一種沼氣‑微藻聯合生態處理系統及其應用的製作方法
2023-11-10 20:41:21
本發明涉及生態環保技術領域，具體涉及一種沼氣-微藻聯合生態處理系統及其應用。
背景技術：
生態文明建設已成為了國家的發展戰略。節能減排、空氣治理、水環境治理、廢物處理、利用清潔能源、食用生態食品、享受綠水青山和清新空氣已經成為了國家的發展戰略和廣大老百姓的生活理想。
沼氣是由甲烷菌產生的，它是一種優質的清潔能源。甲烷菌屬於微生物，早在35億年前，甲烷菌就產生了，它是大自然用以處理廢物的天然技術。在現代社會中，人們用甲烷菌來處理有機廢物，如人畜糞汙、城市汙泥、秸稈、餐廚垃圾及其它工農業廢物等等。沼氣它一方面可以生產清潔能源——沼氣，另一方面它可以生產有機肥料。因此，沼氣在環境保護，以及工農業產業中起著十分重要的作用。
儘管我國已有60多年大規模應用沼氣的歷史，但由於沼氣技術還存在重大的缺陷，包括發酵周期長、能源轉換效率低、產氣率低，特別是由於生物質轉化為沼氣以後，沼氣池中剩餘大量的氨、氮、磷和鹽類等微生物不能進一步消化。隨著這些元素不斷增高，沼氣池產氣速度大幅度下降。特別是，傳統的汙水好氧處理也屬於微生物處理技術，氨、氮、磷和鹽類等這些微生物不能消化的東西，好氧微生物也不能對這些物質進行徹底消化，微生物生長繁殖起到抑制作用，導致沼液處理存在很大的困難。在通常情況下，採用好氧技術處理沼液，bod的降解率大約為50％，而cod的降解率就更低。加上沼液的bod和cod值非常高，達到10，000以上，即使採用好氧技術處理以後的沼液中的bod和cod含量仍然很高，至少在2000～3000以上。國家對養殖業的廢水排放標準為bod300，即使對這樣的低標準，傳統好氧技術也仍然達不到要求。因此，沼液成為了重要的環境汙染源。目前並沒有一種經濟效益好的生態環保的沼液的處理方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種沼氣-微藻聯合生態處理系統及其應用。本發明提供的生態處理系統將沼氣系統與微藻系統有機地連接起來，形成一個完整的整體，充分利用甲烷菌群厭氧消化廢物的有機質，生產沼氣，以及利用微藻(植物)通過光合作用消化甲烷菌群不能消化的氨、氮、磷、鉀及鹽類，達到淨化沼液，並生產高品位營養液，用於農業灌溉，形成生態產業系統。本發明環保、佔地面積小、沼液處理效率高，經濟效益好。
本發明提供了一種沼氣-微藻聯合生態處理系統，包括沼氣處理系統和微藻生長繁殖系統；所述微藻生長繁殖系統包括微藻生長繁殖裝置(16)，所述微藻生長繁殖裝置(16)包括外殼、隔板、光源系統和煙氣微藻光合作用系統；
所述沼氣處理系統包括沼氣池(4)，所述沼氣池(4)與進料裝置、沼氣處理裝置、沼液處理裝置和沼渣處理裝置分別連接，沼液處理裝置和沼渣處理裝置與微藻生長繁殖裝置(16)分別連接連接，所述沼氣處理裝置與煙氣微藻光合作用系統連接。
優選的是，所述煙氣微藻光合作用系統包括煙氣分布裝置(18)、煙氣分布隔板(19)、煙氣風機(20)、煙氣控制閥(21)和煙氣排空控制閥(22)。
優選的是，所述沼氣池(4)為多相流沼氣池。
優選的是，所述進料裝置包括依次連接的沼氣原料輸送設備(1)、沼氣原料配料裝置(2)和原料給料設備(3)。
優選的是，所述沼氣處理裝置包括與沼氣池(4)連接的儲氣櫃(5)，所述儲氣櫃通過控制閥(6)與沼氣利用裝置(7)和燃燒及加熱裝置(8)分別連接，所述沼氣利用裝置(7)和燃燒及加熱裝置(8)產生的氣體傳送入微藻生長繁殖裝置(16)。
