本發(fā)明涉及一種超聲波強化微藻處理廢水及促進(jìn)微藻油脂合成的反應(yīng)裝置，屬于微藻水處理裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水是人們賴以生存的資源，水資源的匱乏以及水體的污染制約著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，需要尋求一種綠色、高效的凈化污水的方法。與此同時，經(jīng)濟和城市工業(yè)化的發(fā)展離不開能源，尋找清潔的、可再生新能源以緩解能源問題是十分必要的。微藻可以在惡劣的環(huán)境下生存，在去除污水中的氮磷物質(zhì)，吸附重金屬離子的同時，經(jīng)過一系列的生理生化反應(yīng)利用污水中的有機物合成生物質(zhì)能源貯存于微藻細(xì)胞中。微藻具有易于培養(yǎng)，生產(chǎn)周期短，生物質(zhì)生產(chǎn)能力強等優(yōu)點。

目前傳統(tǒng)的水處理工藝主要有自然處理法、物理化學(xué)處理法、生物化學(xué)處理法等，但是這些傳統(tǒng)的水處理工藝存在著處理效率低、運行費用高、剩余污泥處理難等問題。采用人工配制培養(yǎng)基培養(yǎng)微藻存在著成本高的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)難以大規(guī)模低成本培養(yǎng)微藻的問題，本發(fā)明提供了一種超聲波強化微藻處理廢水及促進(jìn)微藻油脂合成的反應(yīng)裝置，采用的技術(shù)方案是：

一種超聲波強化微藻處理廢水及油脂回收反應(yīng)裝置，該裝置包括微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1、光照裝置2、曝氣器3、超聲反應(yīng)器4和進(jìn)液泵5，其中：所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1外部設(shè)有光照裝置2；所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部設(shè)有曝氣器3；所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的出水口與超聲反應(yīng)器4的進(jìn)水口連接，所述超聲反應(yīng)器4的出水口與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的進(jìn)水口通過進(jìn)液泵5相連。

進(jìn)一步地，所述超聲反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)有超聲波換能器7；所述超聲波換能器7與設(shè)置在超聲反應(yīng)器4外部的超聲波發(fā)生器8連接。

進(jìn)一步地，所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的上部、中部、下部分別設(shè)有帶有厭氧橡膠塞的取樣口12。

進(jìn)一步地，所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上還設(shè)有投放口11。

進(jìn)一步地，所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上的進(jìn)水口位出水口的上方。

進(jìn)一步地，所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上的進(jìn)水口和出水口處還設(shè)有止水夾9。

進(jìn)一步地，所述曝氣器3與曝氣機6相連。

進(jìn)一步地，所述曝氣器3為尖頭針管，所述尖頭針管的進(jìn)氣口通過曝氣管與曝氣機6的出氣口相連，所述尖頭針管的出氣口位于微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部。

進(jìn)一步地，所述光照裝置2與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的距離為10cm-20cm。

進(jìn)一步地，所述光照裝置2能夠提供2000lux-7000lux范圍內(nèi)的光照強度。

進(jìn)一步地，所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1由玻璃制成；所述超聲反應(yīng)器4由有機玻璃制成。

本發(fā)明利用微藻處理廢水不但可以高效的去除水中的氮和磷，而且微藻可以利用廢水中的氮磷等物質(zhì)用于自身的生長和油脂合成，在降低微藻培養(yǎng)成本的同時，能將廢水中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物柴油的原料。同時，采用超聲強化微藻內(nèi)油脂的合成可間接增加生物柴油的產(chǎn)量。

本發(fā)明有益效果：

1、本發(fā)明采用在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器外設(shè)置超聲反應(yīng)器的方式，將微藻輸送到超聲反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行超聲，一方面使得微藻混合均勻，另一方面通過提高微藻的代謝速率及酶含量從而提高微藻油脂的積累。

2、本發(fā)明在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器中使用曝氣的攪拌方式，使微藻在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器中處于較均勻的狀態(tài)，此外，微藻可在自養(yǎng)過程中利用空氣中的二氧化碳，并且通過設(shè)置尖頭針管，從底部進(jìn)行曝氣，提高氣泡與混合液的接觸時間進(jìn)而增大傳質(zhì)效率。

