[发明专利]一种基于膜曝气和膜浓缩的高密度微藻生物膜反应器及其藻培养方法

说明书

本发明公开了一种基于膜曝气和膜浓缩的高密度微藻生物膜反应器及其藻培养方法，微藻生物膜反应器包括废水培养液箱、光生物反应器主体、复合中空纤维膜组件、曝气组件、光照组件、藻生物膜培养填料、浓缩藻液箱、反冲洗系统等。微藻生物膜反应器的培养方法，废水通过废水培养液箱进入光生物反应器主体，为固定藻生物膜提供生长所需的营养，复合中空纤维膜组件联合曝气组件为固定藻生物膜提供生长所需的二氧化碳，光照组件为固定藻生物膜提供生长所需的光照，废水处理液由中空纤维膜组件过滤排入出水箱，剩余的浓缩藻液一部分收集到浓缩藻液箱，一部分继续固定在培养填料表面用于下一周期微藻生物膜反应器的培养。

技术领域

本发明涉及属于藻类培养反应器技术领域，具体涉及一种基于膜曝气和膜浓缩的高密度微藻生物膜反应器及其藻培养方法。

背景技术

微藻是指只能在显微镜下才能看到的微小藻类的统称。微藻具有生长迅速、光合效率高等特点，能有效利用太阳能通过光合作用将无机营养盐、二氧化碳、水等物质转化为有机化合物，因含油量高、易于培养、单位面积产量高、不占耕地等优点而被认为是目前已知的唯一可能替代化石燃料的原料，而且，可用于食品、饲料、生物质原材料以及精细化工原料等，或用作遗传学和分子生物学实验材料。此外，微藻在生长过程中还能固定空气中二氧化碳为减轻温室效应做出贡献。

悬浮式培养是目前微藻培养耦合废水处理技术中应用研究中最广泛且已实现工业化应用的微藻培养方式，通常分为开放式跑道池及封闭式光生物反应器。开放式跑道池具有结构简单、建造费用、运行成本低等优势，大多工程化应用采用该技术。封闭式光生物反应器通常由主体培养装置(管式、平板式、袋式等)、气体交换单元以及循环动力系统组成，可根据微藻的生理学特征精准控制体系温度、营养、CO₂等关键培养参数，实现更高的微藻培养效率。但悬浮培养模式存在微藻培养浓度较低、微藻细小颗粒难分离及微藻浓缩采收能耗较高等诸多问题。因此，难以建立较大规模、可持续且经济可行的整体系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种藻类培养方法，通过复合中空纤维膜组件实现二氧化碳供给和浓缩藻液/废水固液分离，填料提供微藻生物膜载体，从而提升微藻培养效率、有机废水处理负荷和微藻浓缩分离效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于膜曝气和膜浓缩的高密度微藻生物膜反应器及其藻培养方法，

其中基于膜曝气和膜浓缩的高密度微藻生物膜反应器包括反应池，所述反应池上设置有进液口以及浓缩液排液口，所述反应池中设置有浓缩曝气装置，所述浓缩曝气装置包括中空纤维膜组件、汇流管、曝气管以及出水管，在出水管上设置有阀门，所述中空纤维膜组件用于浓缩过滤反应池的藻液，浓缩过滤后藻液进入汇流管，汇流管连接出水管以及曝气管；所述反应池中还设置有填料用于藻生物膜培养，在填料区域还设置有光照组件用于提供光照促进藻类生长，曝气管连接二氧化碳气源；

包括如下步骤：

(1)废水通过废水培养液箱进入光生物反应器主体；

(2)向步骤(1)中的光生物反应器主体接种藻液，藻液浓度为0.5～0.8g/L，培养时间为5～8天，

其中，光照强度控制3000～6000lux,光暗时间比12h:12h；在培养过程中持续或者隔间进行曝气；

(3)培养完毕后，利用中空纤维膜组件对藻液进行过滤浓缩，过滤液排出反应池，剩余的浓缩藻液一部分收集到浓缩藻液箱，一部分继续固定在培养填料表面用于下一周期微藻生物膜反应器的培养，下一周期的微藻培养不再接种新菌种。

进一步的，所述浓缩过滤完毕，对中空纤维膜组件进行反冲洗。

进一步的，藻生物膜培养填料为PE/PP载体，表面积为0.005m²，比表面积为3.73m²/m³，填料的填充比为30％-45％。