優選的是，所述沼液處理裝置包括與沼氣池(4)連接的沼液儲存箱(10)、所述沼液儲存箱(10)與沼液循環泵(9)連接，所述沼液循環泵(9)將沼液循環輸入沼氣池中；
所述沼液儲存箱(10)與沼液輸送裝置(13)連接，將沼液輸入微藻生長繁殖裝置(16)。
優選的是，所述沼渣處理裝置包括與沼氣池(4)連接的沼渣壓濾機(11)，所述沼渣壓濾機(11)與微藻生長繁殖裝置(16)和沼渣處理設備(12)分別連接。
本發明還提供了上述技術方案所述處理系統在處理沼液和微藻生長繁殖中的應用。
本發明採用「沼氣技術」+「微藻技術」建成聯合循環系統，徹底改變了現有廢物處理的基本模式。「微藻」屬於植物類，它正好吸收沼液中由微生物遺留的氨、氮、磷、鉀等有機物和鹽類。徹底將原有的「微生物」+「微生物」的處理模式轉變為「微生物」+「微植物」的廢物處理模式，這是廢物處理中的一項重要變革。
從處理終端產品來看，原有的沼液好氧處理終端產品是「汙泥」，這種產品被國家列為「危廢品」，需要進行專門處理，處理成本也很高。而本發明的沼液處理終端產品是微藻，它是一種營養成分非常高的營養品。以小球藻為例，它含植物蛋白質高達60％以上，還含有多種胺基酸、維生素及微量元素等。其營養品售價高達數千元一公斤。本發明所產生的營養液能夠作為農作物的天然肥料。由於整個系統經過了沼氣池的高溫發酵以及一系列的生物過程，所產生的肥料不需要再施化肥，也不需要打農藥，因此，本系統生產的農產品屬於天然農產品
本發明提供了一種沼氣-微藻聯合生態處理系統。本發明的沼氣處理系統能夠使有機物質形成轉變成含有大量的乙酸、二氧化碳、糖分、蛋白質、脂肪、微細纖維，以及含有大量的氨、氮、磷、鉀、鹽等適合於微藻生長繁殖的營養液體，實現了沼液的充分利用；然後將這些微藻營養液送入微藻生長繁殖系統中，供微藻消化吸收，微藻生長成熟後，用於生產高檔肥料，或高檔飼料，能夠大大提升經濟效益。本發明提供的生態處理系統環保、佔地面積小、沼液處理效率高，經濟效益好。
附圖說明
圖1為本發明說明書提供的微藻生長繁殖裝置結構示意圖；
圖2為本發明說明書提供的沼氣-微藻聯合生態處理系統；
圖3為本發明實施例1提供的遂寧大英養殖場多相流沼氣處理系統(傳統好氧技術)工藝流程圖；
圖4為本發明實施例1提供的傳統好氧技術處理系統實物圖；
圖5為本發明實施例1提供的採用傳統好氧技術處理的沼液示意圖；
圖6為本發明實施例1提供的本發明系統實物圖；
圖7為本發明實施例1提供的本發明系統處理後沼液實物圖；
圖8為本發明實施例1提供的本發明系統處理後的沼液水質實物圖；
圖9為本發明實施例1提供的本發明系統處理得到的沼液檢測報告；
圖10為本發明實施例1提供的本發明系統處理得到的沼液水質監測結果。
具體實施方式
本發明提供了一種沼氣-微藻聯合生態處理系統，包括沼氣處理系統和微藻生長繁殖系統；所述微藻生長繁殖系統包括微藻生長繁殖裝置(16)，所述微藻生長繁殖裝置(16)包括外殼、隔板、光源系統和煙氣微藻光合作用系統；
所述沼氣處理系統包括沼氣池(4)，所述沼氣池(4)與進料裝置、沼氣處理裝置、沼液處理裝置和沼渣處理裝置分別連接，沼液處理裝置和沼渣處理裝置與微藻生長繁殖裝置(16)分別連接連接，所述沼氣處理裝置與煙氣微藻光合作用系統連接。
