技术领域
[0001] 本
发明属于环境保护领域和
可再生能源领域,具体涉及一种基于藻菌共生的高效净化沼液的方法。
背景技术
[0002] 沼液,又被称为“厌
氧发酵液”,是禽畜
粪便、秸秆等有机物经过厌氧发酵后的残留液,富含氮、磷等物质,尤其是
氨氮含量很高,被视为高浓度污
水,直接排放会导致
水体富营养化,污染水源。随着我国沼气工程的蓬勃发展,排放的大量沼液成为不容忽视的环境污染源,也成为影响沼气产业发展的主要
瓶颈之一。
[0003] 沼液处理作为化工环保研究的热点,国内外的主流方法是采用SBR处理方法,即以间歇曝气方式来运行的活性
污泥污
水处理技术,又称序批式
活性污泥法,但是由于沼液存在氨氮浓度高、
碳氮比失调等问题,影响了硝化细菌的生长繁殖,不利于氨氮等物质的去除,净化效果不佳。朱映红等报道了一种对猪场沼液进行深度净化处理的方法(朱映红等,
微生物强化猪场沼液脱氮效果研究[J],环境科学与技术.2015,38:307-313),其是对传统SBR方法进行生物脱氮的改进方法,但该过程需要外加碳源,造成生产成本增加及资源浪费。
[0004] 微藻是一类分布广泛、适应性强的自养生物,微藻及其代谢产物可用于生物制药、天然食品的加工、可持续能源生产等方面,市场前景广阔,但存在养殖成本高的问题。利用沼液培养微藻,既可以降低微藻培养的成本,又可以达到
废水资源化利用的目的,已引起研究者的广泛关注。
[0005] 然而,基于微藻养殖处理沼液的技术目前还不完善,仍面临三大问题:一是沼液中氨氮含量很高,会抑制微藻生长,并且在曝气或搅拌过程会使沼液中CO2析出,pH升高,从而使游离氨的浓度增加,抑制微藻的生长,目前主要采取稀释法、化学沉淀法等处理,成本较高;二是沼液中悬浮物含量较高,透明度较低,影响微藻的生长,目前采用的方法主要是过滤和离心,成本高;三是微藻细胞较小(直径一般为3-30μm),处理沼液后难以
收获,如采用离心法采收能耗较大、运行成本高,过滤法效率较低,不利于大规模工艺应用。
[0006] 目前未见有效解决前述问题的方法。
发明内容
[0007] 为了解决前述问题,本发明提供了一种新的基于藻菌共生的高效净化沼液的方法,同时能达到养殖微藻的目的。
[0008] 本发明基于藻菌共生高效净化沼液的方法,包括如下步骤:
[0009] a、取沼液,接种活性污泥,曝气处理至pH降至6.5-7.0,自然沉淀,得上清液1;
[0010] b、往a步骤所得上清液1接种微藻,在曝气条件下培养5-10d,自然沉淀,得沉淀和上清液2,沉淀即为微藻菌体;
[0011] c、将步骤b所得上清液2,排入维管
植物反应池中,静置处理5-10d,即可。
[0012] 优选地,步骤a中,所述活性污泥量的至少为沼液体积的0.25倍;优选所述活性污泥量的用量为沼液体积的0.4~1.5倍,活性污泥量的用量为沼液体积的1倍。
[0013] 优选地,步骤a中,所述曝气处理为间歇曝气,间歇曝气的周期为6h/6h,处理时间为12-36h,曝气量为0.1-0.4L(空气)/L(沼液)·min。
[0014] 优选地,步骤a中,所述自然沉淀的时间为2~6h。
[0015] 优选地,步骤b中,所述微藻为小球藻属(Chlorella)微藻、栅藻属(Scenedesmus)、螺旋藻属(Phaeodactylum)微藻、网球藻属(Dictyosphaeria)微藻、三
角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)或布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)。
[0016] 优选地,步骤b中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.2-0.3g。
