代替?zhèn)鹘y(tǒng)曝氣的廢水處理方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，也可用于可再生生物能源領(lǐng)域，或者兼顧兩個領(lǐng)域。特別涉及一種光合生物用于廢水處理的新工藝，改進(jìn)了現(xiàn)有廢水處理的曝氣階段工藝。更具體地說，首先通過預(yù)培養(yǎng)獲得光合生物細(xì)胞；然后將光合生物投入改造過的曝氣裝置；在光照條件下，光合生物產(chǎn)生02，并將O2分泌到環(huán)境中；體系中的光合生物和其他微生物獲得O2，加快生長和代謝；微生物作用降解和吸收吸附污染物；總體來說，明顯減少曝氣階段的能源需求。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及的光合生物屬于能進(jìn)行光合作用的、體積微小的水生植物和(或)微生物，但是它們的光合效率、生長速度高于傳統(tǒng)陸生植物，可以快速合成和積累各種生物質(zhì)，包括細(xì)胞、脂肪、維生素等細(xì)胞內(nèi)容物，生物質(zhì)經(jīng)過加工，可以用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品等多個領(lǐng)域。其中，微藻(如小球藻等綠藻，以及藍(lán)藻)是目前培養(yǎng)技術(shù)較為成熟、應(yīng)用前景明朗的光合生物。傳統(tǒng)工藝將微藻培養(yǎng)于無菌的人工培養(yǎng)基中，成本高，缺少經(jīng)濟(jì)競爭力。研究表明，一些種屬的微藻能夠光合作用轉(zhuǎn)化有機(jī)廢水中的碳素，以及空氣或煙氣中的co2，釋放02。微藻生長、代謝還吸收吸附了廢水中的氮磷營養(yǎng)鹽，凈化廢水，減少接納排出水的天然水體的富營養(yǎng)化。
[0003]傳統(tǒng)廢水二級處理工藝中，氧化曝氣是一個高耗能的過程，通過鼓氣和機(jī)械攪拌將O2輸送到體系中，液質(zhì)劇烈混合和巨大氣泡破裂是整個工藝的特征。因?yàn)镺2的溶解度很低，由大氣泡攜帶的O2在液體中停留的時間很短，不能被充分交換進(jìn)入液體中，因此就很難被微生物利用，大部分O2沒有利用就散逸到環(huán)境中，造成了能量和02的浪費(fèi)。而充足02能促進(jìn)微生物生長和代謝，保證氧化曝氣工藝的效果。盡管使用優(yōu)化的空氣或O2分布系統(tǒng)能部分改善O2的傳質(zhì)效果，但不能明顯降低能耗。
[0004]因此，急需開發(fā)一種高效的、節(jié)能減排的、經(jīng)濟(jì)可行的O2分布方法。經(jīng)過研究，利用微藻等光合生物的光合作用產(chǎn)生O2的微小氣泡，提供給共生的菌類用于生長和代謝，縮短了的02傳遞過程，提高了微生物捕獲和利用O2的效率，并且可以利用光合生物對碳氮磷營養(yǎng)鹽的吸收吸附作用，提高出水的品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種光合生物自生02代替?zhèn)鹘y(tǒng)曝氣的廢水處理方法，通過引入一定比例的光合生物，由光合生物光合作用產(chǎn)生02供光合生物-菌共生體系利用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械法氧化曝氣工藝，從而開發(fā)一種新型簡單高效、節(jié)能減排、成本較低的廢水氧化曝氣方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0007]—種光合生物自生O2代替?zhèn)鹘y(tǒng)曝氣的廢水處理方法，是使用預(yù)培養(yǎng)獲得或從培養(yǎng)體系中收獲的光合生物(如微藻)細(xì)胞，加入到改造后的氧化曝氣裝置中，使之達(dá)到一定的比例，然后通過光合生物的光合作用產(chǎn)生并分泌微小的O2氣泡，交給光合生物-菌共生體系中的其他微生物用于生長和代謝。
[0008]上述改造后的氧化曝氣裝置由蓄電池1、光伏板2、電腦自動控制系統(tǒng)3、第一光源4-1、第二光源4-2、未滅菌的廢水、光合生物和菌進(jìn)水管5 ;處理后的水出口管6、pH電極7、OD電極8、溶氧電極9、磷酸根電極10、氨氮/硝酸根電極11、無機(jī)碳電極12、光強(qiáng)電極13、曝氣池(內(nèi)含廢水，光合生物和菌)14、微泡發(fā)生裝置15、流量計16、閥門17、減壓閥18、C02/混合空氣/煙氣或其他混合氣瓶19組成。
[0009]所述曝氣池14內(nèi)有廢水、光合生物和菌。未滅菌的廢水進(jìn)水管5從曝氣池14上插入曝氣池I中。所述處理后的水出口管6從曝氣池14上插入曝氣池14底部。
[0010]所述pH電極7、OD電極8、溶氧電極9、磷酸根電極10、氨氮/硝酸根電極11、無機(jī)碳電極12和光強(qiáng)電極13并聯(lián)置于曝氣池14內(nèi)。
[0011]所述第一光源4-1設(shè)置在曝氣池14頂部。所述第二光源4-2設(shè)置在曝氣池14側(cè)面。所述微泡發(fā)生裝置15設(shè)置在曝氣池14底。
