一種基于微藻培養(yǎng)的沼液處理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微藻培養(yǎng)的沼液處理裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]畜禽養(yǎng)殖廢水是一種高濃度的有機(jī)廢水，污染物濃度高、廢水排放量大，對(duì)周?chē)h(huán)境污染嚴(yán)重，尤其是高濃度氮磷的排放易造成地表水的富營(yíng)養(yǎng)化。發(fā)展大中型的沼氣池能使畜禽污染廢水轉(zhuǎn)化成沼氣和肥料;但是，畜禽廢水在厭氧發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的殘留液，該殘留液即為沼液，其成為了新的污染源。
[0003]目前，沼液常用的處理方法可分為四類(lèi):低成本的資源化利用、低成本的自然生態(tài)凈化、高成本的工廠(chǎng)化處理以及高附加值的綜合利用。
[0004]低成本的資源化利用包括:沼液還田、沼液浸種、葉面噴施、沼液養(yǎng)豬、沼液養(yǎng)魚(yú)等，但是，上述利用方式都需要大面積的土地承載;低成本的自然生態(tài)凈化包括氧化塘、人工濕地等，但是，這也需要占用大量的土地且受氣溫影響較大；高成本的生化處理方法有:序批式反應(yīng)器(SBR法)、序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR法)、膜生物反應(yīng)器、接觸氧化以及生物濾池等，流程多、投資大、運(yùn)行成本高，產(chǎn)生大量活性污泥等廢棄物需要處置，造成了二次污染;高附加值的綜合利用方法:回收沼液中的營(yíng)養(yǎng)元素、濃縮沼液、利用沼液培養(yǎng)藻類(lèi)等，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的“雙贏”。
[0005]菌-藻耦合體系是一種高附加值的綜合利用方法，在該體系中好氧菌將含碳有機(jī)物降解為CO2和水;將含氮有機(jī)物進(jìn)行氨化、硝化，生成氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，上述氧化過(guò)程為細(xì)菌活動(dòng)提供能量，同時(shí)上述氧化產(chǎn)物均可以被藻類(lèi)利用。另一方面，藻類(lèi)會(huì)吸收細(xì)菌產(chǎn)生的CO2和氮磷等元素，最終同化為藻類(lèi)的細(xì)胞物質(zhì)。通過(guò)光合作用，藻類(lèi)釋放氧氣，增加水中的溶解氧，反過(guò)來(lái)促進(jìn)好氧菌的代謝。如此循環(huán)，能有效降低沼液中的氮磷等污染物的濃度，同時(shí)可收獲微藻作為高附加值產(chǎn)品。
[0006]現(xiàn)有的菌-藻共生體系的實(shí)際應(yīng)用是高效藻類(lèi)塘，高效藻類(lèi)塘(Highrate algal，簡(jiǎn)稱(chēng)HRAP)是在傳統(tǒng)穩(wěn)定塘的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種改進(jìn)形式，強(qiáng)化利用藻類(lèi)的增殖來(lái)產(chǎn)生有利于微生物生長(zhǎng)和繁殖的環(huán)境，形成更緊密的藻-菌共生系統(tǒng)，同時(shí)創(chuàng)造一定的物化條件，達(dá)到對(duì)有機(jī)碳、病原體，尤其是氮和磷等污染物的有效去除。
[0007]申請(qǐng)公布號(hào)CN103508639A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開(kāi)了一種占地面積小的塘床耦聯(lián)復(fù)合型人工濕地凈水系統(tǒng)，該凈水系統(tǒng)包括上行流高效藻類(lèi)塘、沉水植物塘和水平潛流人工濕地;三者為相互嵌套的圓形構(gòu)筑物，從里到外依次是上行流高效藻類(lèi)塘、沉水植物塘和水平潛流人工濕地;所述上行流高效藻類(lèi)塘底部鋪設(shè)有用于注入污水的多孔布水管;沉水植物塘底部填有薄層基質(zhì)，并種植有沉水植物;所述的水平潛流人工濕地中種植有挺水植物。該發(fā)明充分利用圓形構(gòu)筑物占地面積小的特點(diǎn)，構(gòu)建塘床聯(lián)用的復(fù)合凈水系統(tǒng)，能有效地去除多種污染物，提高污水凈化效率，形成一種高效、穩(wěn)定、節(jié)能的新型污水處理系統(tǒng)。