3、微藻培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置三個不同高度的取樣口，便于反應(yīng)區(qū)內(nèi)不同高度樣品的采集。

4、調(diào)節(jié)光照裝置與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器的距離可調(diào)整微藻培養(yǎng)反應(yīng)器的光照強度。

5、本發(fā)明裝置能夠有效促進(jìn)強化微藻處理廢水過程，不僅能有效去除廢水中總氮的含量，并且同時還能促進(jìn)微藻自身積累油脂，利于油脂回收，在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器中裝入微藻，啟動運行后，微藻產(chǎn)量可達(dá)1.59g/l，油脂含量可達(dá)14.5％，廢水中總氮的去除率可達(dá)95％，總磷的去除率可達(dá)92％。

6、本發(fā)明裝置可以通過控制光照裝置與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器的距離控制光照強度，因而可以適用于不同的藻類。

7、本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的特點，本發(fā)明裝置適用于生活廢水處理工藝以及促進(jìn)微藻油脂合成工藝。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

(1，微藻培養(yǎng)反應(yīng)器；11，投放口；12，取樣口；13，曝氣口；2，光照裝置；3，曝氣器；4，超聲反應(yīng)器；5，進(jìn)液泵；6，曝氣機；7，超聲波換能器；8，超聲波發(fā)生器；9，止水夾；10，接頭)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”和“豎著”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接連接，亦可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個部件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”、“多組”、“多根”的含義是兩個或兩個以上。

圖1為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，以下實施方式結(jié)合圖1說明具體實施方式。

實施方式一：

本實施方式提供了一種一種超聲波強化微藻處理廢水及促進(jìn)微藻油脂合成的反應(yīng)裝置，該裝置包括微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1、光照裝置2、曝氣器3、超聲反應(yīng)器4和進(jìn)液泵5，其中：所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1外部設(shè)有光照裝置2；所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部設(shè)有曝氣器3；所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的出水口與超聲反應(yīng)器4的進(jìn)水口連接，所述超聲反應(yīng)器4的出水口與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的進(jìn)水口通過進(jìn)液泵5相連。

優(yōu)選方式，光照裝置2可以設(shè)置在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的后方。

優(yōu)選方式，微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的進(jìn)水口、出水口，超聲反應(yīng)器4的進(jìn)水口和出水口之間通過輸送管進(jìn)行連接，且連接處均設(shè)有接頭10。

微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1由玻璃制成；超聲反應(yīng)器43由有機玻璃制成。玻璃反應(yīng)器具有良好的透光性，有機玻璃反應(yīng)器具有便于組裝的優(yōu)點。

本發(fā)明裝置的工作原理為：分為微藻培養(yǎng)階段和超聲促進(jìn)微藻油脂合成階段，首先，在微藻培養(yǎng)階段，將微藻和廢水置于微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1內(nèi)，在曝氣器3的作用下均勻混合，在光照裝置2提供光能的條件下，微藻消耗廢水中的物質(zhì)，用于其自身的生長繁殖和油脂積累，然后在超聲促進(jìn)微藻油脂合成階段，將微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1中的經(jīng)過培養(yǎng)后的的液體輸送至超聲反應(yīng)器4中，在進(jìn)液泵5的帶動作用下部分液體回流至微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1中，為微藻培養(yǎng)階段需完成一個周期7d的培養(yǎng)，超聲促進(jìn)微藻油脂合成階段僅需在微藻生長的對數(shù)期(第3、4天)進(jìn)行超聲強化，進(jìn)而獲得了增加油脂產(chǎn)量的效果。

在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器中裝入微藻和生活廢水，啟動運行后在微藻生長對數(shù)期對其進(jìn)行超聲強化，當(dāng)微藻生長至穩(wěn)定期后，經(jīng)檢測：微藻產(chǎn)量可達(dá)1.59g/l，油脂含量可達(dá)14.5％，微藻廢水中總氮的去除率可達(dá)95％，總磷的去除率可達(dá)92％。

實施方式二：

本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上，增加了技術(shù)特征：超聲反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)有超聲波換能器7；超聲波換能器7與設(shè)置在超聲反應(yīng)器4外部的超聲波發(fā)生器8連接。

