一种基于微藻培养的污水处理系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及污水净化技术领域，具体涉及一种基于微藻培养的污水处理系统和方法，所述系统包括串联连接的微藻悬浮‑附着生长区和微藻截留区；微藻悬浮‑附着生长区中设置有固定的低投加密度载体，部分微藻附着在低投加密度载体上，另一部分微藻处于悬浮状态；微藻截留区设置有固定的高投加密度载体，所述高投加密度载体作为悬浮微藻截留材料，以污水为培养基，采用微藻悬浮‑附着生长的方式培养微藻，实现污水净化和污染物的资源转化，增加系统内总微藻数量，并提高该系统对污水水质波动的抗冲击能力，实现高速率的污染物去除，且藻水分离成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微藻培养的污水处理系统和方法
本专利技术涉及污水净化
，具体涉及一种基于微藻培养的污水处理系统和方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着人口的增长和城市化进程的加快，生活污水及工业废水的产量不断增长，其中往往含有大量氮磷元素，若未经处理排放于江河湖海中，极易造成水华的爆发，影响环境质量及用水安全。传统的脱氮除磷方法主要包括活性污泥法，人工湿地等。活性污泥法针对总氮的去除以微生物的硝化-反硝化为主，总磷的去除以聚磷菌厌氧释磷，好氧吸磷为主。潜流湿地的总氮去除80％左右也是通过基质表面微生物的硝化反硝化进行去除，另外有一部分通过植物吸收进行净化；总磷则以基质吸附为主，部分被植物和微生物吸收同化。以硝化反硝化为核心的总氮去除，在反硝化过程中需要额外增加有机碳源，以加速反硝化过程，需要额外增加药剂成本。此外，微生物释磷、吸磷，硝化、反硝化需要的溶解氧环境不同，需要在工艺中对溶解氧进行调控。在污染物资源化角度讲，人工湿地中氮磷的资源化比率约为20％，比例较低。然而，以微藻为核心的脱氮除磷机制与前两者不同，微藻生长需要从环境中吸收同化氮磷，实现同步氮磷去除与资源化。以微藻为核心的污水深度净化与资源化技术中，微藻快速生长、经济性培养与收获是该技术市场化应用的核心与基础。现有技术中微藻的培养以传统的悬浮培养为主，这种培养模式当系统产生波动时，对细菌冲击的抵抗性较差，并且现有的悬浮微藻收获方式，如离心、混凝沉淀、过滤等能耗成本较高，且效率较低；近年来，微藻附着培养模式也被提出，但是这种模式下污水中污染物在生物膜内传质阻力较大，净化效率较悬浮培养更差。
技术实现思路
针对现有技术中微藻悬浮培养和微藻附着培养模式各自存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于微藻培养的污水处理系统，所述系统设置有微藻悬浮-附着生长区和微藻截留区，实现污水的有效处理以及悬浮微藻生物质的高效低成本收获。现有技术中微藻的培养以传统的悬浮培养为主，在这种培养模式下，污水中污染物与微藻直接接触，净化效率较高,但是当系统产生波动时，对细菌冲击的抵抗性较差；另外，现有的悬浮微藻收获方式，如离心、混凝沉淀、过滤、气浮等能耗成本较高，需要低成本、高效的藻水分离技术。近年来微藻附着培养模式也逐渐被研究，在该模式下，污水中污染物在生物膜内传质阻力较大，净化效率较悬浮培养更差,但是对细菌的抵抗能力更好，且后期通过从附着填料上刮取生物质，能够实现低成本的微藻收获。专利技术人综合研究悬浮与附着微藻培养方式各自存在的利弊，创造性地将微藻的悬浮培养和附着培养结合起来，在基于微藻培养的污水处理系统中设置微藻悬浮-附着生长区，所述微藻悬浮-附着生长区中设置有固定的低投加密度载体，部分微藻附着在低投加密度载体表面，另一部分微藻处于悬浮培养状态，采用污水作为培养基培养悬浮与附着微藻；现有技术中有方案将微藻的悬浮培养和附着培养通过非固定的载体进行；专利技术人发现固定的载体相对于非固定的载体而言，在固定的载体上培养微藻可以防止载体的堆积，省略了利用曝气或搅拌使载体及载体上的微藻悬浮的操作，使微藻的悬浮-附着培养耗能更低。在微藻悬浮-附着生长区中，固定的低投加密度载体上附着的微藻不断生长繁殖，形成生物膜，微藻的聚集状态有利于提高抗菌性，同时附着生长的微藻能够实现低沉本收获，成为高价值的生物质，实现了污水中营养物质的资源化；悬浮微藻可最大化与污水接触，不存在生物膜中的物质传递阻力，实现高速率的污染物去除。悬浮-附着混合培养方式，可增加系统内总微藻数量，并提高该系统对污水水质波动的抗冲击能力。另外，针对现有技术中悬浮培养微藻的分离和获取方法存在成本高、会造成环境污染以及设备复杂等问题，专利技术人在设置了微藻悬浮-附着生长区的基础上，设置了微藻截留区，微藻截留区设置固定的高投加密度载体，所述高投加密度载体作为悬浮微藻截留材料，通过微藻与载体的相对运动实现多级碰撞截留，以此实现低能耗藻水分离；当截留量达到一定量时，将载体去除并换上新的载体；截留了微藻的高投加密度载体通过挤压脱水、水热液化等方式实现生物质的分离与资源转化。