申請(qǐng)日2015.09.28
公開(公告)日2015.12.23
IPC分類號(hào)C02F3/32
摘要
本發(fā)明公開了一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)及其構(gòu)建和運(yùn)行方法，通過構(gòu)建活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)用于凈化污水，并回收能源，本發(fā)明所述系統(tǒng)包括微藻及其顆粒污泥載體，所述培養(yǎng)階段沉降時(shí)間與反應(yīng)器排水比分別控制范圍為1-100分鐘和10%-90%，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.1-2cm/s，實(shí)際廢水處理階段沉降時(shí)間控制為0.5-30分鐘，排水比控制為10%-90%，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.1-3cm/s。本系統(tǒng)能夠處理多種廢水，剩余污泥可作為生物柴油、生物汽油、發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷、生物有機(jī)肥和生物碳等制備的原材料。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)，其特征在于：所 述系統(tǒng)包括油脂微藻及其顆粒污泥載體，所述顆粒污泥與微藻接種含量分別為 0.1-1g/L和1×103-1×1015cell/L，接種基質(zhì)為培養(yǎng)溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)， 其特征在于：所述顆粒污泥為厭氧顆粒污泥、好氧顆粒污泥或二者任意比例的 混合顆粒污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)， 其特征在于：所述污泥顆粒粒徑范圍為0.2-4毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統(tǒng)， 其特征在于：所述油脂微藻選自藍(lán)藻、綠藻門、硅藻門或金藻門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)， 其特征在于：所述培養(yǎng)溶液為人工配置溶液或污水溶液，所述人工配置溶液或 污水溶液COD含量為100-2000mg/L，氨氮含量為5-500mg/L，總氮為5-600mg/L， 磷酸鹽含量為1-40mg/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)， 其特征在于：所述培養(yǎng)溶液還加入濃度為0.1-50mg/L的混合營養(yǎng)鹽，所述營養(yǎng) 鹽元素選自鎂離子、鈣離子、鉀離子、銅離子、鋅離子、鐵離子之一或兩種以 上任意比例的混合物。
7.一種構(gòu)建如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述用于廢水處理的活性污泥與微藻 耦合顆粒化系統(tǒng)的方法，其特征在于包括以下步驟：
以玻璃或有機(jī)玻璃反應(yīng)器為裝置，以序批式反應(yīng)器運(yùn)行方式進(jìn)行，通過曝 氣裝置或攪拌裝置控制系統(tǒng)培養(yǎng)溶液內(nèi)微生物分布均勻，加入所述顆粒污泥， 并以顆粒污泥為載體，混合加入所述油脂微藻;
培養(yǎng)階段沉降時(shí)間與反應(yīng)器排水比分別控制范圍為1-100分鐘和10%-90%， 單一周期運(yùn)行時(shí)間2-8小時(shí)，每天運(yùn)行周期為2-6個(gè)周期，光照條件控制為 2000-40000lux光強(qiáng)范圍，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.1-2cm/s。
8.一種運(yùn)行如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的所述用于廢水處理的活性污泥 與微藻耦合顆�；到y(tǒng)的方法，其特征在于：培養(yǎng)結(jié)束后用于實(shí)際廢水處理， 實(shí)際廢水處理階段沉降時(shí)間控制為0.5-30分鐘，排水比控制為10%-90%，單一 周期運(yùn)行時(shí)間為1-10小時(shí)，每天運(yùn)行周期為2-10個(gè)周期，光照條件控制為 2000-40000lux光強(qiáng)范圍，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.1-3cm/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合 顆�；到y(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)排出剩余污泥作為生物柴油、生物汽油、 發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷、生物有機(jī)肥和生物碳制備的原材料。
