The utility model relates to a sewage resource recovery and microbial protein synthesis device and method, belonging to the technical field of water treatment and resource utilization. Through anaerobic digestion unit, organic matter in sewage is degraded and methane and carbon dioxide gas is produced; macromolecule harmful substances in the effluent of anaerobic digestion unit are intercepted by nanofiltration membrane separation unit and small molecule substances of ammonia nitrogen are permeated; in microbial protein production unit, methane and carbon dioxide produced by anaerobic digestion unit are introduced. Microalgae use carbon dioxide as carbon source and produce oxygen through photosynthesis. Methane-oxidizing bacteria use methane as carbon source and produce oxygen from microalgae. Carbon dioxide; three units coupled in the nanofiltration membrane separation unit effectively isolated the harmful substances from the effluent of the anaerobic digestion unit to ensure that the subsequent microbial protein production process is not affected by pollutants.
【技术实现步骤摘要】
一种污水资源回收及微生物蛋白合成装置及方法
本专利技术涉及一种污水资源回收及微生物蛋白合成装置及方法,属于水处理与资源化
技术介绍
水污染是当今最重要的环境问题之一,污水中有机物、氨氮等污染物的达标排放仍面临较大挑战。长期以来,污水处理主要以污染物去除为目标,消耗大量能源。如今,在可持续发展理念引领下,亟需发展新型绿色污水处理技术,以同时实现污染物削减和资源回收。目前已有研究者开发了多种污水中营养物质的资源回收方法。例如,鸟粪石沉淀法对污水中的磷具有较高回收率,但其产品主要用作肥料,经济价值相对较低,而且该方法对氮的回收率很低。在污水氮回收领域,已有方法主要包括气提、吸附等物理方法回收氨氮,但因其回收成本高于工业合成氮肥的成本,应用受到明显限制。而以污水直接施用于农田的方式利用营养物质,又面临运输成本高、病原菌和有害物质(如抗生素)二次污染等经济与环境问题。通过微生物合成作用,将污水营养资源合成为富含高比例蛋白质(可达细胞质量的70%以上)的微生物,从而生产具有高附加值的饲料级微生物蛋白,具有经济和环境双重效益。微生物学及食品工业领域已有研究表明,细菌、真菌和微藻等均可通过同化作用将碳源、氨氮等合成细胞而生成微生物蛋白。其中,利用甲烷氧化菌生产微生物蛋白,已在饲料加工领域得到研究与应用,并已被欧盟批准作为饲料出售。但在这些研究和应用中,碳源、氮源作为培养基组分,采用化学纯甲烷、氯化铵等药品进行添加。可见,将污水中的营养物质作为碳源和氮源进行微生物蛋白合成,在环境工程领域具有广阔前景,但仍面临两个问题:(1)为了保证所合成的微生物蛋白可用作饲料,需 ...
【技术保护点】
