一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置及其方法
2023-05-26 03:45:41
一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置及其方法
【專利摘要】本發明涉及一種規模化利用微藻來淨化處理畜禽養殖廢水的裝置及其運用方法，該系統包括畜禽養殖的前處理系統、溫室系統、光生物反應器系統、藻液濃度在線檢測系統、收集系統、水循環系統、溫控系統、採光系統。本發明利用規模化畜禽養殖中產生的廢水經調製後來養殖微藻，大大降低了培養微藻的生產成本，廢液中的氮磷作為微藻培養的營養物質，降低廢水中的各項指標，淨化汙水提高水質。
【專利說明】一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]能源危機和水資源危機是21世紀人類面臨的兩大危機，是制約人類發展的主要問題。因此，開發經濟、高效、可再生的新型能源是世界各國的迫切需求，微藻由於不與糧食作物競爭土地、含油量高、光合效率高、環境適應性強、可大規模化且具有碳捕捉的作用而被認為是生產生物柴油的最佳原料。目前，微藻生物能源技術所面臨的主要瓶頸是大規模獲取生物質資源成本過高。因此，如何降低微藻生物柴油的生產成本是個亟待解決的問題。目前，大規模生產微藻的方法主要有開放的養殖池和密閉的光生物反應器。然而，開放池養殖條件變化較大，並存在嚴重的汙染，無法實現連續穩定的養殖，一般達不到高密度養殖的目的。因此需要提供一種能夠降低微藻生物生產成本，同時又可實現高密度微藻養殖的系統。
【發明內容】
[0003]本發明對上述問題進行了改進，即本發明要解決的技術問題是設計一種可降低培養微藻的生產成本同時淨化養殖廢水的淨化畜禽養殖廢水的系統。
[0004]本發明的具體實施方案是:一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，包括沼液池、藻液混合池、光生物反應器、儲液池、用於絮凝處理藻液的收集池以及收集處理後清水的清水池，所述沼液池經沼液管與藻液混合池相連接，所述光生物反應器包括機架，所述機架內設有若干個縱向層疊的平板式反應器，所述最底層平板式反應器上方的平板式反應器底部設有以讓液體由上層平板式反應器向下層平板式反應器流出的溢流管，所述最底層平板式反應器底部溢流管與儲液池相連通，儲液池還設有通向最上層平板式反應器的回液管，所述回液管上設有回液泵，所述藻液混合池設有與最上層平板式反應器相連通的輸液管，所述每層平板式反應器設有與收集池相連通的出液管，所述出液管上設有出液開關，所述收集池經連通管與清水池相連通。
[0005]進一步的，所述平板式反應器底部設有曝氣管，所述曝氣管經輸氣管與提供氣體的氣泵相連接，所述輸氣管上設有控制氣體流速的氣閥。
[0006]進一步的，所述機架下方設有輪子，所述機架上設有放置平板式反應器的支撐臺，所述平板式反應器每層間隔40-60 cm,最下面一層離地面40-60 cm。
[0007]進一步的，所述輸液管上設有流量控制閥和輸液泵，所述光生物反應器內設有溫度傳感器，所述回液管上設有流量指示器。
[0008]進一步的，所述平板式反應器內設有取樣器、檢測器，所述取樣器、檢測器經控制系統與電腦相連接。
[0009]進一步的，所述光生物反應器置於帶有蓋設有透光薄膜的溫室內。
[0010]進一步的，所述溫室內設有日光燈和熱電偶溫感儀。[0011]本發明第二技術方案為一種微藻淨化畜禽養殖廢水方法,包括如權利要求4所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置其特徵在於，按照如下步驟:
(1)將微藻藻種接種到裝有培養液的錐形瓶中，放置於搖床上進行培養，錐形瓶中藻液的OD68tl達到0.6-0.7時，得到了擴種培養後的藻液；
(2)將擴種後的藻液轉接到裝有沼液的沼液混合池中，繼續培養藻液使藻液的OD68tl達到 1.2 -1.3。
[0012](3)開啟輸液泵將步驟(2)的藻液輸送至光生物反應器3中進行培養，並通過回液管及回液泵實現藻液循環淨化。
[0013](4)當光生物反應器OD68tl達到3.0以上時，打開出液開關，藻液流到收集池中，當OD680降到1.2-1.3時，出液開關開關關閉。
