一種基於藻菌共生的高效淨化沼液的方法與流程

2023-07-23 00:31:51

本發明屬於環境保護領域和可再生能源領域，具體涉及一種基於藻菌共生的高效淨化沼液的方法。
背景技術：
：沼液，又被稱為「厭氧發酵液」，是禽畜糞便、秸稈等有機物經過厭氧發酵後的殘留液，富含氮、磷等物質，尤其是氨氮含量很高，被視為高濃度汙水，直接排放會導致水體富營養化，汙染水源。隨著我國沼氣工程的蓬勃發展，排放的大量沼液成為不容忽視的環境汙染源，也成為影響沼氣產業發展的主要瓶頸之一。沼液處理作為化工環保研究的熱點，國內外的主流方法是採用SBR處理方法，即以間歇曝氣方式來運行的活性汙泥汙水處理技術，又稱序批式活性汙泥法，但是由於沼液存在氨氮濃度高、碳氮比失調等問題，影響了硝化細菌的生長繁殖，不利於氨氮等物質的去除，淨化效果不佳。朱映紅等報導了一種對豬場沼液進行深度淨化處理的方法(朱映紅等，微生物強化豬場沼液脫氮效果研究[J]，環境科學與技術.2015，38:307-313)，其是對傳統SBR方法進行生物脫氮的改進方法，但該過程需要外加碳源，造成生產成本增加及資源浪費。微藻是一類分布廣泛、適應性強的自養生物，微藻及其代謝產物可用於生物製藥、天然食品的加工、可持續能源生產等方面，市場前景廣闊，但存在養殖成本高的問題。利用沼液培養微藻，既可以降低微藻培養的成本，又可以達到廢水資源化利用的目的，已引起研究者的廣泛關注。然而，基於微藻養殖處理沼液的技術目前還不完善，仍面臨三大問題：一是沼液中氨氮含量很高，會抑制微藻生長，並且在曝氣或攪拌過程會使沼液中CO2析出，pH升高，從而使游離氨的濃度增加，抑制微藻的生長，目前主要採取稀釋法、化學沉澱法等處理，成本較高；二是沼液中懸浮物含量較高，透明度較低，影響微藻的生長，目前採用的方法主要是過濾和離心，成本高；三是微藻細胞較小(直徑一般為3-30μm)，處理沼液後難以收穫，如採用離心法採收能耗較大、運行成本高，過濾法效率較低，不利於大規模工藝應用。目前未見有效解決前述問題的方法。技術實現要素：為了解決前述問題，本發明提供了一種新的基於藻菌共生的高效淨化沼液的方法，同時能達到養殖微藻的目的。本發明基於藻菌共生高效淨化沼液的方法，包括如下步驟：a、取沼液，接種活性汙泥，曝氣處理至pH降至6.5-7.0，自然沉澱，得上清液1；b、往a步驟所得上清液1接種微藻，在曝氣條件下培養5-10d，自然沉澱，得沉澱和上清液2，沉澱即為微藻菌體；c、將步驟b所得上清液2，排入維管植物反應池中，靜置處理5-10d，即可。優選地，步驟a中，所述活性汙泥量的至少為沼液體積的0.25倍；優選所述活性汙泥量的用量為沼液體積的0.4～1.5倍，活性汙泥量的用量為沼液體積的1倍。優選地，步驟a中，所述曝氣處理為間歇曝氣，間歇曝氣的周期為6h/6h，處理時間為12-36h，曝氣量為0.1-0.4L(空氣)/L(沼液)·min。優選地，步驟a中，所述自然沉澱的時間為2～6h。優選地，步驟b中，所述微藻為小球藻屬(Chlorella)微藻、柵藻屬(Scenedesmus)、螺旋藻屬(Phaeodactylum)微藻、網球藻屬(Dictyosphaeria)微藻、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)或布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)。優選地，步驟b中，每1L上清液1中接種微藻的乾重為0.2-0.3g。優選地，所述步驟b的反應容器為光生物反應器，優選為封閉式光生物反應器或開放式跑道池。步驟b中，所述封閉式光生物反應器的曝氣是持續曝氣後者間歇曝氣，其中，間歇曝氣的循環方式為曝氣14～16h，然後停止8～10h，進一步優選地，所述間歇曝氣停止的時間為每天的18:00～21:00；所述曝氣的處理時間為3-10d，曝氣量為0.05-0.3(空氣)/L(沼液)·min。開放式跑道池為攪拌，持續攪拌或間歇攪拌，14～16h，然後停止8～10h，進一步優選地，所述攪拌停止的時間為每天的18:00～21:00；所述攪拌的處理時間為3-10d；控制攪拌速度使開放式跑道池中的液體流速為0.1-0.5m/s。優選地，步驟b中，自然沉澱的時間為0.5-3d。