本發明將沼氣處理系統與微藻生長繁殖系統結合不僅有利於沼液的處理，還提供了更有利於微藻消化的營養物質。本發明對所述沼氣池沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的沼氣池即可。本發明的沼氣池能夠對有機廢棄物進行厭氧發酵，生產沼氣，同時產生有利於微藻生長繁殖的營養物質。沼氣池是將有機生物質厭氧發酵的裝置。鑑於傳統的靜態沼氣池容易堵塞、物料分布不均、傳熱傳質慢、不透氣、微生物生長繁殖慢、沼氣產氣率低等缺陷。本發明優選多相流沼氣池。多相流沼氣池以沼液作為工作介質，用沼液循環泵(9)提供動力，使生物質在發酵床內形成液固兩相流，使生物質處於懸浮狀態下的「流態化」發酵。並且利用多相流技術中的分級和分層原理，將沙子、硬質雜物、纖維等比重較重、不利於厭氧發酵和不利於後續微藻吸收的「沼渣」從底部排出。而富含蛋白質、有機酸、糖類、脂肪等比重較輕、營養成分多的物質從沼氣池上部和中部排出，進入微藻生長繁殖裝置進行下一道工序。本發明對所述多相流沼氣池沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的多相流沼氣池即可，如專利號201120294347.3的專利公開的多相流沼氣池。更優選地，本發明將多相流沼氣發酵床設計成「瘦高型」，使多相流分級與分層效應更加明顯。本發明多相流沼氣池的使用能夠將營養更加豐富的物質送入微藻生長繁殖裝置。
本發明利用多相流沼氣技術，將不利於微藻生長繁殖的物質進行分離，使送入微藻生長繁殖裝置的物質更加有利於微藻生長和繁殖。多相流技術中的分層分級是依據多相流的動力學原理。傳統沼氣池是靜態發酵。而多相流屬於流態化發酵，所有的生物質處於流化狀態。但不同密度的物質處於沿高度方向的不同區域。密度越大的物質處於發酵床的下部。並且，越是底部，濃度越高。高度越高，密度越小、濃度越低。對於密度大、濃度高的區域稱之為「密相區」，而密度小、濃度低的區域稱之為「稀相區」。這就是多相流技術的分級、分層原理。為了使沼氣發酵更利於形成不同物質的分級和分層，本發明將發酵床設計成「痩高型」，使生物質在發酵過程中在不同高度上形成不同的濃度區域——稀相區和密相區。在發酵罐底部集中一些比重較大的物質，包括泥沙、硬質雜物、硬質纖維等。而在發酵床的中上部主要是蛋白質、脂肪、各種酸、維生素、以及以電離狀態存在的微量元素等。在本發明中，將沼液從中和上部引出，並送入到微藻生長繁殖裝置，使微藻更利於生長和繁殖。
在本發明中，所述沼氣處理系統包括進料裝置、沼氣處理裝置、沼液處理裝置和沼渣處理裝置。
在本發明中，所述進料裝置包括依次連接的沼氣原料輸送設備(1)、沼氣原料配料裝置(2)和原料給料設備(3)。在本發明中，所述沼氣原料配料裝置(2)對原料進行預處理，所述預處理根據原料的不同進行選擇，所述原料包括秸稈、人畜糞汙、城市汙泥、餐廚垃圾、樹葉等，所述預處理方法包括粉碎、碾磨、水解、酶解等，本發明對原料的預處理優選將生物質加工成粒狀、粉狀、漿狀等膠體溶液，便於沼氣池的厭氧發酵，有利於甲烷伴生菌群和甲烷菌群消化吸收，生產沼氣。本發明所述沼氣原料配製裝置優選同時調節沼液的濃度和酸鹼度。在本發明中，所述原料給料設備用於將處理好的生物質液體或膠體輸送入沼氣池，本發明所述原料給料設備優選為渣子泵，利於控制和給料均勻。
