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光生物反應器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380069874.6

申請日:

2013.12.05

公開號:

CN105008512A

公開日:

2015.10.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C12M 1/00申請日:20131205|||公開
IPC分類號: C12M1/00; C02F3/32; C12M1/107 主分類號: C12M1/00
申請人: 工業材料有限公司
發明人: 丹尼爾·默里
地址: 英國薩默塞特
優先權: 1300323.1 2013.01.09 GB
專利代理機構: 北京派特恩知識產權代理有限公司11270 代理人: 景鵬; 姚開麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380069874.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.01.23|||2015.11.25|||2015.10.28

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種處理廢水的光生物反應器。所述光生物反應器包括:處理腔室,用于接收藻類培養物;進水口,用于向所述腔室供應廢水;被設置在所述腔室內的至少一個光源,用于為所述培養物提供光;和,至少一個出水口,用于去除經處理的水。所述至少一個出水口被進一步設置為在使用中,當所述生物質達到預定的最大水平時,選擇性去除在所述腔室內產生的一部分生物質,以維持藻類在所述腔室內的連續性或基本連續性培養。

權利要求書

權利要求書
1.  一種處理廢水的光生物反應器,包括:
處理腔室,用于接收藻類培養物;
進水口,用于向所述腔室供應廢水;
在所述腔室內提供的至少一個光源,用于為所述培養物提供光;和
至少一個出水口,用于去除經處理的水;其中
所述至少一個出水口被進一步設置為在使用中,當生物質達到預定的最大水平時,選擇性去除在所述腔室內產生的一部分生物質,以在所述腔室內維持藻類的連續性或基本連續性培養物。

2.  根據權利要求1所述的光生物反應器,其中,所述至少一個光源為細長的柱狀物的形式。

3.  根據權利要求2所述的光生物反應器,其中,所述細長的柱狀物被設置為在使用時基本平行于所述腔室的縱軸延伸。

4.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,所述光源包括至少一個發光二極管(LED)。

5.  根據權利要求4所述的光生物反應器,其中,所述至少一個LED為高頻閃光燈(FLE)。

6.  根據權利要求5所述的光生物反應器,其中,所述閃光燈被設置為在使用時發出閃光,以便發光的時間段與不發光的時間段的比率近似為1:2。

7.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,由所述光源提供的光強度是可變的。

8.  根據權利要求7所述的光生物反應器,其中,所述至少一個光源被設置為在使用時,在預定的時間段中提供遞增的光強度。

9.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,所述生物反應器進一步包括絕熱層。

10.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,從所述至少 一個光源發出的光的波長被調節,以提高光合作用。

11.  根據權利要求10所述的光生物反應器,其中,所述至少一個光源被調節,以提供波長主要在620nm至645nm范圍內的光。

12.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,所述至少一個出口包括:第一出口,用于從所述腔室去除經處理的水;和,第二出口,被設置為在使用時選擇性去除一部分生物質。

13.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,其中,所述反應器進一步包括至少一個膜。

14.  根據權利要求13所述的光生物反應器,其中,所述至少一個膜位于鄰近所述進水口處或位于所述進水口處,并且所述至少一個膜被設置為在使用時維持所述培養物是無菌的。

15.  根據權利要求13或14所述的光生物反應器,其中,所述生物反應器包括至少一個膜,該至少一個膜被設置為:在使用時,將所述培養物保持在所述腔室內,同時允許通過所述出口去除經處理的水,并且,當在所述腔室內的生物質達到預定的最大水平時,選擇性允許一部分生物質穿過所述出口。

16.  根據權利要求15所述的光生物反應器,其中,所述至少一個出口包括:第一出口,用于從所述腔室去除經處理的水;和,第二出口,被設置為在使用時選擇性去除一部分生物質;并且其中,所述膜被設置在所述腔室內,以定位在所述第一出口和所述第二出口之間。

17.  根據前述權利要求中任一項所述的光生物反應器,進一步包括用于向所述腔室供應金屬的入口。

18.  一種廢水系統,包括至少一個如權利要求1至17中任一項所限定的光生物反應器,和至少一個用于從出口接收生物質的厭氧消化器,和至少一種細菌;所述厭氧消化器適用于藻類的消化。

