藻培養系統的制作方法

本發明涉及微藻生物膜培養及污水處理的集成系統,特別是涉及內置三維多孔網格載體的污水處理反應器及微藻培養系統。



背景技術:

隨著人類社會的發展,大規模的工業化、農業化生產及人類生活活動產生的廢水、廢氣的排放,直接威脅著人類居住的生態環境,造成嚴重的環境污染和氣候惡化問題。其中,CO2的排放,據測算,2016年中國的排放量達到10151Mt,占全球排放量的28.1%,居世界第一。大氣中過量的CO2會阻礙地球表面紅外熱輻射返回宇宙空間,從而導致地球表面溫度上升,引發全球變暖等環境問題。對于廢水的排放,根據不完全統計,我國67個主要湖泊中,80%以上的湖泊受到污染,富營養型湖泊就占到49個。水體富營養化會直接導致水質惡化,水生生物大量死亡,給生態環境帶來一系列不良影響。在污水處理的方法中,物理化學法成本較高、對處理水質要求高、會產生二次污染等問題;傳統的活性污泥法等生物處理法對營養物質的去除僅有20%-40%,常需將出水再進行深度處理才能達到排放標準。而微藻可以利用污水中的氮、磷等物質作為營養源,以廢氣中的CO2為碳源,進行光合作用,在積累自身生物質的同時去除污水中的氮、磷,吸收溫室氣體CO2,不但降低了微藻培養的營養物成本問題,更達到了減排除廢的目的。

微藻是一種光合速率高、生物速率快、環境友好的單細胞微生物。成熟微藻的生物質可作為多種高附加值的生物質制品如:葉黃素、蝦青素、EPA等,以及作為生物柴油、生物氣等的原料,在減排除廢的同時,生產利于國計民生的產品,更解決的能源短缺的問題。因此,利用微藻進行污水處理、溫室氣體吸收的同時積累生物質越來越成為國際社會的研究熱潮。目前,微藻處理污水系統主要包括微藻懸浮式處理系統和微藻生物膜式處理系統。微藻懸浮式污水處理系統即是將微藻細胞直接接種入污水中,使微藻在污水中進行懸浮式生長,同時吸收氮、磷等來達到凈化污水的目的。然而,當污水中氮磷濃度較高(如農業污水)或懸浮顆粒物較多時(如市政污水),懸浮在其中的微藻細胞不僅會由于培養液透光性不足生長遲滯,更會出現營養物中毒現象,從而對微藻的后續生長產生毒害,不利于污水的持續凈化。另一方面,微藻懸浮式污水處理系統中,微藻密度較低,為微藻生物質采收和藻-水分離帶來了巨大的困難,大大增加微藻的培養和污水處理的成本。

然而,雖然近年來研究者開始研究水-藻易分離的微藻生物膜式污水處理系統,但是,由于微藻生物膜在載體上的附著牢固性較弱的難題,以及目前系統結構較單一,占地面積大,導致污水處理效率和生物質產量均較低。因此,大力開發微藻新型微藻生物膜污水處理系統,提高微藻生物膜式污水處理系統運行效率和生物質密度產量,降低其建造運行成本,成為生物法污水處理大規模推廣應用的重要途徑。



技術實現要素:

本發明所要解決的技術問題在于提供一種內置三維多孔網格載體的污水處理反應器及微藻培養系統。

為了解決上述技術問題,本發明的第一個技術方案是:內置三維多孔網格載體的污水處理反應器,包括殼體,殼體的頂部和底部分別設置有污水入口和污水出口;其特征在于:所述殼體內沿縱向設置有均流板和三維多層多孔網格載體,所述均流板位于污水入口的下方,三維多層多孔網格載體位于均流板的下方;所述均流板上設置有樹狀均流通道;所述三維多層多孔網格載體的下方區域為集水區。

本發明將具有樹狀均流通道的均流板固定在污水處理反應器殼體內的相應區域,處在污水處理區域的前段,使污水通過均流板均勻的流入三維多層多孔網格載體進行污水處理,再流入到集水區,從而使污水處理效率提高。同時三維多層多孔網格載體還作為微藻生物膜附著生長的載體,可充分利用垂直空間。

根據本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理反應器的優選方案,所述三維多層多孔網格載體為具有多層孔隙結構的透明孔板,該透明孔板上設置有規則分布的三維網格。

