一种固定化藻处理废水光反应器及其处理方法

技术领域

本发明涉及生物反应设备技术领域，特别是一种固定化藻处理废水光反应器及其处理方法。

背景技术

微藻是一种广泛存在于各种水环境中的光和微生物，具有生长周期短、环境适应性强的特点，它可以应用于脱氮除磷、水质净化、生产油脂、固定碳源等领域，然而，微藻高昂的回收成本限制这些应用的大规模开展，目前我国的城市生活污水、工业污水的处理通过生物处理除去污水中的大量有机、无机污染物，随着环保排放要求的提高，污水处理成本逐年提高，迫切需要开发出高效综合成本较低的处理工艺或设备。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种固定化藻处理废水光反应器及其处理方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种固定化藻处理废水光反应器，包括反应器主体，所述反应器主体顶端设置有一体成型的顶盖，所述反应器主体底端设置有一体成型的底盖，所述反应器主体侧部设置有冷却控制组件，所述顶盖中心设置有废水进液组件，所述底盖中心设置有放料组件，所述反应器主体内底部设置有空气分布组件，所述底盖上设置有与空气分布组件连接的空气过滤组件，所述顶盖上位于废水进液组件一侧设置有排气组件，所述顶盖上位于废水进液组件远离排气组件一侧设置有培养物进入组件，所述反应器主体顶部一侧设置有辅助取样组件。

作为本技术方案的进一步描述，所述反应器主体、所述顶盖、所述底盖均为透明材质，所述顶盖上位于排气组件一侧设置有光源组件，所述顶盖上位于内置光源一侧设置有pH检测组件，所述顶盖上位于pH检测组件远离光源组件一侧设置有溶解氧探测组件。

作为本技术方案的进一步描述，所述光源组件包括设置在顶盖上位于排气组件一侧的内置光源，所述pH检测组件包括设置在顶盖上位于内置光源一侧的pH检测计，所述溶解氧探测组件包括设置在顶盖上位于pH检测装置远离光源组件一侧的溶解氧探测器，所述反应器主体内设置有与内置光源连接的光源护套。

作为本技术方案的进一步描述，所述冷却控制组件包括设置在反应器主体侧部的冷却夹层，所述冷却夹层上设置有冷却液进口管道、冷却液出口管道，所述反应器主体侧部设置有与冷却液进口管道连接的温度传感器及控制组件。

作为本技术方案的进一步描述，所述废水进液组件包括设置在顶盖中心的废水进液管道，所述放料组件包括设置在底盖中心的放料管道，所述放料管道上设置有放料控制阀。

作为本技术方案的进一步描述，所述空气分布组件包括设置在反应器主体内底部的空气分布器，所述空气过滤组件包括设置在底盖上设置有与空气分布组件连接的空气过滤器。

作为本技术方案的进一步描述，所述排气组件包括设置在顶盖上位于废水进液组件一侧的排气管道，所述培养物进入组件包括设置在顶盖上位于废水进液组件远离排气组件一侧的培养物进入管道，所述反应器主体侧部设置有生物传感器装置。

一种固定化藻处理废水光反应器的处理方法，包括以下步骤：

步骤一：培养微藻与制作藻珠；

步骤二：废水培养固定化绿藻和/或蓝藻；

步骤三：排出培养末期液体并提取藻细胞和/或细胞刺激剂。

作为本技术方案的进一步描述，所述步骤一中，将微藻藻株，在含有500mL BG11培养基的圆锥形烧瓶(1L)中分批培养，培养5-10天，20℃离心10-15min，获得指数生长阶段的微藻细胞，微藻残渣洗涤后与4％(w/v)海藻酸钠溶液混合得到海藻酸钠悬液，然后放入氯化钙溶液中，生产均匀的固定化微藻珠，最后，将珠子放在氯化钙溶液中保存12小时以进行硬化；所述步骤二中，所述藻种绿藻为小球藻JK-1、栅藻JK-1，蓝藻为固氮蓝藻念珠藻JK-1，所述废水为微生物发酵废水或城市生活污水；从培养物进入管道向存有灭菌后的污水(COD≤350mg/L,总氮≤50mg/L,总磷≤3mg/L,氨氮≤20mg/L)的反应器中加入上述藻珠，进行为期7-14天的培养，温度范围控制在15-40℃，优选的20-35℃，更优选的28-32℃，在阳光充足时，微藻细胞充分利用户外阳光进行光合作用，高效固定二氧化碳的同时，对废水进行处理，当天气阴霾降雨时打开内置光源提供光照，光照强度10-500μmol/m2/s,优选的20-200μmol/m2/s，更优选的40-80μmol/m2/s。

