本發明涉及一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器及使用方法，屬于工業生產廢水的深度處理領域

背景技術：

1、近年來，隨著食品工業的飛速發展，大約有超過三分之二的淡水資源被用于糧食生產，在某些國家甚至達到了90％。食品工業也被認為是三大工業用水行業之一，與此同時帶來的生產廢水排放日益增多，環境污染問題也愈加嚴峻。通常情況下，食品廢水中含有大量氮磷等污染物，排放進入海洋或河流將不可避免的造成水體的富營養化，進一步導致水體的惡化和水生生物多樣性的降低，同時可能導致甲狀腺癌和高鐵血紅蛋白等疾病的傳播。

2、針對食品行業廢水，現有的處理工藝多依賴于以活性污泥法為基礎的水處理工藝，借助微生物在代謝過程中產生的作用，實現對廢水的處理。生物法的缺點主要為處理周期長，抗沖擊負荷能力差等。而食品行業受原料供應的季節性，生產的周期變化較大，水質水量變化明顯，在常規處理工藝下，通常處理難度大，處理效果不穩定且成本較高。然而，食品蒸煮廢水中含有的碳源、氮源、磷酸鹽以及各種微量的礦物質是一種免費、低成本并且可持續的替代培養基，可用于培養各種藻類。目前，有企業提出了針對污水處理與微藻培養相結合的連續流式反應器，通過微藻進一步處理污水中在常規工藝下去除的污染物，該方法存在較多弊端，其一是對于水質水量變化較大，生產周期明顯的食品行業，采用連續流式反應器不易精確控制，容易受流量等因素影響；其二是對反應器的混合條件要求較高，否則會導致濃度不均勻，影響反應效率。

技術實現思路

1、發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器及使用方法，該反應器占地面積小，環保美觀，操作簡單，出水水質穩定。

2、技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器，包括吸水間，控制間及泵房，微藻生物處理單元，超濾膜分離單元，微藻收集箱，出水箱和計算機控制系統，所述吸水間上設置有進水管和液位傳感器，進水管下方設置有陶粒層和礫石層，吸水管喇叭口應位于吸水間設計最低液面以下，吸水管前端設置濾網以防雜物進入水泵；所述控制間及泵房與吸水間采用一體化設計，在水泵的吸水管路上安裝有閥門，在水泵的壓水管路上安裝有止回閥和閥門，在水泵下布置有底座，水泵上安裝有提升泵啟停控制裝置；所述微藻生物處理單元由若干組氣升式光生物反應器并聯組成，食品廢水二級處理出水通過水泵的壓水管路被輸送至單個氣升式光生物反應器內，在氣升式光生物反應器底部裝有曝氣盤連接曝氣管道由一個氣泵進行曝氣，內部安裝有溫度傳感器、吸光度檢測傳感器和加熱裝置，在氣泵上安裝有氣泵啟停控制裝置,在微藻生物處理單元內，設置有三個led燈帶，可以控制開閉和光照強度大小；所述超濾膜分離單元內有若干組超濾膜組件，通過水泵的抽吸作用將經微藻生物處理單元處理完成的藻液在超濾膜分離單元內完成分離，其中出水進入出水箱內，出水箱內設置有液位傳感器，濃縮藻液進入微藻收集箱內微藻收集想內有液位傳感器，在出水箱與超濾膜分離單元另設置有反沖洗管，在管路上安裝有一套水泵，水泵上有水泵啟停控制裝置；所述計算機控制系統由上述液位傳感器，水泵啟停控制裝置和氣泵啟停控制裝置及計算機等部分組成，plc控制系統安裝在控制間及泵房內。

3、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，所述微藻生物處理單元內的氣升式光生物反應器在初次使用時內部貯存有1.0g/l接種濃度的普通小球藻，且并聯的每一個光生物反應器內部設置有溫度傳感器、吸光度檢測傳感器和加熱裝置，在光生物反應器外部設置有光照強度傳感器。

4、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，為保持較高的出水質量，延長超濾膜組件的使用壽命，所述的一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器，可實現超濾膜組件的反沖洗過程。

5、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，所述生物處理單元內的led燈帶可通過plc控制器根據光照強度傳感器檢測的環境光強度動態調整功率，以達到節能以及生產廢水最優的處理效果和微藻生物量生產效率的目的。

6、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，位于吸水間(1)的陶粒層鋪設厚度為200mm，其中的陶粒粒徑為10-20mm；礫石層的鋪設厚度為200mm，其中的礫石粒徑為10-30mm。

7、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，所述的一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器的使用方法包括以下具體步驟：反應器滅菌、小球藻的初次接種、食品廢水二級處理出水的深度處理、超濾膜反沖洗。