[0014]進一步的，所述步驟2中擴種培養後的藻液與沼液體積比為3:7，培養溫度為22-25°C，光照強度為4000-45001UX，光照和黑暗的時間周期為12h:12h， 進一步的，步驟I中所用的培養液每升中含1，250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4,I, 000 mg MgSO4.7H20, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2.2H20, 49.8 mgFeSO4.7H20, 88.2 mg ZnSO4.7H20, 14.2 mg MnCl2.4H20, 15.7 mg CuSO4.5H20 和 4.9mg Co (NO3) 2.6H2O o
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明利用多層平板式反應器及回液管形成養殖液循環，畜禽養殖廢水經沼氣池發酵後的沼液作為微藻養殖的培養液，節約了微藻養殖過程中的成本，微藻在養殖過程中，能對沼液進行進一步的脫氮除磷，縮短生產工藝，降低沼液中的各項指標，淨化水體水質，使沼液各項指標達到可排放標準，保護環境，養殖廢水經處理後回用，節約養殖用水。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明微藻淨化畜禽養殖廢水裝置結構示意圖。
[0017]圖中:1-沼液池，2-藻液混合池，3-光生物反應，4-儲液池，5-收集池，6_清水池，7-平板式反應器，8-曝氣管，9-輪子，11-沼液管，21-輸液管，211-流量控制閥，212-輸液泵，31-機架，32-溢流管，33-溫度傳感器，34-流量指示器，41-回液管，411-回液泵，51-出液管，511-出液開關，52-連通管。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示，一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，包括沼液池1、藻液混合池2、光生物反應器3、儲液池4、用於絮凝處理藻液的收集池5以及收集處理後清水的清水池6，所述沼液池I經沼液管11與藻液混合池2相連接，所述光生物反應器3包括機架31，所述機架31內設有若干個縱向層疊的平板式反應器7，所述最底層平板式反應器7上方的平板式反應器7底部設有以讓液體由上層平板式反應器向下層平板式反應器流出的溢流管32，所述最底層平板式反應器7底部溢流管與儲液池4相連通，儲液池4還設有通向最上層平板式反應器的回液管41，所述回液管41上設有回液泵411，所述藻液混合池2設有與最上層平板式反應器相連通的輸液管21，所述每層平板式反應器7設有與收集池5相連通的出液管51，所述出液管51上設有出液開關511，所述收集池5經連通管52與清水池6相連通。
[0020]所述平板式反應器7底部設有曝氣管71，所述曝氣管8經輸氣管81與提供氣體的氣泵82相連接，所述輸氣管81上設有控制氣體流速的氣閥。
[0021]前處理:
本步驟目的在於綜合利用養鴨廢水資源，先將畜禽養殖廢水經過沼氣池發酵處理，將發酵產生的沼氣收集，進行發電或作為燃料(冬天可用於補給養殖微藻所需的溫度)，發酵後的沼液採用砂濾或其他形式進行過濾，除去其中的大顆粒雜物，進入沼液池1，作為微藻養殖的培養液。
[0022]藻液混合:
沼液池I輸送沼液至藻液混合池2中，藻液混合池2中的藻液準備方法如下:
將微藻藻種接種到裝有培養液的錐形瓶中，放置於搖床上進行培養，培養溫度22-25°C，光照強度4000-4500 lux，光照和黑暗的時間周期為12h: 12h，搖床轉速120 r/min，當`錐形瓶中藻液的OD68tl達到0.6-0.7時，得到了擴種培養後的藻液；將擴種後的藻液轉接到裝有處理後沼液的錐形瓶中，體積比為3:7，培養溫度22-25°C，光照強度4000-45001UX，光照和黑暗的時間周期為12h: 12h，當錐形瓶中藻液的OD68tl達到1.2-1.3時，得到馴化後的藻液，之後將馴化後的藻液通過輸液管21輸送至光生物反應器3中進行培養。
[0023]其中所用的培養液每升中含1，250 mg KNO3, I, 250 mg KH2PO4, I, 000 mgMgSO4.7Η20, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2.2H20, 49.8 mg FeSO4.7H20,88.2 mg ZnSO4.7H20, 14.2 mg MnCl2.4H20, 15.7 mg CuSO4.5H20 和 4.9 mgCo (NO3) 2.6H20。