[0012]所述并聯(lián)的pH電極7、OD電極8、溶氧電極9、磷酸根電極10、氨氮/硝酸根電極11、無機(jī)碳電極12和光強(qiáng)電極13與所述電腦自動控制系統(tǒng)3連接。
[0013]所述蓄電池I與光伏板2連接，蓄電池I分別與第一光源4-1、第二光源4-2連接。
[0014]所述C02/混合空氣/煙氣或其他混合氣瓶19出口依次裝有減壓閥18、閥門17、流量計16，流量計16與微泡發(fā)生裝置15連接。
[0015]具體操作步驟如下:
[0016]1.將第一光源4_1設(shè)置在曝氣池14頂部，第二光源4_2設(shè)置在曝氣池14側(cè)面。調(diào)整距離，使光照強(qiáng)度達(dá)到1500Lux?5000Lux，形成光照曝氣池。
[0017]2.將待處理的未滅菌的廢水、光合生物和菌通過未滅菌的廢水、光合生物和菌進(jìn)水管5注入光照曝氣池14內(nèi)，然后通過未滅菌的廢水、光合生物和菌進(jìn)水管5加入由預(yù)培養(yǎng)或回收步驟獲得的光合生物，使光合生物與水中的微生物混合。所述光合生物如小球藻屬、柵藻屬、藍(lán)藻是海水或淡水藻類或光合細(xì)菌的一種或多種；所述水中的微生物是非光合生物，以下稱為菌。
[0018]3.通蓄電池I與光伏板2連接，蓄電池I分別與第一光源4-1、第二光源4_2連接，在光照條件下，曝氣池14內(nèi)的光合生物利用水中的碳元素，進(jìn)行光合作用釋放02。
[0019]4.光合生物釋放的O2被菌攝取，用于生長和代謝，在有氧條件下，菌能更充分地降解水中的有機(jī)物，并釋放碳元素。
[0020]5.廢水中有機(jī)物降解所釋放碳元素，被光合生物進(jìn)一步通過光合作用釋放更多O2，增加曝氣池的溶解O2，促進(jìn)光合生物和菌的生長、代謝、增殖，不斷增加曝氣池中的各種生物數(shù)量。不斷增多的光合生物和菌經(jīng)過不斷混合和相互作用，最終形成具有小顆粒各種可觀察形態(tài)的混合物。
[0021]6.將C02/混合空氣/煙氣或其他混合氣瓶19的氣體通過減壓閥18、閥門17、流量計16，流量計16與微泡發(fā)生裝置15連接，微泡發(fā)生裝置以微泡的形態(tài)進(jìn)入含有光合生物-菌的曝氣池中。一方面，在微泡狀態(tài)下，0)2可以更充分地溶解在水中，補(bǔ)充了光合作用的原料0)2;另一方面，微泡上升過程中帶動了液體上升，促進(jìn)光合生物-菌的混合，避免形成過多沉淀而減少參與水處理的光合生物-菌顆粒。
[0022]7.通過pH電極7、OD電極8、溶氧電極9、磷酸根電極10、氨氮/硝酸根電極11、無機(jī)碳電極12和光強(qiáng)電極13與所述電腦自動控制系統(tǒng)3連接，檢測處理后的水的總氮、總磷等理化指標(biāo)，以確定光照曝氣池達(dá)到傳統(tǒng)機(jī)械攪拌曝氣的效果，過濾收集光合生物-菌混合物，處理后的水通過處理后的水出口管6進(jìn)入其他工序，或達(dá)標(biāo)排放。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.溫和高效。與機(jī)械攪拌和鼓氣帶來大氣泡的過程相比，光合生物產(chǎn)生O2的整個過程非常溫和，沒有機(jī)械剪切對細(xì)胞產(chǎn)生的傷害，而且新生O2體積小、純度高，被微生物就近利用的效率更高。
[0025]2.節(jié)能。不再需要傳統(tǒng)工藝中的大功率機(jī)械攪拌和鼓氣；在氣候溫暖和光照充足的地區(qū)還可以進(jìn)一步省下部分用于光照的能耗；
[0026]3.減排C02。用含有0)2的空氣及混合氣，或工業(yè)廢氣產(chǎn)生液質(zhì)循環(huán)混合的微泡，不僅節(jié)約O2，而且將原本需要排放到大氣中的CO2回收并經(jīng)光合作用固定成生物質(zhì)。
[0027]4.環(huán)境友好。在基本不改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)工藝的條件下，減少排出水中的碳氮磷營養(yǎng)鹽濃度，減少接納排出水的天然水體的富營養(yǎng)化。
【附圖說明】
[0028]圖1本發(fā)明改造后的氧化曝氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，蓄電池1、光伏板2、電腦自動控制系統(tǒng)3、第一光源4-1、第二光源4_2、未滅菌的廢水進(jìn)水管5 ;處理后的水出口管6、pH電極7、0D電極8、溶氧電極9、磷酸根電極10、氨氮/硝酸根電極U、無機(jī)碳電極12、光強(qiáng)電極13、曝氣池(內(nèi)含廢水，光合生物、其他微生物)14、微泡發(fā)生裝置15、流量計16、閥門17、減壓閥18、C02/混合空氣/煙氣或其他混合氣19。
[0030]圖2本發(fā)明實(shí)施例1處理淀粉工業(yè)廢水(原水，未滅菌)的總氮總磷變化圖。
[0031]圖3本發(fā)明實(shí)施例2處理變質(zhì)淀粉黑水(未滅菌)的總氮總磷變化圖。
[0032]圖4本發(fā)明實(shí)施例3處理淀粉工業(yè)廢水總氮總磷變化圖。
[0033]圖5本