利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法
2023-06-23 09:35:11
專利名稱：利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法
技術領域：
本發明涉及利用高級氧化對汙水和煙氣進行預處理，利用人工培養工程微藻同時解決汙水深度處理和C02減排的方法。
背景技術：
目前利用工程微藻處理汙水，由於汙水中有毒、有害有機物的大量存在，導致工程微藻活力低、繁殖力低和汙染物去除率低，而且工程微藻只能吸收煙氣中的C02，對S02和氣體氮氧化物無能為力。因此，工程微藻在環境治理工
程中的應用受到限制。
發明內容
本發明為了解決目前利用工程微藻處理汙水過程中工程微藻活力低、繁殖
力低和汙染物去除率低，而且工程微藻只能吸收煙氣中的co2的缺陷而提供
了一種利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法。
本發明利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理
和二氧化碳減排的方法按照以下步驟進行 一、用高級氧化對汙水和煙氣進行預處理；二、將預處理後的汙水採用Na2C03或CaO調節pH值為6.5 8.5，再將調節後的汙水及煙氣通入到生物反應器中利用工程微藻進行深度處理；即完成了汙水的處理及C02的減排。
本發明方法中採用高級氧化對汙水和煙氣先進行處理，能夠將汙水中的有機物，特別是將對工程微藻有毒、有害的有機物開環或斷鏈，分解成對工程微藻無害並可以利用的小分子化合物，提高汙水的可生化性；而且高級氧化能夠將煙氣中的S02和氮氧化物氧化成SO/'和N(V而去除。因為汙水中威脅工程微藻生長的有毒、有害有機物被降解，同時由於高級氧化使汙水中溶解的可被工程微藻利用的碳源、氮源等數量增加、增強了工程微藻的活力和繁殖力，擴大了工程微藻的數量，從而促進了工程微藻的除汙效果。利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧 化碳減排的方法具有成本低、效率高、投資小、處理效果好、變廢為寶、增加 生物質能來源的特點。本發明的獨特之處在於利用高級氧化預處理汙水和煙 氣，利用人工培養的工程微藻吸收汙水中的有機物、氮磷等汙染物質，以及煙 氣中大量的C02氣體。本發明充分利用了汙水和煙氣資源，大幅度降低汙水 處理投資及運營成本，開闢了利用高級氧化應用的新領域，改變了傳統意義上 汙水處理觀念。
本發明利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理 和二氧化碳減排的方法過程-
一、 利用高級氧化處理汙水
汙水中往往含有較高的氮磷等汙染物，而碳源含量偏低，並且大分子難降
解有機物佔了很大比例，尤其是市政二級出水中，氮磷超標，CODo的含量卻 要求在120以下，應用工程微藻深度處理汙水時，碳源不足的問題凸顯，需要 外加碳源。利用高級氧化可以將汙水中大分子有機化合物分解成小分子化合 物，難降解物質開環或斷鏈，提高汙水的可生化性。
二、 利用高級氧化處理煙氣
工廠煙氣中含有C02、 S02、 N(X等汙染物，其中C02是最主要的溫室氣 體，對溫室效應的貢獻率達63%, S02、 N(X是引起酸雨形成的主要汙染物， 將其未經處理直接通入水中會極大地影響生物體的正常生長繁殖，利用高級氧 化可以將S02、 NOx等汙染物氧化成SO^、 N(V而除去，從而能夠保證S02、 NOx等汙染物既不汙染空氣又不影響藻類的生長。但會使pH降低，需要外加 藥劑進行調節。同時，含有大量C02的工廠煙氣彌補了汙水中碳源不足的難 題。
三、 利用生物反應器培養藻類
汙水中含有較多的營養物質，其中氮磷等含量較高，為微藻的生長提供了 N源、P源，高級氧化後還可提供部分C源；工廠煙氣中含有大量的C02,為 微藻生長的C源；生物反應器具有光、溫度、溶解氧、C02、 pH和營養物質 等培養條件的調節與控制系統。能實現工程微藻的高密度培養並獲得較高的單 位面積或體積產量。在高級氧化進行預處理後的汙水與煙氣中，藻類進行光合作用，吸收C02、 N、 P放出02，在淨化水質的同時獲得工程微藻。
四、利用工程微藻生產功能產品藻類富含蛋白質、脂類、維生素和礦物 質等，所有收穫的藻類生物量有許多潛在的應用價值，如:用於食料和醫藥業(人 和動物的營養補充物:維生素、蛋白質、脂肪酸、多糖等)；提取化工產品如化 妝品、精細化工產品等；作為能源產生沼氣、燃料；用於餌料和飼料業(魚蝦、 甲殼動物等水產動物的餌料，家禽詞料)；農業上作為土壤調節劑、肥料等。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微 藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法按照以下步驟進行 一、用高級氧 化對汙水和煙氣進行預處理；二、將預處理後的汙水採用Na2C03或CaO調節 pH值為6.5 8.5，再將調節後的汙水及煙氣通入到生物反應器中利用工程微藻 進行深度處理；即完成了汙水的處理及C02的減排。