說明書
用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)及其構(gòu)建和運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污水處理系統(tǒng)，特別是涉及一種用于廢水處理的活性污泥與微 藻耦合顆�；到y(tǒng)及其構(gòu)建和運(yùn)行方法。
背景技術(shù)
21世紀(jì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所需迫切解決的兩大問題：環(huán)境污染與能源危 機(jī)。水資源污染是環(huán)境污染的主要組成部分，隨著人口數(shù)量不斷升高及城市化 進(jìn)程的加快，加上受技術(shù)水平、短期利益使然和法制不健全等因素的綜合影響， 近年來水資源污染問題日益嚴(yán)重，而如何高效、低成本地去除水體中過量的氮 磷等污染物是水污染治理的重要難題。與此同時(shí)，調(diào)查指出全球的石油和天然 氣儲(chǔ)量將在未來40-50年后面臨枯竭，2020年全球的能源缺口將達(dá)到488EJ/a， 因此為滿足人類對(duì)能源的需求，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、可再生及環(huán)境友好的新型能源 勢(shì)在必行。
細(xì)菌和微藻是自然界水體中廣泛存在的微生物種類，它們對(duì)促進(jìn)水環(huán)境中 的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)與維持水生環(huán)境的生態(tài)平衡具有重要作用，同時(shí)也被認(rèn) 為是有望替代石化能源的主要生物質(zhì)能源原料。好氧污泥(細(xì)菌)工藝是全球 應(yīng)用最為廣泛的去除污水中氮磷等營養(yǎng)污染物的處理技術(shù)，而污泥顆�；夹g(shù) 的出現(xiàn)成為目前其中一個(gè)研究熱點(diǎn)，同時(shí)污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥蘊(yùn)涵 著大量的生物質(zhì)，具有良好的資源化利用前景(如熱解制油和制氫等)。微藻 是光能自養(yǎng)型單細(xì)胞生物，其在生長過程中需要消耗水環(huán)境中的氮磷等營養(yǎng)物 質(zhì)以合成體內(nèi)有機(jī)質(zhì)，并通過光合作用將CO2固定為有機(jī)碳(蛋白質(zhì)、碳水化 合物、油脂)，藻細(xì)胞油脂中的三酰甘油酯(Triacylglycerols，TAG)是制備生 物柴油的主要原料。
研究證明活性污泥與微藻可形成耦合共生系統(tǒng)凈化污水，此共生系統(tǒng)主要 分為兩種模式：1)懸浮式菌藻，此類模式是將微藻與絮狀活性污泥進(jìn)行搭配后， 直接放入較淺穩(wěn)定塘(深度0.3-0.5m)或光照反應(yīng)器中進(jìn)行污水凈化和微藻培養(yǎng); 2)固定化菌藻，此類模式是將微藻與絮狀活性污泥進(jìn)行搭配，并與物化載體(如 軟性填料、藻酸鈣和聚乙烯醇等)實(shí)現(xiàn)固定化，進(jìn)而處理污水。研究指出藻菌 共生系統(tǒng)的污水凈化效率明顯高于單菌和單藻。因此，污泥-微藻耦合共生工藝 可在處理污水的同時(shí)，以污水為原料獲取新資源和新能源，在緩解能源缺乏和 水環(huán)境污染方面具有廣闊的發(fā)展前景。但是，此工藝仍存在一些關(guān)鍵問題需要 進(jìn)一步解決：1)在懸浮式菌藻共生系統(tǒng)中，微藻沉降效能較差，不易收獲分離， 對(duì)能源回收成本有很大影響，微藻收獲是僅次于培養(yǎng)過程的第二大成本消耗;2) 懸浮式系統(tǒng)中如果污泥投加比例較低，會(huì)降低系統(tǒng)的處理效果和抗沖擊能力。 