優選地，步驟b中，自然沉澱在沉澱池中進行，沉澱池進一步優選為豎流式沉澱池。優選地，步驟c的維管植物反應池為潛流型溼地、氧化塘中的一種或二者串聯使用；進一步的，維管植物反應池中水生維管植物為傘草、浮萍或粉綠狐尾藻。本發明處理的原始沼液直接取自沼液儲存池，未經任何處理。本發明方法可以高效沼液淨化、培養微藻，產物具有較高的利用價值，而且反應過程簡便，無需過濾等步驟，成本非常低，適合大工業應用，具有良好的工業應用前景。顯然，根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。以下通過實施例形式的具體實施方式，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例。凡基於本發明上述內容所實現的技術均屬於本發明的範圍。附圖說明圖1本發明淨化沼液方法的工藝流程圖具體實施方式下面以實施例作進一步說明，但本發明不局限於這些實施例。本發明所用的試劑及儀器均為市售。所有微藻均購買自中國科學院淡水藻種庫。實施例1本發明淨化沼液的方法一、本發明方法a、SBR反應反應裝置：SBR反應器；工藝：取沼液，加入SBR反應器中，接種活性汙泥，活性汙泥體積為沼液體積的1倍，曝氣處理至pH降至6.5-7.0，自然沉澱4h，得上清液1；其中，曝氣處理為間歇曝氣，間歇曝氣的周期為6h/6h，處理時間為24h，曝氣量為0.2L/L·min；b、藻菌反應反應裝置：開放的跑道池；豎流式沉澱池；工藝：將a步驟所得上清液1放入開放的跑道池，接種小球藻，在攪拌條件下培養10d，排入豎流式沉澱池中，自然沉澱3d，得沉澱和上清液2，沉澱即為微藻菌體；其中，每1L上清液1中接種微藻的乾重為0.25g；所述攪拌是間歇攪拌，即攪拌14～16h，然後停止8～10h，所述攪拌停止的時間為每天的18:00～21:00；控制攪拌速度使開放式跑道池中的液體流速為0.5m/s。c、水生植物反應反應裝置：維管植物反應池(維管植物反應池為潛流型人工溼地，其中，水生維管植物為傘草)將步驟b所得上清液2，排入維管植物反應池中，靜置處理5-10d，即可。二、檢測1、汙染物檢測採用納氏試劑法分析各個階段的沼液的氨氮含量，重鉻酸鉀氧化法測定COD含量，鉬酸銨分光光度法測定TP含量，結果如下表：指標原沼液最後出水pH8.117.03氨氮(mg/L)564.90.66COD(mg/L)693.4875.34TP(mg/L)38.421.84由上表可以看出，高氨氮含量的沼液，經過本發明方法處理以後，氨氮、COD和TP的含量非常低，達到《畜禽養殖業汙染物排放標準GB18596-2001》。2、微藻產量檢測經過7d的培養後，小球藻的乾物質量達到0.5g/L，是接種量的2倍。實驗結果說明，本發明方法可以高效淨化沼液，淨化後的沼液的氨氮等汙染物含量非常低，適合直接排放，同時可以有效培養微藻，提高經濟效益。實施例2本發明淨化沼液的方法一、本發明方法a、SBR反應反應裝置：SBR反應器；工藝：取沼液，加入SBR反應器中，接種活性汙泥，活性汙泥體積為沼液體積的0.4倍，曝氣處理至pH降至6.5-7.0，自然沉澱2h，得上清液1；其中，曝氣處理為間歇曝氣，間歇曝氣的周期為6h/6h，處理時間為12h，曝氣量為0.2L(空氣)/L(沼液)·min；b、藻菌反應反應裝置：氣升反應器；豎流式沉澱池；工藝：將a步驟所得上清液1放入光生物反應器，接種柵藻，在曝氣條件下培養5-10d，排入豎流式沉澱池中，自然沉澱5d，得沉澱和上清液2，沉澱即為微藻菌體；其中，每1L上清液1中接種微藻的乾重為0.2g；曝氣是間歇曝氣，間歇曝氣的周期為14/10h，即曝氣14h，然後停止10h，停止的時間為每天的18:00，處理時間為10d，曝氣量為0.2(空氣)/L(沼液)·min。c、水生植物反應反應裝置：維管植物反應池(浮萍塘，即生長有浮萍的氧化塘，其中，水生維管植物為浮萍)將步驟b所得上清液2，排入維管植物反應池中，靜置處理5-10d，即可。二、檢測1、氨氮檢測採用納氏試劑法分析各個階段的沼液的氨氮含量，重鉻酸鉀氧化法測定COD含量，鉬酸銨分光光度法測定TP含量，結果如下表：指標原沼液最後出水pH7.856.97氨氮(mg/L)576.41.62COD(mg/L)650.3263.12TP(mg/L)56.632.23由上表可以看出，高氨氮含量的沼液，經過本發明方法處理以後，氨氮、COD和TP的含量非常低，達到《畜禽養殖業汙染物排放標準GB18596-2001》。