一种基于微藻培养的有机碳源供给方法及系统

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于微藻培养的有机碳源供给方法及系统。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.水资源短缺及水质下降问题已经成为我国经济发展的制约因素，为了缓解这一问题，我国大力发展污水再生回用技术，而污水脱氮正是污水回用中必不可少的环节。
4.污水脱氮一般包括三个过程，这也是污水脱氮的主要原理：首先，污水中的含氮有机物被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解成氨氮；之后，氧化分解出的氨氮被硝化细菌通过亚硝化、硝化反应转化为no2和no3,；最后no2和no3在缺氧条件下被反硝化菌还原为n2，从污水中分离出来，进入大气，从而实现污水脱氮，这一方法具有成本低、效率高等优点，值得注意的是，反硝化过程中，异养反硝化菌发挥主要作用，其反硝化过程需要充足的有机碳源来作为电子供体。
5.对于低碳氮比的污水而言，其本身所含的碳源不足以支撑反硝化过程的完成，因此需要额外补充碳源，工程上常用的碳源类型有：固体外加碳源，天然纤维素类固体碳源、bdps等；液体外加碳源：工业有机液体外加碳源、工业废弃物类液体外加碳源等；气体外加碳源：甲烷等气体。
6.外加碳源虽然可以一定程度上解决反硝化过程中反硝化菌对碳源的需求，但它的添加效果受碳源种类，投放时间等因素影响，给工程上外加碳源的选择和使用带来困难，而且外加碳源属于污水处理过程中的额外投入，具有成本高、碳足迹高等缺点。因此，亟需一种能够实现有机碳源自产自投的方法以解决现有外加碳源存在的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于微藻培养的有机碳源供给方法及系统，能够实现对反硝化过程所需有机碳源的自产自投，使反硝化过程更加稳定、高效、低投入。
8.本发明的技术方案如下：
9.在本发明的第一方面，提供了一种基于微藻培养的有机碳源供给方法，包括以下步骤：
10.将微藻在污水中采用附着培养的方式进行培养，以超细纤维链条绳作为载体，以太阳光为能量来源，在20-30℃的温度下进行培养；
11.水力停留时间设置为3-7天，将藻水混合液采用虹吸排水的方式周期性排入中间储水池，继而连续供给反硝化工艺单元，微藻在反硝化过程中作为碳源，发挥供碳功能，排
水周期时间为6-24h。
12.主流污水通过原有处理工艺处理，分流出少量污水进入微藻有机碳源生产装置，污水含有n、p，能够为微藻提供营养盐，有利于微藻进行光合作用，固定二氧化碳；本发明通过控制进水流量(即污水中营养盐的供应速率)调节微藻生长速度，微藻生长过程中会吸收水中的n、p，利用自然光和大气中的二氧化碳合成微藻生物质，即有机碳源的生产。
13.采用附着培养的方式在光生物反应池内培养微藻，采用超细纤维链条绳作为微藻的附着载体。池壁采用倒置u型虹吸排水管进行周期性自动排水，排水过程对附着微藻生物膜进行冲刷，形成含藻水。将含藻水周期性排入污水处理系统，发挥缓释碳源-供碳功能。调控排水管的位置可调控每次排水体积，结合进水流速调控水里停留时间，进而调控微藻生长速率及后续有机碳源的供给速率。
14.在本发明的第二方面，提供了一种基于微藻培养的有机碳源供给系统，包括光生物反应池和中间储水池，所述光生物反应池和中间储水池之间通过倒置u型虹吸排水管进行连接；所述光生物反应池用于培养微藻的生长，所述倒置u型虹吸排水管用于向中间储水池周期性排入藻水混合液，后连续供给给反硝化工艺单元用于对污水进行脱氮处理。
15.本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