19.  根據權利要求18所述的廢水系統,其中,所述光生物反應器和所述消化器被提供為整體單元。

20.  一種用于廢水處理的配套裝備,包括如前述權利要求中任一項所限定 的光生物反應器或系統,和至少一種藻類培養物。

21.  一種處理廢水的方法,包括使藻類培養物與如權利要求1至19中任一項所限定的光生物反應器或系統中的廢水輸入物接觸,以產生藻類生物質和經處理的廢水輸出物。

22.  根據權利要求21所述的方法,其中,所述藻類培養物的藻類選自小球藻、極大螺旋藻、柵列藻和萊茵衣藻,或它們的混合物。

23.  根據權利要求22所述的方法,進一步包括使所述生物質與至少一種用于進行所述生物質的厭氧消化的菌株接觸。

24.  根據權利要求23所述的方法,其中,所述厭氧消化在所述光生物反應器的下游進行。

25.  根據權利要求23或24所述的方法,進一步包括如下步驟:收集通過所述厭氧消化產生的生物氣體。

26.  根據權利要求25所述的方法,其中,所述生物氣體是甲烷。

27.  一種用于發電的方法,包括使用通過如權利要求25或26所限定的方法獲得的生物氣體,并且使用發電機將所述生物氣體轉變成電。

28.  根據權利要求21至27中任一項所述的方法,其中,所述方法進一步包括將金屬引入所述光生物反應器內的培養物中,并且在所述生物質的厭氧消化的過程中分離金屬納米顆粒。

