一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置及方法，旨在解决低浓度含砷废水净化的难题；本发明专利技术装置包括调节池、培养反应器及干燥焚烧装置；所述调节池用于初步调节废水pH及氮磷浓度，用于废水的预处理步骤；所述培养反应器为处理废水的主体，曝气装置及防水LED灯带用于提供微藻生长所需碳源和光照，“反馈

【技术实现步骤摘要】
一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置及方法


[0001]本专利技术具体涉及一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置及方法，属于环境修复及废水处理


技术介绍

[0002]砷作为一种丰富的自然元素和重要的环境污染物，被认为是严重危害人类健康的一类有毒物质。砷对人类健康的影响范围很大，长期接触砷不仅会引起皮肤炎症，还会引发各种器官(大脑、肝脏、肾和胃)癌变。随着工农业的不断发展，砷作为其中不可避免会出现的污染物，极易被释放到环境中，使得环境中的动植物乃至人类都易暴露在砷污染下。由于人类与水圈的紧密联系，自然水体中的砷污染已经成为一个重要的公共健康问题。工业“三废”的排放是水体中砷的主要来源，在处理未达标甚至未进行任何处理的情况下，含砷废水直接或间接排放到环境中将引发水体砷污染；定期清洗生产所用的石英或碳化硅器皿时也会产生大量的低浓度(1
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2mg/L)的含砷废水。
[0003]目前，含砷废水的处理常用经典的铁盐法，但是铁盐法处理会产生大量的固体废渣，而含砷废渣难以处理，用风干浓缩或亚废蒸馏又需要耗费大量的电，且效率低下，导致产品生产成本大大增加。对于低浓度的含砷废水，公开号为CN112520883A一种低浓度含砷废水处理工艺，该专利对于低浓度含砷废水的处理，设计有加药预处理，使重金属离子变成絮状的沉淀物，然后通过膜物理过滤的方式截留污水中重金属离子，但是该方法中，水体过膜时需要控制水量和水速，避免膜损坏，同时过滤用的膜回收利用复杂且造价成本高。
[0004]微藻生长周期短、繁殖迅速、经济实惠且对环境适应性强，既能利用废水中的氮磷进行生长，又对砷有较高的抗性，可以通过吸附吸收作用富集溶液中的砷，因此可作为一种经济高效修复低浓度含砷废水的生物材料。公开号为CN108946947A的中国专利公开了一种微藻产生细胞活电电池及在清理水中的重金属污染物上的应用，在该专利中，由藻类产生的生物电将用于净化水溶液中的重金属离子，直接通过电极放入重金属溶液(废水)中，同时通过吸附原理和化学反应来达到去除重金属离子的目的，但是该方法去除重金属离子的效率不高，且需要较长的处理时间；公开号为CN110589940A的中国专利公开了一种去除水中重金属离子的处理装置及方法，在该专利中具体公开了设置有碳电极的电池和通管的处理装置，通管由内至外依次包括炭层、铜片和绝缘层，通管设置有通孔，含重金属的废水从通管流过，以使得炭层接触废水，炭电极通过电线与通管的铜片电性连接，电线与外部电源连接，通过电荷吸附能够有效去除包括镉、铬、砷、汞、铅中的一种或多种的重金属离子，但是该专利的方法对于低浓度的含砷废水去除效率不高。
[0005]综上所述，可以看出，在重金属废水处理的领域，微藻生长周期短、繁殖迅速、经济实惠且对环境适应性强，既能利用废水中的氮磷进行生长，又对砷有较高的抗性，可以通过吸附吸收作用富集溶液中的砷，因此可作为一种经济高效修复低浓度含砷废水的生物材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有低浓度含砷废水处理方法与装置的不足及缺陷，充分利用微藻自身特性，提供一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置及方法，通过调控处理过程的关键环境参数，获得最高修复效率的同时对处理后的藻体进行回收，实现微藻资源化利用，解决了现有技术中低浓度含砷废水处理装置中成本高、效率低、容易产生二次污染以及后期含砷沉淀物处理困难等问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]本专利技术的目的在于一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置，包括相互连通的废水预处理单元、微藻处理单元及微藻回收单元；所述废水预处理单元为调节废水pH及氮磷浓度至适宜微藻生长及吸附吸收砷范围的调节池；所述调节池的入水口上设置有加药口，加药口内含有调节pH及氮磷浓度的药品；所述调节池内还竖直设置有搅拌设备和提升泵；所述微藻处理单元为调控微藻处理过程的关键环境参数的培养反应器，包括脉冲式布水器、两相分离器、导流模块、数据监测模块、光照模块和碳源模块；所述脉冲式布水器从顶部贯穿伸入至培养反应器内部；所述两相分离器设置在培养反应器出水口底部；所述导流模块固定于培养反应器底部内壁；所述碳源模块的通气管路从培养反应器底部外侧穿入至导流模块并从上方穿出曝气；所述数据监测模块分别固定在培养反应器内侧壁，包括温度传感器、pH传感器和氮磷传感器，分别对培养反应器内的温度、pH和氮磷进行实时监测并反馈至外设的调节系统；所述微藻回收单元为干燥焚烧装置，包括相互连通的喷雾干燥机和管式炉；所述喷雾干燥机与培养反应器底部设置的排藻口连通，收集培养反应器内沉淀的藻液并经喷雾和干燥形成藻粉，藻粉在管式炉内高温焚烧。
[0009]进一步的，所述光照模块为设置在培养反应器的池壁前后左右四个方位的防水LED灯带；所述LED防水灯带光照强度在30
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40μmol
·
m
‑2·
s
‑1范围内，光暗周期为12h/12h。