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下所述：在本专利技术的第一方面，提供一种基于微藻培养的污水处理系统，所述系统包括串联连接的微藻悬浮-附着生长区和微藻截留区；微藻悬浮-附着生长区中设置有固定的低投加密度载体，部分微藻附着在低投加密度载体上，另一部分微藻处于悬浮培养状态，采用污水作为培养基培养悬浮与附着微藻；微藻截留区设置固定的高投加密度载体，所述高投加密度载体作为悬浮微藻截留材料。在本专利技术的第二方面，提供一种基于微藻培养的污水处理方法，所述方法包括以下步骤：以污水为培养基，采用微藻悬浮-附着生长的方式培养微藻，所述附着为使微藻附着在固定的低投加密度载体上，悬浮和附着的微藻吸收污水中的污染物成分实现污水净化和污染物的资源转化；处理后的污水与其中的悬浮微藻流入设置有固定高投加密度载体的藻水分离区，高投加密度载体将微藻截留，实现藻水分离。本专利技术的具体实施方式具有以下有益效果：本专利技术中创造性地将微藻的悬浮培养和附着培养结合起来，在基于微藻培养的污水处理系统中设置微藻悬浮-附着生长区，使得部分微藻附着在低投加密度载体表面，另一部分微藻处于悬浮培养状态，低投加密度载体不影响悬浮微藻的生长，即与纯悬浮培养相比，本专利技术中增加了附着微藻这一部分，能够增加系统内总微藻数量，并提高该系统对污水水质波动的抗冲击能力，且实现高速率的污染物去除；本专利技术固定的微藻载体可以防止载体的堆积，省略了利用曝气或搅拌使载体及载体上的微藻悬浮的操作，使微藻的悬浮-附着培养耗能更低；本专利技术微藻截留区通过在微藻与载体的相对运动中实现多级碰撞截留，实现藻水分离，与压力作用下的膜过滤相比，微藻的收获成本更低。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术基于微藻培养的污水处理系统的设计原理示意图；图2为本专利技术基于微藻培养的污水处理系统的立体构型示意图；图3为本专利技术基于微藻培养的污水处理系统的液体流向平面图；图4为本专利技术实施例中构建的微藻截留区示例图；图5为本专利技术实施例中构建的微藻悬浮-附着生长区对污水中总氮的净化效果图；图6为本专利技术实施例中构建的微藻悬浮-附着生长区对污水中总磷的净化效果图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述系统包括串联连接的微藻悬浮-附着生长区和微藻截留区；微藻悬浮-附着生长区中设置有固定的低投加密度载体，部分微藻附着在低投加密度载体上，另一部分微藻处于悬浮状态；/n微藻截留区设置有固定的高投加密度载体，所述高投加密度载体作为悬浮微藻截留材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述系统包括串联连接的微藻悬浮-附着生长区和微藻截留区；微藻悬浮-附着生长区中设置有固定的低投加密度载体，部分微藻附着在低投加密度载体上，另一部分微藻处于悬浮状态；
微藻截留区设置有固定的高投加密度载体，所述高投加密度载体作为悬浮微藻截留材料。


2.如权利要求1所述的基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述低投加密度载体为板状或串珠状载体，载体垂直于水平面设置，载体之间的间距设置为自身厚度的4-6倍；
或者，所述高投加密度载体为板状载体，板状载体垂直于水平面设置，板状载体之间的间距设置为自身厚度的0.5-2倍。


3.如权利要求1所述的基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述低投加密度载体的投加量为占微藻悬浮-附着生长区体积的5％-20％，优选为15％。


4.如权利要求1所述的基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述高投加密度载体的投加量为占反应器微藻截留区体积的30％-70％，优选为50％。


5.如权利要求1所述的基于微藻培养的污水处理系统，其特征在于，所述低投加密度载体选自接触氧化填料，优选为弹性立体填料、超细纤维束或法兰绒布；进一步优选为超细纤维束；
或者，所述高投加密度载体选自细帆布或者高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，庄林岚，李梦婷，梁爽，胡振，谢慧君，吴海明，郭子章，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37