内置三维多孔网格载体的污水处理反应器及微藻培养系统的制作方法

文档序号:17937073发布日期:2019-06-15 01:51
内置三维多孔网格载体的污水处理反应器及微藻培养系统的制作方法

本发明涉及微藻生物膜培养及污水处理的集成系统,特别是涉及内置三维多孔网格载体的污水处理反应器及微藻培养系统。



背景技术:

随着人类社会的发展,大规模的工业化、农业化生产及人类生活活动产生的废水、废气的排放,直接威胁着人类居住的生态环境,造成严重的环境污染和气候恶化问题。其中,CO2的排放,据测算,2016年中国的排放量达到10151Mt,占全球排放量的28.1%,居世界第一。大气中过量的CO2会阻碍地球表面红外热辐射返回宇宙空间,从而导致地球表面温度上升,引发全球变暖等环境问题。对于废水的排放,根据不完全统计,我国67个主要湖泊中,80%以上的湖泊受到污染,富营养型湖泊就占到49个。水体富营养化会直接导致水质恶化,水生生物大量死亡,给生态环境带来一系列不良影响。在污水处理的方法中,物理化学法成本较高、对处理水质要求高、会产生二次污染等问题;传统的活性污泥法等生物处理法对营养物质的去除仅有20%-40%,常需将出水再进行深度处理才能达到排放标准。而微藻可以利用污水中的氮、磷等物质作为营养源,以废气中的CO2为碳源,进行光合作用,在积累自身生物质的同时去除污水中的氮、磷,吸收温室气体CO2,不但降低了微藻培养的营养物成本问题,更达到了减排除废的目的。

微藻是一种光合速率高、生物速率快、环境友好的单细胞微生物。成熟微藻的生物质可作为多种高附加值的生物质制品如:叶黄素、虾青素、EPA等,以及作为生物柴油、生物气等的原料,在减排除废的同时,生产利于国计民生的产品,更解决的能源短缺的问题。因此,利用微藻进行污水处理、温室气体吸收的同时积累生物质越来越成为国际社会的研究热潮。目前,微藻处理污水系统主要包括微藻悬浮式处理系统和微藻生物膜式处理系统。微藻悬浮式污水处理系统即是将微藻细胞直接接种入污水中,使微藻在污水中进行悬浮式生长,同时吸收氮、磷等来达到净化污水的目的。然而,当污水中氮磷浓度较高(如农业污水)或悬浮颗粒物较多时(如市政污水),悬浮在其中的微藻细胞不仅会由于培养液透光性不足生长迟滞,更会出现营养物中毒现象,从而对微藻的后续生长产生毒害,不利于污水的持续净化。另一方面,微藻悬浮式污水处理系统中,微藻密度较低,为微藻生物质采收和藻-水分离带来了巨大的困难,大大增加微藻的培养和污水处理的成本。

然而,虽然近年来研究者开始研究水-藻易分离的微藻生物膜式污水处理系统,但是,由于微藻生物膜在载体上的附着牢固性较弱的难题,以及目前系统结构较单一,占地面积大,导致污水处理效率和生物质产量均较低。因此,大力开发微藻新型微藻生物膜污水处理系统,提高微藻生物膜式污水处理系统运行效率和生物质密度产量,降低其建造运行成本,成为生物法污水处理大规模推广应用的重要途径。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题在于提供一种内置三维多孔网格载体的污水处理反应器及微藻培养系统。

为了解决上述技术问题,本发明的第一个技术方案是:内置三维多孔网格载体的污水处理反应器,包括壳体,壳体的顶部和底部分别设置有污水入口和污水出口;其特征在于:所述壳体内沿纵向设置有均流板和三维多层多孔网格载体,所述均流板位于污水入口的下方,三维多层多孔网格载体位于均流板的下方;所述均流板上设置有树状均流通道;所述三维多层多孔网格载体的下方区域为集水区。

本发明将具有树状均流通道的均流板固定在污水处理反应器壳体内的相应区域,处在污水处理区域的前段,使污水通过均流板均匀的流入三维多层多孔网格载体进行污水处理,再流入到集水区,从而使污水处理效率提高。同时三维多层多孔网格载体还作为微藻生物膜附着生长的载体,可充分利用垂直空间。

根据本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理反应器的优选方案,所述三维多层多孔网格载体为具有多层孔隙结构的透明孔板,该透明孔板上设置有规则分布的三维网格。

