一种利用微藻处理养殖废水的装置及方法

本发明属于废水处理，特别是指一种利用微藻处理养殖废水的装置及方法。

背景技术：

1、我国每年产生约40亿吨畜禽养殖废弃物，畜禽养殖废弃物所带来的环境问题越发突出。畜禽养殖废弃物主要包括畜禽粪便、养殖废水、病死物尸体、医疗废弃物等，其中废水问题极为严峻，因为废水的“三高”特点导致废水处理工艺相对复杂。

2、藻菌生物净化技术是处理畜禽养殖废水的技术之一，其依据藻菌协同共生效应有效去除生活污水、工业废水及养殖废水中有机碳、氮磷、重金属等污染物。然而，由于养殖废水中细菌种类丰富且数量众多，诸多种类的细菌大量存在对藻细胞降解废水污染物效率存在显著的不良影响。

3、有研究者采用紫外光解对废水进行预处理，以改善降解效率。但是，现有技术中，紫外光解预处理的目的主要有两个：一是分解废水中的部分有机物以减缓其对微生物的抑制性继而提高它们的可生化性，继而提高废水的降解效率；二是达到近乎100％的完全杀菌效果。尚未有将紫外光解部分灭菌与微藻处理相结合、利用藻菌协同作用对养殖废水进行处理的相关报道。

4、为此，提出本技术。

技术实现思路

1、为解决以上现有技术的不足，本发明提出了一种利用微藻处理养殖废水的装置及方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种利用微藻处理养殖废水的装置，包括：光生物反应器和紫外灭菌器；

4、光生物反应器上设置有：与紫外灭菌器连接的进液管ⅲ、用于输入絮凝剂的进液管ii、用于出水的出液管ii和出泥管，光生物反应器内设置有搅拌机构、传感器组件和光照机构，出液管ii的出水口安装有膜出水器；

5、紫外灭菌器设置于光生物反应器的下方，紫外灭菌器内横向设置有紫外灯管，紫外灯管外周缠绕有螺旋管，螺旋管的一端设置有进液管i、另一端设置有用于与进液管ⅲ连接的出液管i。

6、工作原理：养殖废水处理时，先由进液管i进入紫外灭菌器内，部分杀菌后依序经由出液管i和进液管ⅲ进入光生物反应器内，在光生物反应器内依序进行光照处理、絮凝处理、静置处理后，液体由出液管ii经膜出水器过滤后排出，沉积物由出泥管排出。本装置集紫外杀菌、絮凝沉淀处理、膜出水过滤为一体，不仅能达到较高的碳氮磷去除效率，而且还能收集藻菌生物量以用于厌氧发酵产甲烷、制备藻菌有机肥等，结构紧凑、设计科学、布局合理。

7、需要注意的是，搅拌机构、传感器组件和光照机构均为现有技术。在本技术中，搅拌机构具体采用扇叶搅拌器，扇叶搅拌器位于光生物反应器的中下部且由电机驱动，在光生物反应过程中不断搅拌以提高气液两相的气体传质效率，电机优选设置于光生物反应器的盖体上方；光照机构具体采用内置于光生物反应器内的led灯，led灯优选安装于所述盖体下方且向光生物反应器内的各个方向辐照，有助于提高藻细胞光合作用的效率。

8、优选的，膜出水器以聚四氟乙烯微孔滤膜为出水功能件，膜出水器可以通过商购获得，还可以自制，比如：将一片厚0.22μm、直径5cm的聚四氟乙烯微孔滤膜固定在透明有机玻璃膜壳中，之后置于透明有机玻璃制成的出液管ii中。而且，还可以根据实际的过滤效果，定时更换聚四氟乙烯微孔滤膜。

9、进一步优选的，光生物反应器的上部设置有单向透气隔离膜，该单向透气隔离膜只允许气体从光生物反应器内排出，继而避免光生物反应过程中其内的压力过高影响藻细胞生长。具体实践中，根据需要确定单向透气隔离膜的数量。本技术中，优选设置8个、直径10cm的单向透气隔离膜，其均匀分布于光生物反应器上部的外壁上。

10、更为优选的，还包括：原水罐、絮凝剂储罐、电磁阀、出水罐和藻泥收集罐，传感器组件包括用于检测温度的温度探头、用于检测ph值的ph探头和用于检测溶解氧的do探头；原水罐与进液管i之间设置有废水输送管线，废水输送管线上设置有隔膜泵i和液体流量计i；絮凝剂储罐与进液管ii之间设置有絮凝剂输送管线，絮凝剂输送管线上设置有隔膜泵ii和液体流量计ii；电磁阀设置于出液管i与进液管ⅲ之间；出水罐与出液管ii之间设置有出水管线，出水管线上设置有隔膜泵iii；藻泥收集罐与出泥管之间设置有出泥管线，出泥管线上设置有蠕动泵。

