一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统

1.本实用新型涉及水体净化技术领域，特别是涉及一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统。


背景技术：

2.雨生红球藻是一种可以生产具备高附加值产品——虾青素的经济藻类。养殖雨生红球藻一般采用化学物质配制成分固定的培养液来进行。同时，相关的反应器一般采用封闭的管道反应器或则开放的养殖池进行。封闭的管道反应器或开放的养殖池既可以在露天的情况下运行，也可以在室内运行。封闭管道的建设及运行成本都很高。而开放的养殖池的建设及运行成本一般较低。为了避免开放的养殖池运行过程中可能发生的生物污染问题，在室内运行开放的养殖池是一个可行的方式。由于红球藻的增殖过程较慢，所以开放的养殖池占地面积一般较大。
3.城市生活污水若是经过一定的工艺处理后，该污水中的主要成分为氨氮和磷酸盐及各种微量元素。因此，采用经过处理的生活污水来养殖雨生红球藻可以降低该藻养殖过程中对化学品的依赖，可以显著的降低养殖成本。但是城市生活污水的水量一般很大，对应需要极大的开放的养殖池占地面积。因此，对开放的养殖池进行必要的技术升级显得尤为必要。
4.与此同时，雨生红球藻在生长过程中会进行光合作用。该过程会导致反应器中溶解氧浓度升高以及酸碱度升高。一般情况下，雨生红球藻反应器中的溶解氧浓度需要控制在5mg/l及更低的水平，ph应该控制在6-8范围内。
5.现有技术中，存在如下专利：
6.cn106916723b一种雨生红球藻培养方法及培养装置
7.该专利的特征是使用了多层的薄板。专利特征为薄板高度为1.5-4.5mm。该专利介绍的培养装置的每一层之间缺乏水力连接。该专利介绍的装置只是多个浅层盘子拼装出来的，不具备连续进水、连续出水的条件，也不具备对溶解氧及酸碱度等红球藻生长需要控制的反应器参数进行控制的能力。也不具备对藻类进行分离的能力。该专利缺乏藻类生物污染控制装置，无法用于污水处理过程中雨生红球藻养殖。
8.cn103274527b一种利用微藻处理有机污水的连续系统
9.cn101942388b一种光生物反应器
10.这两个专利分别介绍了一种多层微藻光合生物反应器。且该多层微藻光合生物反应器每一层只有一个跑道，不具备连续进水、连续出水的条件，也不具备对溶解氧及酸碱度等红球藻生长需要控制的反应器参数进行控制的能力。也不具备对藻类进行分离的能力。该专利缺乏藻类生物污染控制装置，无法用于污水处理过程中雨生红球藻养殖。
11.cn113817610a冈比亚藻的大规模化连续培养方法
12.该专利提出一种与抽屉类似的藻类养殖方法。该反应器呈现序批式操作的特点。不具备连续进水、连续出水的条件，也不具备对溶解氧及酸碱度等红球藻生长需要控制的
反应器参数进行控制的能力。也不具备对藻类进行分离的能力。该专利缺乏藻类生物污染控制装置，无法用于污水处理过程中雨生红球藻养殖。
13.cn112280652a一种基于光能梯级利用的流动式微藻光生物反应器
14.该专利提出的专利，采用了透光材料制成。该反应运行过程中，反应器壁面将会长出大量藻类，反应器顶部的光线很难穿透反应器上方第一层的空间。该专利显然与本专利不同。
15.也不具备对藻类进行分离的能力。该专利缺乏藻类生物污染控制装置，无法用于污水处理过程中雨生红球藻养殖。
16.通过对现有专利文献的比较分析，为了既避免雨生红球藻的污染，又能采用该藻类进行水质净化，本技术提出一种雨生红球藻养殖系统。