本實施方式用Na2C03或CaO調節pH值可以短時間內改變水體的pH值， 從而為下一步工程微藻提供一個適宜的啟動環境。本實施方式步驟二中經過高 級氧化的煙氣採用底部曝氣的方式通入注有汙水的生物反應器。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中的 煙氣來自於水泥廠、鋼鐵廠、石油廠、乙烯廠、合成氨廠、環氧乙烷廠或制氫 廠。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一至二的不同點是步驟一 中的汙水來自於城市汙水廠的二級出水、城市汙水廠未完成處理的汙水或自然 水體(江、河、湖)。其它步驟及參數與具體實施方式
一至二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三的不同點是步驟二 中將預處理後的汙水採用Na2C03或CaO調節pH值為6.5~8.5。其它步驟及參 數與具體實施方式
一至三相同。
本實施方式中的pH值為藻類生長最適生長的pH值，為了應用工程微藻 治理汙水及煙氣的效果更好，利用加藥裝置調節pH，以達到最好的應用效果。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四的不同點是步驟一 中將煙氣通入汙水中，將混合物進行高級氧化預處理。其它步驟及參數與具體 實施方式一至四相同。本實施方式減少了分步高級氧化的投資成本，將S02、 NOx等汙染物氧化 成SO,、 N(V而除去，同時將汙水中大分子有機化合物分解成小分子化合物， 難降解物質開環或斷鏈，提高了汙水的可生化性。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四的不同點是步驟一 中汙水與煙氣分別進行高級氧化預處理。其它步驟及參數與具體實施方式
一至 四相同。
本實施方式對汙水和煙氣的處理更徹底，處理效率更高。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟一 中應用的高級氧化方式為Fenton試劑氧化、UV/Fe"-草酸/H202氧化、 UV/H202/Fe2+氧化、03氾202氧化、(VUV氧化、03/0￥/11202氧化、超臨界水 氧化、03氾202氧化、光催化氧化、化學氧化劑氧化、以臭氧為主的高級氧化、 以過氧化氫為主的高級氧化、以超聲波為主的高級氧化及以紫外線為主的高級 氧化中的一種或幾種方式的聯用。其它步驟及參數與具體實施方式
五或六相 同。
本實施方式中每種處理方式的具體參數參見具體實施方式
八至十四。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟一 中應用的高級氧化方式為Fenton試劑氧化，其中H202投加量為 500 4000mg/L， FeS04投加量為500~3500mg/L，反應時間為0.1 3h，其它步 驟及參數與具體實施方式
五或六相同。
採用本實施方式方法進行處理煙氣中C02的去除率為20%~80%，汙水中 COD的去除率為5%~60%， BOD去除率為20°/。~80%。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟一
中應用的高級氧化方式為以臭氧為主的高級氧化，臭氧投加量為l~300mg/L。 其它步驟及參數與具體實施方式
五或六相同。
採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中C02的去除率為 20%~90%， COD的去除率為10%~80%， BOD去除率為20%~90%。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟一 中應用的高級氧化方式為以過氧化氫為主的高級氧化，H202的濃度為 l-300mmol/L。其它步驟及參數與具體實施方式
五或六相同。採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中co2的去除率為
15% 75%， COD的去除率為5°/。~55%， BOD去除率為15%~90%。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟 一中應用的高級氧化方式為以超聲波為主的高級氧化，超聲波的頻率為
20 200kHz。其它步驟及參數與具體實施方式
