一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器和污水处理方法

技术领域

本发明涉及废弃资源处理技术领域，具体涉及一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器和污水处理方法。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高和工业农业的迅速发展，污水的排放量不断增加，污水处理的不及时和不彻底导致环境污染问题日益严重，生态环境受到了巨大的破坏。污水中氨氮、COD等污染物远远高于国家排放标准(GB18596-2001)。而传统处理污水的方法又存在成本高、能耗高、工艺复杂、处理效果差等弊端，如何高效清洁的处理废水成为了人们重点关注的问题。

微藻是一种高光合效率的自养的单细胞微生物，生长速度快，生长周期短，能够高效的吸收和转化污水中的氨氮、COD、磷等营养物质，在短时间内完成废水的处理，使污水达到排放标准。微藻处理废水不需要添加化学物质，不会产生二次污染，对环境友好，同时微藻生长过程中需要吸收大量的二氧化碳，有助于减少温室气体排放。微藻的生物质也可以用作饲料、燃料、化学品等生产的原料，具有很好的经济价值，因此利用微藻净化废水是一种低成本手段。

生物膜是微藻养殖的一种方式，利用微藻细胞与载体基质间存在相互约束使得藻细胞固定于载体基质表面生长，微藻分泌的胞外聚合物能促进微藻与废水的细菌在载体表面附着，形成团体效应，抵抗废水复杂组分的极端环境，对有毒物质侵害有缓冲的作用。在废水处理中，采用微藻在载体基质上的生物膜培养方式，形成微藻生物膜颗粒，进一步在光生物反应器内受到气液作用力与重力平衡，进而在反应器内部形成悬浮微藻生物膜颗粒；

目前部分微藻生物膜颗粒反应器，采用光直接照射到悬浮微藻生物膜颗粒上，生物量密度大，能够突破光传输限制，光传输效率高，光合作用增强，同时废水里面营养物质和CO

目前一些光生物反应器考虑到了光传输的问题。如：薄层光生物反应器主要是利用薄层的特点，在同体积废水处理下，与其他柱状反应器相比减少了废水暗区的部分，增大藻液与光的接触面积，使藻液更大程度的进行光合作用。薄层光生物反应器通常由一个透明的平板反应器和光源组成，将其应用于存在一定浊度的污水处理，在同样的废水处理量下，相比柱状反应器它消耗的材料更多，不具有经济优势，而且壁面污染不易进行清洗，后期甚至由于壁面的污染，导致光合速率下降，难以大规模应用；而喷淋式光生物反应器可以使污水中微藻充分地接触光源，但微藻容易受到环境因素的影响，需要对环境严格控制，生物膜容易被污染，而且反应器体积小，同样存在处理废水的规模小和建设成本较高的劣势；此外，管式光生物反应器可以实现高密度的微藻培养，从而提高光合作用速率，但由于反应器管道的限制，管式光生物反应器中存在光照不够均匀、容易氧中毒、维护难度大、设备成本高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器和污水处理方法，能提高对污水处理的效率，同时减少有浊度污水处理成本。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器，包括：