[0017] 优选地,所述步骤b的反应容器为光
生物反应器,优选为封闭式光生物反应器或开放式跑道池。
[0018] 步骤b中,所述封闭式光生物反应器的曝气是持续曝气后者间歇曝气,其中,间歇曝气的循环方式为曝气14~16h,然后停止8~10h,进一步优选地,所述间歇曝气停止的时间为每天的18:00~21:00;所述曝气的处理时间为3-10d,曝气量为0.05-0.3(空气)/L(沼液)·min。
[0019] 开放式跑道池为搅拌,持续搅拌或间歇搅拌,14~16h,然后停止8~10h,进一步优选地,所述搅拌停止的时间为每天的18:00~21:00;所述搅拌的处理时间为3-10d;控制搅拌速度使开放式跑道池中的液体流速为0.1-0.5m/s。
[0020] 优选地,步骤b中,自然沉淀的时间为0.5-3d。
[0021] 优选地,步骤b中,自然沉淀在
沉淀池中进行,沉淀池进一步优选为竖流式沉淀池。
[0022] 优选地,步骤c的维管植物反应池为潜流型湿地、氧化塘中的一种或二者
串联使用;进一步的,维管植物反应池中水生维管植物为伞草、浮萍或粉绿狐尾藻。
[0023] 本发明处理的原始沼液直接取自沼液储存池,未经任何处理。
[0024] 本发明方法可以高效沼液净化、培养微藻,产物具有较高的利用价值,而且反应过程简便,无需过滤等步骤,成本非常低,适合大工业应用,具有良好的工业应用前景。
[0025] 显然,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的
修改、替换或变更。
[0026] 以下通过
实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
具体实施方式
[0028] 下面以实施例作进一步说明,但本发明不局限于这些实施例。
[0030] 所有微藻均购买自中国科学院
淡水藻种库。
[0031] 实施例1本发明净化沼液的方法
[0032] 一、本发明方法
[0033] a、SBR反应
[0034] 反应装置:SBR反应器;
[0035] 工艺:取沼液,加入SBR反应器中,接种活性污泥,活性污泥体积为沼液体积的1倍,曝气处理至pH降至6.5-7.0,自然沉淀4h,得上清液1;
[0036] 其中,曝气处理为间歇曝气,间歇曝气的周期为6h/6h,处理时间为24h,曝气量为0.2L/L·min;
[0037] b、藻菌反应
[0038] 反应装置:开放的跑道池;竖流式沉淀池;
[0039] 工艺:将a步骤所得上清液1放入开放的跑道池,接种小球藻,在搅拌条件下培养10d,排入竖流式沉淀池中,自然沉淀3d,得沉淀和上清液2,沉淀即为微藻菌体;
[0040] 其中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.25g;
[0041] 所述搅拌是间歇搅拌,即搅拌14~16h,然后停止8~10h,所述搅拌停止的时间为每天的18:00~21:00;
[0042] 控制搅拌速度使开放式跑道池中的液体流速为0.5m/s。
[0043] c、水生植物反应
[0044] 反应装置:维管植物反应池(维管植物反应池为潜流型人工湿地,其中,水生维管植物为伞草)
[0045] 将步骤b所得上清液2,排入维管植物反应池中,静置处理5-10d,即可。
[0046] 二、检测
[0047] 1、污染物检测
[0048] 采用纳氏试剂法分析各个阶段的沼液的氨氮含量,重铬酸
钾氧化法测定COD含量,钼酸铵分光光度法测定TP含量,结果如下表:
[0049]指标 原沼液 最后出水
pH 8.11 7.03
氨氮(mg/L) 564.9 0.66
COD(mg/L) 693.48 75.34
TP(mg/L) 38.42 1.84