11、待处理的养殖废水存储于原水罐中，絮凝剂存储于絮凝剂储罐内。待处理的养殖废水经由废水输送管线通过进液管i进入紫外灭菌器内进行紫外灭菌预处理，部分杀菌后通过进液管iii进入光生物反应器内，之后先在光照机构的作用下去除养殖废水中的碳氮磷，再通过絮凝剂输送管线加入絮凝剂进行絮凝反应，最后静置，静置后上层清液在隔膜泵iii的作用下经由出液管ii排到出水罐，静置后沉积在底部的微藻生物量在蠕动泵的作用下经由出泥管线排到藻泥收集罐；在此过程中，液体流量计i和液体流量计ii可以分别监测废水和絮凝剂的输送情况。

12、最为优选的，还包括plc控制器，优选设置于光生物反应器的盖体上方，plc控制器与搅拌机构、光照机构、隔膜泵i、隔膜泵ii、电磁阀、隔膜泵iii、蠕动泵分别电性连接，以实现自动化控制。

13、本发明还提出一种利用微藻处理养殖废水的方法，采用上述装置，包括如下操作步骤：

14、步骤1、微藻富集：将功能性微藻进行预先培养，使其达到稳定生长期；具体来说，将长势良好的微藻转入微藻培养基中培养，并置于恒温微藻光照培养箱，设定培养箱摇床速度为20-50r/min，光照时间为12-24h，温度10-30℃，光照强度2000-3500lux，静态培养2-7d；

15、步骤2、扩大培养：将步骤1得到的微藻接入光生物反应器中扩大培养，使其再次达到稳定生长期；具体来说，将步骤1得到的微藻加入光生物反应器5中扩大培养，光照时间为12-24h，温度10-30℃，光照强度2000-3500lux，设置扇叶搅拌器16转速为10-20r/min，保持藻细胞呈悬浮状态，静态培养3-7d；

16、步骤3、养殖废水预处理：利用紫外光对待处理的养殖废水进行预处理，紫外照射剂量1000-2000μj/cm2、光照时间5-10min；在废水处理中，常见细菌、霉菌、原生动物等的灭活率与紫外照射剂量相关，小且短时的紫外照射剂量既能实现废水中部分细菌的灭活，又有助于为藻菌光生物反应系统筛选能与藻细胞协同共生的优势菌群，比如芽孢杆菌属、假单胞菌属、酵母属。

17、步骤4、光生物反应：紫外预处理后的养殖废水先进入步骤2所得的光生物反应器中进行处理。

18、进一步优选的，待处理的养殖废水为养猪废水。

19、进一步优选的，步骤4中：先以强度2000-3500lux、时间12-24h光照去除养殖废水中的碳氮磷，再加入絮凝剂进行絮凝反应，最后静置并进行固液分离。

20、更为优选的，功能性微藻为小球藻或小颤藻，絮凝剂为聚丙烯酰胺，沉淀收集后的藻细胞还可以反复用于污染物的去除。

21、再进一步的，以聚丙烯酰胺为絮凝剂时，较佳的添加量为20-40mg/l，较为优选的搅拌模式为：先50-100r/min搅拌15-45s、再30-50r/min搅拌4-8min、最后10-30r/min搅拌4-8min，特别优选的搅拌模式为：先搅拌80r/min搅拌30s、再40r/min搅拌6min、最后20r/min搅拌6min。絮凝剂加入之初，先采用快速搅拌以促使絮凝剂完全且较为快速地在体系中分散均匀，再中速搅拌促进絮凝反应加速进行，最后低速搅拌促进絮凝反应进行得更为彻底。如此设计，不仅有助于获得良好的絮凝效果，而且我们惊喜的发现，以聚丙烯酰胺为絮凝剂并按照上述添加量及搅拌模式进行添加，不但可以获得90％以上的藻细胞收获率，而且最终收集的藻细胞在后续被用于厌氧发酵产甲烷时可以显著提高甲烷产率。

22、与现有技术相比，本发明先采用小照射剂量、短时紫外灭菌的方式使养殖废水中细菌菌落产生变化，在改变废水中溶解性有机质浓度的同时提高藻菌对污染物的耐受性，之后再通过内置led光源提高藻细胞光合作用的效率、通过絮凝沉淀和微孔滤膜过滤实现藻水完全分离，多种技术手段协同作用下，不仅达到较高的碳氮磷去除效率，而且收集的藻菌生物量还能用于厌氧发酵产甲烷、制备藻菌有机肥等。

23、本发明提出的利用微藻处理废水的方法具有较高的经济、社会和环境效益，有利于促进畜禽养殖业绿色可持续发展。