29.  一種通過如權利要求21至28中任一項所限定的方法產生的生物質。

30.  一種土壤肥料或調節劑,包括如權利要求29所限定的生物質。

31.  一種通過如權利要求21至28中任一項所限定的方法產生的經處理的廢水。

32.  根據權利要求31所述的經處理的廢水,其中,所述經處理的廢水具有比廢水輸入物低的磷酸鹽含量。

說明書

說明書光生物反應器
技術領域
本發明涉及基于藻類進行廢水處理的光生物反應器、系統和方法。
背景技術
控制經處理的廢水中的磷酸鹽水平是廢水工業的重要挑戰。將廢水中的磷酸鹽水平降低至可接受的水平的現行方法典型地包括使用絮凝劑,諸如例如硫酸鐵。這些方法是昂貴的,產生有毒的廢物,并且需要進行仔細的工藝優化,以避免鐵化合物的污水管理和磷酸鹽過量。這些方法還可能使得磷酸鹽的去除不充分,和/或鐵化合物漏到河道中,這可能引起環境破壞。
已經發現藻類能夠顯著降低廢水中的磷酸鹽含量。藻類通常在光生物反應器內與廢水接觸。使用藻類處理廢水的傳統方法和系統具有許多缺點,包括需要大量的空間、污染問題、能量需求、易受氣候的影響并且不適于進行工業規模的應用。例如,傳統系統典型地使用陽光和戶外培養。因此,這些系統被限制在具有最佳條件的區域,并且因此具有降低的效率,并且限制了在工業規模上使用這些系統以通過藻類處理廢水的范圍。
因此,需要一種解決了與處理廢水的傳統系統相關的一個或多個問題的改進的光生物反應器。尤其需要一種能夠在工業規模上以增加的效率處理廢水的改進的光生物反應器。
發明內容
根據第一個方面,本發明提供了一種處理廢水的光生物反應器,該光生物反應器包括:
用于接收藻類培養物的處理腔室;
用于向所述腔室供應廢水的進水口;
在所述腔室內提供的、用于為所述培養物提供光的至少一個光源;和
用于去除經處理的水至少一個出水口;其中
所述至少一個出水口被進一步設置為在使用中,當生物質達到預定的最大水平時,選擇性去除在所述腔室內產生的一部分生物質,以在所述腔室內維持藻類的連續性或基本連續性培養物。
根據第二個方面,本發明提供了一種處理廢水的方法,該方法包括使藻類培養物與在本文中所述的光生物反應器或系統中的廢水輸入物接觸,以產生藻類生物質和經處理的廢水輸出物。
因此,本發明的實施方式有利地提供了一種有效的、高產的、全天候的、內部照亮的、連續性或基本連續性的光生物反應器,及其處理廢水的應用。所述光生物反應器優選完全與污染的環境隔離。
本文所使用的術語“連續性或基本連續性的培養(物)”指在處理工藝期間存在于光生物反應器的腔室內的培養物,同時當該腔室內的生物質達到預定的最大水平時,允許收獲一部分生物質。不需要向所述腔室添加額外的培養物。連續性或基本連續性的培養物至少以預定的最小水平的濃度存在于所述腔室內。去除生物質導致在處理工藝的過程中稀釋所述腔室內的培養物。控制培養物的稀釋,以便所述腔室內的連續性或基本連續性的培養物的濃度不會降低至預定的最小值以下。
可以設置所述光生物反應器,以便生物質在所述腔室內的停留時間不依賴于水在所述腔室內的停留時間。通過使水力停留時間與生物質停留時間分開,經處理的水能夠連續地從入口至出口流過光生物反應器,從而允許持續添加新的廢水,并且有利地提高最大生物質容量(biomass capacity)。因此,所述光生物反應器能夠顯著增加要被給定體積的藻類培養物處理的廢水。當生物質達到預定的最大限度時,可以收獲生物質。
所述腔室可以具有任何適當的形狀,例如所述腔室的形狀可以是基本圓柱形。所述出口可以包括:第一出口,被設置為在使用時使經處理的廢水從所述腔室連續流動;和,第二出口,被設置為在使用時選擇性去除一部分生物質。 所述生物質可以與經處理的廢水一起被去除。所述第一出口和第二出口的設置可以使得所述第一出口和所述腔室的底部之間的距離大于所述第二出口和所述腔室的底部之間的距離。所述第一出口和第二出口可以沿基本平行于所述腔室的縱軸延伸的方向對齊。
所述光生物反應器可以安裝在靠近已有的廢水處理系統的末端。例如,所述光生物反應器可以處于已有的廢水處理系統的末端用作最終完善階段。