技术实现要素：

17.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统，既能避免雨生红球藻的污染，又能采用该藻类进行水质净化。
18.本实用新型的技术方案是：
19.一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统，所述系统包括设置在封闭空间的多层独立的反应器，其中每一层的反应器中均设置多个跑道，每一层的反应器均通过第一管道连接脱氧器，各个脱氧器通过第二管道连接气泵，处于最上层的反应器连接有入水通道，其中入水通道连接有净化单元，处于最下层的反应器的出水端连接有出水通道，所述出水通道连接超滤膜过滤器，不处于最下层的反应器的出水端通过出水管道连接所述脱氧器的进口端，以使上层的反应器出水先经过脱氧器过滤后经第一管道进入下层的反应器。
20.进一步，所述超滤膜过滤器的第一出液端连接排水管，所述超滤膜过滤器的第二出液端连接浓缩藻液排出管，所述浓缩藻液排出管连接回流管，所述回流管连接与处于最上层的反应器对应的脱氧器的进口端，以将超滤膜过滤器过滤后得到的浓缩藻液经脱氧后回流至最上层的反应器中再次处理。
21.进一步，各层反应器的容积不等。
22.进一步，各层反应器的容积相等。
23.进一步，相邻两个反应器中，处于上层的反应器下方布置人工光源，并在封闭空间内部的顶层上布置一个人工光源。
24.进一步，所述净化单元包括依次连接的过滤器和消毒器。
25.进一步，通过在反应器内错位设置隔板以形成所述跑道。
26.进一步，所述封闭空间采用透明、透光的材料制备，以充分利用自然界的阳光。
27.进一步，所述消毒器是臭氧消毒器和/或紫外消毒器。
28.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
29.本实用新型既能避免雨生红球藻的污染，又能采用该藻类进行水质净化。并且采用了多层反应器来显著降低占地面积，还采用了封闭空间、反应器入水膜过滤操及消毒操作来有效隔绝外界与反应环境中微生物与雨生红球藻的接触，避免了生物污染。
附图说明
30.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
31.图1示出了根据本实用新型实施例的一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统的结构示意图。
32.图中，1-反应器；2-跑道；3-第一管道；4-脱氧器；5-第二管道；6-气泵；7-入水通道；8-净化单元；9-出水通道；10-超滤膜过滤器；11-出水管道；12-封闭空间；13-排水管；14-浓缩藻液排出管；15-回流管；16-第一液泵；17-隔板；18-人工光源；19-第二液泵。
具体实施方式
33.以下列举的部分实施例仅仅是为了更好地对本实用新型进行说明，但本实用新型的内容并不局限在应用于所举的实施例中。所以熟悉本领域的技术人员根据上述实用新型内容对实施方案进行非本质的改进和调整而应用于其他实施例中，仍在本实用新型的保护范围之内。
34.现在结合说明书附图对本实用新型做进一步的说明。
35.图1示出了根据本实用新型实施例的一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统的结构示意图。本实用新型实施例提供一种同步去除水中氮磷和养殖雨生红球藻的系统。如图1所示，图中箭头表示水体流向，所述系统包括设置在封闭空间12的多层独立的反应器1，其中每一层的反应器1中均设置多个跑道2，每一层的反应器1均通过第一管道3连接脱氧器4，各个脱氧器4通过第二管道5连接气泵6，处于最上层的反应器1连接有入水通道7，其中入水通道7连接有净化单元8，处于最下层的反应器1的出水端连接有出水通道9，所述出水通道9连接超滤膜过滤器10，不处于最下层的反应器1的出水端通过出水管道11连接所述脱氧器4的进口端，以使上层的反应器1出水先经过脱氧器4过滤后经第一管道3进入下层的反应器。
36.本实施例中，每一层的反应器1的运行是独立的。例如，每层的反应器1中既可以采用悬浮的藻对水中的氮磷等营养物进行吸收，也可以采用附着型的藻类反应器对氮磷等营养物进行吸收。每一层的反应器1的水力停留时间可以是独立的。即：每层反应器的体积可以相同或者不同。采用多层设置的反应器1。每一层反应器1在水平方向上的尺寸显著高于高度方向上的尺寸。不同层的反应器1之间采用水力连接。反应器1进水从最高层反应器开始进行处理，并依次进入不同层的反应器中。最下层的反应器处理后，将该反应器1的出水采用超滤膜过滤器10进行过滤。在水体处理过程中，脱氧器4对进入每一层反应器的水流进行脱氧处理，保障反应器中的溶解氧浓度在合理的范围之内。其中脱氧器4的具体结构可以是在脱氧箱内设置脱氧膜，并对应在脱氧箱上设置至少两个进口端和一个出口端。
37.在污水水量大的情况下，采用传统的藻类反应器将需要极大的占地面积。本实施例采用了多层反应器来显著降低占地面积。同等水力停留时间的情况下，与传统的藻类反
应器，如果采用2层反应器，占地面积节省50％；若采用4层反应器，占地面积节省75％。其他情况以此类推。
38.本实施例中的每一层反应器1采用分割材料分割成若干个跑道，以避免水流在单层反应器中出现短流等不利的水力现象。具体结构实现为通过在反应器1内错位设置隔板17以形成所述跑道。
39.本实施例中的净化单元8用于对进入最上层反应器1的水进行预处理，其具体包括依次连接的过滤器801和消毒器802，其中过滤器801可以选择超滤膜过滤器，消毒器802可以选择臭氧消毒和/或紫外消毒。通过过滤和消毒，有效隔绝外界与反应环境中微生物与雨生红球藻的接触，避免了生物污染。
40.并且，水体在各层反应器1当中处理时，处于一个封闭空间12内，其中封闭空间12采用透明、透光的材料制备，以充分利用自然界的阳光。仅作为示例，封闭空间12采用透光的透明玻璃制造，将各层反应器1设置在由多块透光的透明玻璃所搭建的封闭空间12。当然，封闭空间12还能实现为其他的结构形式，例如采用其他的透明、透光的材料所搭建的封闭室等等。
41.针对污水中水质多变，微生物众多，而雨生红球藻极易被其他藻类、后生动物污染等问题。本实施例中采用了封闭空间、反应器入水膜过滤操及消毒操作来有效隔绝外界与反应环境中微生物与雨生红球藻的接触，避免了生物污染。
42.本实施例中的各个管道，如第一管道3、第二管道5、出水通道9以及出水管道11，根据实际的动力需要，可在对应管道上设置阀门和泵，以满足动力及开闭的需求。
43.本实施例中所述的气泵6用于抽取气体或液体，以气体为例，抽取的气体通过第二管道5并经过脱氧器4脱氧后经过第一管道3进入至反应器1中。抽取的气体包括但不限于空气。以空气为例，经过脱氧处理后的空气即为富含二氧化碳的空气，可以对进入每一层反应器的水流进行酸化处理，保障反应器中的酸碱度在合理的范围之内。因此，本实施例可以起到酸碱调节的作用。当然，本实施例还可以采用其他除空气以外的气体，此处不对气泵6所抽气体的具体性质进行限定，只要满足气体中含有具有能够控制酸碱度的气体组分即可，其中能够控制酸碱度的气体组分包括但不限于co2。另外，如在条件限制的情况下，也可以通过气泵6泵入液体控制酸碱度，例如加入预先配置好的酸液等等。
44.在一个具体的实施例中，如图1所示，所述超滤膜过滤器10的第一出液端连接排水管13，所述超滤膜过滤器10的第二出液端连接浓缩藻液排出管14，所述浓缩藻液排出管14连接回流管15，所述回流管15连接与处于最上层的反应器1对应的脱氧器4的进口端，以将超滤膜过滤器10过滤后得到的浓缩藻液经脱氧后回流至最上层的反应器1中再次处理。
45.本实施例对经过超滤膜过滤器10处理后的液体进行优化处理，具体提供了管道的连接方式，可以理解的，根据实际动力需求，本领域技术人员可以很显而易见的根据该种管道连接方式进行泵阀的布局，例如，在浓缩藻液排出管11上设置第一液泵16，第一液泵16的一个出口端连接回流管15，通过第一液泵16提供浓缩藻液从超滤膜过滤器10流出的动力。在排水管13上设置第二液泵19。通过超滤膜过滤器10后的液体分为两种，一种是净化后的水，可以直接通过排水管13排出，还有一种是浓缩藻液，可以通过浓缩藻液排出管11排出至其他系统或设备进行处理，或者通过回流管15回流至最上层的反应器1中进行再次处理。具体浓缩藻液的分配比例根据不同的情况进行选择，本实施例此处不作具体限制。
46.在一个具体的实施例中，如图1所示，相邻两个反应器1中，处于上层的反应器1下方布置人工光源18，并在封闭空间12内部的顶层上布置一个人工光源18以对最上层的反应器1提供照明。当自然光强度不足的时候，每一层的反应器采用人工照明，以补充光照强度，满足藻类的生长需求。
47.下面本实施例将结合具体的实施案例来进一步说明本实用新型的可行性和进步性。
48.需要说明的是，下面所例举的各个尺寸参数以及系统运行参数仅仅只是示例，并非是对本实用新型的限制。
49.反应入水经过超滤膜过滤之后，采用臭氧氧化进行消毒之后进入多层反应器。
50.反应器入水9m3/d，采用3层反应器。每一层反应器中采用9个流道，每个流道宽度1米，水深0.2m。3层反应器总水力停留时间3天。计算得到：3层反应器中所有流道长度135m，每一层反应器中流道总长45m，每一个流道长度5m。
51.相邻两个反应器中，上面的反应器下方布置人工光源，光源间隔下层水面0.2m。每一层反应水面上设置0.1m的超高。则三层反应器总体高度1.1m。3层反应器总占地面积45m2，总体积49.5m3。
52.每一层反应器配制一个脱氧箱，每一个箱中设置脱氧膜组件一个。该组件将脱氧箱入水中的溶解氧的浓度从10mg/l降低到2mg/l。
53.ph调控采用co2含量为3％的空气控制。
54.最下层反应器出水采用超滤膜过滤。超滤膜出水为整个系统的出水。最下层反应器出水被浓缩之后，一半浓缩液排除系统进行后续的加工，另外一半浓缩液回流到最上层脱氧箱中脱氧后回到最上层反应器中。
55.三层反应器均采用生物膜工艺。当然，反应器还可以采用其他的污水处理工艺，各层反应器所采用的工艺可以相同或不同，本实施例可以配合多种工艺来对水体进行净化。
56.以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。