利用固定化微囊藻吸附膜系统和制备方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种利用固定化微囊藻吸附膜净化水体中氮磷的系统。

背景技术：

随着河湖流域人类活动的加剧、大量的营养盐通过各种途径进入水体，使得河湖进入富营养化状态。国际经济发展合作组织(oecd)将这种“水体中由于营养盐的增加而导致的藻类和水生植物生产力的增加、水质下降等一系列的变化，从而使得水的用途受到影响”的现象定义为河湖的富营养化，并制定了相应的标准。河湖富营养化目前以及今后相当长一段时间内都将是我国的重大水环境问题，与水体富营养化相伴随的一个普遍现象就是浮游植物的过渡生长，形成藻类的水华，从而导致水质下降、生态系统病变等一系列的水环境问题。而且，水华问题已不仅仅不是一个简单的水体污染问题，而是生态系统失调问题，是生态系统的结构功能在人类活动的干预下发生了重大变化之后出现的一种灾害。

水环境治理与保护是一项极其复杂的系统工程，除工程层面上对水体的富营养化进行治理外，在水环境保护中运用单一的或者多种控藻技术相结合的方式对藻类进行控制也是至关重要的。各类控藻技术发展至今，按除藻方式主要可以分为：絮凝除藻、药剂杀藻、微生物溶藻抑藻、机械除藻、植物化感抑藻、气浮除藻、水生动物除藻等。然而，这些工艺对于蓝藻的后续处置问题都没有很好的解决办法，造成蓝藻外运成本高及二次污染风险等问题出现。因此，如何有效处置微囊藻是蓝藻污染治理过程中的关键问题之一。

以往大部分的固定化微藻类型单一，多数为直径小于1cm的固定化小球，这种固定化微藻球由于体积小易于固定，但是存在有很多应用壁垒，如收集问题、固定化效率等。但当增大固定化微藻的体积时，其溶胀问题突出，且固定强度下降，造成藻外泄，固定剂溶解等多个问题的出现。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明在以往技术的基础上，提供一种利用固定化微囊藻吸附膜净化水体中氮磷的系统，既保证和污水的接触面积足够大，同时增强其固定化微藻强度，解决其使用过程中的溶胀、接触面积小效率低等问题，同时还具备有效资源化利用微囊藻高效去除水体中的营养盐及部分有机物，从而达到净化水质的目的。同时，本发明系统提供溶解氧，能够保证微囊藻在废水中的供养问题，整个系统完整，便于安装和使用。

为达到上述目的，本发明涉及一种利用固定化微囊藻吸附膜净化水体中氮磷的系统，所述的系统至少包括：支架，在所述的支架上间隔设置有多个固定化微囊藻膜组件，每相邻两个固定化微囊藻膜组件之间设置有曝气装置。