而污泥投加比例較高時(shí)，光線在絮狀活性污泥中穿透性較弱，微藻在光化反應(yīng) 器中受光比表面積較小，不利于微藻生長;3)在固定化菌藻共生系統(tǒng)中，無毒、 多孔、不溶解于處理介質(zhì)、不易被生物分解、且廉價(jià)易得的載體材料開發(fā)與選 用較為困難，從而造成固定化系統(tǒng)實(shí)際使用成本較高，重復(fù)利用性較差，并且 固定化過程中所用的物化材料會(huì)影響后續(xù)能源提取回收。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合 顆�；到y(tǒng)及其構(gòu)建和運(yùn)行方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；� 統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括油脂微藻及其顆粒污泥載體，所述顆粒污泥與微藻接種含量 分別為0.1-1g/L和1×103-1×1015cell/L，接種基質(zhì)為培養(yǎng)溶液。
其中所述顆粒污泥為厭氧顆粒污泥、好氧顆粒污泥或二者任意比例的混合 顆粒污泥。
其中所述污泥顆粒粒徑范圍為0.2-4毫米。
其中所述油脂微藻選自藍(lán)藻、綠藻門、硅藻門或金藻門。
其中所述培養(yǎng)溶液為人工平配置溶液或污水溶液，所述人工配置或污水溶 液COD含量為100-2000mg/L，氨氮含量為5-500mg/L，總氮為5-600mg/L，磷 酸鹽含量為1-40mg/L。
其中所述培養(yǎng)溶液還加入濃度為0.1-50mg/L的混合營養(yǎng)鹽，所述營養(yǎng)鹽元 素選自鎂離子、鈣離子、鉀離子、銅離子、鋅離子、鐵離子之一或兩種以上任 意比例的混合物。
一種構(gòu)建用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆�；到y(tǒng)的方法，包括以 下步驟：
以玻璃或有機(jī)玻璃反應(yīng)器為裝置，以序批式反應(yīng)器運(yùn)行方式進(jìn)行，通過曝 氣裝置或攪拌裝置控制系統(tǒng)培養(yǎng)溶液內(nèi)微生物分布均勻，加入所述顆粒污泥， 并以顆粒污泥為載體，混合加入所述油脂微藻;
培養(yǎng)階段沉降時(shí)間與反應(yīng)器排水比分別控制范圍為1-100分鐘和10%-90%， 單一周期運(yùn)行時(shí)間2-8小時(shí)，每天運(yùn)行周期為2-6個(gè)周期，光照條件控制為 2000-40000lux光強(qiáng)范圍，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.1-2cm/s。
一種運(yùn)行用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統(tǒng)的方法，包括以 下步驟：培養(yǎng)結(jié)束后可用于實(shí)際廢水處理過程，實(shí)際廢水處理階段沉降時(shí)間控 制為0.5-30分鐘，排水比控制為10%-90%，單一周期運(yùn)行時(shí)間為1-10小時(shí)，每 天運(yùn)行周期為2-10個(gè)周期，光照條件控制為2000-40000lux光強(qiáng)范圍，曝氣或 攪拌形成剪切力控制在0.1-3cm/s。
所述系統(tǒng)排出剩余污泥作為生物柴油、生物汽油、發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷、生物 有機(jī)肥和生物碳制備的原材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果：
1、提高菌藻共生系統(tǒng)內(nèi)微生物生物量，從而促進(jìn)污水凈化效果及抗沖擊能 力;
2、提高微生物的沉降性能，降低生物質(zhì)原料收獲成本;
3、物化載體零投入，降低固定化成本和能源回收過程中物化雜質(zhì)抑制影響;
4、增強(qiáng)剩余活性污泥資源化收益，間接降低好氧污泥工藝運(yùn)行成本;
5、保證污泥量的同時(shí)，增強(qiáng)系統(tǒng)透光性能;
6、可用于工廠廢水處理同時(shí)，通過工廠廢氣提供剪切力，降低廢氣中溫室 氣體(如二氧化碳等)比重;
7、可以提高廢水處理系統(tǒng)中剩余污泥的熱值與油脂含量，促進(jìn)其資源化利 用;
8、通過系統(tǒng)光照的介入與微藻對(duì)系統(tǒng)pH水平的提升，有效殺滅廢水中所 合致病微生物;
9、相比傳統(tǒng)污泥系統(tǒng)，提供廢水中總氮和總磷的去除效率。
總之通過本專利的實(shí)施成果有望為菌藻共生提供一種新型模式，在污水凈 化和資源回收方面具有一定的研究意義。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