在本發明中，所述沼氣處理裝置包括與沼氣池(4)連接的儲氣櫃(5)，所述儲氣櫃通過控制閥(6)與沼氣利用裝置(7)和燃燒及加熱裝置(8)分別連接，所述沼氣利用裝置(7)和燃燒及加熱裝置(8)產生的氣體傳送入微藻生長繁殖裝置(16)。在本發明中，所述儲氣櫃(5)是儲存沼氣的容器。沼氣池產生的沼氣通過管道送入儲氣櫃(5)中，再通過沼氣自身的壓力將沼氣送入沼氣利用裝置(7)中。在本發明中，所述沼氣利用裝置(7)用於將甲烷轉化為二氧化碳，是利用沼氣的裝置。對於一般的小型沼氣系統，由於沼氣產量小，可供居民生活用氣。對於大中型沼氣工程，可用沼氣發電。一般情況下，沼氣利用裝置可選用燃氣發電機組，或者燃燒爐，或者cng、lng生產裝置。對於具體設備選用需要根據具體情況確定。
在本發明中，所述沼液處理裝置包括與沼氣池(4)連接的沼液儲存箱(10)、所述沼液儲存箱(10)與沼液循環泵(9)連接，所述沼液循環泵(9)將沼液循環輸入沼氣池中；具體的，當沼氣池為多相流沼氣池時，本發明所述沼液儲存箱(10)優選將多相流沼氣池從頂部排出的富含有機物的沼液儲存起來。在本發明中，所述沼液循環泵(9)的作用是從沼液儲存箱(10)中吸取沼液，為沼液提供動力，使生物質在沼氣池內形成「流態化」發酵和內部循環。
所述沼液儲存箱(10)與沼液輸送裝置(13)連接，將沼液輸入微藻生長繁殖裝置(16)。在本發明中，沼液優選通過沼液輸送裝置(13)輸送給燃燒及加熱裝置(8)，對沼液進行加熱，加熱後的沼液輸入微藻生長繁殖裝置(16)。在本發明中，所述燃燒及加熱裝置(8)是為了提高沼氣池發酵溫度而設計的裝置。由於採用了「流態化」發酵方式，並通過加熱沼液的方法來加熱沼氣池，使得沼氣池加熱快，溫度均勻。在一般情況下，10分鐘就能讓沼氣池內的文頓均勻一致。
在本發明中，所述沼渣處理裝置包括與沼氣池(4)連接的沼渣壓濾機(11)，所述沼渣壓濾機(11)與微藻生長繁殖裝置(16)和沼渣處理設備(12)分別連接。在本發明中，所述沼渣壓濾機(11)用於將部分沼液輸送到微藻生長繁殖裝置(16)中。
在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置(16)是一種以有機生物質和氣體碳源，包括一氧化碳、二氧化碳為原料，與光源(包括人造光源和太陽光)進行光合作用，生產藻類和氧氣的裝置。在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置(16)包括外殼、隔板、光源系統和煙氣微藻光合作用系統。
在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置(16)更優選包括外殼、隔板、液位限定裝置、進料裝置和出料裝置，每層隔板上方設置有光源、攪拌裝置和微藻生長繁殖床。在本發明實施例中，所述微藻生長繁殖裝置結構優選如圖1所示。其中，a為攪拌裝置電機；b為攪拌驅動機構；c為微藻液位限定裝置；d為繁殖塔外殼；e為繁殖塔內部隔板；f為攪拌裝置葉片；g為微藻生長繁殖床；h為發光燈具；i為電源配電裝置；j為電力輸送裝置；k微藻營養物質噴頭；l為營養物質輸送機構；m為微藻回收吸入口；n為微藻回收排出管路；o為微藻營養液配料裝置；p為微藻營養液；q為微藻營養物質給料裝置；r為微藻收集裝置；s為微藻儲存及後處理裝置；t為藻液體排出管道；u為藻液排放控制閥；v為藻液體回流控制閥；w為藻液體回流泵。