壳体，用于存放污水，所述污水中的固定颗粒能吸附加入至所述壳体的中的微藻细胞形成微藻生物膜颗粒，所述壳体底部侧面设置有出液管，所述壳体的上部设置有进液管和排气口；

至少一个光源，布置于所述壳体的腔体内，多个所述光源间隔设置，所述光源用于为所述悬浮微藻生物膜颗粒提供光照并提供热量；

灯套，每个所述光源外套设有所述灯套，且所述灯套将所述光源密封，所述灯套能透光；及

曝气器，设置在所述壳体的底部，用于对所述壳体内的污水曝气。

进一步地，还包括固定装置，用于固定所述灯套。

进一步地，所述壳体上设置有取样口。

进一步地，多个所述光源在所述壳体内呈矩阵或环形整理布置。

进一步地，所述微藻生物膜颗粒在自重、水流和气流的作用下呈悬浮状态。

一种污水处理方法，采用上述的浮微藻生物膜颗粒反应器，该处理方法包括以下步骤：

在壳体的进液口加入有浊度的污水和微藻细胞，污水中的固定颗粒能吸附微藻细胞形成微藻生物膜颗粒；

开启光源并调节光源的光照强度和发热量；

通过曝气器通入CO2气体进行向上曝气，并使微藻生物膜颗粒在壳体内呈悬浮状；

开始微藻生物膜颗粒的培养和污水处理；

污水流出。

进一步地，所述进液管与出液管大小由实际废水处理所需的水力停留时间和液体流量确定。

进一步地，所述光源的数量根据废水的实际浊度情况确定。

进一步地，所述光源的间距根据不同光衰减情况确定。

进一步地，本污水处理方法采用序批式培养方式或连续培养方式。

本发明的有益效果：

上述悬浮微藻生物膜颗粒反应器和污水处理方法，在进行废水处理时，采用废水中自然界中自然存在固定颗粒如多孔结构和粘性分泌物的废弃物作为载体基质，吸附微藻细胞形成生物膜颗粒，不需要额外的增加人工生产载体基质，可大大的节约成本。

通过采用内置光源，根据具体的使用情况需要进行合理的选择和设计，由于光源的强度和热量可调，在微藻生物膜颗粒培养过程中，可以根据光源的热量产生情况来设计微藻培养的进行温度控制，从而培养出在特定情况下的去污能力强的悬浮微藻生物膜颗粒，使本反应器能在温度较低如冬季的情况下进行微藻废水处理。

利用曝气器曝出的CO

此外，本发明还可广泛应用于碳减排、废弃资源化利用等领域，并具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器的示意图；

图2为图1所示的一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器进行污水处理时不同灯管数量和不同间距的布置方式示例示意图；

图3为本发明一实施例提供一种污水处理方法；

图4为采用图3所示的一种污水处理时三个实施例中进出水氨氮浓度变化统计图；

图5为采用图3所示的一种污水处理时三个实施例中进出水氨氮浓度变化统计图；

附图标记：

1、壳盖；2、排气口；3、取样口；4、进液管；5、固定装置；6、灯套；7、光源；8、壳体；9、曝气器；10、出液管；11、微藻生物膜颗粒。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参见图1至图4，本发明提供一种悬浮微藻生物膜颗粒反应器，包括壳体8、至少一个光源7、灯套6和曝气器9，用于悬浮微藻生物膜颗粒的培养和废水处理。

具体的，壳体8用于存放污水，污水中的固定颗粒能吸附加入至壳体8中的微藻细胞形成微藻生物膜颗粒11。固定颗粒可为自然界中存在的如秸秆颗粒、污泥颗粒和藻菌颗粒等多孔结构和粘性分泌物的废弃物颗粒。壳体8的底部设置有出液管10、壳体8的上部设置有进液管4和排气口2。此种方式，可由于此种固定颗粒在自然界中自然存在，通过此种固定颗粒吸附污水中的微藻细胞培育形成微藻生物膜颗粒11，不需要额外的增加人工生产载体基质，可大大的节约成本。

在具体实施时，可使进液管4与出液管10大小可调，具体大小由实际废水处理所需的水力停留时间和液体流量来决定。可在壳体8上设置有取样口3，用于取样。

壳体8可采用为两端封闭的壳体，也可设置为顶部为敞开状，壳体8为可透明体，透明体便于观察和监控反应器的内壁情况。壳体8的顶部设置能拆卸的壳盖1，方便对灯源7的安装和灯套6的清洗。

光源7布置于壳体8的腔体内，光源7可为一个，也可为多个，，多个光源间隔设置，光源用于为悬浮微藻生物膜颗粒提供光照并提供热量。在具体实施时，当光源为一个时，则可将光源布置在壳体8的中部。当光源为两个时，则可对称布置。在灯源有多个时，分别采用矩阵型、环形或等边三角形布置(如图2)。在具体实施时，光源7可选用LED灯、荧光灯等。