该结构可充分利用垂直空间,减小系统占地面积,并增加微藻生物膜的附着牢固程度。同时,增大污水与生物膜的接触时间,减小污水中的营养物质在生物膜中的传质阻力,使生长在其上的微藻细胞更好的吸收营养物质,达到提高污水净化效率和微藻生物质量的双重目的。

本发明的第二个技术方案是:一种内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统,该系统包括储水箱和若干个污水处理反应器,其特征在于:所述储水箱通过循环水泵以及污水循环管路前段与所有的污水处理反应器的污水入口连接;所有的污水处理反应器的污水出口均通过污水循环管路后段连接所述储水箱。

所述储水箱内设置有曝气装置;所述曝气装置通过气路与气源连通。

所述污水处理反应器包括壳体,壳体的顶部和底部分别设置污水入口和污水出口;所述壳体内沿纵向设置有均流板和三维多层多孔网格载体,所述均流板位于污水入口的下方,三维多层多孔网格载体位于均流板的下方;所述均流板上设置有树状均流通道;所述三维多层多孔网格载体的下方区域为集水区。

根据本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统的优选方案,所述三维多层多孔网格载体为具有多层孔隙结构的透明孔板,该透明孔板上设置有规则分布的三维网格。

根据本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统的优选方案,该系统还包括pH在线检测及调节装置;所述pH在线检测及调节装置实时检测储水箱内污水的pH值,并通过反馈调节,将污水pH值控制在6-8之间。有利于微藻生物膜生长,同时提高污水处理效率。

本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理反应器及微藻培养系统的有益效果是:本发明将污水处理、CO2减排与微藻生物质培养有机结合,可充分利用垂直空间,减小系统占地面积,并增加微藻生物膜的附着牢固程度;同时使污水均匀的通过网格载体处理区域,增大污水与生物膜的接触时间,减小污水中的营养物质在生物膜中的传质阻力,并使生长在其上的微藻细胞更好的吸收营养物质,达到提高污水净化与废气吸收效率和微藻生物质量的多重目的,可广泛适用于处理农业污水、生活污水、工业污水等多种污水类型。

附图说明

图1是本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统结构示意图。

图2是本发明所述的内置三维多孔网格载体的污水处理反应器的结构示意图。

图3a是所述三维多层多孔网格载体15中网格形状为六面体的结构示意图。

图3b是所述三维多层多孔网格载体15中网格形状为四面体的结构示意图。

附图中:1—气源;2—气体质量流量计;3—气路;4—曝气装置;5—pH在线检测及调节装置;6—污水循环管路前段;7—循环水泵;8—污水处理反应器;9—污水循环管路后段;10—储水箱;11—污水入口;12—壳体;13—均流板;14—树状均流通道;15—三维多层多孔网格载体;16—集水区;17—污水出口。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1:参见图2,内置三维多孔网格载体的污水处理反应器,包括壳体12,壳体12的顶部和底部分别设置有污水入口11和污水出口17;所述壳体12内沿纵向设置有均流板13和三维多层多孔网格载体15,所述均流板13位于污水入口11的下方,三维多层多孔网格载体15位于均流板13的下方;所述均流板13上设置有树状均流通道14;所述三维多层多孔网格载体15的下方区域为集水区16。

所述三维多层多孔网格载体15为具有多层孔隙结构的透明孔板。所述三维多层多孔网格载体是本系统的关键部分,是通过3D打印或其他微加工工艺设计制作,根据系统所需处理的污水类型和所用微生物种类而确定的,是具有一定几何结构的多层多孔的透明网格孔板,是微藻生物膜附着生长的载体也是污水处理的主要场所。网格形状包括规则形状的六面体网格、四面体网格等,也可为不规格结构网格,网格孔隙尺寸以2mm-3mm为宜,三维多层多孔网格载体15的层数为3-5层为宜,可以采用透明光敏树脂、尼龙、塑料或者钛钢等材料制作。所述均流板为具有树状流道的均流板,其宽度与三维多层多孔网格载体15宽度相同,污水处理反应器的壳体12由透光材料制成。