16.(1)本发明提供的基于微藻培养的有机碳源供给方法，能够实现有机碳源的自产自投，本发明采用的附着培养方式与悬浮培养模式相比，本发明稳定性更高，系统内藻密度更稳定，耐水质和水量波动冲击、微藻聚集生长，耐污染性强，微藻主体地位易维持。同时，本发明能够避免大量微藻进入污水处理系统，造成构筑物内部堵塞，同时能够保留下部分微藻来作为种子，开始下个周期的生长固碳作用，自身可持续发生、易于维护。
17.(2)本发明提供的基于微藻培养的有机碳源供给方法，采用的虹吸排水方式较普通排水系统自动性和可行性更强，虹吸排水可以实现系统的周期性排水，通过设置虹吸管高度和进水流量，还可以实现对排水周期与排水量的调节与控制，进而针对待处理水质调控有机碳源的供给速率；再者，虹吸快速排水能够实现藻膜冲刷，形成高浓度含藻水，即有机碳源浓液，代替传统的“外加碳源”为反硝化过程供碳。微藻分泌有机物对污水处理工艺中微生物生长与污染物代谢具有一定的调节作用。
18.(3)本发明使用周期性虹吸排水调控光生物反应池内部的液位变化，有利于附着微藻从气相当中直接吸收利用二氧化碳，加速二氧化碳的同化速率。
19.(4)本发明采用的微藻供碳较化学品碳源的碳足迹更低，微藻供碳不需要外来有机碳源的加入，污水治理成本也大幅度降低。
附图说明
20.图1为本发明的基于微藻培养的有机碳源供给系统的示意图。
21.图中：1、光生物反应池；2、太阳光源；3、附着载体及表面微藻；4、倒置u型虹吸排水管；5、藻水混合液(有机碳源)；6、中间储水池；7、分流部分污水。
具体实施方式
22.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通
常理解的相同含义。
23.本发明的一种实施方式中，提供了一种基于微藻培养的有机碳源供给方法，包括以下步骤：
24.将微藻在污水中采用附着培养的方式进行培养，以超细纤维链条绳作为载体，以太阳光为能量来源，在20-30℃的温度下进行培养；
25.水力停留时间设置为3-7天，将藻水混合液采用虹吸排水的方式周期性排入中间储水池后连续供给给反硝化工艺单元，微藻在反硝化工艺单元中作为碳源，发挥供碳功能，排水周期时间为6-24h。
26.由于悬浮培养微藻会由于水质水量波动导致系统内部藻密度变化或大量流出而不可持续。排出的藻水混合物中的微藻数量不可控，若排出的微藻数量过少，会降低反硝化工艺单元的处理效率和效果，若排出的微藻数量过多，不易保留微藻种子，还可能堵塞排水设备，打破工艺的周期性循环，给设备的正常运行造成困难。附着培养微藻则会导致水体中游离的微藻数量偏少，普通连续流排水设备又无法实现对附着载体上微藻的激烈冲刷，使得藻水混合液中缺少微藻，影响反硝化工艺单元处理效果和效率。
27.为此，本发明从附着培养和排水设备两方面出发，通过实验方式和理论分析为实际工程提出一种基于微藻培养的有机碳源供给方法，对微藻培养方式、出水方式进行设计，通过采用附着培养、虹吸排水的方式来实现较好的处理效果，使得有机碳源的供应更加稳定、持续，采用虹吸排水的方式能够顺利实现有机碳源的周期性供应，同时加强设备自动化水平，节省人力资源和设备运行成本。
28.在一种或多种实施方式中，所述附着培养的方式采用的载体是超细纤维链条绳，超细纤维链条绳具有较好的亲水性和超高的比表面积，能够充分利用培养池中的空间，为微藻生长提供充足的附着位点，同时还能保证在虹吸排水的冲刷下保留部分微藻作为种子，为后来的循环提供可能。
29.在一种或多种实施方式中，培养温度优选为25℃，有利于微藻更好的生长。
30.在一种或多种实施方式中，所述藻水混合液包括污水和部分微藻，微藻进入反硝化工艺单元后为反硝化过程提供有机碳源；在光生物反应池中保留下部分微藻来作为种子，开始下个周期的生长固碳作用，自身可持续发生、易于维护。
31.在一种或多种实施方式中，所述虹吸排水的方式采用倒置u型虹吸排水管进行周期性排水，该虹吸排水设备能在实现周期性排水的同时，实现对附着生长的微藻的快速冲刷，使得部分微藻能够重新悬浮，以藻水混合物的形式周期排水进入反硝化工艺单元，发挥供碳功能；进一步地，可以通过设置倒置u型虹吸排水管的高度和进水流量，对排水周期与排水量的调节与控制，通过改变倒置u型虹吸排水管的管径调节排水速率，进而调控有机碳源的供给速率，能够满足不同有机碳源供应速率的需求。