五或六相同。
本實施方式不僅進行了高級氧化，還進行了超聲的除垢、阻塘，能夠防止 管道的結垢現象。
採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中co2的去除率為 10% 60%， COD的去除率為5%~45%， BOD去除率為10%~60%。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟 一中應用的高級氧化方式為以紫外線為主的高級氧化，採用的紫外燈包括低 壓低強度汞燈、中壓高強度汞燈和低壓高強度汞燈，輸出功率為l~5Kw。其 它步驟及參數與具體實施方式
五或六相同。
本實施方式不僅進行了高級氧化，還進行了紫外線有殺菌作用。
採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中co2的去除率為 10% 40%， COD的去除率為5%~40%， BOD去除率為10%~50%。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟 一中應用的高級氧化方式為超臨界水氧化。其它步驟及參數與具體實施方式
五 或六相同。
本實施方式以超臨界水為反應介質，溫度高於水的臨界溫度(374.3C)，壓 力在22.1MPa之上，以空氣、氧氣或雙氧水等為氧化劑。
採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中co2的去除率為 20%~75%， COD的去除率為10%~50%， BOD去除率為30%~90%。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
五或六的不同點是步驟 一中應用的高級氧化方式為高壓脈衝輻射。其它步驟及參數與具體實施方式
五 或六相同。
本實施方式中的高壓脈衝範圍為25 300ns，重複頻率為20~200Hz，峰值 為5~320kV。
採用本實施方式的方法處理有機廢水和煙氣，煙氣中co2的去除率為20% 85%， COD的去除率為20%~60%， BOD去除率為30%~90%。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一至十四的不同點是步 驟二中的生物反應器為開放式光生物反應器，比表面積為1~10。其它步驟及 參數與具體實施方式
一至十四相同。
本實施方式的方法具有操作簡單，技術完善，投資少及成本低的優點。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一至十五的不同點是步 驟二中的生物反應器中培養的工程微藻為螺旋藻、小球藻及鹽藻中一種或幾種 的組合。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十五相同。
本實施方式中工程微藻為能夠提取生物製品的的工程微藻，在使用後能夠 收穫藻產品，收穫的藻產品可用作飼料、肥料，甚至還可用於生產有用的化學 物質。
本實施方式中工程微藻由兩種或兩種以上物質組成時，按任意比例混合。
在市政汙水二級出水中投加藻類的初始投加量為15-3000個/毫升， 處理時間為2 72小時。
城市汙水廠未完成處理的汙水投加藻類的初始投加量為15~3000個/ 毫升，處理時間為2 72小時。
自然水體中投加藻類的初始投加量為15 3000個/毫升，處理時間為 2~72小時。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一至十五的不同點是步
驟二中的生物反應器中培養的工程微藻是通過篩選得到的高油微藻、高蛋白質 微藻及高維生素微藻中的一種或幾種的組合。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十五相同。
本實施方式中工程微藻由兩種或兩種以上物質組成時，按任意比例混合。
本實施方式的高油微藻的篩選方法為從自然水體(江、河、湖)中利用 培養基(培養基成分由300mg/L的(NH2)2C03， 50mg/L的KH2P04， 300mg/L 的MgS04, 8mg/L的FeS04， lOOOmg/L的NaCl和500mg/L的NHjHCC^組成) 分離到藻株，擴大培養後離心分離，稱量同樣多的藻類提取油脂，高油脂含量 所對應的藻類即為篩選得到的。本實施方式的高蛋白質微藻的篩選方法為從自然水體(江、河、湖)中 利用培養基(培養基成分由300mg/L的(NH2)2CO3，50mg/L的KH2PO4,300mg/L 的MgS04， 8mg/L的FeS04, lOOOmg/L的NaCl和500mg/L的NH4HC03組成) 分離到藻株，擴大培養後離心分離，稱量同樣多的藻類提取蛋白質，高蛋白質 含量所對應的藻類即為篩選得到的高蛋白質微藻。