实施例2.参见图1、图2、图3a和图3b,一种内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统,该系统包括储水箱10、pH在线检测及调节装置5和若干个污水处理反应器8,所述储水箱10通过循环水泵7以及污水循环管路前段6与所有的污水处理反应器8的污水入口11连接;所有的污水处理反应器8的污水出口17均通过污水循环管路后段9连接所述储水箱10。

所述储水箱10内均匀分布设置有曝气装置4;所述曝气装置4通过气路3与气源1连通;气路3上设置有气体质量流量计2。一定浓度的CO2通过气路由曝气器鼓入储水箱中,并均匀地溶解在污水中。之后随污水进入到污水处理反应器内作为碳源供微藻光合生长。

所述污水处理反应器8包括壳体12,壳体12的顶部和底部分别设置污水入口11和污水出口17;所述壳体12内沿纵向设置有均流板13和三维多层多孔网格载体15,所述均流板13位于污水入口11的下方,三维多层多孔网格载体15位于均流板13的下方;所述均流板13上设置有树状均流通道14;所述三维多层多孔网格载体15的下方区域为集水区16。

所述三维多层多孔网格载体15为具有多层通孔骨架结构的透明孔板,该透明孔板上设置有若干通孔式网格。

所述pH在线检测及调节装置5实时检测储水箱10内污水的pH值,并通过反馈调节,将污水pH值控制在6-8之间。

实施例3,内置三维多孔网格载体的污水处理及微藻培养系统的应用:

首先在污水处理反应器8内完成微藻生物膜的接种过程。即:将一定浓度的微藻细胞悬浮液通过污水入口11,沿树状均流通道14均匀的流入三维多层多孔网格载体15。悬浮液中的微藻细胞在范德华力、静电力、水合力等作用下,附着在三维多层多孔网格载体15的棱上。由于网格载体具有多孔多层的结构,可以缓冲液体流动的水力剪切力,保护附着在棱上的微藻细胞,从而增加微藻生物膜的附着牢固性和载体上微藻细胞的附着量,使接种时间大大缩短。

之后,将完成接种的污水处理反应器8连接到循环水路上,污水入口11与污水循环管路前段6相连,污水出口17与污水循环管路后段9相连。污水处理反应器8的连接数量可根据处理污水的总量及污水内待处理营养物浓度确定。

在整个系统中,CO2从气源1气瓶中,经由气体质量流量计2的控制,通过气路3到达曝气装置4,为保证气体分布均匀,曝气装置4均匀的布置在储水箱底部,曝气装置表面分布有出气孔,气体以气泡的形式进入到储水箱4中。储水箱4内是待处理的污水,气体溶解在污水内,使污水内不仅有微藻生长所需的N、P等营养物质,也含有光合作用所必须的碳源。之后,污水沿污水循环管路前段6在循环水泵7的作用下,进入到污水处理反应器8内。经由树状均流通道14均匀的流入三维多层多孔网格载体15。由于多层多孔的网格结构,污水在污水处理反应器8中的停留时间增加,为微藻生物膜均匀的附着在网格的各层棱上,当污水均匀的流经各层网格时,污水可与微藻生物膜更好的接触,反应时间充足,提高污水的中营养物质以及溶解碳源的吸收,从而提高系统减排除废的效率。经处理的污水汇集到污水处理反应器8的集水区16内,然后从污水出口17处汇入污水循环管路后段9回到储水箱10内,再进入下一个循环。

由于微藻生物膜生长的最佳pH范围为6-8,当污水pH值过低或过高时,会影响微藻生物膜的生长,从而影响系统的运行效率。因此利用pH在线检测及调节装置5对储水箱10的中心位置进行实时检测污水的pH值,并通过反馈调节,自动用浓度为1M的HCl或NaOH溶液将污水的pH值调节到6-8范围内,使整个系统始终具有较高的减排除废效率,也使微藻生物质的生长速率最佳。

在完成一个污水处理周期(7-10天为宜)后,对三维多层多孔网格载体15上积累的微藻生物质进行直接干燥、抖落采收。收集后的生物质可用于生物柴油的制取及高附加值产品的生产等。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有2条留言
  • 访客 来自[澳大利亚] 2019年06月15日 23:25
    1
  • 访客 来自[澳大利亚] 2019年06月15日 23:25
    精彩留言,会给你点赞!精彩留言,会给你点赞!精彩留言,会给你点赞!
    0
1
日本极品a级片 欧美a级片 欧美阿v在线免播播放 在线阿v视频欧美在99线