一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用技术方案

一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用是将藻细胞附着于贴壁材料，并固定在可旋转装置上，旋转于营养物质丰富的废水和富含CO2的空气中，微藻膜长至一定厚度时经刮刀采收当作微藻肥料，能降低微藻采收成本和提高经济效益。旋转生物膜反应器系统主要包括活性污泥系统和旋转藻生物膜系统，是在传统活性污泥工艺基础上，融入了微藻废水处理系统，既高效去除废水的COD、N、P等营养物，同时活性污泥中的微生物代谢产生的CO2可促进微藻生长，微藻光合作用为活性污泥中微生物提供O2而部分降低曝气费用，微藻存在可部分降低剩余活性污泥量。 1

A bacteria and algae rotating biofilm reactor system and its application based on phosphorus and nitrogen removal

A rotating biological membrane reactor system based on phosphorus removal and nitrogen removal is applied to attach the algal cells to the adherent material and fix it on the rotatable device. It is rotated in the rich nutrient waste water and in the air rich in CO2. When the microalgae film is long to a certain thickness, the microalgae can be harvested by the scraper and can be used as microalgae fertilizer, which can reduce the harvest of microalgae. This is to improve economic efficiency. The rotating biological membrane reactor system mainly includes the activated sludge system and the rotating algae biofilm system. On the basis of the traditional activated sludge process, the system is integrated into the microalgae wastewater treatment system, which can effectively remove the COD, N, P and other nutrients of the wastewater. At the same time, the microbial metabolites produced in the activated sludge can promote microalgae growth and microalgae. Photosynthesis can partially reduce the aeration cost by providing O2 for microorganisms in activated sludge. Microalgae can partly reduce the amount of surplus activated sludge. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用
本专利技术涉及一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，具体属于废水处理