8、所述反應器滅菌包括吸水間，光生物反應器，超濾膜組件和反應器管路的滅菌。滅菌時，在吸水間加入一定濃度的二氧化氯，通過吸水泵將其輸送至反應器的其余單元并維持一定的時間以完成滅菌。在完成滅菌后，將無菌水代替二氧化氯加入至吸水間，通過吸水泵完成反應器各單元及管路中殘留二氧化氯的清洗工作。

9、所述小球藻的初次接種應在前述反應器滅菌操作完成之后，在光生物反應器的頂部的接種口加入初始濃度為1.0g/l的小球藻。

10、所述食品廢水二級處理出水的深度處理過程包括基于小球藻的生物處理和超濾膜處理兩個過程。食品廢水二級處理出水由進水管進入吸水間，液位傳感器將監測到的液位高度傳輸至plc控制器，當其高度達到預設值時，通過plc控制器開啟吸水泵、管路電磁閥和相應單個光生物反應器的進水閥門，使待處理的二級出水進入生物處理單元，在二級出水進入光生物反應器完成后，通過plc控制器關閉吸水泵、管路電磁閥和相應單個光生物反應器的進水閥門。同時，該光生物反應器中的溫度傳感器、吸光度檢測傳感器和加熱裝置開始工作，并根據溫度傳感器和光照強度傳感器采集到的數值，通過plc控制器使led燈帶和光生物反應器內的加熱裝置保持在合適的工作功率。當吸光度檢測傳感器監測到的微藻吸光度達到預定值且連續兩天無明顯變化時完成污水的生物處理過程。此時，通過plc控制器開啟該光生物反應器的出水閥門和超濾膜的抽吸水泵，在超濾膜分離單元中完成藻水的分離及二級處理出水的進一步凈化過程。在此過程中，光生物反應器的出水口應設置于距其底部一定距離處。所剩余未排出的藻液作為下一次生物處理的基礎。在超濾膜處理過程完成后，通過plc控制器關閉該光生物反應器的出水閥門和超濾膜的抽吸水泵。

11、所述超濾膜的反洗過程應在污水深度處理過程運行一定時間之后，為保證超濾膜的出水質量與藻水分離效率，同時延長超濾膜組件的使用壽命，應進行超濾膜裝置的反洗。在進行超濾膜裝置的反洗時，通過plc控制器開啟反沖洗水泵，開啟閥門關閉閥門。必要時，還應對超濾膜組件進行堿洗，以徹底清除膜表面積聚的有機污染物和無機鹽，進一步提高過濾性能和膜的使用壽命。

12、在上述方案的基礎上，作為更進一步的優選方案，所述的一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器的生物處理單元由多個光生物反應器并聯而成，每個光生物反應器的進出水閥門和溫度傳感器、吸光度檢測傳感器均可由plc控制器單獨控制，當吸水間液位達到預定值時，吸水泵，管路閥門及單個光生物反應器的進水閥門同時開啟。進水完成后，通過plc控制器開啟該反應器內的溫度傳感器、吸光度檢測傳感器、加熱裝置等對反應器中的反應條件進行監控和調整，以實現生物處理階段的精細化控制。

13、本發明的反應器，針對食品加工廢水水質水量波動大，傳統水處理技術處理效果不穩定的問題，提一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器來處理傳統工藝二級處理的出水，進一步提升出水水質的同時收獲微藻生物質，可產生額外的經濟效益。針對于現有的普遍為連續流式微藻生物反應器，本發明的優點在于生物反應器采用多個并聯的方式并單獨控制，可以靈活控制反應速率，逐步加入反應物，更加適合處理如食品加工廢水水質水量變化較大的待處理水體

14、有益效果：本發明的基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器及使用方法，具體具有以下優點：

15、1.一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器集吸水間，控制間及泵房，微藻生物處理單元，超濾膜分離單元，微藻收集箱，出水箱和計算機控制系統于一體，作為傳統工藝之后的深度處理工藝，具有處理周期短，處理效果好的特點，并能夠產生額外的微藻附加值產品。

16、2.一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器中的led照明燈帶光照強度、光暗周期、微藻生物處理階段生物量累積水平、曝氣量、超濾膜分離單元膜前進水壓力等關鍵運行參數可由實驗室階段的小試及中試裝置初步確定，在運行時根據處理效果進行調節。

17、3.一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器全流程均可由plc控制器完成，在計算機上可實時把握污水處理過程中水質參數與設備狀態，對處理系統進行最佳參數控制，保證出水水質同時使整個系統處于高效節能狀態。

18、4.一種基于藻膜的自控式食品廢水深度處理反應器在微藻生物處理單元采用多個光生物反應器并聯的方式并可單獨控制，便于對深度處理過程進行精細化控制。