光合生物介导的废水综合生态处理系统

中国污水处理工程网时间：2018-3-19 14:28:12

　　申请日2016.01.19

　　公开(公告)日2016.06.01

　　IPC分类号C02F9/14; C02F11/12; C02F11/10; C10G1/00

　　摘要

　　本发明属于环保水处理技术领域，具体提供了一种光合生物介导的废水综合生态处理系统，主要由微藻种子培养池、驯养池、菌丝制备罐、混合培养池、沉淀过滤池、自养培养池、挤压脱水装置、干燥装置以及裂解装置组成。同时，本发明还提供了使用本发明的废水综合生态处理系统处理废水的方法。本发明的有益效果是：本发明提供的废水综合生态处理系统和方法引入了光合微藻介导的新型废水处理工艺。利用光合微藻自身产生的氧气代替传统曝气，能耗显著下降，活性污泥产量大幅降低，且微藻的引入增加了活性污泥的高附加值。本发明的废水综合生态处理系统和方法环境友好、简单高效，同时大大降低了废水处理的成本，并能显著提升废水的资源和能源再利用率。

　　权利要求书

　　1.一种光合生物介导的废水综合生态处理系统，其特征在于，包括以下设备：

　　用于培养微藻种子的微藻种子培养池;

　　用于驯化培养废水环境下微藻耐受性的驯养池;

　　用于制备真菌菌丝的菌丝制备罐;

　　将驯养池排出的含有驯化后微藻的驯养液和待处理废水液混合进行混合培养的混合培养池;

　　用于对混合培养池的混养液进行固液分离的第一沉淀过滤池;所述第一沉淀过滤池中先加入菌丝制备罐所制得菌丝进行培养，再进行固液分离;

　　用于对第一沉淀过滤池分离出的滤液进行添加活性污泥自养培养的自养培养池;

　　用于对自养培养池的自养液进行固液分离的第二沉淀过滤池;所述第二沉淀过滤池中先加入菌丝制备罐所制得菌丝进行培养，再进行固液分离;

　　用于对第一沉淀过滤池和第二沉淀过滤池分离出的沉淀进行进一步脱水的挤压脱水装置;

　　用于对挤压脱水装置处理后的沉淀进行干燥的干燥装置;

　　以及用于对干燥装置干燥后的沉淀进行裂解制生物油的裂解装置。

　　2.根据权利要求1所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：还包括对废水进行去除固体颗粒杂质预处理的废水预处理池。

　　3.根据权利要求2所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述废水预处理池内依次设有拦截不同固体颗粒杂质大小的栅格过滤装置、石滤装置和砂滤装置。

　　4.根据权利要求1所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述微藻种子培养池主要由促进微藻光合作用生长的光源以及培养桶组成，所述培养桶的底部设有电磁搅拌装置，所述光源为植物生长荧光灯和/或LED灯，所述光源电连接有为其提供能源的光伏发电板。

　　5.根据权利要求4所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述驯养池与所述微藻种子培养池结构相同。

　　6.根据权利要求1所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述混合培养池主要由培养反应器和水泵组成，所述培养反应器由多个长度不同的培养槽构成，多个培养槽自上而下根据其长度由短到长呈阶梯状依次排列，并且相邻的培养槽的右端均相互连通，所述培养反应器的顶端与所述水泵的出水口连通，所述培养反应器底端设有可启闭的出液口。

　　7.根据权利要求6所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述培养反应器由12个培养槽构成，任意相邻的两个培养槽之间的间距均为30cm，所有培养槽的宽度均为80cm。

　　8.根据权利要求1所述的废水综合生态处理系统，其特征在于：所述第一沉淀过滤池和第二沉淀过滤池为同一个沉淀过滤池。

　　9.使用权利要求2～8任一所述废水综合生态处理系统处理废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

　　S1准备工作：使用微藻种子培养池培养微藻种子待用，使用菌丝制备罐制备真菌菌丝待用;

　　S2废水预处理：将废水通入废水预处理池，除去固体颗粒杂质，得到预处理废水;

　　S3微藻驯养：将预处理废水部分通入驯养池，并在驯养池内接种S1中培养的微藻种子，驯化培养微藻种子在废水环境中的耐受性，驯养结束得到含有微藻的驯养液;将剩余的预处理废水全部通入混合培养池;

　　S4混合培养：将驯养液通入混合培养池进行混合培养，混合培养结束得到混养液;

　　S5一次沉淀：将混养液通入第一沉淀过滤池，并向第一沉淀过滤池内加入S1中制备的真菌菌丝，搅拌培养后进行固液分离，得到一次沉淀和一次滤液;

　　S6自养培养：将一次滤液通入自养培养池，并向自养培养池中加入活性污泥进行自养培养，自养培养结束后得到自养液;

　　S7二次沉淀：将自养液通入第二沉淀过滤池，并向第二沉淀过滤池内加入S1中制备的真菌菌丝，搅拌培养后进行固液分离，得到二次沉淀和二次滤液，二次滤液检测达标后即为综合生态处理废水;

　　S8沉淀再利用：将S5所得一次沉淀和S7所得二次沉淀依次分别进行以下处理：挤压脱水装置挤压脱水、干燥装置干燥、裂解装置制备生物油。

　　10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：若S7中二次滤液检测不达标，将二次滤液通入自养培养池，重复循环S6和S7步骤，直至S7固液分离得到的滤液达标为止。

