一種回收利用水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物的廢水處理其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]水熱液化廢水為將微藻、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，又富含多種微量元素、部分重金屬及酚類物質(zhì)，其中COD、TN、NH3-N, TP可分別高達(dá)200000、14000、8000、2000mg/L。如果用傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理方法處理該廢水，不但造成處理費(fèi)用高，而且也會(huì)導(dǎo)致極大的碳、氮、磷資源浪費(fèi)。目前水熱液化廢水還沒有成熟的處理方法，對(duì)該廢水的處理研宄還處于小試階段，主要利用該廢水的稀釋液培養(yǎng)微藻，通過(guò)調(diào)控廢水氮磷比、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，并減輕后續(xù)的廢水處理成本。但相比常規(guī)廢水，該廢水中毒害物質(zhì)之較多，對(duì)藻類生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，微藻在其中生長(zhǎng)6-8天后，生物量才能達(dá)到最高值，所需生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)。
[0003]通過(guò)以上敘述可知，利用微藻處理水熱液化廢水存在營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)利用效率低的問題，廢水中高有機(jī)碳濃度也會(huì)一直微藻對(duì)氮磷元素吸收，限制了其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的利用。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。
[0004]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。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/L。
[0005]目前關(guān)于單獨(dú)開展光合細(xì)菌與微藻處理污水的研宄較多，但將其耦合用于處理廢水的研宄較少，且其耦合作用機(jī)制不清。兩者物質(zhì)能量代謝途徑各有特點(diǎn)，使得兩者在耦合系統(tǒng)中對(duì)光、氧的需求及對(duì)碳、氮、磷元素代謝途徑各異，使得形成的耦合體系不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用于原油生產(chǎn)廢水的處理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對(duì)本領(lǐng)域的不足之處，本實(shí)用新型的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。
[0007]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的技術(shù)方案為:
[0008]一種回收利用水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素并生產(chǎn)生物質(zhì)原料的設(shè)備，，包括光合細(xì)菌培養(yǎng)器、微藻培養(yǎng)器、光合細(xì)菌過(guò)濾單元、微藻過(guò)濾單元、進(jìn)氣單元；
[0009]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)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)管路連接所述微藻過(guò)濾單元；
[0010]所述光合細(xì)菌過(guò)濾單元設(shè)置有超濾膜、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)置有超濾膜、清液排出口和濃縮液出P ；
[0011]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0)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。
[0012]其中，所述光合細(xì)菌培養(yǎng)器為圓柱形透光有機(jī)玻璃容器，所述光合細(xì)菌培養(yǎng)器底部設(shè)置有曝氣盤，該曝氣盤通過(guò)氣體管路連接空氣壓縮機(jī)；
[0013]其中，所述微藻培養(yǎng)器為圓柱形透光有機(jī)玻璃容器，所述微藻培養(yǎng)器底部設(shè)置有曝氣盤，該曝氣盤通過(guò)氣體管路連接混合氣室。
[0014]優(yōu)選地，所述超濾膜為內(nèi)壓式中空纖維膜。
[0015]其中，連接所述光合細(xì)菌過(guò)濾單元的管路上設(shè)置有隔膜泵、閥門、壓力表和轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
[0016]類似地，連接所述微藻過(guò)濾單元的管路上設(shè)置有隔膜泵、閥門、壓力表和轉(zhuǎn)子流量
i+o
[0017]使用本實(shí)用新型提出的設(shè)備，對(duì)水熱液化廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的回收利用方法，包括步驟:
[0018]I)水熱液化法生產(chǎn)生物原油產(chǎn)生的廢水，用水稀釋至COD濃度為18000?20000mg/L，并用lmol/L的HCl和/或NaOH溶液調(diào)節(jié)稀釋后廢水pH值至6.5?7.5 ;
[0019]2)接種光合細(xì)菌于步驟I)所得廢水中，接種量為0.24g/L至0.30g/L干重，進(jìn)行培養(yǎng)；
[0020]3)將步驟2)中接種的光合細(xì)菌培養(yǎng)11?13天后，把廢水與光合細(xì)菌用超濾膜進(jìn)行分離，得到光合細(xì)菌的濃縮液和出水；
[0021]4)向步驟3)分離后的出水中接種微藻，接種量為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。
[0022]5)將步驟4)培養(yǎng)完畢的微藻與水熱液化廢水的混合廢水再用超濾膜進(jìn)行分離，得到微藻的濃縮液和最終出水。
[0023]其中，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))。
[0024]其中，所述水熱液化法生產(chǎn)生物原油產(chǎn)生的廢水中COD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9.5-13.5o
[0025]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'
[0026]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。
[0027]其中，所述步驟3)中，超濾膜分離操作條件如下: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。
[0028]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 ;在光照時(shí)間通入空氣與CCV混合氣體，混合氣體流量范圍為0.1-0.2L/min.L_\為微藻生長(zhǎng)補(bǔ)充碳源并保持廢水pH值在6.8?7.3，非光照時(shí)間不通氣。
[0029]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12:12 ;在光照時(shí)間通入空氣與CCV混合氣體，CO2占空氣體積的2?4%?；旌蠚怏w流量范圍可為
0.1-0.2L/min.L'
[0030]其中，所述步驟5)中，超濾膜分離操作條件如下: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。
[0031]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0032]本實(shí)用新型將光合細(xì)菌的養(yǎng)殖、廢水處理與微藻的養(yǎng)殖及廢水處理、以及光合細(xì)菌與微藻的收獲合并在一起，形成了一套有機(jī)的整體，同實(shí)現(xiàn)了水熱液化廢水的處理，廢水中營(yíng)養(yǎng)元素的梯級(jí)回收利用，及菌體以及藻體的回收與生物質(zhì)原料的生產(chǎn)。。在經(jīng)過(guò)該過(guò)程處理之后，水熱液化廢水的COD濃度降低了 95%以上，TN和TP的濃度也降低70%以上，極大地減輕了該廢水的后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。另外，該系統(tǒng)的生物量可實(shí)現(xiàn)4-5倍增長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為水熱液化廢水的綜合利用設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0034]圖中，I為廢水進(jìn)口，2為出水口，3為曝氣盤，4為光合細(xì)菌培養(yǎng)器，5為微藻培養(yǎng)器，6為進(jìn)水口 7藻液進(jìn)口，8為混合氣進(jìn)氣管路9為轉(zhuǎn)子流量計(jì)，10為真空壓力表，11為內(nèi)壓式中空纖維膜組件，111為清液出口，112濃縮液出口，12為隔膜泵，13為空氣壓縮機(jī)14為空氣壓力控制閥門，15為空氣進(jìn)氣管路，16為0)2氣體罐，17為CO 2壓力控制閥門，18為混合氣室，19為微藻過(guò)濾單元的內(nèi)壓式中空纖維膜組件，191為清液排出口，192為微藻過(guò)濾單元的濃縮液出口。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。