藻菌颗粒生物反应器的制备方法及其在污水处理中的应用

本发明属于污水处理，具体涉及藻菌颗粒生物反应器的制备方法及其在污水处理中的应用。

背景技术：

1、人类社会的发展需求为污水处理带来了新的挑战。目前，污水中除了来自日常生活以及工业排放中存在的大量有机物、氮、磷等传统污染物，还有来自医疗废物、农业排水和畜牧养殖等途径中存在的抗生素残留物。当其进入水生生态系统时，存在通过水体传播抗性基因，增加细菌耐药性的风险，从而影响人类的健康和疾病治疗的有效性。

2、传统污水处理技术，例如活性污泥法等，虽然在去除常规污染物(有机物、氮磷盐等)方面效果显著，但存在能耗高、处理效率有限、排放温室气体、污泥易膨胀以及无法处理抗生素这类新兴污染物的问题，并且也无法有效控制抗性基因的传播。

3、藻菌颗粒污泥(microalgal-bacterial granular sludge,mbgs)工艺作为一种新型的污水处理技术，是一种由微藻和细菌共生形成的颗粒状物质。其利用微藻的光合作用和细菌的代谢作用，通过生物吸附、生物降解等机制去除污水中的多种污染物。目前已有研究表明，藻菌颗粒污泥技术不仅在去除有机物、氮、磷等传统污染物方面具有显著效果，同时在降解抗生素方面也具有一定成效。

4、但一方面，mbgs虽然可以将污水处理至达到排放标准的水质，若要深度处理污水并实现再生利用或资源化，则需要结合膜技术，利用其高效过滤、良好的分离效果及可控制的通量等优势，提高污染物去除效率，实现高效、稳定的污水处理；而另一方面，mbgs在污水处理过程中会产生胞外聚合物(extracellular polymeric substances，eps)，特别是当污水中存在抗生素时，其在抗生素的刺激下，会分泌透明胞外聚合物(transparentexopolymer particles，tep)保护细胞免受有害损害(属于胞外聚合物的一种，导致分泌的胞外聚合物增加)，这些聚合物虽然对于去除污水中的抗生素、抗性基因以及中和抗生素的毒性等方面具有重要效果，但在膜处理技术中却导致了更严重的膜污染。

5、基于上述原因，一种既能高效、快速去除污水中传统污染物，又能去除污水中抗生素，同时，还可有效减少膜污染的藻菌颗粒污泥-膜处理耦合技术在本领域十分必要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请的第一技术方案公开了一种菌藻颗粒生物反应器的制备方法，包括：

2、将藻菌颗粒置于开口容器中，控制生物质浓度在9g/l，于水中完成一个光暗周期后得到。

3、本技术方案中生物质浓度需为9g/l，过低处理水质不达标；过高会降低沉降性，增加曝气要求，影响水处理效果。

4、优选的，所述菌藻颗粒的粒径为0.8-2.0mm，平均粒径为1.7mm。该粒径下颗粒呈不规则形状，颜色较深绿色，叶绿素含量更加丰富，能够产生较强的光和作用，从而不需要外加曝气处理。

5、优选的，所述一个光暗周期为8h，光暗比2：1，光照时的强度为190-210μmol m-2s-1。

6、以及，根据上述制备方法制备得到的藻菌颗粒生物反应器。

7、本申请的第二技术方案公开了上述菌藻颗粒生物反应器在污水处理中的应用，处理步骤具体为：

8、将菌藻颗粒生物反应器置于待处理污水中，保持mlss为9g/l，进行光暗循环处理。

9、进一步的，所述光暗循环处理以8h一个处理周期，光暗比为1-2：1。

10、优选的，所述光暗比为2：1。

11、在该方案中，该光暗比能有效对水质进行优化，尤其在光暗比为2：1时，在无需外加曝气处理的同时，还能净化水质。

12、优选的，所述光暗处理中光照时的强度为200μmol m-2s-1。

13、进一步的，将所述藻菌颗粒生物反应器与膜过滤单元耦合进行污水处理。

14、优选的，所述膜过滤单元为超滤过滤或反渗透过滤。

15、该进一步的技术方案能够深度处理水质，使水质由ⅴ类提升到了ii类，同时还能避免引起膜污染。

16、本发明的有益效果为：本发明通过优化菌藻颗粒生物反应器的工艺参数，使得到的菌藻颗粒生物反应器在进行污水处理时，能高效去除有机污染物，同时去除污水中的抗生素；进一步的，该菌藻颗粒生物反应器能有效降低在进行污水处理时膜污染的产生，将mbgs工艺作为预处理单元，能够有效去除大部分悬浮固体和有机物，减少了进入膜过滤单元的污染物负荷，从而减缓了膜污染的速度，延长了膜的清洗周期和使用寿命，使得其可以与膜处理技术耦合使用，在进一步提高处理水质的同时，有效避免因膜污染而频繁出现的设备清洗，降低应用成本。

技术特征：

1.一种菌藻颗粒生物反应器的制备方法，其特征在于，包括：将藻菌颗粒置于开口容器中，控制生物质浓度在9g/l，于水中完成一个光暗周期后得到。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述菌藻颗粒的粒径为0.8-2.0mm。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述一个光暗周期为8h，光暗比2：1，光照时的强度为190-210μmol m-2s-1。

4.根据权利要求1-3任一所述制备得到的藻菌颗粒生物反应器。

5.根据权利要求4所述菌藻颗粒生物反应器在污水处理中的应用，其特征在于，处理步骤具体为：将菌藻颗粒生物反应器置于待处理污水中，保持mlss为9g/l，进行光暗循环处理。

6.根据权利要求5所述应用，其特征在于，所述光暗循环处理以8h一个处理周期，光暗比为1-2：1。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述光暗比为2：1。

8.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述光暗处理中光照时的强度为200μmol m-2s-1。

9.根据权利要求5-8任一所述应用，其特征在于，将所述藻菌颗粒生物反应器与膜过滤单元耦合进行污水处理。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述膜过滤单元为超滤过滤或反渗透过滤。

技术总结本发明通过优化菌藻颗粒生物反应器的工艺参数，使得到的菌藻颗粒生物反应器在进行污水处理时，能高效去除有机污染物，同时去除污水中的抗生素；进一步的，该菌藻颗粒生物反应器能有效降低在进行污水处理时膜污染的产生，将MBGS工艺作为预处理单元，能够有效去除大部分悬浮固体和有机物，减少了进入膜过滤单元的污染物负荷，从而减缓了膜污染的速度，延长了膜的清洗周期和使用寿命，使得其可以与膜处理技术耦合使用，在进一步提高处理水质的同时，有效避免因膜污染而频繁出现的设备清洗，降低应用成本。技术研发人员：孟淑娟,牛碧慧,侯姗姗受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18