該結構可充分利用垂直空間,減小系統占地面積,并增加微藻生物膜的附著牢固程度。同時,增大污水與生物膜的接觸時間,減小污水中的營養物質在生物膜中的傳質阻力,使生長在其上的微藻細胞更好的吸收營養物質,達到提高污水凈化效率和微藻生物質量的雙重目的。

本發明的第二個技術方案是:一種內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統,該系統包括儲水箱和若干個污水處理反應器,其特征在于:所述儲水箱通過循環水泵以及污水循環管路前段與所有的污水處理反應器的污水入口連接;所有的污水處理反應器的污水出口均通過污水循環管路后段連接所述儲水箱。

所述儲水箱內設置有曝氣裝置;所述曝氣裝置通過氣路與氣源連通。

所述污水處理反應器包括殼體,殼體的頂部和底部分別設置污水入口和污水出口;所述殼體內沿縱向設置有均流板和三維多層多孔網格載體,所述均流板位于污水入口的下方,三維多層多孔網格載體位于均流板的下方;所述均流板上設置有樹狀均流通道;所述三維多層多孔網格載體的下方區域為集水區。

根據本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統的優選方案,所述三維多層多孔網格載體為具有多層孔隙結構的透明孔板,該透明孔板上設置有規則分布的三維網格。

根據本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統的優選方案,該系統還包括pH在線檢測及調節裝置;所述pH在線檢測及調節裝置實時檢測儲水箱內污水的pH值,并通過反饋調節,將污水pH值控制在6-8之間。有利于微藻生物膜生長,同時提高污水處理效率。

本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理反應器及微藻培養系統的有益效果是:本發明將污水處理、CO2減排與微藻生物質培養有機結合,可充分利用垂直空間,減小系統占地面積,并增加微藻生物膜的附著牢固程度;同時使污水均勻的通過網格載體處理區域,增大污水與生物膜的接觸時間,減小污水中的營養物質在生物膜中的傳質阻力,并使生長在其上的微藻細胞更好的吸收營養物質,達到提高污水凈化與廢氣吸收效率和微藻生物質量的多重目的,可廣泛適用于處理農業污水、生活污水、工業污水等多種污水類型。

附圖說明

圖1是本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統結構示意圖。

圖2是本發明所述的內置三維多孔網格載體的污水處理反應器的結構示意圖。

圖3a是所述三維多層多孔網格載體15中網格形狀為六面體的結構示意圖。

圖3b是所述三維多層多孔網格載體15中網格形狀為四面體的結構示意圖。

附圖中:1—氣源;2—氣體質量流量計;3—氣路;4—曝氣裝置;5—pH在線檢測及調節裝置;6—污水循環管路前段;7—循環水泵;8—污水處理反應器;9—污水循環管路后段;10—儲水箱;11—污水入口;12—殼體;13—均流板;14—樹狀均流通道;15—三維多層多孔網格載體;16—集水區;17—污水出口。

具體實施方式

下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例,凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。

實施例1:參見圖2,內置三維多孔網格載體的污水處理反應器,包括殼體12,殼體12的頂部和底部分別設置有污水入口11和污水出口17;所述殼體12內沿縱向設置有均流板13和三維多層多孔網格載體15,所述均流板13位于污水入口11的下方,三維多層多孔網格載體15位于均流板13的下方;所述均流板13上設置有樹狀均流通道14;所述三維多層多孔網格載體15的下方區域為集水區16。

所述三維多層多孔網格載體15為具有多層孔隙結構的透明孔板。所述三維多層多孔網格載體是本系統的關鍵部分,是通過3D打印或其他微加工工藝設計制作,根據系統所需處理的污水類型和所用微生物種類而確定的,是具有一定幾何結構的多層多孔的透明網格孔板,是微藻生物膜附著生長的載體也是污水處理的主要場所。網格形狀包括規則形狀的六面體網格、四面體網格等,也可為不規格結構網格,網格孔隙尺寸以2mm-3mm為宜,三維多層多孔網格載體15的層數為3-5層為宜,可以采用透明光敏樹脂、尼龍、塑料或者鈦鋼等材料制作。所述均流板為具有樹狀流道的均流板,其寬度與三維多層多孔網格載體15寬度相同,污水處理反應器的殼體12由透光材料制成。