技术介绍
传统活性污泥法是以单纯的净化水质为目的，在处理废水的过程中，需要进行长时间的鼓风、机械曝气或联合曝气向废水中微生物提供氧气以降解营养物质，这个过程需要消耗大量的电能，是一个“以能耗能”的方法。在活性污泥中微生物降解有机废物的过程中，还将释放出微生物呼吸产生的CO2排放进入空气中，加剧了温室效应。此外，标准活性污泥法废水处理工艺剩余污泥量约为入流废水量的1.5%，数量巨大，其后续的处理处置也是一个世界性难题。自上个世纪50年代以来，微藻对废水中N、P的去除能力得到了研究者的广泛关注，不同于细菌，藻类可同时去除N和P，且工艺操作较简单。藻细胞对P的吸收机制尤为高效和突出，它从环境中吸收的P远超过其正常生长对正磷酸盐的需求，过量的P被藻细胞吸收、积聚。这种独特的功能极大地提高了微藻对废水中磷的去除效率。因此单纯微藻系统或菌藻系统的引入，近年来成为解决传统活性污泥法深度处理不同有机废水局限的新思路，如厦门大学李清彪等人公开了一种《用于处理沼液超标氮磷的膜式光生物反应器及其处理方法》（CN103910434），其方法特点是将培养好的微藻与沼液在圆柱形中空纤维膜内部和外部分别循环，利用微藻吸收沼液中氮磷达到废水处理的目的。然而微藻的采收一直是微藻处理废水的限制因素，这是由于微藻个体微小并且细胞表面带负电荷造成的，研究表明，大规模培养过程中微藻采收成本约占总成本的20%以上。现阶段的研究多采用微藻固定化培养来达到在废水处理中降低采收成本的目的。如赵永军等申请了专利《一种处理沼液的菌藻共生系统及其应用》（CN106219765A），公开了一种将微藻和真菌固定化小球处理沼液废水的方法，然而该方法需要另外添加化学药剂以形成菌藻共生球，增加了处理成本。南昌大学巫小丹等人公开了《一种光生物膜反应器及在污水处理、固碳和微藻采收中的应用》（CN107012072A），该专利技术利用的是传统的废水在膜材料上循环的方式，利用垂直悬挂的膜材料高密度培养微藻并去除废水中营养物质，最后通过简单机械收刮收获微藻。以上公开的专利技术中均采用液体循环的方式，即“水动膜不动”，其液体循环过程需要大量的能耗，而且液体循环会一定程度上限制了微藻细胞的CO2固定效率，虽然巫小丹等人采用了CO2容器系统以提高气体传质速率，但该系统同样需要能耗来运行。本专利技术提供了一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，可有效克服上述问题，本专利技术独创性地采用了旋转膜方式，即“膜动水不动”，在藻膜缓慢旋转出废水外而暴露在空气中时可大大提高微藻的固碳效率，并充分利用光源，由于旋转速度缓慢，系统所需能耗较低。因此本专利技术不仅能高效低成本地采收微藻生物质，还能高效去除污水中的COD、N和P，同时大幅度减少传统活性污泥法所需的曝气能耗，且活性污泥法排放的CO2能被微藻光合作用吸收利用，减少了CO2的排放量，同时通过菌藻共生系统，可部分减少剩余污泥的排放量，从而达到污水处理效益的最大化，而且采收后的微藻还能用于制备微藻肥料，提高了其经济和社会价值。
技术实现思路
为克服传统活性污泥法处理废水和微藻采收过程中存在的不足，本专利技术提出了一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，该系统不仅可以低成本地采收微藻，还能提高污水处理效果，减少处理过程中的曝气能耗和CO2排放量，同时部分降低剩余污泥产量，实现污水资源化利用的目的，解决传统活性污泥工艺氮磷去除效率低，能耗高，CO2排放量大，剩余污泥产量大、难处理等问题，且采收后的微藻可作为微藻肥料，提高经济和社会效益。本专利技术一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用中所述的反应器系统包括活性污泥系统和旋转藻生物膜系统两部分。活性污泥系统主体为曝气池（1），还包括活性污泥（2）和鼓风机（3），以及位于曝气池（1）底部的曝气支管（4）和曝气主管（5）。旋转藻生物膜系统为传送带式或滚筒式旋转藻生物膜系统。所述的传送带式旋转藻生物膜系统包括传送带支撑钢架（6）、转轴（7）、动力传送带（8）、传送带刮刀（9）、传送带微藻收集槽（10）、传送带电机（11）和传送带藻膜（12）。所述的滚筒式旋转藻生物膜系统包括滚筒藻膜（14）、搅拌叶片（15）、滚筒刮刀（16）、滚筒微藻收集槽（17）、滚筒支撑钢架（18）、滚筒电机（19）、膜支柱（13）和轴（20）。所述的菌藻旋转生物膜反应器系统的装置高度为0.1~100m；传送带或滚筒的运转速率为0.01~1000转/分钟；曝气流量为0.001~1000升/分钟；旋转生物膜贴壁材料面积为0.001~10000m2；刮刀采收微藻的频率0.001~100天/次；菌藻旋转生物膜反应器系统运行时环境温度为0~50℃，光照强度为0~100000Lux，水力停留时间为0.01~100天。所述的应用步骤为：步骤1：微藻的培养将长势良好的微藻转入微藻培养基中培养，于光照摇床中培养，光照强度为0~100000Lux，温度为0~50℃，转速为0~300转/分钟，获得光密度值为0.001~10的藻液。步骤2：微藻的贴壁将步骤1培养所得的藻液稀释0.001~10000倍后，通过喷头均匀地喷洒到贴壁材料上或将贴壁材料浸泡于藻液中培养0~30天。步骤3：微藻膜的形成将微藻贴壁后的贴壁材料安装于转轴（7）或膜支柱（13）上。步骤4：微藻的收获当微藻膜生长至一定厚度时，可通过调节传送带刮刀（9）或滚筒刮刀（16）将贴壁材料上的微藻刮下，微藻被收集在传送带微藻收集槽（10）或滚筒微藻收集槽（17）内。所述的微藻藻种包括小球藻属、筒柱藻属、硅藻、菱形藻、裂壶藻、杜氏藻属、栅藻、微绿球藻、衣藻属、扁藻或空球藻属。所述的微藻培养基包括BG-11培养基、F/2培养基、walne培养基、TAP培养基、生活污水或动物粪便废水。所述的贴壁材料为海绵泡沫、静电植绒、纯棉帆布、泡沫塑料或尼龙。本专利技术的有益效果：本专利技术系统是在传统活性污泥工艺的基础上，融入了微藻废水处理系统，并独创性地采用了旋转膜方式，不仅能高效去除污水中的COD、N和P，且由于“膜动水不动”的形式，该系统所需能耗较低。通过旋转膜可高效低成本地采收微藻生物质，并大幅度减少传统活性污泥法所需的曝气能耗，且传统活性污泥法排放的CO2能被微藻光合作用吸收利用，减少CO2的排放量，同时通过菌藻共生系统，可部分减少剩余污泥的排放量，从而达到传统污水处理效益最大化。采收后的微藻还能用作微藻肥料，能提高其经济和社会价值。附图说明图1：本专利技术活性污泥系统的主视图；图中：1、曝气池；2、活性污泥；3、鼓风机；图2：本专利技术活性污泥系统的俯视图；图中：4、曝气支管；5、曝气主管；图3：本专利技术传送带式旋转藻生物膜系统的主视图；图中：6、传送带支撑钢架；7、转轴；8、动力传送带、9、传送带刮刀；10、传送带微藻收集槽；图4：本专利技术传送带式旋转藻生物膜系统的俯视图；图中：11、传送带电机；12、传送带藻膜；图5：本专利技术滚筒式旋转藻生物膜系统的主视图；图中：13、膜支柱；14、滚筒藻膜；15、搅拌叶片；16、滚筒刮刀；17、滚筒微藻收集槽；图6：本专利技术滚筒式旋转藻生物膜系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，其特征在于：所述的反应

【技术特征摘要】
1.一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，其特征在于：所述的反应器系统包括活性污泥系统和旋转藻生物膜系统两部分；活性污泥系统主体为曝气池（1），还包括活性污泥（2）和鼓风机（3），以及位于曝气池（1）底部的曝气支管（4）和曝气主管（5）；旋转藻生物膜系统为传送带式或滚筒式旋转藻生物膜系统；所述的传送带式旋转藻生物膜系统包括传送带支撑钢架（6）、转轴（7）、动力传送带（8）、传送带刮刀（9）、传送带微藻收集槽（10）、传送带电机（11）和传送带藻膜（12）；所述的滚筒式旋转藻生物膜系统包括滚筒藻膜（14）、搅拌叶片（15）、滚筒刮刀（16）、滚筒微藻收集槽（17）、滚筒支撑钢架（18）、滚筒电机（19）、膜支柱（13）和轴（20）；所述的菌藻旋转生物膜反应器系统的装置高度为0.1~100m；传送带或滚筒的运转速率为0.01~1000转/分钟；曝气流量为0.001~1000升/分钟；旋转生物膜贴壁材料面积为0.001~10000m2；刮刀采收微藻的频率0.001~100天/次；菌藻旋转生物膜反应器系统运行时环境温度为0~50℃，光照强度为0~100000Lux，水力停留时间为0.01~100天；所述的应用步骤为：步骤1：微藻的培养将长势良好的微藻转入微藻培...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文广，吴代赦，韩佩，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36