優(yōu)選地，超聲條件為超聲頻率18khz，超聲功率20w，超聲全程時間10min。

本實施例方式中增加的技術(shù)特征，其原理為低強度的超聲波可以增大細(xì)胞膜的通透性從而促進(jìn)傳質(zhì)，適當(dāng)?shù)某曨l率在保證細(xì)胞完整的前提下可以提高細(xì)胞的新陳代謝速率并加速細(xì)胞的增長，獲得了提高微藻的油脂含量，降低微藻培養(yǎng)成本的效果。

實施方式三：

本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上，增加了技術(shù)特征：所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的上部、中部、下部分別設(shè)有帶有厭氧橡膠塞的取樣口12。

本實施例方式中增加的技術(shù)特征，獲得了便于采集反應(yīng)區(qū)內(nèi)不同高度的樣品以及密封，減少外界環(huán)境對反應(yīng)裝置的影響的效果。

實施方式四：

本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上，增加了技術(shù)特征：微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上還設(shè)有投放口11，優(yōu)選地，投放口11可以設(shè)置在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的頂部。

本實施方式中增加的技術(shù)特征，獲得了便于投放微藻、廢水。

實施方式五：

本實施方式是對實施方式一中的微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的進(jìn)水口和出水口的位置關(guān)系再進(jìn)一步限定，本實施例方式中微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上的進(jìn)水口位出水口的上方。

本實施方式限定微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的進(jìn)水口和出水口的位置關(guān)系，其原理是依靠水的重力差，獲得了微藻藻液在微藻培養(yǎng)反應(yīng)器和超聲反應(yīng)器中流動和循環(huán)的效果。

實施方式六：

本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上，增加了技術(shù)特征：微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上的進(jìn)水口和出水口處還設(shè)有止水夾9。

本實施方式中增加的技術(shù)特征，獲得了防止微藻的外漏，使得微藻藻液停留在培養(yǎng)反應(yīng)器中的效果。

實施方式七：

本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上，增加了技術(shù)特征：曝氣器3與曝氣機6相連。

將曝氣器3與曝氣機6相連，曝氣機6向曝氣器3輸送氣體，在二者的共同配合下完成曝氣過程，進(jìn)而對微藻進(jìn)行攪拌。

本實施例方式中增加的技術(shù)特征，獲得了均勻分散微藻并使其在自養(yǎng)過程中利用空氣中的二氧化碳從而提高油脂產(chǎn)量的效果。

實施方式八：

本實施方式是對實施方式一中的曝氣器3再進(jìn)一步限定，本實施例方式中所述曝氣器3為尖頭針管，所述尖頭針管的進(jìn)氣口通過曝氣管與曝氣機6的出氣口相連，所述尖頭針管的出氣口位于微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部。

作為本實施方式的一種優(yōu)選方案，微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1上設(shè)有帶有厭氧橡膠塞的曝氣口13，尖頭針管通過穿過曝氣口13的厭氧橡膠塞插入到微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部使尖頭針管的出氣口位于微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的底部，使得微藻藻液自下而上的混合。

本實施例方式限定曝氣器3，其原理是通過泵將空氣抽入尖頭針管中，獲得了均勻混合微藻藻液的效果。

實施例九：

本實施方式是對實施方式一中的光照裝置2再進(jìn)一步限定，本實施例方式中光照裝置2，將燈條固定在高40cm的燈架上，通過移動燈架改變光照裝置與微藻培養(yǎng)管的距離從而提供不同光照強度。

本實施例方式限定光照裝置2，獲得了控制微藻生長光照強度的效果。

實施例十：

本實施方式是對實施方式一中的光照裝置2與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的距離再進(jìn)一步限定，本實施例方式中光照裝置2與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的距離為10cm-20cm。

本實施例方式限定光照裝置2與微藻培養(yǎng)反應(yīng)器1的距離，獲得了控制光照強度的效果。實施例十一：

本實施方式是對實施方式一中的光照裝置2的光照強度再進(jìn)一步限定，本實施例方式中光照裝置2能夠提供2000-7000lux范圍內(nèi)的光照強度。

本實施例方式限定光照裝置2的光照強度，獲得了微藻處于最佳光照強度下生長產(chǎn)油的效果。

雖然本發(fā)明已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。