水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用方法及使用的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理及資源化領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物處理廢水的方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]水熱液化廢水是將微藻、餐廚垃圾、豬糞通過(guò)熱化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為生物原油過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，該廢水富含碳、氮、磷等常量元素，酚類、多環(huán)芳烴類、的新型有毒有害廢水，成分較為復(fù)雜。其中COD、TN、NH3-N, TP可分別高達(dá)200000、14000、8000、2000mg/L。目前水熱液化廢水尚無(wú)成熟的處理技術(shù)與方法，對(duì)該廢水的處理研宄還處于小試階段。由于廢水中污染物濃度較高，并且含有大量的有毒有害抑制物，會(huì)對(duì)目前主要通過(guò)稀釋的方法培養(yǎng)微藻通過(guò)調(diào)控廢水中氮磷比、PH值、廢水與培養(yǎng)基配比來(lái)優(yōu)化廢水處理效果及微藻產(chǎn)量，從而達(dá)到廢水的資源化利用的目的。由于微藻能耐受的有機(jī)物濃度較低，且對(duì)有毒有害化合物的耐受性較為敏感，因此通常會(huì)使用大量的稀釋水，造成了水資源的浪費(fèi)；另外，廢水中的有毒有害物質(zhì)會(huì)抑制藻類生長(zhǎng)，通常藻類最終的生物量較低，所需生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)。以上的幾種作用限制了微藻對(duì)水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用。因此為了提高該廢水中碳氮磷元素的降解效率，需將廢水特性與微生物生理生化特性相結(jié)合，從污染物降解的自然規(guī)律出發(fā)，重新選擇廢水處理的微生物主體，研宄碳氮磷元素歸趨與微生物間耦合作用，從而達(dá)到該廢水最大程度上的資源化和生物量的最大產(chǎn)出。
[0003]光合細(xì)菌是一大類與微藻相似，具有兩套能量合成轉(zhuǎn)化體系的微生物，能在光照或有氧條件下生存，且對(duì)有機(jī)物的利用范圍廣、有機(jī)負(fù)荷耐受力高、代謝機(jī)制靈活，但其降解污染物不徹底。其主要營(yíng)光能異養(yǎng)，可以小分子有機(jī)物為碳源，且有機(jī)物利用范圍廣，但光合細(xì)菌有降解極限，最終COD停留在300?500mg/L，有大量研宄結(jié)果表明光合細(xì)菌對(duì)多種高濃度有機(jī)廢水處理效果較好。另外，光合細(xì)菌對(duì)酚類及其他含氮的多環(huán)芳烴類物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化能力較強(qiáng)，通常將其作為芳香族化合物降解及重金屬吸附的動(dòng)力學(xué)模式生物。另夕卜，光合細(xì)菌也具有可資源化的特性，通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化原油的傳統(tǒng)原料為活性污泥、畜禽糞便和微藻，因此從成油機(jī)理及原料成分角度分析，光合細(xì)菌也可用于原油生產(chǎn)而不會(huì)降低原油產(chǎn)量與品質(zhì)。
[0004]而微藻是一種光和效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短的生物，對(duì)銨鹽、磷酸鹽及低濃度有機(jī)污染物降解效果好，很早就被用于污水處理。微藻對(duì)污染物的降解主要依賴光合作用，在光能自養(yǎng)方面，其只能利用CO2作為碳源，且在CO 2充足時(shí)，微藻對(duì)氮磷物質(zhì)的吸收利用效率會(huì)提高；在化能異養(yǎng)方面，其利用有機(jī)物范圍較窄，耐受有機(jī)負(fù)荷較低，最高約為6000mg/Lo
[0005]因此，可以將光合細(xì)菌強(qiáng)大的有機(jī)污染物降解能力與抗有毒有害化合物的能力與微藻較強(qiáng)的吸收能力相結(jié)合，將兩者耦合，先通過(guò)光合細(xì)菌將水熱液化廢水中的有機(jī)污染物降解到較低水平，再續(xù)接微藻，將氨氮吸收利用，從而提高營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)本領(lǐng)域的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用方法。
[0007]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一種回收利用水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的設(shè)備。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的技術(shù)方案為:
[0009]一種水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用方法，包括步驟:
[0010]I)水熱液化法制做生物原油產(chǎn)生的廢水，用水稀釋至COD濃度為18000?20000mg/L，并調(diào)節(jié)稀釋后廢水pH值至6.5?7.5 ;
[0011]2)投加光合細(xì)菌于步驟I)所得廢水中，投加量為0.24g/L至0.30g/L干重，進(jìn)行培養(yǎng)；
[0012]3)將步驟2)中投加的光合細(xì)菌培養(yǎng)11?13天后，并將廢水與光合細(xì)菌的混合液用超濾膜進(jìn)行分離，得到光合細(xì)菌的濃縮液和出水；
[0013]4)向步驟3)分離后的出水中投加微藻，投加量為0.13g/L至0.18g/L干重；白天通入CO2與空氣混合氣體培養(yǎng)微藻；連續(xù)培養(yǎng)6?8天，使微藻的生長(zhǎng)到達(dá)平臺(tái)期。
