一种利用微藻处理含磷废水的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法：1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，控制初始细胞密度>0.5×10

A Method of Using Microalgae to Treat Phosphorus-containing Wastewater

The invention relates to a method for treating phosphorus-containing wastewater by using microalgae: 1. Selecting microalgae in logarithmic growth period as seed source, controlling initial cell density > 0.5 *10

【技术实现步骤摘要】
一种利用微藻处理含磷废水的方法
本专利技术属于含磷废水的生物处理领域，具体涉及一种利用微藻处理含磷废水的方法。
技术介绍
磷是生物生长所需的主要营养元素，也是水体富营养化的重要指标。当水体中磷含量超过20mg/L，藻类迅速地生长繁殖并漂浮于水面形成一层蓝绿色或红黄色的水花或薄膜，即藻类水华现象，从而导致水中溶解氧降低、藻毒素等有机物质释放，使水体浑浊恶臭、水质严重下降，甚至造成饮用水安全隐患。由于工农业生产的发展和人口的增加，出现含磷农药和农肥的大量使用，导致水体磷污染日益严重的问题。地表水中磷污染有相当一部分来自于工农业生产活动，如磷矿开采加工、磷肥生产、制药工业、禽畜养殖等工农业生产中产生大量的含磷废水，其中磷的主要存在形式是磷酸根(PO43-)，其浓度范围在3-300mg/L。我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中磷酸盐(以P计)的一级标准为≤0.5mg/L，二级标准≤1.0mg/L，环保部门要求废水进入城市污水管网前必须达到二级标准。如何有效地降低污水中的磷含量、减轻环境负荷已经引起了业界专业人士的高度关注。含磷废水的处理方法分为物化法和生物法。物化法的缺陷是需要投加化学药剂、制备特殊材料和外加电能等，导致除磷费用较高，并产生二次污染。目前，生物法与物化方法相比可降低含磷废水的处理成本，其主要利用聚磷菌“好氧吸磷厌氧释磷”的特性，通过排泥实现除磷目的，但是排放的剩余污泥仍然需要后续处置。微藻通过光合作用利用CO2自养生长的同时吸收氮和磷等营养物质，是一种适应能力很强的单细胞微生物，是制备生物柴油的绝佳原料。微藻正常培养过程中，磷浓度为5.4mg/L，当环境中的磷过量(≤45mg/L)时，微藻细胞吸收过量的磷并将其转化成多聚磷酸盐(聚磷，Poly-P)储存在细胞内。由于聚磷富含储存能量的磷酸酐键，可以为细胞生长和油脂合成提供额外的能量。因此，磷过量对微藻的生长代谢具有积极的促进作用。然而，采用磷过量策略势必会增加微藻培养成本，将含磷废水作为过量磷的来源，不仅可以降低微藻培养成本，同时实现含磷废水的资源化。所以，近年来研究者普遍认为将微藻培养与废水处理相结合是降低生物柴油成本、实现废水资源化的有效途径。但实际应用时存在如下难以实现的问题：一、研究发现高浓度的磷(≥150mg/L)具有细胞毒性，通过与胞内组分结合破坏细胞器，从而抑制微藻细胞生长。实际含磷废水中，磷浓度高达300mg/L以上；二、在常规的微藻培养方法中，在细胞密度较低的初始阶段加入高浓度的营养物质，会产生一定抑制作用；随着细胞数量增加和营养物质消耗，导致后期高密度细胞营养物质供给不足，同样不利于细胞生长代谢，营养物质的供需不平衡导致微藻生长和脂质积累难以达到最优状态。三、微藻的自养生长速率相对较低，易受到光照、温度、pH、CO2浓度和气液传质效率等多种因素的影响。基于上述原因，含磷废水，尤其是磷浓度较高的废水不能直接用于微藻的培养。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种利用微藻处理含磷废水的方法，实现了将含磷废水尤其是磷浓度较高的废水直接用于微藻的培养，有效避免高浓度底物引起的渗透或毒性作用，并充分保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用，实现了废水资源化。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种利用微藻处理含磷废水的方法，其步骤如下：1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，将其接种至自养培养体系，控制初始细胞密度>0.5×106cells/mL；2.在温度20-32℃，光照2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h的条件下进行微藻的自养培养；3.当含磷废水PO43--P≤50mg/L时，直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO43--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批多次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值<100mg/L；4.监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放；同时测定微藻生物量、油脂含量、油脂组分，回收微藻。本专利技术另一个目的是提供一种封闭式光合自养培养装置，实现自动调节装置控制光照、温度、pH、补料，通过搅拌和气体分散器促进气液传质，包括反应器主体15、光照装置8、光照调节控制系统9、搅拌转子6、搅拌机温控装置7、气体混合装置3和气体分散器5，所述的光照装置8设置在反应器主体15的两侧，光照装置8与光照调节控制系统9控制连接，所述的反应器主体15的下端设置有搅拌机温控装置7，所述的搅拌及温控装置7上端安装有搅拌转子6，搅拌转子6位于反应器主体15内部，反应器主体15的内部设置有pH探头12，pH探头12与反应器主体15外部的pH在线监测及调节系统13控制连接，反应器主体15的入口上设置有进料口10，进料口10与自动补料装置11连通，反应器主体15的入口连接有排气管16，排气管16与尾气吸收装置17连接，所述的反应器主体15内部设置有气体分散器5，所述的气体分散器5与气体混合装置3连通，气体分散器5与气体混合装置3之间的管路上设置有气体除菌净化器4，气体混合装置3上连接有气体流量调节阀1和气体流量计2。封闭式光合自养培养装置能够克服敞开式系统存在的细胞密度低、易污染、水分蒸发、CO2供给不足、受环境影响较大等缺点，其培养条件稳定且可精确控制、可进行无菌操作有效防止污染、占地面积小、易于高密度培养、藻细胞更易于收获。本专利技术还有一个目的是提供一种基于上述封闭式光合自养培养装置的微藻处理含磷废水方法，步骤如下：1.选取处于对数生长期的微藻作为种源，通过取样口将微藻接种至封闭式光合自养系统的反应器主体内，初始细胞密度>0.5×106cells/mL；2.双方向植物灯采光，光照强度2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h，采用CO2和空气的混合气进行曝气，两者的体积比为1-20％，每升培养基的通气量为0.05-1L/min，温度范围为20-32℃，溶液搅拌速度200-500rpm，通过pH在线监测及调节系统控制液相pH为6.5-7.5；3.设定自动补料装置的补料体积和时间，经过进料口向反应器主体内添加含磷废水，当含磷废水PO43--P≤50mg/L时，在微藻培养初期直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO43--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批多次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，保证磷浓度最大值<100mg/L。4.监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放；测定微藻生物量、油脂含量和油脂组分，回收的微藻可用于制备生物柴油。本专利技术的有益效果如下：本专利技术解决了含磷废水、尤其是磷浓度较高的废水不能直接用于微藻的培养的问题。有效避免了高浓度底物引起的渗透或毒性作用，并充分保证微藻生长周期内对营养物质的需求，不需要补充有机碳源，微藻还可回收利用，实现了废水资源化。将对数期的微藻接种至自养装置，在微藻整个生长周期内，分批多次添加含磷废水，添加次数根据废水的磷浓度决定。采用磷分批补给方式培养微藻并处理含磷废水，可显著降低高浓度磷的毒性抑制作用，生物量增加0.9-2.3倍。随着磷补给次数的增加，微藻的油脂含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：(1)选取处于对数生长期的微藻作为种源，将其接种至自养培养体系，控制初始细胞密度>0.5×10

