[发明专利]一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用

说明书

一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用是将藻细胞附着于贴壁材料，并固定在可旋转装置上，旋转于营养物质丰富的废水和富含COsubgt;2/subgt;的空气中，微藻膜长至一定厚度时经刮刀采收当作微藻肥料，能降低微藻采收成本和提高经济效益。旋转生物膜反应器系统主要包括活性污泥系统和旋转藻生物膜系统，是在传统活性污泥工艺基础上，融入了微藻废水处理系统，既高效去除废水的COD、N、P等营养物，同时活性污泥中的微生物代谢产生的COsubgt;2/subgt;可促进微藻生长，微藻光合作用为活性污泥中微生物提供Osubgt;2/subgt;而部分降低曝气费用，微藻存在可部分降低剩余活性污泥量。

技术领域

本发明涉及一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，具体属于废水处理技术领域。

背景技术

传统活性污泥法是以单纯的净化水质为目的，在处理废水的过程中，需要进行长时间的鼓风、机械曝气或联合曝气向废水中微生物提供氧气以降解营养物质，

这个过程需要消耗大量的电能，是一个“以能耗能”的方法。在活性污泥中微生物降解有机废物的过程中，还将释放出微生物呼吸产生的CO₂排放进入空气中，加剧了温室效应。此外，标准活性污泥法废水处理工艺剩余污泥量约为入流废水量的1.5%，数量巨大，其后续的处理处置也是一个世界性难题。

自上个世纪50年代以来，微藻对废水中N、P的去除能力得到了研究者的广泛关注，不同于细菌，藻类可同时去除N和P，且工艺操作较简单。藻细胞对P的吸收机制尤为高效和突出，它从环境中吸收的P远超过其正常生长对正磷酸盐的需求，过量的P被藻细胞吸收、积聚。这种独特的功能极大地提高了微藻对废水中磷的去除效率。因此单纯微藻系统或菌藻系统的引入，近年来成为解决传统活性污泥法深度处理不同有机废水局限的新思路，如厦门大学李清彪等人公开了一种《用于处理沼液超标氮磷的膜式光生物反应器及其处理方法》（CN103910434），其方法特点是将培养好的微藻与沼液在圆柱形中空纤维膜内部和外部分别循环，利用微藻吸收沼液中氮磷达到废水处理的目的。然而微藻的采收一直是微藻处理废水的限制因素，这是由于微藻个体微小并且细胞表面带负电荷造成的，研究表明，大规模培养过程中微藻采收成本约占总成本的20%以上。现阶段的研究多采用微藻固定化培养来达到在废水处理中降低采收成本的目的。如赵永军等申请了专利《一种处理沼液的菌藻共生系统及其应用》（CN106219765A），公开了一种将微藻和真菌固定化小球处理沼液废水的方法，然而该方法需要另外添加化学药剂以形成菌藻共生球，增加了处理成本。南昌大学巫小丹等人公开了《一种光生物膜反应器及在污水处理、固碳和微藻采收中的应用》（CN107012072A），该发明利用的是传统的废水在膜材料上循环的方式，利用垂直悬挂的膜材料高密度培养微藻并去除废水中营养物质，最后通过简单机械收刮收获微藻。以上公开的发明中均采用液体循环的方式，即“水动膜不动”，其液体循环过程需要大量的能耗，而且液体循环会一定程度上限制了微藻细胞的CO₂固定效率，虽然巫小丹等人采用了CO₂容器系统以提高气体传质速率，但该系统同样需要能耗来运行。

本发明提供了一种基于除磷脱氮的菌藻旋转生物膜反应器系统及应用，可有效克服上述问题，本发明独创性地采用了旋转膜方式，即“膜动水不动”，在藻膜缓慢旋转出废水外而暴露在空气中时可大大提高微藻的固碳效率，并充分利用光源，由于旋转速度缓慢，系统所需能耗较低。因此本发明不仅能高效低成本地采收微藻生物质，还能高效去除污水中的COD、N和P，同时大幅度减少传统活性污泥法所需的曝气能耗，且活性污泥法排放的CO₂能被微藻光合作用吸收利用，减少了CO₂的排放量，同时通过菌藻共生系统，可部分减少剩余污泥的排放量，从而达到污水处理效益的最大化，而且采收后的微藻还能用于制备微藻肥料，提高了其经济和社会价值。

发明内容