本實施方式的高維生素微藻的篩選方法為從自然水體(江、河、湖)中
利用培養基(培養基成分由300mg/L的(NH2)2CO3，50mg/L的KH2PO4，300mg/L 的MgS04， 8mg/L的FeS04， 1000mg/L的NaCl和500mg/L的NHjHCOs組成)
分離到藻株，擴大培養後離心分離，稱量同樣多的藻類提取維生素，高維生素 含量所對應的藻類即為篩選得到的高維生素微藻。
權利要求
1、利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法按照以下步驟進行一、用高級氧化對汙水和煙氣進行預處理；二、將預處理後的汙水採用Na2CO3或CaO調節pH值為6.5～8.5，再將調節後的汙水及煙氣通入到生物反應器中利用工程微藻進行深度處理；即完成了汙水的處理及CO2的減排。
2、 根據權利要求1所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻 進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟一中的煙氣來自於 水泥廠、鋼鐵廠、石油廠、乙烯廠、合成氨廠、環氧乙垸廠或制氫廠。
3、 根據權利要求1或2所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程 微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟一中的汙水來 自於城市汙水廠的二級出水、城市汙水廠未完成處理的汙水或自然水體。
4、 根據權利要求3所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻 進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟二中將預處理後的 汙水採用Na2C03或CaO調節pH值為6.5 8.5。
5、 根據權利要求1、 2或4所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工 程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟一中汙水與 煙氣同時分別進行高級氧化預處理，或者混合後迸行高級氧化預處理。
6、 根據權利要求5所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻 進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟一中應用的高級氧 化方式為Fenton試劑氧化、UV/Fe^-草酸/H202氧化、11^/11202^62+氧化、 03氾202氧化、03/UV氧化、(VUV/H202氧化、超臨界水氧化、03氾202氧化、 高能電子輻射、超聲氧化、光化學氧化、衝擊波空穴氧化、化學氧化劑氧化、 以臭氧為主的高級氧化、以過氧化氫為主的高級氧化、以超聲波為主的高級氧 化及以紫外線為主的高級氧化中的一種或幾種方式的聯用。
7、 根據權利要求1所述的利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻 進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟二中的生物反應器 為開放式光生物反應器。
8、根據權利要求l、 2、 4、 6或7所述的利用高級氧化對汙水進行預處理 培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法，其特徵在於步驟二中 的生物反應器中培養的微藻為螺旋藻、小球藻、鹽藻、高油微藻、高蛋白質微 藻及高維生素微藻中的一種或幾種的組合。
全文摘要
利用高級氧化對汙水進行預處理培養工程微藻進行汙水深度處理和二氧化碳減排的方法。它涉及了利用高級氧化對汙水和煙氣進行預處理，利用人工培養工程微藻同時解決汙水深度處理和CO2減排的方法。它解決了現有技術中藻類因為無法吸收汙水中的大分子有機汙染物而在汙水處理中受到限制的缺陷。本發明利用高級氧化處理汙水和煙氣，之後在生物反應器中利用工程微藻將預處理後的汙水進行深度處理，將煙氣中的CO2吸收利用，工程微藻也可以提取功能性產品。本發明具有成本低、投資小、效率高、處理效果好、使煙氣資源化、增加生物質能來源、減輕了汙水深度處理工藝的負擔、降低了工程造價，改變了傳統意義上汙水處理觀念。
文檔編號C02F9/14GK101654313SQ200910072898
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者群 王, 韓幫軍, 韓雅紅, 軍 馬 申請人:哈爾濱工業大學水資源國家工程研究中心有限公司