在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置優選為多層塔，本發明對所述繁殖裝置的形狀沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的培養裝置的常規形狀即可，如圓柱形，長方體形。本發明所述微藻生長繁殖裝置是一種以有機生物質和氣體碳源(包括一氧化碳、二氧化碳)為原料，與光源(包括人造光源和太陽光)進行光合作用，生產藻類和氧氣的裝置。本發明所述微藻生長繁殖裝置(16)包括外殼、隔板、光源系統和煙氣微藻光合作用系統。本發明的微藻生長繁殖裝置包括外殼，本發明對所述外殼的材質沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的外殼材料即可，如不透明材料，具體為金屬、玻璃鋼；本發明所述外殼材料優選為透明材料，具體為玻璃，更具體為有機玻璃、鋼化玻璃。本發明透光材料外殼的選擇能夠充分利用太陽光，使裝置內部形成良好通透的光照環境。具體地，如果將生長繁殖裝置分為20層，每層高度0.5m，那麼比池塘養殖提高了20倍效率。如果採用玻璃隔板，汙水的曝光為雙面曝光，相當於再增加一倍。當採用玻璃外殼，充分利用自然陽光，大約能增加70％的曝光面積。再加上採用人工光源，可以晝夜曝光，並人工調節光照強度，至少比自然養殖提高效率10倍以上。再如，以直徑40m，20層，每層0.5m水深的生長繁殖裝置為例，採用玻璃隔板和外殼，其總曝光面積將達到51496㎡，而單層曝光面積為1256㎡，僅為多層塔曝光的2.4％。如果考慮到人工光源可以晝夜曝光，並且曝光強度可以調節，比自然曝光至少提高效率一倍以上，可比曝光總面積達到11萬㎡，為原始自然採光面積的87倍。
在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置包括隔板，所述隔板將微藻生長繁殖裝置分為多層結構，每層培養微藻的裝置為微藻生長繁殖床。
在本發明中，所述液位限定裝置為穿過隔板的管道。本發明對所述管道的材質沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的管道材料即可。在本發明中，所述液位限定裝置用於控制每層的液位。
在本發明中，所述攪拌的方式優選包括機械攪拌和氣體動力攪拌。在本發明中，所述微藻生長繁殖裝置的每一層都設置有攪拌裝置。
在本發明中，所述煙氣微藻光合作用系統包括煙氣分布裝置(18)、煙氣分布隔板(19)、煙氣風機(20)、煙氣控制閥(21)和煙氣排空控制閥(22)。由沼氣利用裝置(7)燃燒產生的煙氣(含有二氧化碳和空氣等)通過煙氣控制閥(21)進入二氧化碳風機(20)加壓送入煙氣分布裝置(18)。煙氣分布裝置(18)能夠均勻地將煙氣送入微藻生長繁殖塔(16)中，在光源的作用下，與微藻產生光合作用，進一步生產微藻。在一般情況下，煙氣分布裝置(19)可選用廣泛採用的好氧汙水處理中的曝氣頭，優選選擇賴澤民發明的專利號為20120003757.2的專利技術「篩網式曝氣頭」。
在本發明中，所述微藻分離裝置的選擇優選根據微藻的長度進行選擇，具體地，當微藻為50μm～1mm時，採取普通過濾的方式和壓濾的方式收集。對於特細的微藻，如直徑3～6μm的小球藻優選採取超濾的方式收集。對於特殊要求的情況，可以採取反滲透(ro)方式過濾。所述微藻分離裝置優選採用常規市售分離裝置即可。本發明對微藻儲存及後處理裝置沒有特殊的限定，優選根據微藻的應用來進行選擇，如，當微藻的用途為食用時，優選採用滅菌及烘乾等方式進行處理；當微藻的用途為作為肥料時(如利用汙水及廢物生產的微藻)優選直接進行施肥。