较佳的，所述固定化微囊藻膜中微囊藻液是按下述方法制备的：

21)将打捞或培养方法获取的微囊藻通过离心后浓缩待用；

22)制备固定剂：制备海藻酸钠、聚乙烯醇的混合溶液；

23)在制得的混合溶液中加入交联剂；

24)在交联后的固定剂中加入浓缩藻液，并进行定容；

25)定容后将加入藻液的固定剂进行进一步交联，使其与藻液充分混合和联结。

较佳的，所述固定化微囊藻膜组件为包括夹固微囊藻膜的膜夹板，所述的膜夹板上设置有多个通液孔。

较佳的，所述微囊藻膜是按下述方法制作的：

41)在平板上刷上一层聚乙烯醇涂层，所述聚乙烯醇浓度为8％-15％；

42)接着放入烘箱以40℃-50℃烘干至涂层全干；

43)在聚乙烯涂层表面刷一层交联剂，所述交联剂为戊二醛；

44)将混合有固定剂及交联剂的微囊藻混合溶液均匀倒在步骤43)制得的刷有交联剂的聚乙烯涂层上；

45)用定型液对聚乙烯涂层上的微囊藻液进行单面固定后，从平板上取下即成。

较佳的，所述固定剂与所述微囊藻液的体积比为30:1-1000:1。

较佳的，所述交联剂为戊二醛，交联剂浓度为3％-6％，未加入藻前固定剂的交联时间为10-24小时。

较佳的，所述定型液为氯化钙与硼酸的混合溶液，其中氯化钙的含量为1％-3％(w/v)，硼酸混合溶液的含量为2％-5％(w/v)。

较佳的，所述微孔曝气装置通过供气管道与风机相连，共同作业。

为达到上述目的，本发明固定化微囊藻膜的制备方法，所述的方法包括下述步骤：

91)在平板上刷上一层聚乙烯醇涂层，所述聚乙烯醇浓度为8％-15％；所述平板为有一定强度的抗腐蚀板，所述的抗腐蚀板为有机玻璃板、钢化玻璃板或不锈钢板；

92)接着放入烘箱以40℃-50℃烘干至涂层全干；

93)在聚乙烯涂层表面刷一层交联剂，所述交联剂为戊二醛；

94)将微囊藻液均匀倒在步骤93)制得的刷有交联剂的聚乙烯涂层上；

95)用定型液对聚乙烯涂层上的微囊藻液进行单面固定后，从平板上取下即成。

为达到上述目的，本发明还涉及上述任一项所述的固定化微囊藻吸附膜用于吸附水体中氮磷的应用。

本发明所述的固定化微囊藻吸附膜系统，提供一种利用固定化微囊藻吸附膜净化水体中氮磷的系统，既增加其与废水的接触面积，也增强其固定化微藻强度，解决其使用过程中的溶胀、接触面积小效率低等问题，同时还具备有效资源化利用微囊藻高效去除水体中的营养盐及部分有机物，从而达到净化水质的目的。同时，本发明系统提供溶解氧，能够保证微囊藻在废水中的供养问题，整个系统完整，便于安装和使用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是实施例1所述利用固定化微囊藻吸附膜净化水体中氮磷装置图；

图2(a)为本发明一实施例中固定化微囊藻膜组件的结构示意图。

图2(b)为图2(a)的侧视示意图。

图3(a)为本发明又一实施例固定化微囊藻膜组件的结构示意图。

图3(b)为图3(a)的侧视示意图。

具体实施方式

下面结合说明书对本发明做进一步的描述。

实施例1

将微囊藻液通过打捞，在室温条件下扩培养，再进行浓缩后备用。首先加入固定剂海藻酸钠、聚乙烯醇的混合溶液进行混合，混合后加入交联剂，改变其分子结构使其更为坚固；在交联后的固定剂中加入之前已准备好的浓缩藻液，并进行定容；定容后将加入藻液的固定剂进行进一步交联，使其与藻液充分混合和联结。

固定化微囊藻膜是按照下述方法制成的：在平板上首先涂一层浓度15％的聚乙烯醇，低温烘干24小时；随后在涂一层浓度4％的交联剂(戊二醛)，最后将之前准备好的混合藻液倒在平板上进行单面交联固定，再对另一面喷洒固定剂(cacl2和硼酸混合溶液)进行定型，将平板上覆盖的膜进行简单修正边缘后取下即成。

将两个具有通液孔82的膜夹板81对制成的固定化微囊藻膜82夹固后即成固定化微囊藻膜组件8，将其插入所述固定化微囊藻膜固定槽6中，使其安装在固定化微囊藻膜支架上；启动风机1，打开控制阀2和支管控制阀3，通过供气管道5，最终通过曝气组件1进行曝气。

所述装置设置在模拟污水槽中，污水槽中污水体积为2m³，初始氨氮浓度为102mg/l，总磷浓度为25mg/l。经过所述装置运行净化水体3天后，氨氮去除率达到70％以上，总磷去除率达到75％以上；10天氨氮去除率达到95％以上，总磷去除率达到95％以上。证明该装置具有较好的去除效果。

在所述净化过程中观察所述固定化微囊藻膜藻类外泄情况。初始水体中没有检测到叶绿素，而最终水体中基本没有检测到叶绿素，表示藻类基本没有外泄，固定剂固定效果良好，排除造成二次污染的风险。

实施例2

将微囊藻液通过打捞，在室内藻类培养装置中进行扩培养，再浓缩后备用。首先加入固定剂海藻酸钠、聚乙烯醇的混合溶液进行混合，混合后加入交联剂，改变其分子结构使其更为坚固；在交联后的固定剂中加入之前已准备好的浓缩藻液，并进行定容；定容后将加入藻液的固定剂进行进一步交联，使其与藻液充分混合和联结。

固定化微囊藻膜是按照下述方法制成的：在平板上首先涂一层浓度10％的聚乙烯醇，低温烘干24小时；随后在涂一层浓度4％的交联剂(戊二醛)，最后将之前准备好的混合藻液倒在平板上进行单面交联固定，再对另一面喷洒固定剂(cacl2和硼酸混合溶液)进行定型，将平板上覆盖的膜进行简单修正边缘后取下即成。

将两个具有通液孔82的膜夹板81对制成的固定化微囊藻膜83夹固后即成固定化微囊藻膜组件8，将其插入所述固定化微囊藻膜固定槽6中，使其安装在固定化微囊藻膜支架上；启动风机1，打开控制阀2和支管控制阀3，通过供气管道5，最终通过曝气组件1进行曝气。