[0008]此外，授權(quán)公告號(hào)為CN100497196C的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開(kāi)了一種高濃度有機(jī)廢水的藻-菌共生流化床處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流化床裝置、進(jìn)氣裝置、進(jìn)水裝置、光照裝置、監(jiān)測(cè)裝置和過(guò)濾裝置，所述的流化床裝置由集水槽、內(nèi)管和外管組成的雙圓筒、進(jìn)氣口和氣體分布裝置組成；內(nèi)管和外管之間的上部為擴(kuò)大區(qū)，內(nèi)管和外管之間的下部為反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有顆粒載體;所述的進(jìn)水裝置包括培養(yǎng)液貯罐、原水輸送管和調(diào)節(jié)池，所述的調(diào)節(jié)池外設(shè)有原水輸送管，培養(yǎng)液貯罐與流化床裝置連接，所述的進(jìn)氣裝置包括CO2鋼瓶和緩沖罐;所述的光照裝置設(shè)置在內(nèi)管內(nèi)；所述的監(jiān)測(cè)裝置包括探測(cè)裝置和檢測(cè)裝置。該發(fā)明將流態(tài)化技術(shù)與藻-菌共生水處理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度有機(jī)廢水的高效處理。
[0009]申請(qǐng)公布號(hào)CN105018336A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)公開(kāi)了一種利用廢水培養(yǎng)微藻的裝置，該裝置包括罐體，所述罐體分為微藻培養(yǎng)室和廢水發(fā)酵室上下兩部分，所述廢水發(fā)酵室位于微藻培養(yǎng)室的下方，兩者之間設(shè)有輸氣通道;所述廢水發(fā)酵室的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)液口和排液口，底部設(shè)有排渣口，外部設(shè)有與所述排液口連通的過(guò)濾裝置;所述微藻培養(yǎng)室內(nèi)部設(shè)有微藻培養(yǎng)架，頂部設(shè)有排氣口，微藻培養(yǎng)架上方安裝有噴淋器，噴淋器通過(guò)抽提栗與過(guò)濾裝置相連。
[0010]雖然，上述裝置實(shí)現(xiàn)了廢水發(fā)酵和微藻培養(yǎng)的一體化，降低了微藻的培養(yǎng)成本，使微藻利用了廢水中的營(yíng)養(yǎng)元素。但是該裝置的不足之處在于:第一，該裝置的主要目的在于培養(yǎng)微藻，對(duì)于廢水的處理效果欠佳;第二，該裝置廢水發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的CO2在微藻培養(yǎng)室內(nèi)部分布不均，降低了微藻的CO2利用效率，影響微藻對(duì)廢水中高濃度氨氮的處理效果；第三，該裝置的前處理方式為單一的厭氧發(fā)酵，其過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度氨氮會(huì)抑制微藻的生長(zhǎng)，降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種基于微藻培養(yǎng)的沼液處理裝置及方法，該裝置對(duì)沼液的處理效果好，能夠達(dá)到處理高濃度氨氮廢水的目的。
[0012]—種基于微藻培養(yǎng)的沼液處理裝置，包括罐體，所述罐體的頂部設(shè)有出水口，底部設(shè)有進(jìn)水口，內(nèi)部設(shè)有隔層，隔層將罐體分隔成微藻培養(yǎng)室和預(yù)處理室上下兩部分，所述隔層上設(shè)有若干個(gè)用于向微藻培養(yǎng)室內(nèi)輸送物料的通道，所述通道內(nèi)設(shè)有過(guò)濾裝置，所述預(yù)處理室分為好氧反應(yīng)區(qū)和兼氧反應(yīng)區(qū)上下兩部分，所述兼氧反應(yīng)區(qū)和好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)均設(shè)有固體填料，好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)固體填料的下方還設(shè)有曝氣裝置。
[0013]本發(fā)明沼液處理裝置為一體式結(jié)構(gòu)，能夠在培養(yǎng)微藻之前先通過(guò)細(xì)菌對(duì)沼液進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理室內(nèi)的細(xì)菌能夠降低沼液中高濃度的有機(jī)物和氨氮等抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)的有害物的含量，同時(shí)消耗氧氣產(chǎn)生大量CO2氣體。CO2氣體以及預(yù)處理后的沼液經(jīng)過(guò)濾裝置進(jìn)入微藻培養(yǎng)室后，微藻利用沼液中的氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽和CO2進(jìn)行光合作用，將碳、氮、磷變成藻的生物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)沼液的處理。