[0050] 由上表可以看出,高氨氮含量的沼液,经过本发明方法处理以后,氨氮、COD和TP的含量非常低,达到《畜禽养殖业污染物排放标准GB 18596-2001》。
[0051] 2、微藻产量检测
[0052] 经过7d的培养后,小球藻的干物
质量达到0.5g/L,是接种量的2倍。
[0053] 实验结果说明,本发明方法可以高效净化沼液,净化后的沼液的氨氮等污染物含量非常低,适合直接排放,同时可以有效培养微藻,提高经济效益。
[0054] 实施例2本发明净化沼液的方法
[0055] 一、本发明方法
[0056] a、SBR反应
[0057] 反应装置:SBR反应器;
[0058] 工艺:取沼液,加入SBR反应器中,接种活性污泥,活性污泥体积为沼液体积的0.4倍,曝气处理至pH降至6.5-7.0,自然沉淀2h,得上清液1;
[0059] 其中,曝气处理为间歇曝气,间歇曝气的周期为6h/6h,处理时间为12h,曝气量为0.2L(空气)/L(沼液)·min;
[0060] b、藻菌反应
[0061] 反应装置:气升反应器;竖流式沉淀池;
[0062] 工艺:将a步骤所得上清液1放入光生物反应器,接种栅藻,在曝气条件下培养5-10d,排入竖流式沉淀池中,自然沉淀5d,得沉淀和上清液2,沉淀即为微藻菌体;
[0063] 其中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.2g;
[0064] 曝气是间歇曝气,间歇曝气的周期为14/10h,即曝气14h,然后停止10h,停止的时间为每天的18:00,处理时间为10d,曝气量为0.2(空气)/L(沼液)·min。
[0065] c、水生植物反应
[0066] 反应装置:维管植物反应池(浮萍塘,即生长有浮萍的氧化塘,其中,水生维管植物为浮萍)
[0067] 将步骤b所得上清液2,排入维管植物反应池中,静置处理5-10d,即可。
[0068] 二、检测
[0069] 1、氨氮检测
[0070] 采用纳氏试剂法分析各个阶段的沼液的氨氮含量,重铬酸钾氧化法测定COD含量,钼酸铵分光光度法测定TP含量,结果如下表:
[0071] 指标 原沼液 最后出水pH 7.85 6.97
氨氮(mg/L) 576.4 1.62
COD(mg/L) 650.32 63.12
TP(mg/L) 56.63 2.23
[0072] 由上表可以看出,高氨氮含量的沼液,经过本发明方法处理以后,氨氮、COD和TP的含量非常低,达到《畜禽养殖业污染物排放标准GB 18596-2001》。
[0073] 2、微藻产量检测
[0074] 经过8d的培养后,小球藻的干物质量达到0.45g/L,是接种量的2.25倍。
[0075] 实验结果说明,本发明方法可以高效净化沼液,净化后的沼液的污染物含量非常低,适合直接排放,同时可以有效培养微藻,提高经济效益。
[0076] 实施例3本发明净化沼液的方法
[0077] 一、本发明方法
[0078] a、SBR反应
[0079] 反应装置:SBR反应器;
[0080] 工艺:取沼液,加入SBR反应器中,接种活性污泥,活性污泥体积为沼液体积的1.5倍,曝气处理至pH降至6.5-7.0,自然沉淀6h,得上清液1;
[0081] 其中,曝气处理为间歇曝气,间歇曝气的周期为6h/6h,处理时间为36h,曝气量为0.2L/L·min;
[0082] b、藻菌反应
[0083] 反应装置:鼓泡式反应器;竖流式沉淀池;
[0084] 工艺:将a步骤所得上清液1放入光生物反应器,接种布朗葡萄藻,在曝气条件下培养5-10d,排入竖流式沉淀池中,自然沉淀0.5d,得沉淀和上清液2,沉淀即为微藻菌体;
[0085] 其中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.3g;