在本發明實施例中，所述沼氣-微藻聯合生態處理系統優選如圖2所示：
其中，1為沼氣原料輸送設備；2為沼氣原料配料裝置；3為沼氣原料給料設備；4為沼氣池；5為儲氣櫃；6為控制閥；7為沼氣利用裝置；8為燃燒及加熱裝置；9為沼液循環泵；10為沼液儲存箱；11為沼渣壓濾機；12為沼渣處理設備；13為沼液輸送裝置；14為配電系統；15為光源配電裝置；16為微藻生長繁殖裝置；17為藻類人造光源；18為煙氣分布裝置；19為煙氣分布隔板；20為煙氣風機；21為煙氣控制閥；22為煙氣排空控制閥；23為煙囪；24為藻類分離裝置。
在本發明中，所述沼氣-微藻聯合生態處理系統處理流程具體優選如下：
在沼氣處理系統中，不同的物料，如糞汙、汙泥、餐廚垃圾、秸稈等通過原料輸送設備(1)送至配料裝置(2)。經過配料裝置(2)配好原料以後，經給料設備(3)送入沼氣池(4)進行發酵。給料設備(3)是根據不同的物料選定的設備。通常情況下採用給料泵比較方便，更優選採用螺杆泵。沼氣池(4)，如前所述是將生物質原料經過發酵後產生沼氣的設備。由該設備產生的沼氣通過管道送入儲氣櫃(5)中儲存。常用的儲氣櫃有雙膜儲氣櫃和溼式儲氣櫃，這兩種儲氣櫃都能在市場中買到。沼氣池產生的沼氣，一方面通過控制閥(6)進入沼氣利用設備(7)使用，包括居民做生活燃料、發電，或製作生物天然氣(cng、lng))等。燃燒所產生的煙氣通過控制閥(21)和增壓風機(20)送入微藻生長繁殖裝置(16)作為原料生產藻類。沼氣池所產生的沼氣的另一部分可通過燃燒及加熱裝置(8)，加熱沼液，再通過管道將沼液送入沼氣池(4)，從而加熱沼氣池。通過水力作用使沼氣池內的物料得到充分混合及攪拌。沼氣池中的沼液進入沼液儲存箱(10)。沼液儲存箱中的沼液通過管道進入沼液循環泵(9)，通過加壓，進入燃燒及加熱裝置(8)對沼液加熱，沼液再進入沼氣池，完成沼液的循環。沼氣池的沼渣與沼液的混合物經過管道排入沼渣壓濾機(11)進行固液分離。其中，對於固體部分送入沼渣處理設備(12)進行處理。對於沼渣處理設備需要根據不同的用途來確定。比如，一般的用途僅需要將沼渣閃蒸冷卻，使水分降至40～50％即可作為農肥使用。如果需要製成商品有機肥還需要按照國家相關規定進行肥料配比，並烘乾處理，從而進行市場銷售。對於沼氣池產生的沼液，從沼液箱(10)經過管道進入沼液輸送裝置(13)送入微藻生長繁殖裝置(16)，作為藻類生長繁殖的原料進行消化吸收，從而達到沼液處理和利用的目的。沼液輸送裝置在一般情況下可採用汙水泵進行增壓和輸送。
在微藻生長繁殖系統中，所述藻類生長繁殖需要藻種、原料和陽光。由於藻類具有自我繁殖的功能，藻種可以從專業藻類養殖公司一次性購買，並通過人工加入的方式一次性將藻種加入微藻生長繁殖裝置，使其自然生長繁殖。本發明藻類生長繁殖的場所——微藻生長繁殖裝置的結構及功能描述如上文所述。
在本發明中，所述藻類生長繁殖的原料一部分來自於沼氣處理系統產生的沼液。由於沼液是經過沼氣池發酵後的生物質液體，含有豐富的氨、氮、磷、各種鹽類及其它有機物質，如蛋白質、酸、糖等。這些有機物是很好的藻類原料，可以用於生產藻類。同時，沼液是很難處理的汙染物，通過藻類的吸收，使沼液得到淨化，達到處理沼液的目的。