[0014]本發(fā)明使用的光合細(xì)菌為沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris)，為紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)，菌株編號(hào)為1.8929，購(gòu)自中科院普通微生物菌種保藏管理中心(地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路I號(hào)院3號(hào)中國(guó)科學(xué)院微生物研宄所)；微藻為小球藻Chlorella sp.，為Chlorella屬，藻株編號(hào):FACHB_1067，購(gòu)自中科院水生所(地址:武漢珞珈山東湖南路7號(hào)中科院水生生物研宄所淡水藻種庫(kù))。
[0015]投加的光合細(xì)菌和微藻，均接種處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的光合細(xì)菌和微藻。光合細(xì)菌培養(yǎng)11?13天后，其生長(zhǎng)到達(dá)平臺(tái)期。步驟4)中，微藻接種后可吸收剩余的碳氮磷元素。
[0016]超濾膜分離光合細(xì)菌后的出水COD濃度為4000?5000mg/L，pH值為8.5?9.0。
[0017]其中，所述水熱液化法制做生物原油產(chǎn)生的廢水的性質(zhì)如下:C0D為170000-220000mg/L, TN 濃度為 8000-14000mg/L，NH3-N 濃度為 4000-10000mg/L，TP 濃度1000-2000mg/L, pH值為9.5?13.5。除此之外，廢水中還含有酚類，多環(huán)芳烴類，揮發(fā)酸類物質(zhì)，是一種新型廢水有毒有害廢水。
[0018]所述步驟I)中，可用濃度為lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟2)中光合細(xì)菌的培養(yǎng)條件為:光照強(qiáng)度為3000?40001x，通入空氣，空氣流量為0.1?0.2L/min.L'
[0020]優(yōu)選地，所述步驟3)中，所用超濾膜為內(nèi)壓式中空纖維膜，產(chǎn)水通量為80?120L/H.m2。
[0021]其中，所述步驟3)中，超濾膜操作條件如下:運(yùn)行壓力為0.15?0.3MPa，最大透膜壓差為0.3MPa。該超濾膜最大反洗壓力為0.15MPa。
[0022]進(jìn)一步地，所述步驟4)中，微藻的培養(yǎng)條件為:光照強(qiáng)度為2200?30001x，光暗周期比為10-14:14-10 ;光照時(shí)間內(nèi)通入空氣與0)2混合氣體以保持微藻培養(yǎng)廢水pH值在6.0?7.8 ;非光照時(shí)間不通氣。
[0023]優(yōu)選地，微藻的培養(yǎng)條件為:光照強(qiáng)度為2200-30001x，光暗周期比為10-14:14-10 ；;在光照時(shí)間通入空氣與CCV混合氣體，CO 2占空氣體積的2?4%?；旌蠚怏w流量范圍可為0.1?0.2L/min.L'
[0024]一種回收利用水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的設(shè)備，包括光合細(xì)菌培養(yǎng)器、光合細(xì)菌過(guò)濾單元、微藻培養(yǎng)器、微藻過(guò)濾單元、進(jìn)氣單元；
[0025]所述光合細(xì)菌培養(yǎng)器設(shè)置有廢水進(jìn)口，所述光合細(xì)菌培養(yǎng)器通過(guò)出水管路連接所述光合細(xì)菌過(guò)濾單元，所述微藻培養(yǎng)器通過(guò)出水管路連接所述微藻過(guò)濾單元；
[0026]所述光合細(xì)菌過(guò)濾單元設(shè)置有內(nèi)壓式中空纖維膜組件、清液出口和濃縮液出口，所述清液出口通過(guò)管路連接所述微藻培養(yǎng)器；所述微藻過(guò)濾單元設(shè)置有內(nèi)壓式中空纖維膜組件、清液排出口和濃縮液出口 ；
[0027]所述進(jìn)氣單元包括空氣壓縮機(jī)、CO2氣體罐、混合氣室，空氣壓縮機(jī)和CO 2氣體罐均通過(guò)氣體管路連接所述混合氣室，所述混合氣室通過(guò)氣體管路連接所述微藻培養(yǎng)器；所述空氣壓縮機(jī)通過(guò)氣體管路連接光合細(xì)菌培養(yǎng)器。
[0028]優(yōu)選地，所述光合細(xì)菌培養(yǎng)器底部設(shè)置有曝氣盤(pán)，該曝氣盤(pán)通過(guò)氣體管路連接空氣壓縮機(jī)；所述微藻培養(yǎng)器底部設(shè)置有曝氣盤(pán)，該曝氣盤(pán)通過(guò)氣體管路連接混合氣室。
[0029]本發(fā)明的有益效果在于:
[0030]本發(fā)明提出的回收水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素并回收水資源的方法，是將處理水熱液化廢水與營(yíng)養(yǎng)元素回收利用相結(jié)合的廢水處理與資源化的方法，并且充分將光合細(xì)菌強(qiáng)大的有機(jī)污染物降解能力與對(duì)有毒有害物質(zhì)的耐受能力與微藻較強(qiáng)的氨氮吸收能力相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多級(jí)，梯級(jí)利用，使得最終出水中污染物降低到一個(gè)較低的水平，出水又可以作為稀釋水熱液化廢水供光合細(xì)菌培養(yǎng)之用。另外，產(chǎn)生出的光合細(xì)菌與微藻還可以作為熱化學(xué)制做生物原油的原材料，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的充分利用。整套方法既可以實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物、氮磷的降解，又做到了生物質(zhì)原料的生產(chǎn)與水資源的回用，起到了環(huán)境保護(hù)、回收資源、以及營(yíng)養(yǎng)元素利用的多重功效。