　　说明书

　　一种光合生物介导的废水综合生态处理系统和方法

　　技术领域

　　本发明属于环保水处理技术领域，具体涉及一种光合生物介导的废水综合生态处理系统和方法。

　　背景技术

　　随着现代工农业的快速发展和人民生活水平的大幅提高，产生了越来越多的生活与工农业废水。传统的以活性废泥为主的废水处理工艺主要是通过曝气以及厌氧与好氧交替运行，将废水中的有机碳和氨氮变为二氧化碳和氮气排放到大气中，没有实现能源或者资源的循环转化。随着化石能源的耗竭以及大气温室效应的日益显著，寻找更为节能和环境友好的废水处理工艺变得更为重要和迫切。怎样将传统废水处理由高能耗转为低能耗甚至产能的工艺成为未来废水处理领域的研究重点。

　　利用光合生物如藻类为主体取代传统废水处理中以活性污泥为主体的废水处理工艺的研究，早在20世纪50年代就有人报道。光合微藻是一种能进行光合作用的微生物或植物。它可以利用废水中的氮、磷等营养物，缓解水体的富营养化，并能吸收利用空气中大量的CO2，降低大气的温室效应。光合微藻还具有吸收废水中重金属的能力，且具有高效、低耗、环保等特点。此外，光合生物的蛋白质含量高，收获后可用作动物饲料、饵料。某些光合生物油脂含量高，通过收集加工可提炼成生物油供汽车、火车作为动力燃料，进一步加工还可作为航空燃料，供飞机使用。所以利用光合生物处理废水是一项可有效回收废水能量和各种营养组分的资源化技术，并能克服传统废水处理方法易引起的二次废染、潜在营养物质丢失、资源不能完全利用等弊端，同时能够有效且低成本地去除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质，因此具有广阔的应用前景。

　　关于利用微藻介导废水综合生态处理方法和系统，目前公开的文献和专利很少，例如公开号CN101549932A只涉及利用废水废渣废液培养微藻炼油，废水处理效率低，仍无法解决高COD、高氨氮、高色值、大流量的废水处理需求。

　　发明内容

　　为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种能够低成本且环境友好地处理各种市政废水和工农业废水的光合生物介导的废水综合生态处理系统。同时，本发明还提供了相应的使用本发明的废水综合生态处理系统进行低成本且环境友好的处理市政废水和工农业废水的方法。

　　本发明首先提供了一种光合生物介导的废水综合生态处理系统，包括以下设备：用于培养微藻种子的微藻种子培养池;用于驯化培养废水环境下微藻耐受性的驯养池;用于制备真菌菌丝的菌丝制备罐;将驯养池排出的含有驯化后微藻的驯养液和待处理废水混合进行混合培养的混合培养池;用于对混合培养池的混养液进行固液分离的第一沉淀过滤池，所述第一沉淀过滤池中先加入菌丝制备罐所制得菌丝进行培养，再进行固液分离;用于对第一沉淀过滤池分离出的滤液进行添加活性污泥自养培养的自养培养池;用于对自养培养池的自养液进行固液分离的第二沉淀过滤池，所述第二沉淀过滤池中先加入菌丝制备罐所制得菌丝进行培养，再进行固液分离;用于对第一沉淀过滤池和第二沉淀过滤池分离出的沉淀进行进一步脱水的挤压脱水装置;用于对挤压脱水装置处理后的沉淀进行干燥的干燥装置;以及用于对干燥装置干燥后的沉淀进行裂解制生物油的裂解装置。优选的，裂解装置为微波裂解装置。

　　本发明提供的废水综合生态处理系统中，微藻能利用废水中有机碳和无机碳及外源CO2为碳源进行培养以净化废水，同时，光合生物的微藻、真菌菌丝以及活性污泥中菌群三者共同作用，达到协同处理废水的效果，废水处理效率高、效果优异、成本低廉。同时，沉淀过滤池获得沉淀经裂解处理制得生物油，裂解残渣还可以用作有机肥料，进一步提升了本发明的废水处理系统的产出附加值，提高废水的资源化、能源化利用率。驯化池驯化培养时间一般为几个星期到几个月。驯化培养能够增强微藻对特定废水的耐受性，增强其生长净化能力，为下步骤混合培养池中的混合培养作铺垫。

　　作为优选，本发明的废水综合生态处理系统还包括对废水进行去除固体颗粒杂质的废水预处理池。进一步的，所述废水预处理池内依次设有拦截不同固体颗粒杂质大小的栅格过滤装置、石滤装置和砂滤装置。

　　作为优选，所述微藻种子培养池主要由促进微藻光合作用生长的光源以及培养桶组成，所述培养桶的底部设有电磁搅拌装置，所述光源为植物生长荧光灯和/或LED灯，所述光源电连接有为其提供能源的光伏发电板。进一步优选，所述驯养池与所述微藻种子培养池结构相同。电磁搅拌装置的设置，防止微藻在体系内局部富集沉淀，使得微藻在均匀分布在体系内，进而起到提升微藻生长效率和废水净化效果的作用。

　　作为优选，所述混合培养池主要由培养反应器和水泵组成，所述培养反应器由多个长度不同的培养槽构成，多个培养槽自上而下根据其长度由短到长呈阶梯状依次排列，并且相邻的培养槽的右端均相互连通，所述培养反应器的顶端与所述水泵的出水口连通，所述培养反应器底端设有可启闭的出液口。进一步优选，所述培养反应器由12个培养槽构成，任意相邻的两个培养槽之间的间距均为30cm，所有培养槽的宽度均为80cm。混养培养池由阶梯型的微藻开放培养反应器组成，培养反应器顶层有水泵送入，然后利用水自身重力由高向下流，达到循环培养的目的，大幅降低能耗。同时，此种结构设计的混合培养池与外界接触面积大、内部微藻采光角度多、外部光照利用率高，进而降低光照需求，从而了降低成本。

　　作为优选，所述第一沉淀过滤池和第二沉淀过滤池为同一个沉淀过滤池。

　　相应的，本发明还提供了使用前述本发明的废水综合生态处理系统处理废水的方法，包括以下步骤：