沼氣的產生過程分為三個階段。第一階段，即液化階段，發酵性細菌群利用它所分泌的胞外酶，把禽畜糞便、作物秸稈、豆製品加工後的廢水等大分子有機物分解成能溶於水的單糖、胺基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物。沼氣發酵的第二階段，產酸階段，這個階段是發酵性細菌將小分子化合物將其分解為乙酸、丙酸、丁酸、氫和二氧化碳等，再由產氫產乙酸菌把其轉化為產甲烷菌可利用的乙酸、氫和二氧化碳。沼氣發酵的第三階段，即產甲烷階段，產甲烷細菌群，利用以上不產甲烷的三種菌群所分解轉化的甲酸、乙酸、氫和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。沼氣在生產過程中還會產生大量的有利於微藻生長繁殖的營養物質。本發明將這些物質送入微藻生長繁殖裝置，作為微藻生產的原料。為了使沼氣生產過程中產生更多的微藻營養物質，本發明優選通過加酶、控制發酵時間、ph值對產生沼氣和產生微藻營養物質進行合理分配，並加以控制。
在本發明中，所述藻類生長繁殖的另一種原料是二氧化碳和少量的一氧化碳。本發明的二氧化碳主要來自於沼氣燃燒及加熱裝置(8)和沼氣利用設備(7)燃燒沼氣所產生的煙氣。由於沼氣的主要成分是甲烷，它燃燒以後將產生二氧化碳和水，對於沒完全燃燒的甲烷氣將產生一氧化碳。因此，沼氣的燃燒煙氣中含有部分二氧化碳和一氧化碳。這兩種氣體都是藻類生產的原料。在本發明中，沼氣燃燒及加熱裝置(8)和沼氣利用裝置(7)所產生的煙氣都是經過煙氣控制閥(21)和煙氣風機(20)進入微藻生長繁殖裝置(16)。對於其它來源的二氧化碳可以類似處理。在微藻生長繁殖裝置中設有煙氣(二氧化碳)分布裝置(18)將煙氣均勻分配到微藻生長繁殖裝置的各個部分。在微藻生長繁殖裝置內還設有煙氣分布隔板(19)，它能夠使煙氣從煙氣輸送管道均勻送入塔內。對於這種煙氣分布裝置的設計可以根據一般的流體力學原理進行設計。對於簡單的結構設計可以採用多孔板進行煙氣分配。
在本發明中，所述藻類生長繁殖所需要的光源，在本發明中主要採用人造光源。人造光源的產生工藝是：從電網下載的電源經過配電系統(14)將電力參數調整到適合人造光源的電力參數。考慮到設備的安全性，一般採用不超過36伏的電壓等級。將配置好的電力通過光源配電線路(15)接入藻類人造光源(17)。由於led燈的發光效率很高，並且壽命長，因此在一般情況下考慮採用白色led等作為光源燈具。
對於生長成熟以後的藻類通過管道送入藻類分離裝置(24)對固體藻類和液體進行分離。關於藻類分離裝置的詳細內容如上問所述。經分離裝置分離出來的固體藻類用於生產營養保健品、高檔飼料，或高檔肥料；分離裝置分離出來的液體部分可以作為農業灌溉所用，或者經過檢驗後進行排放。
本發明還提供了上述技術方案所述處理系統在處理沼液和微藻生長繁殖中的應用。
下面結合具體實施例對本發明所述的一種沼氣-微藻聯合生態處理系統及其應用做進一步詳細的介紹，本發明的技術方案包括但不限於以下實施例。
實施例1
本發明於2014年利用微藻處理沼液，獲得成功。該項目在四川省遂寧市大英縣一家養豬場，天惠能源科技公司建設了一個糞汙多相流沼氣綜合處理系統。遂寧大英養殖場多相流沼氣處理系統工藝流程圖如圖3所示。
2015年初開始建設，其中，採用糞汙作為原料，用多相流沼氣技術生產沼氣，並用三級好氧系統處理沼液。該項目於2015年底開始運行。運行結果表明，多相流沼氣系統循環正常，各項技術指標超過傳統沼氣池30％以上。但由於沼液含有大量的氨、氮、磷及鹽類，並且沼液bod、cod含量非常高，達到10000以上。使得生化降解只能達到50％左右，最終沼液bod、cod都在3000以上。並且沼液處理量實際指標9噸/天，實際指標2噸/天都達不到。建造的糞汙多相流沼氣綜合處理系統實物圖片見圖4，沼液處理情況見圖5：