維持連續性或基本連續性的培養物具有如下的益處:能夠定期收獲所產生的生物質,同時還在所述光生物反應器內維持高密度有活性的培養物。與傳統系統相比,本發明的光生物反應器可以提供節約空間的可能性。有利地,本發明的光生物反應器和方法可以提供高速率的水處理的吞吐量,同時還提供了生物質的收獲。生物質可以以與在非連續性的傳統系統中生長和收獲單一批次相當的速率來收獲。然后,可以將收獲的生物質引入到厭氧消化器中,例如用于氣體生產。
所述方法可以進一步包括:確定生物質的增加/生長速率,并且與預定的生物質/細胞計數(例如理想的生物質/細胞計數)相比,并且相應地定期稀釋培養物。培養物可以每24小時被稀釋一次,以使生物質維持在預定的水平。培養物可以每24小時被稀釋例如20%。
所述至少一個光源可以經調節,以發出主要為增強光合作用的波長的光。因此,所述至少一個光源可以經調節,以使培養物具有更有效的生長速率。葉綠素在吸收紅光時效率最高。來自其它波長的光僅被部分吸收。所述至少一個光源優選經調節,以提供波長主要在例如620nm至645nm范圍內的光來提供紅光。所述光源可以發出紅光比例大于藍光的光。本發明的方法和光生物反應器通過調整光源的波長,提供了改進的效率并且節約了能耗成本,因為能量沒有被浪費在作為熱量損失的波長(不被培養物使用)上。
所述至少一個光源可以包括至少一個發光二極管(LED)。LED具有節能的巨大潛力,使得所述光生物反應器的人工照明具有成本效率。
所述光生物反應器可以包括為細長的柱狀物形式的至少一個光源。例如, 所述至少一個LED可以為細長的柱狀物的形式。該細長的柱狀物可以被設置為以基本平行于所述腔室的縱軸延伸的方向在所述腔室內延伸。例如,該細長的柱狀物可以被設置為以基本垂直于所述腔室的底部延伸的方向延伸。所述至少一個細長的柱狀物可以彼此間隔開,以在所述腔室內提供均勻的光覆蓋,例如均勻的光強度。
所述光源可以是程控的。例如,所述LED可以是高頻閃光燈(FLE)。高頻閃光燈可以經調節,以控制撞擊培養物的光的量。
在培養物的葉綠素中發生的光合反應以最大能效進行。所述反應可以分成兩部分:光依賴性的反應中心和黑暗依賴性的反應中心。最初,葉綠素中的光依賴性的反應將來自入射光的能量捕獲在光接收中心中。通過許多化學反應,初始能量被傳遞至暗反應中心,用于進行進一步的光合反應。在光依賴性的反應中心變得飽和之前,該光依賴性的反應中心每一秒可以僅吸收固定量的能量。如果過剩的光被呈遞至光反應中心(例如通過連續照明),則該能量是被浪費掉的。該浪費掉的能量具有發生光漂白的潛力,而光漂白可能降低光合作用的效率。光漂白還可能對細胞產生永久性損害。
使用高頻閃光燈有利地允許控制光的發射,以便僅在光依賴性的光合反應可接受能量時才提供光能。相應地,使用高頻閃光燈有助于防止光反應中心過飽和,并且這樣還有助于增加細胞光合反應的生產力。
已經有利地發現,使用高頻閃光燈有助于產生培養群體和密度的顯著增加。這樣,本發明的實施方式中的光生物反應器和方法可以用于處理廢水,且與傳統系統相比具有改進的效率。
所述高頻閃光燈的閃光頻率優選被設置為在使用時發出閃光,以便發光的時間段與不發光的時間段的比率近似為1:2。高頻閃光燈可以被設置為在使用時,以每20微秒黑暗發出10微秒光的比率發出閃光。使用高頻閃光燈還具有與非閃光光源相比顯著節能的進一步優點。
進一步地,使用強度大于閾強度的光可能損害培養物的細胞。但是,已經有利地發現,所述光生物反應器可以使用高頻閃光燈以發出強度高于閾強度的 光,而不會對培養物有損害。申請人已經發現,在使用高頻閃光燈時,提供的光脈沖的這種增強的光強度的時間不夠長,不會損害細胞內的光合作用機制。
因此,與傳統系統相比,所述光生物反應器由于提供了發出增強強度(例如大于閾強度的強度)的光脈沖的閃光光源,而可使得來自光源的光能夠穿透至培養物內的較大范圍,例如較大深度。在培養物內的增加的穿透距離增加了培養物的光活化層。光活化層的深度是傳統光生物反應器的主要限制之一。具有連續性照明的傳統生物反應器被設計具有小容積,以降低由光活化層短而導致的光能浪費。