所述装置设置在南京建邺区某断头浜中，河道约10米长，初始氨氮浓度为35.3mg/l，总磷浓度为4.6mg/l。经过所述装置运行净化水体3天后，氨氮去除率达到50％以上，总磷去除率达到50％以上；10天氨氮去除率达到60％以上，总磷去除率达到65％以上。证明该装置具有较好的去除效果。

在所述净化过程中观察所述固定化微囊藻膜藻类外泄情况。初始水体中没有检测到叶绿素，而最终水体中基本没有检测到叶绿素，表示藻类基本没有外泄，固定剂固定效果良好，排除造成二次污染的风险。

实施例3

将微囊藻液通过打捞，在室内藻类培养装置中进行扩培养，再浓缩后备用。首先加入固定剂海藻酸钠3％(w/v)、聚乙烯醇9％(w/v)的混合溶液进行混合，混合后加入交联剂，改变其分子结构使其更为坚固；在交联后的固定剂中加入之前已准备好的浓缩藻液，并进行定容；定容后将加入藻液的固定剂进行进一步交联10h，使其与藻液充分混合和联结。将交联充分的混合溶液均匀的倒在模板里并干燥4-24小时进行定型(外部形态定型)和脱模，定型后将脱模的固定化微囊藻膜放到cacl2和硼酸混合溶液中进行第二次进行定型(内部结构定型)，定型后的固定化微藻膜即完成。将两片上面密集分布直径5mm孔的膜夹板81夹住制成的微藻膜83，如图2所示。自此覆盖有固定化微囊藻膜的膜组件就制作完成了。

将膜组件上覆盖的膜进行简单修正边缘，随后将固定化微囊藻膜组件插入所述固定化微囊藻膜固定槽6中，使其安装在固定化微囊藻膜支架上；启动风机1，打开控制阀2和支管控制阀3，通过供气管道5，最终通过曝气组件1进行曝气。

所述装置设置在马鞍山某断头浜中，河道约10米长，初始氨氮浓度为35.3mg/l，总磷浓度为4.6mg/l。经过所述装置运行净化水体3天后，氨氮去除率达到67.2％，总磷去除率达到50％以上；10天氨氮去除率达到71.3％，总磷去除率达到65％左右。证明该装置具有较好的去除效果。

在所述净化过程中观察所述固定化微囊藻膜藻类外泄情况。初始水体中没有检测到叶绿素，而最终水体中基本没有检测到叶绿素，表示藻类基本没有外泄，固定剂固定效果良好，排除造成二次污染的风险。

实施例4

将微囊藻液通过打捞，在室内藻类培养装置中进行扩培养，再浓缩后备用。首先加入固定剂海藻酸钠3％(w/v)、聚乙烯醇9％(w/v)的混合溶液进行混合，混合后加入交联剂，改变其分子结构使其更为坚固；在交联后的固定剂中加入之前已准备好的浓缩藻液，并进行定容；定容后将加入藻液的固定剂进行进一步交联10-12h，使其与藻液充分混合和联结。将交联充分的混合溶液均匀的倒在模板里并干燥4-24小时进行定型(外部形态定型)和脱模，定型后将脱模的固定化微囊藻膜放到cacl2和硼酸混合溶液中进行第二次进行定型(内部结构定型)，定型后的固定化微藻膜即完成。

本实施例中固定化微藻膜的膜夹板81为不锈钢板，两片长宽均为1米，在膜夹板上设置宽为5mm的镂空条带82，如图3所示。使微藻膜83能够与待处理水体充分接触，且双面接触。利用卡扣84扣紧，自此覆盖有固定化微囊藻膜的膜组件就制作完成了。

将膜组件上覆盖的膜进行简单修正边缘，随后将固定化微囊藻膜组件插入所述固定化微囊藻膜固定槽6中，使其安装在固定化微囊藻膜支架上；启动风机1，打开控制阀2和支管控制阀3，通过供气管道5，最终通过曝气组件1进行曝气。

所述装置设置在马鞍山某断头浜中，河道约10米长，初始氨氮浓度为35.3mg/l，总磷浓度为4.6mg/l。经过所述装置运行净化水体3天后，氨氮去除率达到60％以上，总磷去除率达到50％以上；10天氨氮去除率达到65％，总磷去除率达到60％以上。证明该装置具有较好的去除效果。

在所述净化过程中观察所述固定化微囊藻膜藻类外泄情况。初始水体中没有检测到叶绿素，而最终水体中基本没有检测到叶绿素，表示藻类基本没有外泄，固定剂固定效果良好，排除造成二次污染的风险。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。