鑑於單純的沼氣和傳統沼液處理系統的弊病，2016年對該系統進行了全面的綜合改造。其基本思路如下：
用微藻處理沼液，代替原有的好氧處理沼液。由於微藻屬於植物類，而好氧處理系統中的微生物屬於動物類。處理模式發生了根本性改變。微藻對於消化氨、氮、磷及鹽類有先天的優勢。並且所選用的微藻含有豐富的蛋白質、脂肪、胺基酸、維生素、礦物質等，可以作為高檔營養保健品、飼料和肥料。而好氧處理的副產品是含有大量微生物屍體的「危廢品」。使一個帶有二次汙染的糞汙處理系統轉變為一個完全的生態處理系統。
由於傳統的靜態發酵沼氣池，存在糞汙沉澱，基本上都採用液固分離技術，只發酵沼液。而本系統儘管採用了多相流沼氣技術，但由於糞汙中含有大量的動物毛、秸稈類纖維及其它雜物，導致給料系統無法給高濃度物料。因此，本發明的給料系統採用螺杆泵給料，它能對糞汙、秸稈、汙泥、酒糟等各種物料進行給料。結合多相流沼氣發酵技術，能適應各種物料進行沼氣發酵。經改造後，它特別適應農村、社區及城鎮的綜合廢物處理，對建設低碳社區和城鎮有重要意義。物料處理的濃度從原來的3～8％提高到12～15％。使系統的有效處理量大大增加。
多相流沼氣技術具有較好的分級和分層的功能。即，多相流沼氣池存在「密相區」和「稀相區」。越到頂部的物質密度越小，越到底部密度越大。對於物料中的沙子、雜物、重金屬，和一些沒有被微生物消化的纖維等，通過底部排出。通過這種技術改造就能保證進入微藻生長繁殖系統中的物質能夠快速被微藻消化吸收。
對原有多相流沼氣池進行超級保溫，並改造沼液加熱系統，減少熱能損失，使多相流沼氣池在中高溫狀態下發酵。通過這一改造，使得原有發酵溫度從30℃左右提高到35～55℃。在這一溫度環境中發酵，可以殺滅絕大部分有害細菌，特別是對有害蟲卵可以全部殺滅。對這樣的沼液排入微藻生長繁殖塔就能保證微藻的良好生存環境。
將物料給料系統、預處理系統、給料系統、多相流沼氣發酵系統與微藻生長繁殖系統及其它系統進行有機耦合，邊形成了一個完整的「沼氣-微藻聯合生態處理系統」。採用新技術以後，糞汙的處理量從每天200kg/d提高到1000kg/d，沼液處理量達到20t/d以上，bod、cod均在20以下。微藻液體的ph值從原來的9左右下降到7.4左右，基本上達到了中性水質標準。氨、氮、磷、鹽的檢測數據還沒有出來。但可以推斷比原有處理方式有很大的下降。並且沼渣量從60～70％下降到30％以下。微藻中含有的雜質在0.1％以下。經過改造後的系統(本發明系統)實物圖見圖6，改造後微藻處理沼液實物圖如圖7所示；水質實物見圖8。
圖9和圖10為本發明改造後的系統處理得到的沼液和沼液水質的監測報告。報告結果顯示採用微藻處理沼液的功效非常良好。比如，根據國家養殖廢水排放標準，bod150，cod400就達標了。而本裝置的bod(五日生化需氧量)僅為11.8，cod(化學需氧量)為37，遠遠低於國家排放標準。這就解決了我國長期以來養殖業糞汙汙染環境的問題。。
實踐證明，我們開發的微藻生長繁殖裝置處理各種沼液和汙水是成功的，可以用於現實的工農業沼液和汙水處理。經過我們進一步的改進，還可以用於更加廣泛的領域。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。