有效利用太阳光的藻类净化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种藻类净化系统。具体来说，本发明专利技术涉及一种生物净化系统，其合并有光转换材料和太阳追踪器以增强其中藻类的光合作用，以便处理来自市政、农业和工业来源的废水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于处理废水的有效利用太阳光的藻类净化系统。具体来说，本专利技术涉及一种合并有光转换材料并利用太阳跟踪器增强其中的藻类光合作用的生物净化系统。
技术介绍
水污染主要由人类的活动引起，例如农业、鱼类养殖和工业生产。使用需氧或厌氧生物体进行生物分解被认为是处理废水的最‘绿色’的方法之一。然而，在这些常规方法之后，被处理的水中仍会残留无机化合物，例如硝酸盐和磷酸盐离子，这会带来环境问题，例如富营养化或地下水污染。美国专利第4，333，263号和第5，097，795号公开了使用大型藻类去除废水中的过量营养物的藻皮净化器(algal turf scrubber)。这些
技术介绍
涉及已显示可比游离细胞系统积累更多的重金属的固定化系统(Brouers等人，1989 ；Darnall等人，1986 ；KhummongkoI 等人，1982 ；Aksu, 1998)。Chevalier (1985)已经显不了固定化栅藻 (Scenedesmus sp.)对氮和磷的吸收大于其游离细胞对氮和磷的吸收。在不同藻类菌株的比较中，Johnson等人(2010)的最新研究显示，微藻类在去除废水中的无机化合物方面一般比大型藻类更为有效。用藻类净化废水的另一个局限性为光强度。举例来说，美国专利第6，355，172号和第7，682，503号公开了使用藻类去除污水中的金属，但这两个专利技术都需要浸入水中。流体相中的高浑浊度是阻止自然光穿透入污水中的决定因素，使得即便在预沉淀工艺中将流体相与固体相和污泥分离，在中间层或底层的流体所具有的光强度仍然可能不足以让藻类进行光合作用。利用发光材料将不合适的波长转换为用于光合作用的合适波长是一种提高光强度的方法。在美国专利第6，883，271号中，公开了将UV光转换为生长促进光以用于培养植物或蔬菜的装置。然而，所述装置只限于转换UV光，且不能将宽范围的非可见光转换为用于特定光合生物的可见光的特定波长。需要更灵活和更兼容的光转换装置。除废水处理外，藻类也是替代能源的良好候选，因为其副产物和/或生物质可被转换为生物燃料。举例来说，来源于油籽植物(例如大豆、向日葵和油棕等)(Durrett等人， 2008)或微藻类(Hu等人，2008)中的三酰基甘油的油可被制成生物柴油。藻类更适合作为生物燃料的来源，因为最新研究揭示，藻类比其它生物燃料来源具有固有优势，例如产率更高、细胞分裂更迅速和质量更好(Robert，2009)。因此，所属领域需要一种改良型生物净化系统，其通过有效利用自然光来去除废水中不想要的无机化合物。
技术实现思路
本专利技术涉及一种废水藻类净化系统。具体来说，本专利技术涉及一种使用藻类作为生物净化剂的生物净化系统。在一示例性实施方案中，废水藻类净化系统包含光转换装置；一个或多个主动型或被动型太阳追踪器，其合并有多个可旋转和/或倾斜生长屏和滚动轴，所述生长屏作为保持藻类的基底；废水入口和出口 ；和气体入口。在一个实施方案中， 本专利技术的太阳追踪器进一步包含位于系统外部的用于感测日间太阳位置的太阳位置传感器，并且还能通过控制器根据前一天的日落位置进行夜间重新定位。生长屏的旋转和/或倾斜程度和角度可由例如开环追踪策略(基于过往数据或日程表对太阳位置进行数学预测，而无需感测当前太阳位置)等电子装置，或由闭环追踪策略(通过一天中的最大光强度来确定即时太阳位置)来主动控制。在另一个实施方案中，生长屏可由非电子装置在没有太阳位置传感器的情况下使用太阳能旋转和/或倾斜生长屏来被动控制。