光源可以是可變強度的光源。相應地,光源的光強度在使用時可以是可變的。所述方法可以進一步包括在廢水處理工藝期間調節光源的強度。光強度可以響應于增加的培養物密度而發生變化。例如,隨著處理工藝的進行和光生物反應器內的培養物密度的增加,可以增加光強度。光源的光強度可以直接取決于培養物的密度。當處理工藝持續進行時,光源的光強度可作為時間的函數而增加。光強度可以在預定的時間段中增加。可以控制或改變光源的光強度,以為工藝的每一階段的培養物提供所需水平的照明。
所述光生物反應器可以進一步包括絕熱層。該熱緣層可以被設置為在使用時調節/控制所述腔室內的熱量。廢水的入口和/或出口可以分別包括閥。
所述光生物反應器可以進一步包括至少一個膜。例如,所述光生物反應器可以包括被設置為在使用時確保維持培養物無菌的膜。第一膜可以位于鄰近進入處理腔室的廢水入口處或位于進入處理腔室的廢水入口處。
所述光生物反應器可以包括被設置為在使用時將培養物保持在處理腔室內,同時允許經處理的廢水穿過出口的膜。優選地,選擇膜的孔徑以將生物質保持在所述腔室內。例如,所述膜可以定位于鄰近經處理的水和生物質的出口處或位于經處理的水和生物質的出口處。所述膜可以在打開位置和關閉位置之間移動,所述打開位置允許生物質/經處理的水流過所述出口,而在所述關閉位置中,生物質被保持在所述腔室內而經處理的水流過所述出口。所述膜可以被設置為在使用時,當所述腔室內的生物質達到預定的最大水平時,被移動至打 開位置。
所述腔室的至少一個出口可以包括:用于去除經處理的廢水的第一出口,和被設置為在使用時選擇性去除一部分生物質的第二出口。膜可以被設置在所述腔室內,以位于所述第一出口和第二出口之間。所述膜可以被設置為位于所述廢水的入口和第一出口之間。所述膜優選被設置為在使用時,將生物質保持在所述腔室內,同時允許通過第一出口去除經處理的廢水。所述膜可以被設置在處理腔室內,在所述腔室的底部之上的預定高度處以一定角度,例如與所述腔室的縱軸基本垂直地延伸。所述膜的整個外周優選都與腔室壁接觸。所述膜優選位于所述腔室內的第一出口之下,例如比第一出口更靠近腔室的底部。第二出口優選被設置為比所述膜更靠近腔室的底部。在這種設置中,所述膜防止生物質通過第一出口被從所述腔室中移除。優選地,選擇膜的孔徑以將生物質保持在所述腔室內。
所述腔室可以進一步包括氣體擴散器。該氣體擴散器可以被設置為穿過腔室的整個底部延伸。該氣體擴散器優選被設置為防止死區,并且向所述腔室的側面和/或內光源提供滌氣(scrubbing)。所述腔室內的空氣從所述腔室的底部向上流動。所述腔室可以進一步包括二氧化碳納米擴散器。
本發明的方法在處理廢水的過程中導致藻類生物質形成。可以使用細菌進行厭氧消化,來經濟地回收約束在該藻類生物質的全部細胞材料內的能量。因此,所述方法可以進一步包括使所述生物質與至少一種用于所述生物質的厭氧消化的菌株接觸。所述生物質優選在至少一個厭氧消化器內與至少一種用于厭氧消化的菌株接觸。所述厭氧消化可以在所述光生物反應器的下游進行。
在另一方面,本發明提供了一種廢水系統,該廢水系統包括至少一個如本文所述的光生物反應器,和至少一個用于從所述光生物反應器接收生物質的厭氧消化器,和至少一種適于進行藻類消化的菌株。所述厭氧消化器優選適于進行藻類消化。所述至少一個厭氧消化器優選位于光生物反應器的下游。所述系統可以包括作為整體單元的光生物反應器和消化器。
通過使用消化工藝,全部生物質都可以用于進行氣體生產,諸如例如用于 電力的甲烷氣體和二氧化碳。可以分離和使用二氧化碳,例如回收利用為所述腔室內的藻類的養料。有利地,剩余的液體和固體部分不被化學添加劑污染。該液體和固體部分可以用作液體或固體肥料和/或調節劑。所述剩余的部分可包含固碳和干凈的水。不需要進行額外的化學處理,并且藻類生物質的消化有利地不產生任何有毒的廢物。