[0010]进一步的，所述导流模块为实心圆锥型，底部面积与培养反应器底部面积相同，高度为培养反应器内藻体沉淀层的1.5
‑
2倍。
[0011]进一步的，所述碳源模块为曝气装置，所述曝气装置由若干曝气头、曝气管道及气泵组成，在反应过程中对培养反应器内进行不间断曝气；所述曝气装置通气量为3.1
‑
3.5m3/min；所述曝气管道埋设于导流模块内部，曝气头沿着导流模块表面呈圆形均匀排列。
[0012]本专利技术的另一目的在一种利用微藻处理低浓度含砷废水的方法，该方法采用上述装置，包括以下步骤：
[0013]S1、废水预处理：含砷废水集中在原水池中，通过管道引入调节池，在加药口和搅拌设备的作用下，调节废水的pH为7.5
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8.5且呈现高氮低磷模式，总氮浓度为10
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15mg/L，磷浓度为0.2mg/L，调节后的废水经过提升泵从调节池流出；
[0014]S2、微藻处理：将微藻种子液接种在培养反应器内，调节池内废水经提升泵作用并通过脉冲式布水器在培养反应器内布水，使得培养反应器内的藻体与废水充分接触，反应过程中通过曝气装置不间断曝气，利用温度传感器、pH传感器和氮磷传感器实现培养反应器内的温度、pH和氮磷的数据监测和反馈，并通过外设调节系统内的温度补偿装置、pH补偿装置及氮磷补偿装置做出相应的调节，控制培养反应器内的温度、pH和氮磷浓度，培养反应器充分反应时间不少于96h；
[0015]S3、微藻回收利用：反应充分进行后，藻体与废水通过两相分离器实现分离，处理后的废水经由培养反应器出水口排出，培养反应器内沉淀的藻液经过排藻口进入喷雾干燥机中，首先被喷雾形成极细微的雾状微藻液珠，微藻液珠与喷雾干燥机中的热空气并流接触并在极短时间内干燥成藻粉，藻粉与质量分数为8％的氧化钙混合后进入管式炉内高温焚烧，收集底灰经纯化后实现微藻资源化利用。
[0016]进一步的，所述步骤S2中培养反应器中温度阈值为24
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置，其特征在于：包括相互连通的废水预处理单元、微藻处理单元及微藻回收单元；所述废水预处理单元为调节废水pH及氮磷浓度至适宜微藻生长及吸附吸收砷范围的调节池(1)；所述调节池(1)的入水口(2)上设置有加药口(3)，加药口(3)内含有调节pH及氮磷浓度的药品；所述调节池(1)内还竖直设置有搅拌设备(4)和提升泵(5)；所述微藻处理单元为调控微藻处理过程的关键环境参数的培养反应器(6)，包括脉冲式布水器(8)、两相分离器(9)、导流模块(11)、数据监测模块、光照模块和碳源模块；所述脉冲式布水器(8)从顶部贯穿伸入至培养反应器(6)内部；所述两相分离器(9)设置在培养反应器出水口(14)底部；所述导流模块(11)固定于培养反应器(6)底部内壁；所述碳源模块的通气管路从培养反应器(6)底部外侧穿入至导流模块(11)并从上方穿出曝气；所述数据监测模块分别固定在培养反应器(6)内侧壁，包括温度传感器(15)、pH传感器(16)和氮磷传感器(17)，分别对培养反应器(6)内的温度、pH和氮磷进行实时监测并反馈至外设的调节系统；所述微藻回收单元为干燥焚烧装置(18)，包括相互连通的喷雾干燥机(19)和管式炉(20)；所述喷雾干燥机(19)与培养反应器(6)底部设置的排藻口(12)连通，收集培养反应器(6)内沉淀的藻液并经喷雾和干燥形成藻粉，藻粉在管式炉(20)内高温焚烧。2.如权利要求1所述的一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置，其特征在于：所述光照模块为设置在培养反应器(6)的池壁前后左右四个方位的防水LED灯带(10)；所述LED防水灯带(10)光照强度在30
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40μmol
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‑2·
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‑1范围内，光暗周期为12h/12h。3.如权利要求1所述的一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置，其特征在于：所述导流模块(11)为实心圆锥型，底部面积与培养反应器(6)底部面积相同，高度为培养反应器(6)内藻体沉淀层的1.5
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2倍。4.如权利要求1所述的一种利用微藻处理低浓度含砷废水的装置，其特征在于：所述碳源模块为曝气装置(13)，所述曝气装置(13)由若干曝气头、曝气管道及气泵组成，在反应过程中对培养反应器(6)内进行不间断曝气；所述曝气装置(13)通气量为3.1
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3.5m3/min；所述曝气管道埋设于导流模块内部，曝气头沿着导流模块(11)表面呈圆形均匀排列。5.一种利用微藻处理低浓度含砷废水的方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一所述的利用微藻处理低浓度含砷废水的装置进行废水处理，包括以下步骤：S1、废水预处理：含砷废水集中在原水池中，通过管道引入调节池(1)，在加药口(3)和搅拌设备(4)的作用下，调节废水的pH为7.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：颜昌宙，杨舒萍，张灵，杨帆，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：