[0024]淨化:
所述光生物反應器3包括機架31，所述機架31內設有若干個縱向層疊的平板式反應器7，所述最底層平板式反應器7上方的平板式反應器7底部設有以讓液體由上層平板式反應器向下層平板式反應器流出的溢流管32，所述最底層平板式反應器7底部溢流管與儲液池4相連通，儲液池4還設有通向最上層平板式反應器的回液管41，所述回液管41上設有回液泵411，以實現循環淨化。所述藻液混合池2設有與最上層平板式反應器相連通的輸液管21，輸液管21上設有流量控制閥211和輸液泵212，使密度較低的藻液導入光生物反應器內進行繁殖。
[0025]平板式反應器7採用透光玻璃或塑料製成的，寬度一般不超過2 m,高度不超過
0.5 m，長度可以根據需要而定。機架上設有放置平板式反應器的支撐臺，平板式反應器7可採用多層結構，節省空間，每層平板式反應器7安裝一個溢流管32，相鄰兩層的平板式反應器7的溢流管32相互錯開，便於養殖液循環。在本例圖示中，光生物反應器3分5層，每層實際的養殖尺寸為長寬高為8 m、1.2 m、0.15 m。機架下方設有輪子9方便光生物反應器3的移動,平板式反應器7每層間隔40-60cm,最下面一層離地面40-60 cm。
[0026]監測與控制:
所述光生物反應器3內設有溫度傳感器33，以判斷溫度是否適宜藻類生長進行補光或遮光工作，所述回液管上設有流量指示器34以判斷出液開關511控制出液流速。所述平板式反應器7內還設有取樣器、檢測器，所述取樣器、檢測器經控制系統與電腦相連接，實現遠程自動化操作。[0027]收集:
在光生物反應器3中每層平板式反應器7的側面設有與收集池5相連通的出液管51和出液管51設有出液開關511，平板式反應器7內設有檢測器可用於檢測藻液的OD68tl (藻的光密度值)，當OD68tl達到3.0以上時，出液開關511自動打開，藻液流到收集池5中，當0D680降到1.2時，出液開關511開關關閉，之後利用輸液泵212補充沼液。
[0028]收集池5放有有機絮凝劑可對收集池5中的藻液進行絮凝濃縮處理，上層藻液可回流到光生物反應器中進一步養殖，下層濃縮液送入離心機中，在5000-6000 r/min的條件下進行離心，液體被甩出離心機，經連通管52進入清水池6中，而微藻留在離心機內，之後將離心機內的微藻取出，在100-110°C下烘乾，得到微藻用於生物柴油生產。
[0029]安裝:
光生物反應器3可置於帶有蓋設有透光薄膜的溫室內，溫室內設有日光燈和熱電偶溫感儀。溫室內採用透光強的薄膜進行遮蓋，溫室兩側的薄膜設計成可升降模式，以利於溫室通風，控制溫度。溫室系統的大小可根據實際地形做相應調整，本例中搭建了一個長寬高分別10m* 5m* 4 m的溫室。在自然光照不充足的時候，以日光燈進行光照補充。所述溫室內安裝有熱電偶溫感儀，以對溫室系統內的溫度進行監測調控，控制溫室系統內溫度在25°C左右。
[0030]本發明還涉及一種微藻淨化畜禽養殖廢水方法，包括如權利要求4所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置其特徵在於，按照如下步驟:
(1)將微藻藻種接種到裝有培養液的錐形瓶中，放置於搖床上進行培養，錐形瓶中藻液的OD68tl達到0.6-0.7時，得到了擴種培養後的藻液；
(2)將擴種後的藻液轉接到裝有沼液的沼液混合池中，繼續培養藻液使藻液的OD68tl達到 1.2 -1.3。
[0031](3)開啟輸液泵將步驟(2)的藻液輸送至光生物反應器3中進行培養，並通過回液管及回液泵實現藻液循環淨化。
[0032](4)當光生物反應器OD68tl達到3.0以上時，打開出液開關，藻液流到收集池中，當OD680降到1.2-1.3時，出液開關開關關閉。
[0033]上述步驟(2)中擴種培養後的藻液與沼液體積比為3:7，培養溫度為22-25°C，光照強度為4000-45001uX，光照和黑暗的時間周期為12h:12h，
上述步驟(I)中所用的培養液每升中含1，250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4, 1,000mg MgSO4.7H20, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2.2H20, 49.8 mgFeSO4.7H20, 88.2 mg ZnSO4.7H20, 14.2 mg MnCl2.4H20, 15.7 mg CuSO4.5H20 和 4.9mg Co (NO3) 2.6H2O o