通过采用内置光源，根据具体的使用情况需要进行合理的选择和设计，由于光源的强度和热量可调，在微藻生物膜颗粒11培养过程中，可以根据光源的热量产生情况来设计微藻培养的进行温度控制，从而培养出在特定情况下的去污能力强的悬浮微藻生物膜颗粒11，使本反应器能在温度较低如冬季的情况下进行微藻废水处理。

此外，由于所处理废水的浊度以及微藻自身对光的遮蔽作用和微藻后期生长的密度所导致的光衰减问题，在具体实施时，可以根据不同的需求来设置光源数量和间距，以便于提高废水处理的效果。

灯套6用于对灯管7形成保护，每个光源7外套设有灯套6，且灯套6将光源7密封，灯套6能透光。灯套6将灯管7与含藻污水分隔开，可以避免灯管7的电气元件受到水的损坏和对灯管7进行保护，并且能防止人员接触到电源和高压线路而造成伤害。在使用一段时间后，可将壳盖1取下，将灯套6取出进行清洁。

曝气器9设置在壳体8的底部，用于对壳体8内的污水曝气。为微藻生长所需的碳源。

使用本反应器，使用时，先通过进液管4在壳体8加入污水和微藻细胞(藻种)，污水中的固定颗粒能吸附微藻细胞形成微藻生物膜颗粒11，随后开启相应的灯管7并调节光照强度和热度，通过曝气器9通入CO

利用曝气器9曝出的CO

此外，本发明还可广泛应用于碳减排、废弃资源化利用等领域，并具有广泛的应用前景。

在具体实施时，可在壳体8内设置固定装置5，用于将多个灯套6竖着的、间隔均匀的设置在壳体8内。进一步固定灯源7。固定装置5可为可拆卸的，也可为固定式，只要能固定灯套6即可。

此外，在具体实施时，还可在壳体8外套设可拆卸的遮光套，并在遮光套上设置有能打开的观察孔。遮光套可为不透明的锡纸，使用时，通过观察孔可观察反应器内部情况。此种方式，可模拟在地下不能吸收自然光的情况进行反应和水处理。

请参见图3，本发明还提供一种污水处理方法，采用上述的悬浮微藻生物膜颗粒11反应器，具体方法包括以下步骤：

S110、在壳体8的进液口加入有浊度的污水和微藻细胞，污水中的固定颗粒能吸附微藻细胞形成微藻生物膜颗粒11；

S120、开启灯管7并调节光照强度和发热量；

S130、通过曝气器9通入CO

S140、开始微藻生物膜颗粒的培养和污水处理

S150、污水流出。

在具体实施时，进液管4与出液管11大小应由实际废水处理所需的水力停留时间和液体流量确定。光源7的数量应根据废水的实际浊度情况确定。光源的间距应根据不同光衰减情况确定；反应温度应控制在适合微藻生长的范围内，如20℃-35℃；此外，本污水处理方法可通过出液管10和进液管4实现序批式培养方式或连续培养方式。

请参见图4和图5，以在有效容积为1L的反应器内进行污水处理三个实施方式为例：

实施例一：

实验环境处于25±0.5℃的温室中，采用的内置LED灯管7，每根LED灯管7的光照强度调整为65±5μmol/m

实施例二：

实验环境处于25±0.5℃的温室中，采用的内置LED灯管7，每根LED灯管7的光照强度调整为65±5μmol/m

实施例三：

实验环境处于25±0.5℃的温室中，采用的内置LED灯管7，每根LED灯管7的光照强度调整为65±5μmol/m

从实施例一至实施例三可以看出，在具有浊度的废水处理中，控制外界环境和培养条件一致性的前提条件下，随着内置光源数量的增加，污染物的去除率提高，可以有效提高对污水处理的效率，同时减少有浊度污水处理成本。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。