本發明的光生物反應器、方法和系統所使用的藻株可以選自小球藻(Chlorella vulgaris)、極大螺旋藻(spirulina maxima)、柵列藻(chlorella-scenesmus)和萊茵衣藻(chlamydomonas reinhardtii),或它們的混合物。
所述光生物反應器可以進一步包括用于向所述處理腔室供應金屬(諸如例如金或稀土)的額外的入口。所述金屬可以以漿體形式提供。因此,所述方法可以進一步包括將金屬引入至所述光生物反應器的處理腔室的步驟。所述培養物攝取金屬,并且在細胞內沉淀金屬的納米顆粒。金屬的納米顆粒在現代科學和電子制造中是重要的。一旦經處理的廢水和生物質(含有被攝取的金屬的納米顆粒)進入消化器中,藻類消化就會導致生物質破碎,這樣提供了釋放納米顆粒的簡單方法。所述方法可以進一步包括在生物質的厭氧消化過程中(例如在消化器中)回收金屬的納米顆粒的步驟。所述金屬可以是有磁性的。所述方法可以包括使用磁性回收利用被攝取的磁性金屬的納米顆粒。本發明的光生物反應器和方法的實施方式可以用于處理廢水,并且同時產生金屬的納米顆粒。
已經發現藻類可以以顯著的速度在所述光生物反應器內生長,這樣,培養物一天可以被稀釋超過20%。通過組合幾個連續性或基本連續性的光生物反應器,已經發現該組合在消化一天內可產生的生物質超過在一個光生物反應器內所使用的培養物的量,同時在光生物反應器內仍然維持最大的生物質。所述系統可以包括用于從多個光生物反應器接收生物質的厭氧消化器。
所述系統可以進一步包括分離器,該分離器被設置為在使用時,從所述光生物反應器的出口獲得的經處理的水和生物質中分離經處理的水,例如該分離器優選位于所述光生物反應器和消化器之間。
使用藻類處理廢水可以提供顯著的氣體生產、水處理和收益的潛力。有利地,本發明的光生物反應器和方法消除了大多數可再生電力的限制,即風、太陽或其它環境參數的可變供應。可以收集在厭氧消化器內通過生物質的厭氧消化所產生的生物氣體。該生物氣體優選是甲烷。所述厭氧消化器可以被設置為在使用時,以至少0.25L CH4g VS-1的速度,優選以至少0.5L CH4g VS-1的速度產生甲烷。本發明的光生物反應器、系統和方法可以用于生成電力(power),例如電(electricity)。在另一方面,本發明提供了一種用于發電的方法,該方法包括使用由本文所述的方法所生成的生物氣體并且使用發電機將所述生物氣體轉變成電。
在另一方面,本發明提供了由本文所述的方法產生的生物質。由本發明的方法產生的生物質可以用作土壤肥料或土壤調節劑。
在又一方面,本發明提供了由本文所述的方法所產生的經處理的廢水。該經處理的廢水有利地具有比廢水輸入物低的磷酸鹽含量。優選地,與廢水輸入物相比,本發明的方法降低了至少75%,更優選至少80%,尤其是至少85%,特別是至少90%的磷酸鹽。
在另一方面,本發明提供了一種用于廢水處理的配套裝備,該配套裝備包括至少一個如本文所述的光生物反應器或系統,和至少一種藻類培養物。所述配套裝備可以進一步包括至少一個厭氧消化器。所述配套裝備可以進一步包括至少一種用于所述生物質的厭氧消化的菌株。
雖然上面已經描述了本發明,但它還延伸至上面或下面描述中所限定的特征的任意創造性組合。盡管在本文中參照附圖詳細描述了本發明的例示性實施方式,但是應理解本發明并不受限于這些精確的實施方式。因此,很多修改和變化對于本領域技術人員來說是明顯的。進一步地,即使其它特征和實施方式沒有提到某一特定特征,也應考慮描述的特定特征單獨或作為實施方式的一部分可以與單獨描述的其它特征或其它實施方式的一部分進行組合。因此,本發明還延伸至沒有進行描述的這樣的特定組合。
附圖說明
本發明可以以不同方式進行,并且現在參考附圖,以僅作為實例的方式描述本發明的實施方式,在附圖中:
圖1是根據本發明的一個實施方式的光生物反應器的示意圖;并且
圖2是根據本發明的一個實施方式的廢水處理系統的示意圖。
具體實施方式
根據圖1,光生物反應器10包括圓柱形處理腔室12,該圓柱形處理腔室12包括廢水入口14、6個內部LED16和經處理的水的出口18。腔室12的形狀基本為圓柱形。LED16是細長的柱狀物。LED16基本平行于腔室12的縱軸延伸。LED16在所述腔室內彼此分隔開,以在所述腔室12內提供均勻的光強度。
