[發明專利]一種基于膜曝氣和膜濃縮的高密度微藻生物膜反應器及其藻培養方法

在審

• 申請號: 202110259808.1
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112830641A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 周雪飛;張亞雷;褚華強;楊黎彬;蔣淑紅;孫晶晶;徐嬌;由曉剛;于振江;尹文俊
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C12M1/00;C02F1/44;C02F3/32
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 沃趙新

本發明公開了一種基于膜曝氣和膜濃縮的高密度微藻生物膜反應器及其藻培養方法，微藻生物膜反應器包括廢水培養液箱、光生物反應器主體、復合中空纖維膜組件、曝氣組件、光照組件、藻生物膜培養填料、濃縮藻液箱、反沖洗系統等。微藻生物膜反應器的培養方法，廢水通過廢水培養液箱進入光生物反應器主體，為固定藻生物膜提供生長所需的營養，復合中空纖維膜組件聯合曝氣組件為固定藻生物膜提供生長所需的二氧化碳，光照組件為固定藻生物膜提供生長所需的光照，廢水處理液由中空纖維膜組件過濾排入出水箱，剩余的濃縮藻液一部分收集到濃縮藻液箱，一部分繼續固定在培養填料表面用于下一周期微藻生物膜反應器的培養。

技術領域

本發明涉及屬于藻類培養反應器技術領域，具體涉及一種基于膜曝氣和膜濃縮的高密度微藻生物膜反應器及其藻培養方法。

背景技術

微藻是指只能在顯微鏡下才能看到的微小藻類的統稱。微藻具有生長迅速、光合效率高等特點，能有效利用太陽能通過光合作用將無機營養鹽、二氧化碳、水等物質轉化為有機化合物，因含油量高、易于培養、單位面積產量高、不占耕地等優點而被認為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、飼料、生物質原材料以及精細化工原料等，或用作遺傳學和分子生物學實驗材料。此外，微藻在生長過程中還能固定空氣中二氧化碳為減輕溫室效應做出貢獻。

懸浮式培養是目前微藻培養耦合廢水處理技術中應用研究中最廣泛且已實現工業化應用的微藻培養方式，通常分為開放式跑道池及封閉式光生物反應器。開放式跑道池具有結構簡單、建造費用、運行成本低等優勢，大多工程化應用采用該技術。封閉式光生物反應器通常由主體培養裝置(管式、平板式、袋式等)、氣體交換單元以及循環動力系統組成，可根據微藻的生理學特征精準控制體系溫度、營養、CO₂等關鍵培養參數，實現更高的微藻培養效率。但懸浮培養模式存在微藻培養濃度較低、微藻細小顆粒難分離及微藻濃縮采收能耗較高等諸多問題。因此，難以建立較大規模、可持續且經濟可行的整體系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種藻類培養方法，通過復合中空纖維膜組件實現二氧化碳供給和濃縮藻液/廢水固液分離，填料提供微藻生物膜載體，從而提升微藻培養效率、有機廢水處理負荷和微藻濃縮分離效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于膜曝氣和膜濃縮的高密度微藻生物膜反應器及其藻培養方法，

其中基于膜曝氣和膜濃縮的高密度微藻生物膜反應器包括反應池，所述反應池上設置有進液口以及濃縮液排液口，所述反應池中設置有濃縮曝氣裝置，所述濃縮曝氣裝置包括中空纖維膜組件、匯流管、曝氣管以及出水管，在出水管上設置有閥門，所述中空纖維膜組件用于濃縮過濾反應池的藻液，濃縮過濾后藻液進入匯流管，匯流管連接出水管以及曝氣管；所述反應池中還設置有填料用于藻生物膜培養，在填料區域還設置有光照組件用于提供光照促進藻類生長，曝氣管連接二氧化碳氣源；

包括如下步驟：

(1)廢水通過廢水培養液箱進入光生物反應器主體；

(2)向步驟(1)中的光生物反應器主體接種藻液，藻液濃度為0.5～0.8g/L，培養時間為5～8天，

其中，光照強度控制3000～6000lux,光暗時間比12h:12h；在培養過程中持續或者隔間進行曝氣；

(3)培養完畢后，利用中空纖維膜組件對藻液進行過濾濃縮，過濾液排出反應池，剩余的濃縮藻液一部分收集到濃縮藻液箱，一部分繼續固定在培養填料表面用于下一周期微藻生物膜反應器的培養，下一周期的微藻培養不再接種新菌種。

進一步的，所述濃縮過濾完畢，對中空纖維膜組件進行反沖洗。

進一步的，藻生物膜培養填料為PE/PP載體，表面積為0.005m²，比表面積為3.73m²/m³，填料的填充比為30％-45％。