一种培养微藻处理农业污水的装置及方法
本发明属于污水处理，具体涉及一种培养微藻处理农业污水的装置及一种培养微藻处理农业污水方法。
背景技术：
1、农业污水是指农作物栽培、牲畜饲养、农产品加工等过程中排出的、影响人体健康和环境质量的废水或液态物质。如饲料、动物粪便、氮、磷、钾肥引起的水体富营养化，高残留，难降解的农药引起的水体污染等。以2023年2月2日国家生态环境标准《地方水产养殖业水污染物排放控制标准制订技术导则》的公告为例，在农业生产过程中，需要对尾水进行严格处理，达标后才能排放。
2、另一方面，农业污水是有机物含量丰富的来源，具有较高的氨氮，磷酸盐，被认为是用于培养微藻的营养物和水的理想低成本原料。由于微藻能够更好地消耗多种营养物，起到净化水质的效果，并其本身具有动物饲料、化工原料、肥料等多种作用，目前普遍在污水处理的流程中整合微藻培养来对污水中营养物进行去除，并获得一定数量的微藻。
3、但现有的技术利用微藻对污水进行处理时，一般都采用大型设备，并建设大规模的多级处理池，多借助自然光在常温下处理，并以活性污泥等形式人为添加菌种营造藻菌共生，造成整个系统兼容性差，导致藻类培养条件不可控，影响微藻生长质量；而且由于不同污水成分不尽相同，因此最适的加入藻池的前期预处理方法以及藻种也不一样，微藻的再利用程度无法最大化，影响污水处理效果。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种培养微藻处理农业污水的装置及方法，能在提高污水处理能力的同时使培养的微藻获得最大的生长效益以便回收利用。
2、技术方案如下：
3、一种培养微藻处理农业污水的装置，包括预处理池、膜光生物反应器、回收池和控制装置，其中预处理池的一侧上端接入带滤网的污水管，在另一侧下端通过外层设置有加热管的污水管连接到膜光生物反应器；膜光生物反应器为一个双层透明板制成的上部开口的箱体，透明材料的之间中设置有灯管，内层透明材料上设置有固定勾，固定勾上固定有与带水泵的软管连接的mbr膜组件，软管另一端伸出箱体外；箱体内设置有溶氧探头、光强探头、图像采集仪和与设置在箱体外部的曝气机相连接的盘式微孔曝气装置；箱体底部开设有通过带水泵的集液管与回收池连接的排水口；回收池底部设置有带滤网的排水口；控制装置设置在膜光生物反应器外侧，控制装置与溶氧探头、光强探头、图像采集仪信号及电连接，与加热管、水泵、爆气机和灯管电连接。
4、进一步的，盘式微孔曝气装置放置在膜光生物反应器底部，包括金属支架、曝气管、通气管和三通连接头，曝气管上开设有多个微小孔洞，盘成多圈设置在圆台形的金属支架上，三通连接头分别于曝气管的两头以及通气管连接，通气管的另一头与曝气机连接，曝气机开启时通入氧气或二氧化碳，在膜光生物反应器的液体中产生漩涡状气泡。
5、进一步的，膜光生物反应器的箱体外侧设置有拼装式聚氨酯保温板，能对箱体进行保温且便于拆卸，双层透明板外层板的内侧贴有反光膜，反射灯管灯光增加箱体内亮度。
6、进一步的，mbr膜组件由一个以上的平板陶瓷膜重叠并联制成，mbr膜组件固定后距离膜光生物反应器底部10-50cm。
7、进一步的，透明板为亚克力材质，水泵为蠕动泵，灯管内设置有蓝、白、红三种颜色至少各一颗的led灯珠，亮度为3000-6000lx。
8、一种培养微藻处理农业污水的方法，采用上述装置并执行如下步骤：
9、步骤1：将农业污水添加微藻培养基并初步过滤后通入预处理池；