2、微藻產量檢測經過8d的培養後，小球藻的乾物質量達到0.45g/L，是接種量的2.25倍。實驗結果說明，本發明方法可以高效淨化沼液，淨化後的沼液的汙染物含量非常低，適合直接排放，同時可以有效培養微藻，提高經濟效益。實施例3本發明淨化沼液的方法一、本發明方法a、SBR反應反應裝置：SBR反應器；工藝：取沼液，加入SBR反應器中，接種活性汙泥，活性汙泥體積為沼液體積的1.5倍，曝氣處理至pH降至6.5-7.0，自然沉澱6h，得上清液1；其中，曝氣處理為間歇曝氣，間歇曝氣的周期為6h/6h，處理時間為36h，曝氣量為0.2L/L·min；b、藻菌反應反應裝置：鼓泡式反應器；豎流式沉澱池；工藝：將a步驟所得上清液1放入光生物反應器，接種布朗葡萄藻，在曝氣條件下培養5-10d，排入豎流式沉澱池中，自然沉澱0.5d，得沉澱和上清液2，沉澱即為微藻菌體；其中，每1L上清液1中接種微藻的乾重為0.3g；曝氣是間歇曝氣，間歇曝氣的周期為16/8h，即曝氣16h，然後停止8h，停止的時間為每天的21:00，處理時間為3d，曝氣量為0.2L/L·min。c、水生植物反應反應裝置：維管植物反應池(氧化塘，其中，水生維管植物為狐尾藻)將步驟b所得上清液2，排入維管植物反應池中，靜置處理5-10d，即可。二、檢測1、氨氮檢測採用納氏試劑法分析各個階段的沼液的氨氮含量，重鉻酸鉀氧化法測定COD含量，鉬酸銨分光光度法測定TP含量，結果如下表：指標原沼液最後出水pH7.986.83氨氮(mg/L)588.32.25COD(mg/L)710.0170.12TP(mg/L)48.231.59由上表可以看出，高氨氮含量的沼液，經過本發明方法處理以後，氨氮、COD和TP的含量非常低，達到《畜禽養殖業汙染物排放標準GB18596-2001》。2、微藻產量檢測經過7d的培養後，小球藻的乾物質量達到0.66g/L，是接種量的2.2倍。實驗結果說明，本發明方法可以高效淨化沼液，淨化後的沼液的氨氮含量非常低，適合直接排放，同時可以有效培養微藻，提高經濟效益。實施例4本發明淨化沼液的方法一、本發明方法a、SBR反應反應裝置：SBR反應器；工藝：取沼液，加入SBR反應器中，接種活性汙泥，活性汙泥體積為沼液體積的0.25倍，曝氣處理至pH降至6.5-7.0，自然沉澱4h，得上清液1；其中，曝氣處理為間歇曝氣，間歇曝氣的周期為6h/6h，處理時間為24h，曝氣量為0.2L/L·min；b、藻菌反應反應裝置：開放的跑道池；豎流式沉澱池；工藝：將a步驟所得上清液1放入開放的跑道池，接種蛋白核小球藻，在攪拌條件下培養10d，排入豎流式沉澱池中，自然沉澱3d，得沉澱和上清液2，沉澱即為微藻菌體；其中，每1L上清液1中接種微藻的乾重為0.25g；攪拌是持續攪拌；控制攪拌速度使開放式跑道池中的液體流速為0.1m/s。c、水生植物反應反應裝置：維管植物反應池(潛流型人工溼地，其中，水生維管植物為傘草)將步驟b所得上清液2，排入維管植物反應池中，靜置處理5-10d，即可。二、檢測1、氨氮檢測採用納氏試劑法分析各個階段的沼液的氨氮含量，重鉻酸鉀氧化法測定COD含量，鉬酸銨分光光度法測定TP含量，結果如下表：指標原沼液最後出水pH8.087.08氨氮(mg/L)590.3119.825COD(mg/L)620.1458.20TP(mg/L)45.231.22由上表可以看出，高氨氮含量的沼液，經過本發明方法處理以後，氨氮、COD和TP的含量非常低，達到《畜禽養殖業汙染物排放標準GB18596-2001》。2、微藻產量檢測經過7d的培養後，小球藻的乾物質量達到0.53g/L，是接種量的2.12倍。實驗結果說明，本發明方法可以高效淨化沼液，淨化後的沼液的氨氮含量非常低，適合直接排放，同時可以有效培養微藻，提高經濟效益。對比例省略本發明步驟a，則會導致步驟b中的藻類大量死亡。綜上，本發明通過藻菌共生方法來淨化沼液，達到了高效淨化的目的，同時還能養殖微藻，操作簡便，環境友好，為沼液處理提供了一種新的、高效、低成本的方法，工業應用前景良好。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp