水热液化废水中营养元素的回收利用方法及使用的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理及资源化领域，具体涉及一种利用微生物处理废水的方法及其设备。
【背景技术】
[0002]水热液化废水是将微藻、餐厨垃圾、猪粪通过热化学方法转化为生物原油过程中产生的废水，该废水富含碳、氮、磷等常量元素，酚类、多环芳烃类、的新型有毒有害废水，成分较为复杂。其中COD、TN、NH3-N, TP可分别高达200000、14000、8000、2000mg/L。目前水热液化废水尚无成熟的处理技术与方法，对该废水的处理研宄还处于小试阶段。由于废水中污染物浓度较高，并且含有大量的有毒有害抑制物，会对目前主要通过稀释的方法培养微藻通过调控废水中氮磷比、PH值、废水与培养基配比来优化废水处理效果及微藻产量，从而达到废水的资源化利用的目的。由于微藻能耐受的有机物浓度较低，且对有毒有害化合物的耐受性较为敏感，因此通常会使用大量的稀释水，造成了水资源的浪费；另外，废水中的有毒有害物质会抑制藻类生长，通常藻类最终的生物量较低，所需生长周期较长。以上的几种作用限制了微藻对水热液化废水中营养物质的利用。因此为了提高该废水中碳氮磷元素的降解效率，需将废水特性与微生物生理生化特性相结合，从污染物降解的自然规律出发，重新选择废水处理的微生物主体，研宄碳氮磷元素归趋与微生物间耦合作用，从而达到该废水最大程度上的资源化和生物量的最大产出。
[0003]光合细菌是一大类与微藻相似，具有两套能量合成转化体系的微生物，能在光照或有氧条件下生存，且对有机物的利用范围广、有机负荷耐受力高、代谢机制灵活，但其降解污染物不彻底。其主要营光能异养，可以小分子有机物为碳源，且有机物利用范围广，但光合细菌有降解极限，最终COD停留在300?500mg/L，有大量研宄结果表明光合细菌对多种高浓度有机废水处理效果较好。另外，光合细菌对酚类及其他含氮的多环芳烃类物质的吸收转化能力较强，通常将其作为芳香族化合物降解及重金属吸附的动力学模式生物。另夕卜，光合细菌也具有可资源化的特性，通过热化学转化原油的传统原料为活性污泥、畜禽粪便和微藻，因此从成油机理及原料成分角度分析，光合细菌也可用于原油生产而不会降低原油产量与品质。
[0004]而微藻是一种光和效率高、适应性强、生长周期短的生物，对铵盐、磷酸盐及低浓度有机污染物降解效果好，很早就被用于污水处理。微藻对污染物的降解主要依赖光合作用，在光能自养方面，其只能利用CO2作为碳源，且在CO 2充足时，微藻对氮磷物质的吸收利用效率会提高；在化能异养方面，其利用有机物范围较窄，耐受有机负荷较低，最高约为6000mg/Lo
[0005]因此，可以将光合细菌强大的有机污染物降解能力与抗有毒有害化合物的能力与微藻较强的吸收能力相结合，将两者耦合，先通过光合细菌将水热液化废水中的有机污染物降解到较低水平，再续接微藻，将氨氮吸收利用，从而提高营养元素的回收利用效率。
【发明内容】
[0006]针对本领域的不足之处，本发明的目的是提出一种水热液化废水中营养元素的回收利用方法。
[0007]本发明的第二个目的是提出一种回收利用水热液化废水中营养元素的设备。
[0008]实现本发明上述目的技术方案为:
[0009]一种水热液化废水中营养元素的回收利用方法，包括步骤:
[0010]I)水热液化法制做生物原油产生的废水，用水稀释至COD浓度为18000?20000mg/L，并调节稀释后废水pH值至6.5?7.5 ;
[0011]2)投加光合细菌于步骤I)所得废水中，投加量为0.24g/L至0.30g/L干重，进行培养；
[0012]3)将步骤2)中投加的光合细菌培养11?13天后，并将废水与光合细菌的混合液用超滤膜进行分离，得到光合细菌的浓缩液和出水；
[0013]4)向步骤3)分离后的出水中投加微藻，投加量为0.13g/L至0.18g/L干重；白天通入CO2与空气混合气体培养微藻；连续培养6?8天，使微藻的生长到达平台期。
[0014]本发明使用的光合细菌为沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)，为红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)，菌株编号为1.8929，购自中科院普通微生物菌种保藏管理中心(地址:北京市朝阳区北辰西路I号院3号中国科学院微生物研宄所)；微藻为小球藻Chlorella sp.，为Chlorella属，藻株编号:FACHB_1067，购自中科院水生所(地址:武汉珞珈山东湖南路7号中科院水生生物研宄所淡水藻种库)。
[0015]投加的光合细菌和微藻，均接种处于对数生长期的光合细菌和微藻。光合细菌培养11?13天后，其生长到达平台期。步骤4)中，微藻接种后可吸收剩余的碳氮磷元素。
[0016]超滤膜分离光合细菌后的出水COD浓度为4000?5000mg/L，pH值为8.5?9.0。
[0017]其中，所述水热液化法制做生物原油产生的废水的性质如下:C0D为170000-220000mg/L, TN 浓度为 8000-14000mg/L，NH3-N 浓度为 4000-10000mg/L，TP 浓度1000-2000mg/L, pH值为9.5?13.5。除此之外，废水中还含有酚类，多环芳烃类，挥发酸类物质，是一种新型废水有毒有害废水。
[0018]所述步骤I)中，可用浓度为lmol/L的盐酸或氢氧化钠溶液调节pH值。
[0019]进一步地，所述步骤2)中光合细菌的培养条件为:光照强度为3000?40001x，通入空气，空气流量为0.1?0.2L/min.L'
[0020]优选地，所述步骤3)中，所用超滤膜为内压式中空纤维膜，产水通量为80?120L/H.m2。
[0021]其中，所述步骤3)中，超滤膜操作条件如下:运行压力为0.15?0.3MPa，最大透膜压差为0.3MPa。该超滤膜最大反洗压力为0.15MPa。
[0022]进一步地，所述步骤4)中，微藻的培养条件为:光照强度为2200?30001x，光暗周期比为10-14:14-10 ;光照时间内通入空气与0)2混合气体以保持微藻培养废水pH值在6.0?7.8 ;非光照时间不通气。
[0023]优选地，微藻的培养条件为:光照强度为2200-30001x，光暗周期比为10-14:14-10 ；;在光照时间通入空气与CCV混合气体，CO 2占空气体积的2?4%。混合气体流量范围可为0.1?0.2L/min.L'
[0024]一种回收利用水热液化废水中营养元素的设备，包括光合细菌培养器、光合细菌过滤单元、微藻培养器、微藻过滤单元、进气单元；
[0025]所述光合细菌培养器设置有废水进口，所述光合细菌培养器通过出水管路连接所述光合细菌过滤单元，所述微藻培养器通过出水管路连接所述微藻过滤单元；
[0026]所述光合细菌过滤单元设置有内压式中空纤维膜组件、清液出口和浓缩液出口，所述清液出口通过管路连接所述微藻培养器；所述微藻过滤单元设置有内压式中空纤维膜组件、清液排出口和浓缩液出口 ；
[0027]所述进气单元包括空气压缩机、CO2气体罐、混合气室，空气压缩机和CO 2气体罐均通过气体管路连接所述混合气室，所述混合气室通过气体管路连接所述微藻培养器；所述空气压缩机通过气体管路连接光合细菌培养器。
[0028]优选地，所述光合细菌培养器底部设置有曝气盘，该曝气盘通过气体管路连接空气压缩机；所述微藻培养器底部设置有曝气盘，该曝气盘通过气体管路连接混合气室。
[0029]本发明的有益效果在于:
[0030]本发明提出的回收水热液化废水中营养元素并回收水资源的方法，是将处理水热液化废水与营养元素回收利用相结合的废水处理与资源化的方法，并且充分将光合细菌强大的有机污染物降解能力与对有毒有害物质的耐受能力与微藻较强的氨氮吸收能力相结合，实现了营养物质的多级，梯级利用，使得最终出水中污染物降低到一个较低的水平，出水又可以作为稀释水热液化废水供光合细菌培养之用。另外，产生出的光合细菌与微藻还可以作为热化学制做生物原油的原材料，实现了生物质的充分利用。整套方法既可以实现废水中有机物、氮磷的降解，又做到了生物质原料的生产与水资源的回用，起到了环境保护、回收资源、以及营养元素利用的多重功效。