10、步骤2：在预处理池对农业污水进行沉降及ph值调节，通过过滤网后由污水管输送至膜光生物反应器，途中由污水管外的加热管加温；
11、步骤3：通过控制装置使膜光生物反应器箱体发光，曝气机为盘式微孔曝气装置输送氧气，使其产生漩涡状气泡；
12、步骤4：控制装置通过溶氧探头、光强探头、图像采集仪持续探测并控制微藻生长情况；
13、步骤5：微藻生物量达到设定值时控制装置调节灯管发光颜色和曝气量，使微藻生长进入营养积累阶段；
14、步骤6：控制装置通过溶氧探头判断污水处理完成和并且通过图像采集仪判断微藻营养积累达到标准判断污水处理完成后打开软管上的水泵排出污水，并打开集液管上的水泵将藻液送入回收池；
15、步骤7：在回收池内对藻液絮凝后待其自然沉降，捞出微藻后用于其他用途。
16、进一步的，步骤4中控制装置为一个带操作面板、显示屏和通讯接口的单片机或工业电脑，控制装置通过溶氧探头监测膜光生物反应器中污水含氧量并由内置的程序或人工操作来控制输送氧气或二氧化碳，通过光强探头监测膜光生物反应器中光照强度并由内置的程序或人工操作来控制灯管发光强度和颜色，通过图像采集仪监测膜光生物反应器中水样的rgb图像，分析水样的光谱来判断水中微藻生物量浓度，得出微藻生长情况，并由内置的程序或人工操作在微藻生物量浓度不足时向膜光生物反应器内添加微藻培养基，在微藻生物量浓度达标时进入营养积累阶段或进行回收。
17、进一步的，步骤5中调节灯管发光颜色为将白光转变为红光或蓝光。
18、进一步的，步骤7中对藻液絮凝采用方法为添加浓度为0.4g/l硫酸铁溶液、0.8g/l白矾溶液、0.4g/l氢氧化钙溶液、0.9g/l氢氧化钠溶液之一，并且静置沉降90分钟。
19、有益效果：
20、1)本发明结合光反应器与mbr膜组合成为膜光生物反应器，通过藻液的附生菌共培养，不需要额外添加菌种、活性污泥，更方便的同时更亲和微藻生长，能提高生物处理有机负荷。
21、2)本发明通过内置led灯管及反光膜使光照更充分；加热管置于污水管处，以及可拆卸式的保温板，更加节能避免直接加热藻液影响微藻生长；盘式微孔纳米曝气设备在调控含氧量的同时，形成漩涡型气泡水流，可以保持容器内液体的流动性，更有利于藻液生长，防止了微藻长期培养造成的贴壁与集聚问题；通过控温、控光、控氧为微藻提供最适条件并进行智能监控条件，有效提升微藻的培养效率。
22、3)膜光生物反应器与回收池同步进行处理，互不冲突，保持整体系统运作的高效、通畅。
23、4)通过rgb图像检测技术精确监控微藻生长情况，以达到收益最大化。
技术特征：
1.一种培养微藻处理农业污水的装置，其特征在于：包括预处理池(1)、膜光生物反应器(2)、回收池(3)和控制装置(7)，其中预处理池的一侧上端接入带滤网(5)的污水管，在另一侧下端通过外层设置有加热管(6)的污水管(4)连接到膜光生物反应器；膜光生物反应器为一个双层透明板制成的上部开口的箱体，透明材料的之间中设置有灯管，内层透明材料上设置有固定勾(14)，固定勾上固定有与带水泵(17)的软管(16)连接的mbr膜组件(12)，软管另一端伸出箱体外；箱体内设置有溶氧探头(8)、光强探头(9)、图像采集仪(10)和与设置在箱体外部的曝气机(11)相连接的盘式微孔曝气装置(13)；箱体底部开设有通过带水泵的集液管(15)与回收池连接的排水口(18)；回收池底部设置有带滤网的排水口；控制装置设置在膜光生物反应器外侧，控制装置与溶氧探头、光强探头、图像采集仪信号及电连接，与加热管、水泵、爆气机和灯管电连接。