作为本技术方案的进一步描述，所述步骤三中，从放料管道排出培养末期液体，进行过滤，获得藻珠，然后将其投入到5％的柠檬酸钠溶液中溶解，静置一段时间待其溶解完毕后，对溶液进行离心浓缩、清洗、再离心浓缩(离心条件为3000-5000转/分钟)得到藻泥，藻泥用于制备液体肥料、饲料和生物活性物质的开发利用等。

其有益效果在于，1.本技术方案将微藻球投入到污水中来实现废水中COD﹑总氮﹑总磷﹑氨氮等去除，同时从收获的微藻中提取活性物质，既达到了废水深度处理的要求又获得了生产高附加值产物的经济效益；

2.通过生物固定化技术将自由微藻固定起来，防止微藻随水流失，本技术方案的反应器实现了将微藻与水分离，降低运行费用；

3.本技术方案的培养微藻与制作藻珠，有效地防止了外界杂菌和敌害对所培养的微生物菌的污染，能够有效的提高菌液纯度，内置有效光源结合透明的容器可充分利用自然光源、节约了成本和缩短了培养时间，提高了经济效益；

4.通过空气过滤组件、排气组件、溶解氧探测组件以及空气分布器，能够及时有效地控制反应时间以及保障培养中气液均匀分布，防止菌体受光不均匀、菌体沉底等现象，使菌体充分、均匀受光生长。

附图说明

图1是本发明光反应器的整体结构示意图；

图2是本发明光反应器串联结构示意图。

图中，1、反应器主体；2、顶盖；3、底盖；4、冷却控制组件；5、废水进液组件；6、放料组件；7、空气分布组件；8、空气过滤组件；9、排气组件；10、培养物进入组件；11、辅助取样组件；12、光源组件；13、PH检测组件；14、溶解氧探测组件；15、内置光源；16、pH检测计；17、溶解氧探测器；18、光源护套；19、冷却液进口管道；20、冷却液出口管道；21、温度传感器及控制组件；22、废水进液管道；23、放料管道；24、放料控制阀；25、空气分布器；26、空气过滤器；27、排气管道；28、培养物进入管道；29、冷却夹层；30、生物传感器装置。

具体实施方式

首先说明本发明的设计初衷，目前我国的城市生活污水、工业污水的处理通过生物处理除去污水中的大量有机、无机污染物，随着环保排放要求的提高，污水处理成本逐年提高，因此，本发明设计了一种固定化藻处理废水光反应器及其处理方法。

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1所示，一种固定化藻处理废水光反应器，其特征在于，包括反应器主体1，在所述反应器主体1顶端设置有一体成型的顶盖2，所述反应器主体1底端设置有一体成型的底盖3，所述反应器主体1、所述顶盖2、所述底盖3均为透明材质。

为了便于反应过程中进行冷却控制，所述反应器主体1侧部设置有冷却控制组件4，下面将详细介绍冷却控制组件4，所述冷却控制组件4包括设置在反应器主体1侧部的冷却夹层29，所述冷却夹层29上设置有冷却液进口管道19、冷却液出口管道20，为了便于进行温度控制，在所述反应器主体1侧部设置有与冷却液进口管道19连接的温度传感器及控制组件21。

为了便于废水进入反应器主体1，在所述顶盖2中心设置有废水进液组件5，下面将详细介绍废水进液组件5，所述废水进液组件5包括设置在顶盖2中心的废水进液管道22。

为了便于放料，在所述底盖3中心设置有放料组件6，下面将详细介绍放料组件6，所述放料组件6包括设置在底盖3中心的放料管道23，所述放料管道23上设置有放料控制阀24。

在所述反应器主体1内底部设置有空气分布组件7，下面将详细介绍空气分布组件7，所述空气分布组件7包括设置在反应器主体1内底部的空气分布器25。

为了便于空气过滤，在所述底盖3上设置有与空气分布组件7连接的空气过滤组件8，下面将详细介绍空气过滤组件8，所述空气过滤组件8包括设置在底盖3上设置有与空气分布组件7连接的空气过滤器26。

为了便于将反应器主体1内部的气体排出，在所述顶盖2上位于废水进液组件5一侧设置有排气组件9，下面将详细介绍排气组件9，所述排气组件9包括设置在顶盖2上位于废水进液组件5一侧的排气管道27。