實施例2.參見圖1、圖2、圖3a和圖3b,一種內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統,該系統包括儲水箱10、pH在線檢測及調節裝置5和若干個污水處理反應器8,所述儲水箱10通過循環水泵7以及污水循環管路前段6與所有的污水處理反應器8的污水入口11連接;所有的污水處理反應器8的污水出口17均通過污水循環管路后段9連接所述儲水箱10。

所述儲水箱10內均勻分布設置有曝氣裝置4;所述曝氣裝置4通過氣路3與氣源1連通;氣路3上設置有氣體質量流量計2。一定濃度的CO2通過氣路由曝氣器鼓入儲水箱中,并均勻地溶解在污水中。之后隨污水進入到污水處理反應器內作為碳源供微藻光合生長。

所述污水處理反應器8包括殼體12,殼體12的頂部和底部分別設置污水入口11和污水出口17;所述殼體12內沿縱向設置有均流板13和三維多層多孔網格載體15,所述均流板13位于污水入口11的下方,三維多層多孔網格載體15位于均流板13的下方;所述均流板13上設置有樹狀均流通道14;所述三維多層多孔網格載體15的下方區域為集水區16。

所述三維多層多孔網格載體15為具有多層通孔骨架結構的透明孔板,該透明孔板上設置有若干通孔式網格。

所述pH在線檢測及調節裝置5實時檢測儲水箱10內污水的pH值,并通過反饋調節,將污水pH值控制在6-8之間。

實施例3,內置三維多孔網格載體的污水處理及微藻培養系統的應用:

首先在污水處理反應器8內完成微藻生物膜的接種過程。即:將一定濃度的微藻細胞懸浮液通過污水入口11,沿樹狀均流通道14均勻的流入三維多層多孔網格載體15。懸浮液中的微藻細胞在范德華力、靜電力、水合力等作用下,附著在三維多層多孔網格載體15的棱上。由于網格載體具有多孔多層的結構,可以緩沖液體流動的水力剪切力,保護附著在棱上的微藻細胞,從而增加微藻生物膜的附著牢固性和載體上微藻細胞的附著量,使接種時間大大縮短。

之后,將完成接種的污水處理反應器8連接到循環水路上,污水入口11與污水循環管路前段6相連,污水出口17與污水循環管路后段9相連。污水處理反應器8的連接數量可根據處理污水的總量及污水內待處理營養物濃度確定。

在整個系統中,CO2從氣源1氣瓶中,經由氣體質量流量計2的控制,通過氣路3到達曝氣裝置4,為保證氣體分布均勻,曝氣裝置4均勻的布置在儲水箱底部,曝氣裝置表面分布有出氣孔,氣體以氣泡的形式進入到儲水箱4中。儲水箱4內是待處理的污水,氣體溶解在污水內,使污水內不僅有微藻生長所需的N、P等營養物質,也含有光合作用所必須的碳源。之后,污水沿污水循環管路前段6在循環水泵7的作用下,進入到污水處理反應器8內。經由樹狀均流通道14均勻的流入三維多層多孔網格載體15。由于多層多孔的網格結構,污水在污水處理反應器8中的停留時間增加,為微藻生物膜均勻的附著在網格的各層棱上,當污水均勻的流經各層網格時,污水可與微藻生物膜更好的接觸,反應時間充足,提高污水的中營養物質以及溶解碳源的吸收,從而提高系統減排除廢的效率。經處理的污水匯集到污水處理反應器8的集水區16內,然后從污水出口17處匯入污水循環管路后段9回到儲水箱10內,再進入下一個循環。

由于微藻生物膜生長的最佳pH范圍為6-8,當污水pH值過低或過高時,會影響微藻生物膜的生長,從而影響系統的運行效率。因此利用pH在線檢測及調節裝置5對儲水箱10的中心位置進行實時檢測污水的pH值,并通過反饋調節,自動用濃度為1M的HCl或NaOH溶液將污水的pH值調節到6-8范圍內,使整個系統始終具有較高的減排除廢效率,也使微藻生物質的生長速率最佳。

在完成一個污水處理周期(7-10天為宜)后,對三維多層多孔網格載體15上積累的微藻生物質進行直接干燥、抖落采收。收集后的生物質可用于生物柴油的制取及高附加值產品的生產等。

以上所述僅為本發明的優選實施例,并不用于限制本發明,盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明,對于本領域的技術人員依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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  • 訪客 來自[澳大利亞] 2019年06月15日 23:25
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  • 訪客 來自[澳大利亞] 2019年06月15日 23:25
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