廢水入口14進一步包括閥19和被設置為在使用時維持無菌的第一膜20。經處理的水的出口18包括第一出口21,該第一出口21用于維持經處理的水的連續性流過。腔室12還包括基本垂直于腔室12的縱軸延伸的第二膜22。第二膜22位于比第一出口20更靠近腔室12底部的位置。第二膜22位于在入口14和第一出口20之間的高度。第二膜22的整個外周都與腔室12的壁接觸。選擇第二膜22,以防止生物質流過第一出口20。
所述腔室包括第二出口24,該第二出口24被設置為在使用時,當生物質達到預定的最大水平時,選擇性去除在所述腔室12內產生的一部分生物質,以維持所述腔室12內的藻類的連續性或基本連續性培養。第一出口20位于第二出口24上方的預定距離處。第二出口24位于比第二膜22更靠近腔室12底部的位置。
腔室12進一步包括在腔室12底部28處的氣體擴散器26。擴散器26被設置為穿過腔室12的整個底部28延伸。擴散器26被設置為防止腔室12內的死區,并且向腔室12的側面和/或內光源提供滌氣。在腔室12內的空氣30從底部28向上流動。腔室12進一步包括位于腔室12的相對表面上的兩個二氧化碳納米擴散器34。
在使用時,藻類培養物(未示出)位于腔室12內。培養物(未示出)朝腔室12的底部放置,并且位于低于第二膜22的高度的位置。廢水穿過入口14進入腔室12中。空氣穿過底部28被引入。廢水與培養物接觸。LED為培養物提供光。LED被設置為提供3:1的紅:藍光比率。LED還被設置為高頻閃光燈,并且LED的光強度被設置為在使用時隨著腔室12內的生物質的增加而增加。
經處理的水連續流過第一出口20。培養物降低了水內的磷酸鹽水平。第二膜22防止生物質穿過第一出口20被去除。測定藻類的生長速率,并且第二出口24用于當生物質達到預定的最大水平時,選擇性地去除在腔室12內產生的一部分生物質,以在所述腔室12內維持藻類的連續性或基本連續性培養。當生物質低于預定水平時,第二出口24處于關閉位置。當腔室12內的生物質達到預定水平時,第二出口24移動至打開位置,從而允許生物質/經處理的水從腔室12流出。
當腔室12內的生物質水平被適當降低時,則關閉出口24。例如,可以允許20%的生物質離開腔室。然后,穿過第二出口24的被移除的生物質和被移除的經處理的水流動至分離器(未示出),該分離器從經處理的廢水中分離或過濾出生物質。然后,生物質被引入到厭氧消化器中。厭氧消化器包括至少一種用于消化生物質的菌株。生物質在厭氧消化器(未示出)內被轉變成甲烷氣體和二氧化碳。
廢水處理系統50可以典型地包括多個光生物反應器。如圖2中所示,廢水處理系統50可以包括5個如在圖1中所示的光生物反應器10'。光生物反應器10'各自可以進一步包括用于向處理腔室12'供應金屬(諸如例如金和銅)的入口(未示出)。將廢水引入到處理腔室12'中。金屬漿體也引入到處理腔室12'中。LED16’為藻類培養物提供光源。所示培養物從廢水中去除磷酸鹽,并且還攝取金屬以形成納米顆粒。光生物反應器10'的第一廢水出口22'被連接,以供應干凈的經處理的水流。光生物反應器10'的第二廢水出口24'被連接,以供應經處理的水流和生物質。將由第二廢水出口24'提供的水流供應至分離器52。分離器過濾水流,以將生物質供應至厭氧消化器54,并且供應干凈的經處理的 水。在厭氧消化器54中,生物質通過菌株進行消化。該消化導致細胞壁破裂,并且釋放金屬納米顆粒56以便收集。所述生物質被轉變成甲烷和二氧化碳。收集甲烷氣體用于能源生產。二氧化碳被再循環到光生物反應器的供應物中。光生物反應器內的剩余的液體和固體部分隨后可以用作液體和固體肥料。
盡管上面已經通過一個或多個優選實施方式描述了本發明,但是應理解的是,可以在不脫離本發明如在所附的權利要求限定的范圍的情況下進行各種變化和/或修改。

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