[0086] 曝气是间歇曝气,间歇曝气的周期为16/8h,即曝气16h,然后停止8h,停止的时间为每天的21:00,处理时间为3d,曝气量为0.2L/L·min。
[0087] c、水生植物反应
[0088] 反应装置:维管植物反应池(氧化塘,其中,水生维管植物为狐尾藻)[0089] 将步骤b所得上清液2,排入维管植物反应池中,静置处理5-10d,即可。
[0090] 二、检测
[0091] 1、氨氮检测
[0092] 采用纳氏试剂法分析各个阶段的沼液的氨氮含量,重铬酸钾氧化法测定COD含量,钼酸铵分光光度法测定TP含量,结果如下表:
[0093]指标 原沼液 最后出水
pH 7.98 6.83
氨氮(mg/L) 588.3 2.25
COD(mg/L) 710.01 70.12
TP(mg/L) 48.23 1.59
[0094] 由上表可以看出,高氨氮含量的沼液,经过本发明方法处理以后,氨氮、COD和TP的含量非常低,达到《畜禽养殖业污染物排放标准GB 18596-2001》。
[0095] 2、微藻产量检测
[0096] 经过7d的培养后,小球藻的干物质量达到0.66g/L,是接种量的2.2倍。
[0097] 实验结果说明,本发明方法可以高效净化沼液,净化后的沼液的氨氮含量非常低,适合直接排放,同时可以有效培养微藻,提高经济效益。
[0098] 实施例4本发明净化沼液的方法
[0099] 一、本发明方法
[0100] a、SBR反应
[0101] 反应装置:SBR反应器;
[0102] 工艺:取沼液,加入SBR反应器中,接种活性污泥,活性污泥体积为沼液体积的0.25倍,曝气处理至pH降至6.5-7.0,自然沉淀4h,得上清液1;
[0103] 其中,曝气处理为间歇曝气,间歇曝气的周期为6h/6h,处理时间为24h,曝气量为0.2L/L·min;
[0104] b、藻菌反应
[0105] 反应装置:开放的跑道池;竖流式沉淀池;
[0106] 工艺:将a步骤所得上清液1放入开放的跑道池,接种蛋白核小球藻,在搅拌条件下培养10d,排入竖流式沉淀池中,自然沉淀3d,得沉淀和上清液2,沉淀即为微藻菌体;
[0107] 其中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.25g;
[0108] 搅拌是持续搅拌;
[0109] 控制搅拌速度使开放式跑道池中的液体流速为0.1m/s。
[0110] c、水生植物反应
[0111] 反应装置:维管植物反应池(潜流型人工湿地,其中,水生维管植物为伞草)[0112] 将步骤b所得上清液2,排入维管植物反应池中,静置处理5-10d,即可。
[0113] 二、检测
[0114] 1、氨氮检测
[0115] 采用纳氏试剂法分析各个阶段的沼液的氨氮含量,重铬酸钾氧化法测定COD含量,钼酸铵分光光度法测定TP含量,结果如下表:
[0116]指标 原沼液 最后出水
pH 8.08 7.08
氨氮(mg/L) 590.31 19.825
COD(mg/L) 620.14 58.20
TP(mg/L) 45.23 1.22
[0117] 由上表可以看出,高氨氮含量的沼液,经过本发明方法处理以后,氨氮、COD和TP的含量非常低,达到《畜禽养殖业污染物排放标准GB 18596-2001》。
[0118] 2、微藻产量检测
[0119] 经过7d的培养后,小球藻的干物质量达到0.53g/L,是接种量的2.12倍。
[0120] 实验结果说明,本发明方法可以高效净化沼液,净化后的沼液的氨氮含量非常低,适合直接排放,同时可以有效培养微藻,提高经济效益。
[0121] 对比例
[0122] 省略本发明步骤a,则会导致步骤b中的藻类大量死亡。
[0123] 综上,本发明通过藻菌共生方法来净化沼液,达到了高效净化的目的,同时还能养殖微藻,操作简便,环境友好,为沼液处理提供了一种新的、高效、低成本的方法,工业应用前景良好。