32.在一种或多种实施方式中，在微藻培养的过程中对污水进行曝气，为微藻生长提供空气。
33.本发明的又一种实施方式中，提供了一种基于微藻培养的有机碳源供给系统，如图1所示，包括光生物反应池1和中间储水池6，所述光生物反应池1和中间储水池6之间通过倒置u型虹吸排水管4进行连接；所述光生物反应池1用于培养微藻的生长，在光生物反应池内形成附着载体及表面微藻3，所述倒置u型虹吸排水管4用于向中间储水池6周期性排入藻
水混合液5，中间储水池6用于连续不断向水处理反硝化工艺单元供给藻水混合液即碳源，实现脱氮处理。
34.在一种或多种实施方式中，所述光生物反应池内设置有超细纤维链条绳，所述光生物反应池的底部设置曝气盘。
35.在一种或多种实施方式中，中间储水池6经过水泵与人工湿地系统的反硝化区或a2o污水处理单元相连，中间储水池6接收周期性有机碳源来水，作为水质和水量的缓冲区，通过水泵向人工湿地或者a2o污水处理单元连续供碳。
36.在a2o污水处理、人工湿地等场景中，从通过原有处理工艺处理的主流污水中分流部分污水7，进入微藻有机碳源生产装置即光生物反应池1，在太阳光源2的作用下，以及合适的水力停留时间下使得微藻充分繁殖生长，最终通过倒置u型虹吸排水管使得藻水混合液(由污水和部分微藻组成)进入中间储水池，然后连续供给污水处理厂反硝化池或人工湿地系统的反硝化区，微藻在反硝化池或人工湿地系统的反硝化区中作为碳源，发挥供碳功能，实现有机碳源的自产自投，提高污水处理效率。
37.实施例1
38.本实施例中，基于实际情况，构建了小型微藻光生物反应池，材质选用透光亚克力板，长、宽、高分别为0.8m、0.4m和0.6m，有效容积为0.16m3。配制人工模拟废水。进水以自来水为原料，用蔗糖，硫酸铵，硝酸钾和磷酸二氢钾和一些微量元素配置人工模拟废水。
39.光生物反应器中培养微藻，藻种采用栅藻s.lx1，初始接种量为1.01
×
106个/ml，以超细纤维链条绳作为接种载体，通过半侧底端曝气使得藻水相对超细纤维运动，加速微藻附着。
40.在光强为10000lux，温度25℃，光暗比为12:12的情况下进行附着培养微藻，水力停留时间(hrt)为5d,出水经过储水箱连续流向人工湿地模拟柱内，微藻投加在人工湿地20cm深度的反硝化区。
41.本实施例实验结果表明：微藻投加能达到强化脱氮的目标。在人工湿地20cm处，由于藻细胞裂解释放碳源，cod达到150mg/l以上，与进水相比，cod分别提升2.5倍，对应的cod/tn分别提高了3倍有余，有利于反硝化脱氮。tn主要在人工湿地投加微藻位置前后10cm沿程深度范围内去除，该范围内tn去除占比分别为70％，tn去除率达到80％以上。从微生物角度看，微藻的投加也增强了湿地反硝化菌丰度。由此可知，微藻的投入能够实现强化脱氮的目标。
42.本实施例采用透光容器附着培养法培养微藻，使其利用太阳光进行光合作用固定大气中的二氧化碳形成有机碳源，装置采用虹吸法进行定期排水，排水过程中对附着生物膜进行冲刷，形成藻水混合液，即有机碳源溶液。部分微藻在虹吸排水系统的作用下进入反硝化工艺单元，为反硝化过程提供碳源，装置内剩余附着微藻则作为种子，再次生长繁殖，实现自我补充和循环。虹吸排水能在周期性排水过程中实现对附着生长微藻的快速冲刷，使得微藻能够顺利进入反硝化工艺单元，发挥供碳功能。通过控制虹吸管高度、管径、水中营养盐浓度可控制有机碳源供给速率。与传统工艺相比，本发明具有成本低、碳足迹低、自动化程度高、污水处理效果好等优点。
43.以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、
补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。