本专利技术的太阳追踪器的移动也可由主动型和被动型机构的组合来控制。在另Iv实施方案中，将反射材料涂布于系统底部以确保所接收光被完全利用。 在其它实施方案中，将人造光合并到本专利技术的系统中以补充或替换自然光，以便维持或增强系统中藻类的光合作用。系统中包含生长屏、滚动轴和连接部件的太阳追踪器的形状、大小和设计可依据废水处理的需求和其它因素而变。本专利技术的光转换部分可包含一层或多层下转换和/或上转换发光材料。在一个实施方案中，本专利技术中使用的下转换发光材料是量子点，其是选自半导体、无机或金属材料的纳米粒子。每一个下转换发光层可包含一种或一种类型以上的量子点。一般来说，量子点用于吸收包括紫外光在内的高能光，并发射约300nm至2，OOOnm范围内的较窄波长的较低能量光。光的特定波长可根据特定选择的生物体中光合色素的吸收光谱，使用量子点的不同组合来选择。本专利技术的上转换发光材料可以是纳米粒子或大体积形式(bulk form),且选自经镧系元素或过渡金属化合物的离子掺杂的金属氧化物。在本专利技术中更优选纳米粒子形式的上转换发光材料，因为与大体积形式的相同材料相比，其光散射较低且发光效率较高。一般来说，上转换发光材料用于吸收红外光或近红外光，并发射约400nm至SOOnm范围内的较短波长的较高能量可见光。与本专利技术的量子点层组合，自本专利技术的上转换发光层上转换的发射可被量子点层部分或完全吸收，且重新发射想要的波长光。上转换和下转换发光材料层也可用一个或多个透明层覆盖。本专利技术的废水藻类净化系统的至少一个表面可用一层或多层上转换和下转换发光材料包覆。本专利技术的生长屏是供藻层生长的基底。藻类选自微藻类或微藻类和大型藻类的混合物。微藻类优选在本专利技术的生长屏上生长。在本专利技术的一个方面，微藻类可以在本专利技术的生长屏上向内生长。本专利技术的藻类可以是能进行光合作用的天然存在或遗传修饰的生物体。在本专利技术的一示例性实施方案中，藻类可与共生微生物共同培养。本专利技术的藻类可用于制造生物燃料和其它副产物。本专利技术的另一个方面是提供处理例如污水等废水的方法。本专利技术的处理污水的方法包含以下步骤将来自某一来源的污水接收至沉淀池中；在沉淀池中基本分离污水中大的固体碎片和污泥与流体相；将来自沉淀池的污水中的流体相输送至至少一个废水藻类净化系统，其具有多个生长屏，在所述生长屏上具有至少一层藻类；穿过包覆在所述废水藻类净化系统上的一层或多层上转换发光材料和/或一层或多层下转换发光材料，将太阳光或人造光引导至生长屏；将来自大气或外部来源的CO2供应至废水藻类净化系统；和通过包括(但不限于)刮削、真空吸取、振动、离心、絮凝、过滤或超声波在内的方法，定期收集和处理来自生长屏的藻层，以用于制造生物气、生物燃料或其它副产物。本专利技术适用于污水处理厂或用于处理废水的工业、农业或渔业设施。此外，本专利技术中产生的光合生物可任选地用于制造生物燃料。附图说明本专利技术的这些和其它目标、方面和实施方案将在下文参照以下图式详细描述，其合； 图I是描绘本专利技术的废水藻类净化系统的一示例性实施方案的流程图2a图解表示本专利技术的光转换系统中的上转换发光层和下转换量子点层的组图2b图解表示上转换发光层和将其夹在中间的两个下转换量子点层的组合图3 图4图解表示废水藻类净化系统的三维视图解表示合并到太阳追踪器中的一系列藻类生长屏的一实施例的横断面视图5图解表示合并有多个藻类生长屏的太阳追踪器的另一个实施例的横断面视图6图解表示合并有多个藻类生长屏的环形太阳追踪器的三维视图；图7图解表示合并有多个藻类生长屏的圆柱形太阳追踪器的三维视图；图8图解表示梯田地形上的废水藻类净化系统的一实施方案。具体实施例方式图I说明与废水处理设施的不同部件连接的废水藻类净化系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄宁，王兰，
申请(专利权)人：庄宁，
类型：发明
国别省市：