2.如权利要求1所述的培养微藻处理农业污水的装置，其特征在于：所述的盘式微孔曝气装置放置在膜光生物反应器底部，包括金属支架(131)、曝气管(132)、通气管(19)和三通连接头(133)，曝气管上开设有多个微小孔洞，盘成多圈设置在圆台形的金属支架上，三通连接头分别于曝气管的两头以及通气管连接，通气管的另一头与曝气机连接，曝气机开启时通入氧气或二氧化碳，在膜光生物反应器的液体中产生漩涡状气泡。
3.如权利要求1所述的培养微藻处理农业污水的装置，其特征在于：所述的膜光生物反应器的箱体外侧设置有拼装式聚氨酯保温板，能对箱体进行保温且便于拆卸，双层透明板外层板的内侧贴有反光膜，反射灯管灯光增加箱体内亮度。
4.如权利要求1所述的培养微藻处理农业污水的装置，其特征在于：所述的mbr膜组件由一个以上的平板陶瓷膜重叠并联制成，mbr膜组件固定后距离膜光生物反应器底部10-50cm。
5.如权利要求1所述的培养微藻处理农业污水的装置，其特征在于：所述的透明板为亚克力材质，水泵为蠕动泵，灯管内设置有蓝、白、红三种颜色至少各一颗的led灯珠，亮度为3000-6000lx。
6.一种培养微藻处理农业污水的方法，其特征在于：使用如权利要求1-5之一所述的装置并执行如下步骤：
7.如权利要求6所述的培养微藻处理农业污水的方法，其特征在于：所述的步骤4中控制装置为一个带操作面板、显示屏和通讯接口的单片机或工业电脑，控制装置通过溶氧探头监测膜光生物反应器中污水含氧量并由内置的程序或人工操作来控制输送氧气或二氧化碳，通过光强探头监测膜光生物反应器中光照强度并由内置的程序或人工操作来控制灯管发光强度和颜色，通过图像采集仪监测膜光生物反应器中水样的rgb图像，分析水样的光谱来判断水中微藻生物量浓度，得出微藻生长情况，并由内置的程序或人工操作在微藻生物量浓度不足时向膜光生物反应器内添加微藻培养基，在微藻生物量浓度达标时进入营养积累阶段或进行回收。
8.如权利要求6所述的培养微藻处理农业污水的方法，其特征在于：所述的步骤5中调节灯管发光颜色为将白光转变为红光或蓝光。
9.如权利要求6所述的培养微藻处理农业污水的方法，其特征在于：所述的步骤7中对藻液絮凝方法为添加浓度为0.4g/l硫酸铁溶液、0.8g/l白矾溶液、0.4g/l氢氧化钙溶液、0.9g/l氢氧化钠溶液之一，并且静置沉降90分钟。
技术总结
本发明涉及一种培养微藻处理农业污水的装置及方法，属于污水处理技术领域，包括预处理池、膜光生物反应器、回收池和控制装置，其中预处理池的一侧上端接入带滤网的污水管，在另一侧下端通过外层设置有加热管的污水管连接到膜光生物反应器；膜光生物反应器为一个双层透明板制成的上部开口的箱体，透明材料的之间中设置有灯管，内层透明材料上设置有固定勾，固定勾上固定有与带水泵的软管连接的MBR膜组件；箱体内设置有溶氧探头、光强探头、图像采集仪和与设置在箱体外部的曝气机相连接的盘式微孔曝气装置；箱体底部开设有通过带水泵的集液管与回收池连接的排水口。本发明在正常完成农业污水处理的同时有效增加微藻的培养效率。
技术研发人员：孙诤,叶天乙,凌云,周陆
受保护的技术使用者：上海海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5