用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統及其構建和運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及污水處理系統，特別是涉及一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統及其構建和運行方法。
【背景技術】
[0002]21世紀人類社會可持續發展所需迫切解決的兩大問題:環境污染與能源危機。水資源污染是環境污染的主要組成部分，隨著人口數量不斷升高及城市化進程的加快，加上受技術水平、短期利益使然和法制不健全等因素的綜合影響，近年來水資源污染問題日益嚴重，而如何高效、低成本地去除水體中過量的氮磷等污染物是水污染治理的重要難題。與此同時，調查指出全球的石油和天然氣儲量將在未來40-50年后面臨枯竭，2020年全球的能源缺口將達到488EJ/a，因此為滿足人類對能源的需求，開發經濟高效、可再生及環境友好的新型能源勢在必行。
[0003]細菌和微藻是自然界水體中廣泛存在的微生物種類，它們對促進水環境中的氮磷等營養物質循環與維持水生環境的生態平衡具有重要作用，同時也被認為是有望替代石化能源的主要生物質能源原料。好氧污泥(細菌)工藝是全球應用最為廣泛的去除污水中氮磷等營養污染物的處理技術，而污泥顆粒化技術的出現成為目前其中一個研究熱點，同時污水處理過程中產生的剩余污泥蘊涵著大量的生物質，具有良好的資源化利用前景(如熱解制油和制氫等)。微藻是光能自養型單細胞生物，其在生長過程中需要消耗水環境中的氮磷等營養物質以合成體內有機質，并通過光合作用將CO2固定為有機碳(蛋白質、碳水化合物、油脂)，藻細胞油脂中的三酰甘油酯(Triacylglycerols，TAG)是制備生物柴油的主要原料。
[0004]研究證明活性污泥與微藻可形成耦合共生系統凈化污水，此共生系統主要分為兩種模式:1)懸浮式菌藻，此類模式是將微藻與絮狀活性污泥進行搭配后，直接放入較淺穩定塘(深度0.3-0.5m)或光照反應器中進行污水凈化和微藻培養；2)固定化菌藻，此類模式是將微藻與絮狀活性污泥進行搭配，并與物化載體(如軟性填料、藻酸鈣和聚乙烯醇等)實現固定化，進而處理污水。研究指出藻菌共生系統的污水凈化效率明顯高于單菌和單藻。因此，污泥-微藻耦合共生工藝可在處理污水的同時，以污水為原料獲取新資源和新能源，在緩解能源缺乏和水環境污染方面具有廣闊的發展前景。但是，此工藝仍存在一些關鍵問題需要進一步解決:1)在懸浮式菌藻共生系統中，微藻沉降效能較差，不易收獲分離，對能源回收成本有很大影響，微藻收獲是僅次于培養過程的第二大成本消耗；2)懸浮式系統中如果污泥投加比例較低，會降低系統的處理效果和抗沖擊能力。而污泥投加比例較高時，光線在絮狀活性污泥中穿透性較弱，微藻在光化反應器中受光比表面積較小，不利于微藻生長；3)在固定化菌藻共生系統中，無毒、多孔、不溶解于處理介質、不易被生物分解、且廉價易得的載體材料開發與選用較為困難，從而造成固定化系統實際使用成本較高，重復利用性較差，并且固定化過程中所用的物化材料會影響后續能源提取回收。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統及其構建和運行方法。
[0006]為達上述目的，本發明一種用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統，所述系統包括油脂微藻及其顆粒污泥載體，所述顆粒污泥與微藻接種含量分別為0.1-lg/L和I X 13-1 X 115ceI 1/L，接種基質為培養溶液。
[0007]其中所述顆粒污泥為厭氧顆粒污泥、好氧顆粒污泥或二者任意比例的混合顆粒污泥。
[0008]其中所述污泥顆粒粒徑范圍為0.2-4毫米。
[0009]其中所述油脂微藻選自藍藻、綠藻門、硅藻門或金藻門。
[0010]其中所述培養溶液為人工平配置溶液或污水溶液，所述人工配置或污水溶液COD含量為100_2000mg/L，氨氮含量為5_500mg/L，總氮為5_600mg/L，磷酸鹽含量為l_40mg/L。
[0011]其中所述培養溶液還加入濃度為0.l-50mg/L的混合營養鹽，所述營養鹽元素選自鎂離子、鈣離子、鉀離子、銅離子、鋅離子、鐵離子之一或兩種以上任意比例的混合物。
[0012]—種構建用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統的方法，包括以下步驟:
[0013]以玻璃或有機玻璃反應器為裝置，以序批式反應器運行方式進行，通過曝氣裝置或攪拌裝置控制系統培養溶液內微生物分布均勻，加入所述顆粒污泥，并以顆粒污泥為載體，混合加入所述油脂微藻；
[0014]培養階段沉降時間與反應器排水比分別控制范圍為1-100分鐘和10% -90%，單一周期運行時間2-8小時，每天運行周期為2-6個周期，光照條件控制為2000-400001UX光強范圍，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.l-2cm/So
[0015]—種運行用于廢水處理的活性污泥與微藻耦合顆粒化系統的方法，包括以下步驟:培養結束后可用于實際廢水處理過程，實際廢水處理階段沉降時間控制為0.5-30分鐘，排水比控制為10% -90%，單一周期運行時間為1-10小時，每天運行周期為2-10個周期，光照條件控制為2000-400001uX光強范圍，曝氣或攪拌形成剪切力控制在0.l-3cm/So
[0016]所述系統排出剩余污泥作為生物柴油、生物汽油、發酵產氫產甲烷、生物有機肥和生物碳制備的原材料。
[0017]本發明與現有技術不同之處在于本發明取得了如下技術效果:
[0018]1、提高菌藻共生系統內微生物生物量，從而促進污水凈化效果及抗沖擊能力；
[0019]2、提高微生物的沉降性能，降低生物質原料收獲成本；
[0020]3、物化載體零投入，降低固定化成本和能源回收過程中物化雜質抑制影響；
[0021]4、增強剩余活性污泥資源化收益，間接降低好氧污泥工藝運行成本；
[0022]5、保證污泥量的同時，增強系統透光性能；
[0023]6、可用于工廠廢水處理同時，通過工廠廢氣提供剪切力，降低廢氣中溫室氣體(如二氧化碳等)比重；
[0024]7、可以提高廢水處理系統中剩余污泥的熱值與油脂含量，促進其資源化利用；
[0025]8、通過系統光照的介入與微藻對系統pH水平的提升，有效殺滅廢水中所合致病微生物；
[0026]9、相比傳統污泥系統，提供廢水中總氮和總磷的去除效率。
[0027]總之通過本專利的實施成果有望為菌藻共生提供一種新型模