[0034]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，包括沼液池、藻液混合池、光生物反應器、儲液池、用於絮凝處理藻液的收集池以及收集處理後清水的清水池，所述沼液池經沼液管與藻液混合池相連接，所述光生物反應器包括機架，所述機架內設有若干個縱向層疊的平板式反應器，所述最底層平板式反應器上方的平板式反應器底部設有以讓液體由上層平板式反應器向下層平板式反應器流出的溢流管，所述最底層平板式反應器底部溢流管與儲液池相連通，儲液池還設有通向最上層平板式反應器的回液管，所述回液管上設有回液泵，所述藻液混合池設有與最上層平板式反應器相連通的輸液管，所述每層平板式反應器設有與收集池相連通的出液管，所述出液管上設有出液開關，所述收集池經連通管與清水池相連通。
2.根據權利要求1所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述平板式反應器底部設有曝氣管，所述曝氣管經輸氣管與提供氣體的氣泵相連接，所述輸氣管上設有控制氣體流速的氣閥。
3.根據權利要求1所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述機架下方設有輪子，所述機架上設有放置平板式反應器的支撐臺，所述平板式反應器每層間隔40-60cm,最下面一層離地面40-60 cm。
4.根據權利要求2所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述輸液管上設有流量控制閥和 輸液泵，所述光生物反應器內設有溫度傳感器，所述回液管上設有流量指示器。
5.根據權利要求1所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述平板式反應器內設有取樣器、檢測器，所述取樣器、檢測器經控制系統與電腦相連接。
6.根據權利要求1所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述光生物反應器置於帶有蓋設有透光薄膜的溫室內。
7.根據權利要求6所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置，其特徵在於，所述溫室內設有日光燈和熱電偶溫感儀。
8.一種微藻淨化畜禽養殖廢水方法，包括如權利要求4所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水裝置其特徵在於，按照如下步驟: (1)將微藻藻種接種到裝有培養液的錐形瓶中，放置於搖床上進行培養，錐形瓶中藻液的OD68tl達到0.6-0.7時，得到了擴種培養後的藻液； (2)將擴種後的藻液轉接到裝有沼液的沼液混合池中，繼續培養藻液使藻液的OD68tl達到 1.2 -1.3 ; (3)開啟輸液泵將步驟(2)的藻液輸送至光生物反應器3中進行培養，並通過回液管及回液泵實現藻液循環淨化； (4)當光生物反應器OD68tl達到3.0以上時，打開出液開關，藻液流到收集池中，當OD68tl降到1.2-1.3時，出液開關開關關閉。
9.根據權利要求8所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水方法，其特徵在於，所述步驟2中擴種培養後的藻液與沼液體積比為3:7，培養溫度為22-25°C，光照強度為4000-45001UX，光照和黑暗的時間周期為12h:12h。
10.根據權利要求8所述的一種微藻淨化畜禽養殖廢水方法，其特徵在於，步驟I中所用的培養液每升中含 1，250 mg KNO3, I, 250 mg KH2PO4, 1，000 mg MgSO4.7H20, 500 mgEDTA,114.2mgH2BO3,111mgCaCl2.2H2O,49.8mgFeSO4.7H2O,88.2mgZnSO4.7H2O,14.2mgMnCl2.4H2O,15.7mgCuSO4.5H2O和4.9mg Co(no3)2.6h2o.
【文檔編號】C12M1/00GK103451091SQ201310427169
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】林向陽, 李麒龍, 吳佳, 葉南慧 申請人:福州大學