1.一种可回收污水中营养物质并合成微生物蛋白方法,其特征在于采用厌氧消化单元、纳滤膜分离单元、微生物蛋白生产单元相耦合的方式,实现污水中营养资源的低碳高效回收;首先,通过厌氧消化单元降解污水中的有机物并生成甲烷与二氧化碳气体;进而,通过纳滤膜分离单元截留厌氧消化单元出水中的大分子有害物质并透过氨氮小分子物质;最后,在微生物蛋白生产单元中,通入厌氧消化单元产生的甲烷与二氧化碳气体,在微藻和甲烷氧化菌的相互作用下,将纳滤膜分离单元出水中的氨氮作为营养物质合成微生物蛋白,其中,微藻利用二氧化碳作为碳源并通过光合作用产生氧气,而甲烷氧化菌以甲烷作为碳源并利用微藻产生的氧气,同时生成二氧化碳;由此,三个单元相耦合,在纳滤膜分离单元中有效隔离了厌氧消化单元出水中的有害物质,保证后续微生物蛋白生产过程不受污染物的影响;在厌氧消化单元生产的甲烷与二氧化碳气体作为碳源,不断被微生物蛋白生产单元消耗,在整个系统中随产随用。
【技术特征摘要】
1.一种可回收污水中营养物质并合成微生物蛋白方法,其特征在于采用厌氧消化单元、纳滤膜分离单元、微生物蛋白生产单元相耦合的方式,实现污水中营养资源的低碳高效回收;首先,通过厌氧消化单元降解污水中的有机物并生成甲烷与二氧化碳气体;进而,通过纳滤膜分离单元截留厌氧消化单元出水中的大分子有害物质并透过氨氮小分子物质;最后,在微生物蛋白生产单元中,通入厌氧消化单元产生的甲烷与二氧化碳气体,在微藻和甲烷氧化菌的相互作用下,将纳滤膜分离单元出水中的氨氮作为营养物质合成微生物蛋白,其中,微藻利用二氧化碳作为碳源并通过光合作用产生氧气,而甲烷氧化菌以甲烷作为碳源并利用微藻产生的氧气,同时生成二氧化碳;由此,三个单元相耦合,在纳滤膜分离单元中有效隔离了厌氧消化单元出水中的有害物质,保证后续微生物蛋白生产过程不受污染物的影响;在厌氧消化单元生产的甲烷与二氧化碳气体作为碳源,不断被微生物蛋白生产单元消耗,在整个系统中随产随用。2.根据权利要求1所述的一种可回收污水中营养物质并合成微生物蛋白方法,其特征在于包括如下步骤:步骤(1)、含有氨氮资源的污水,由水泵提供动力依次流经进水系统、厌氧消化单元和纳滤膜分离单元,再经调节装置,最后进入微生物蛋白生产单元;流经上述各单元后有机物和氨氮等污染物得到削减,最终由出水系统排出;在厌氧消化单元中首先实现有机物的厌氧分解和氨氮的释放,然后在纳滤膜分离单元中将氨氮透过而将大分子有害物质进行有效隔离;与此同时,厌氧消化单元产生的气体,经由储气及供气系统,进入微生物蛋白生产单元,进而在微生物蛋白生产单元中实现氨氮同化过程,在去除氨氮的同时合成微生物蛋白产品;步骤(2)厌氧消化单元内以悬浮形式填充海绵载体,通过厌氧污泥接种并培养挂膜,在所形成的厌氧生物膜上富集产酸发酵菌和产甲烷菌,利用搅拌装置实现污水与挂膜载体的均匀混合,从而利用微生物作用,在厌氧条件(氧化还原电位低于-300mV)和中温条件(30-37摄氏度)下,将进水中的有机物分解并生成甲烷和二氧化碳;步骤(3)、厌氧消化单元生成甲烷和二氧化碳气体,储存于储气及供气系统中,进而由供气泵提供动力,由气体流量计和压力表控制,将甲烷和二氧化碳气体供入微生物蛋白生产单元,作为微生物蛋白合成所需的碳源;当储气罐中的气压大于所设定的安全界限时,安全阀门开启,气体外排,并发出报警信号;步骤(4)、厌氧消化单元的出水进入纳滤膜分离单元之后,由加压泵提供压力,水流从膜丝内部负压抽水汇集至出水管;纳滤膜孔径为1-3nm,分子量大于150g/M的大分子物质被截留在纳滤膜反应器主体D-1中(膜丝外部),而分子量小于150g/M的氨氮透过膜丝,随出水进入下游调节装置;随着处理水量增加,在膜反应器主体中,因被截留的大分子物质浓度不断升高导致正常压力下的产水量下降10-20%时,关停加压泵,由阀门排出浓缩液,并由反冲洗进水阀门提供加压反冲洗水,对纳滤膜组件进行反冲洗;反冲洗结束后,重新开启加压泵继续运行;步骤(5)、纳滤膜分离单元出水进入调节池,在此通过添加HCl或NaOH将pH调节至中性范围(6.5-7.5),并添加微生物蛋白生产单元内微生物生长所需的微量金属元素(包括1-5mg/L铁,0.1-1mg/L铜,0.1-1mg/L锌);此外,针对微生物蛋白生产单元的序批式运行模式,调节池在微生物蛋白生产单元停止进水时通过临时储存纳滤膜分离单元的出水进行水量平衡调节;步骤(6)、在微生物蛋白生产单元中,同时接种微藻(栅藻)和甲烷氧化菌(甲基球菌),由水泵从调节池泵入富含氨氮且进行了pH调节的进水,由供气泵从储气罐泵入厌氧消化单元生成的甲烷和二氧化碳气体;甲烷和二氧化碳气体从疏水供气膜组件的膜丝内部供气,经气液界面扩散至膜丝外部液相中,该膜组件根据供气量的不同安装不同数量的膜丝(供气量为1L/d时,安装80-160根膜丝);利用搅拌装置充分实现水、气与微生物之间的均匀混合;步骤(7)、微生物蛋白生产单元由外部设置的可调...
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