[0014]作為優(yōu)選，所述過(guò)濾裝置中填裝有纖維填料;經(jīng)好氧反應(yīng)區(qū)處理后的沼液在進(jìn)入微藻培養(yǎng)室前經(jīng)該過(guò)濾裝置過(guò)濾后，能夠隔離固體填料中溢出的大顆粒固體雜質(zhì)，防止堵塞微孔曝氣器。
[0015]更優(yōu)選，所述的纖維填料為海綿、濾布的一種;所述纖維填料的孔徑為100?400μmD
[0016]作為優(yōu)選，所述過(guò)濾裝置通道的頂部設(shè)有微孔曝氣器，使進(jìn)入微藻培養(yǎng)室的氣體變?yōu)樾馀?，提高CO2的利用率。
[0017]所述的沼液處理裝置還包括微藻濃縮裝置，微藻濃縮裝置的進(jìn)口與所述出水口相連，出口通過(guò)管路與微藻培養(yǎng)室相通，微藻濃縮裝置的內(nèi)部設(shè)有微濾膜組件。為了維持微藻培養(yǎng)室微藻的密度，保證沼液的氮、磷去除效率，反應(yīng)器出水中含有大量微藻在濃縮裝置中濃縮，一部分回流至微藻培養(yǎng)室中維持微藻濃度，一部分采收利用。經(jīng)微濾膜分離的出水的回流比為100%?300%，從而稀釋微藻培養(yǎng)室內(nèi)的沼液，降低沼液中的污染物濃度。
[0018]隨著CO2氣體不斷地進(jìn)入微藻培養(yǎng)室內(nèi)，微藻培養(yǎng)液會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)液的pH下降，需要補(bǔ)充少量堿度來(lái)維持培養(yǎng)液的pH。作為優(yōu)選，所述微藻培養(yǎng)室設(shè)有用于投加藥劑的給藥口，微藻培養(yǎng)室內(nèi)部設(shè)有監(jiān)測(cè)溶液PH值和微藻密度的傳感器，使培養(yǎng)液的環(huán)境最利于微藻生長(zhǎng)，保證沼液中污染物的去除效率。
[0019]更優(yōu)選，所述隔層下方設(shè)有傳感器，用于監(jiān)測(cè)經(jīng)好氧反應(yīng)區(qū)處理后的沼液的pH值和氨氮濃度，以便控制曝氣量和藥劑添加量。
[0020]作為優(yōu)選，所述兼氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固體填料為陶瓷顆粒、火山巖、活性炭中的一種；兼氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)固體填料的粒徑為5?I Omm。
[0021]作為優(yōu)選，所述好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固體填料為陶瓷顆粒、火山巖、活性炭中的一種；好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)固體填料的粒徑為I?5mm。
[0022]本發(fā)明還提供了一種利用所述的沼液處理裝置處理沼液的方法，包括:向進(jìn)水口通入沼液，沼液流經(jīng)兼氧反應(yīng)區(qū)、好氧反應(yīng)區(qū)后，進(jìn)入微藻培養(yǎng)室，再經(jīng)出水口流出；其中，沼液進(jìn)水時(shí)的流速為0.001?0.0 lm/s，控制沼液在兼氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間為0.5?2h，在好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間為I?4h，在微藻培養(yǎng)室內(nèi)的停留時(shí)間為2?12h。
[0023]在兼氧反應(yīng)區(qū)，沼液中的大部分懸浮物以及少量的有機(jī)物會(huì)被除去；而在好氧反應(yīng)區(qū)，沼液中的大部分的有機(jī)物、懸浮物和氨氮被除去，降低了抑制微藻生長(zhǎng)的有害物質(zhì)的含量。含有大量CO2的氣體和預(yù)處理后的沼液進(jìn)入微藻培養(yǎng)室內(nèi)，為微藻的生長(zhǎng)提供所需的C、N、P等元素，利于微藻進(jìn)行光合作用，但微藻的光合效率相對(duì)較低，因此需要保證足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，以便提高微藻對(duì)沼液的處理效率。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0025](I)本發(fā)明將沼液處理裝置分隔成微藻培養(yǎng)室