为了便于培养物进入反应器主体1，在所述顶盖2上位于废水进液组件5远离排气组件9一侧设置有培养物进入组件10，下面将详细介绍培养物进入组件10，所述培养物进入组件10包括设置在顶盖2上位于废水进液组件5远离排气组件9一侧的培养物进入管道28。

此外，在所述顶盖2上位于排气组件9一侧设置有光源组件12，下面将详细介绍光源组件12，所述光源组件12包括设置在顶盖2上位于排气组件9一侧的内置光源15，所述反应器主体1内设置有与内置光源15连接的光源护套18。

为了便于对反应器主体1内部进行pH检测，在所述顶盖2上位于内置光源15一侧设置有pH检测组件13，下面将详细介绍pH检测组件13，所述pH检测组件13包括设置在顶盖2上位于内置光源15一侧的pH检测计16。

为了便于对反应器主体1内部进行溶解氧探测，在所述顶盖2上位于PH检测组件13远离光源组件12一侧设置有溶解氧探测组件14，下面将详细介绍溶解氧探测组件14，所述溶解氧探测组件14包括设置在顶盖2上位于pH检测装置远离光源组件12一侧的溶解氧探测器17。

此外，为了便于取样，在所述反应器主体1顶部一侧设置有辅助取样组件11，所述反应器主体1侧部设置有生物传感器装置30。

本技术方案的反应器可以串联使用，如图2所示，若干个反应器顶部通过顶连接管道连接，顶连接管道一端设置有进液泵，顶连接管道上靠近进液泵处设置有进液控制阀，反应器底部的放料控制阀24，通过出液连接管道连接，出液连接管道上设置有出液泵，在出液连接管道上设置有二氧化碳检测组件。

上面详细的说明了本发明的具体结构，下面将说明本发明的工作原理：一种固定化藻处理废水光反应器的处理方法，包括以下步骤：

步骤一：培养微藻与制作藻珠；在所述步骤一中，将微藻藻株，在含有500mL BG11培养基的圆锥形烧瓶(1L)中分批培养，培养5-10天，20℃离心10-15min，获得指数生长阶段的微藻细胞，微藻残渣洗涤后与4％(w/v)海藻酸钠溶液混合得到海藻酸钠悬液，然后放入氯化钙溶液中，生产均匀的固定化微藻珠，最后，将珠子放在氯化钙溶液中保存12小时以进行硬化。

步骤二：废水培养固定化绿藻和/或蓝藻；在所述步骤二中，所述藻种绿藻为小球藻JK-1、栅藻JK-1，蓝藻为固氮蓝藻念珠藻JK-1，所述废水为微生物发酵废水或城市生活污水；从培养物进入管道28向存有灭菌后的污水(COD≤350mg/L,总氮≤50mg/L,总磷≤3mg/L,氨氮≤20mg/L)的反应器中加入上述藻珠，进行为期8天的培养，温度范围控制在15-40℃，优选的20-35℃，更优选的28-32℃，在阳光充足时，微藻细胞充分利用户外阳光进行光合作用，高效固定二氧化碳的同时，对废水进行处理，当天气阴霾降雨时打开内置光源15提供光照，光照强度10-500μmol/m

(见表1)。

步骤三：排出培养末期液体并提取藻细胞和/或细胞刺激剂，在所述步骤三中，从放料管道23排出培养末期液体，进行过滤，获得藻珠，然后将其投入到5％的柠檬酸钠溶液中溶解，静置一段时间待其溶解完毕后，对溶液进行离心浓缩、清洗、再离心浓缩(离心条件为3000-5000转/分钟)得到藻泥，藻泥用于制备液体肥料、饲料和生物活性物质的开发利用等,收获的生物质胞内活性物质含量见表2，小球藻JK-1和栅藻JK-1富含蛋白质，含量均超过50％；固氮蓝藻念珠藻JK-1富含碳水化合物，达到40.5％，蛋白质含量也达到了33.9％。

表1不同微藻种株的生长与废水处理效果

表2采用废水养殖的不同微藻生物质的胞内活性物质含量

本技术方案将微藻球投入到污水中来实现废水中COD﹑总氮﹑总磷﹑氨氮等去除，同时从收获的微藻中提取活性物质，既达到了废水深度处理的要求又获得了生产高附加值产物的经济效益；通过生物固定化技术将自由微藻固定起来，防止微藻随水流失，本技术方案的反应器实现了将微藻与水分离，降低运行费用。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。