【技术特征摘要】
1.一种利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：(1)选取处于对数生长期的微藻作为种源，将其接种至自养培养体系，控制初始细胞密度>0.5×106cells/mL；(2)在温度20-32℃，光照2,000-20,000Lux，光暗周期10-24h:14-0h的条件下进行微藻的自养培养；(3)当含磷废水PO43--P≤50mg/L时，直接一次性将含磷废水添加到微藻培养体系；当含磷废水PO43--P>50mg/L时，在微藻培养周期内分批次投加含磷废水，投加时间点均匀分布于培养周期内，每次投加后保证磷浓度最大值<100mg/L；(4)监测磷浓度变化及其去除情况，含磷废水浓度达标排放，同时回收微藻。2.如权利要求1所述的一种利用微藻处理含磷废水的方法，其特征在于：(3)中所述的在微藻培养周期内分批次投加含磷废水的次数为8次。3.如权利要求1所述的一种利用微藻处理含磷废水的方法的封闭式光合自养培养装置，其特征在于：包括反应器主体(15)、光照装置(8)、光照调节控制系统(9)、搅拌转子(6)、搅拌机温控装置(7)、气体混合装置(3)和气体分散器(5)，所述的光照装置(8)设置在反应器主体(15)的两侧，光照装置(8)与光照调节控制系统(9)控制连接，所述的反应器主体(15)的下端设置有搅拌机温控装置(7)，所述的搅拌及温控装置(7)上端安装有搅拌转子(6)，搅拌转子(6)位于反应器主体(15)内部，反应器主体(15)的内部设置有pH探头(12)，pH探头(12)与反应器主体(15)外部的pH在线监测及调节系统(13)控制连接，反应器主体(15)的入口上设置有进料口(10)，进料口(10)与自动补料装置(11)连通，反应器主体(15)的入口连接有排气管(16)，排气管(16)与尾气吸收装...

【专利技术属性】
技术研发人员：付亮，周丹丹，闫阁，谢雨彤，赵振豪，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22