专利名称：一种利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展，我国养殖业也得到迅速发展。1998年上海市郊就共有大中型畜禽养殖厂1000多家；安徽合肥市规模化养猪场存栏量达到15万头；四川成都市1994年千头以上的养猪场达120多家，万头以上的有20多家，还有饲养规模在10万头以上的特大型规模化养猪场。规模化养殖业在向城镇居民提供丰富的肉、蛋、奶及其制品来满足人们生活需要的同时，也对环境造成了严重的污染威胁。2002年我国的工业固体废弃物仅为9. 45亿吨，而当年畜禽粪便产生量就达到了 27. 5亿吨，为工业固体废弃物总量的2. 91倍。其中猪粪为12. 9亿吨，占畜禽粪便总量的46. 91%。目前针对养殖场所采用的废水处理工艺主要有厌氧处理工艺、好氧处理工艺和好氧厌氧结合处理工艺这3种。由于养殖场废水性质的复杂性，单纯使用厌氧工艺的很少见。目前养殖场废水处理应用的反应器普遍存在着处理效率低、有机物容积负荷小、水力滞留期长的缺点。处理效率低，就会造成后期好氧处理单元运行费用增加；好氧处理产生的污泥还需要进一步的处理和处置；水力滞留期增长，就要加大反应器的有效容积，增加设备和，这些都极大的影响了现有处理方法的经济实用性。小球藻的特点是拥有极高的光合作用效率，可以迅速大量的从周围环境中吸收氮和磷等营养物质，在自身不断生长繁殖的过程中可以起到净化周围水质的作用。小球藻的生长符合准备期、对数期、稳定期和衰亡期的变化规律。其在生长的前期因密度较小，培养液透光度较好，故可以在较低光照强度下就达到较好的生长效果；在生长的后期因藻数量的密度较大，藻体间存在着相互遮蔽的影响，故需要较高的光照强度。在小球藻生长的前期和后期合理的调整人工光源的光照方法，不仅可以节省大量的光能，提高本处理方法的经济效益；更可以避免小球藻的生长出现光抑制现象，进而影响猪粪废水的净化效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种净化效果好、经济效益高的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法。本发明提供的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，采用阶梯变化的光照强度调整方法，可有效的改善小球藻净化猪粪废水的处理效果和经济性。具体步骤如下
(O固定培养温度、小球藻初始接种量、初始PH值、猪粪废水浓度和光暗比，以及光照强度，测试不同波长的LED灯光源条件下小球藻的生长情况和猪粪废水的污染物去除率， 并且选择出最优的LED灯光色波长；
(2)固定培养温度、小球藻初始接种量、初始pH值、猪粪废水浓度和光暗比，以及最优的人工光源光色波长，测试不同光照强度条件下小球藻的生长情况和猪粪废水的污染物去除率，选择出最优的光照强度范围，并采用阶梯变化的光照强度调整方法；
(3)分别计算阶梯变化的各个光照强度下，牛粪废水中各种污染物去除的经济效益；
(4)经过对比，确定最终的关于光色波长和光照强度的阶梯变化调整方法。本发明中，所述光照强度的阶梯变化，在时间上是按照小球藻生长的适应期，对数期、稳定期和衰亡期来 划分。本发明中，阶梯变化的光照强度范围的上限是产生光抑制时的光照强度，下限是产生光照不足时的光照强度。本发明的优点在于
(1)采用LED灯作为人工光源，因其拥有比普通日光灯更窄的光谱带，故能产生某些针对小球藻叶绿体的特定光质波长，在节约能耗的同时还可以有效促进小球藻的生长；
(2)采用的阶梯变化的光照方法是从时间上按照小球藻的生长周期来划分的，区分了其在适应期、对数期、稳定期和衰亡期的代谢特性；
(3)所采用的接种微藻的小球藻，其不仅具有一般藻类所拥有的高光合作用效率等优点，且其在代谢过程中通过调节营养培养基组成还可以产生某些特定的具有一定经济价值的代谢产物，其自身也因为油脂含量较高而有用作生物质柴油的可能。
图I不同波长LED灯光照条件(a)小球藻干重；(b)COD去除率；(C)TN去除率；(d) TP去除率。图2不同光照强度条件(a)小球藻干重；(b)COD去除率；(C)TN去除率；(d)TP去除率。图3人工光源调整方法的污染物去除率经济效益。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行详细的说明。一种利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，利用猪粪废水作为小球藻培养的营养基质，某些特定波长的LED灯作为人工光源来，以阶梯变化的光照强度调整方法，实现经济高效的促进小球藻生长以提升猪粪废水净化效果的目。以下为具体的步骤
(I)采用小球藻{pilorellei Vulgaris)，以固定培养温度25摄氏度、初始pH=6. 5、小球藻接种率为1: 3，光暗比为12h: 12h，在2000LuX光照强度条件下，测试其在白、红、蓝、绿、黄和紫色波长LED灯光源下干重和污染物化学需氧量(COD, chemical oxygen demand)、总氮(TN, total nitrogen)和总憐(TP, total phosphorus)的降解效果。结果表明对于小球藻在红色波长LED灯照射条件下干重在生长的各个阶段都达到最高(图la)，且其污染物降解率也是最高的(图lb-ld)。所以可以选定LED红色波长光源作为人工光源。(2 )采用小球藻ipilorellei Vulgaris)，以固定培养温度25摄氏度、初始ρΗ=6· 5、小球藻接种率为 1: 3，光暗比为 12h:12h,在 400Lux、800Lux、1200Lux、1600Lux 和 2000Lux光照强度条件下，测试其在红色波长LED灯光源下干重和COD、TN和TP的降解效果。由图2a中小球藻干重的变化，可以得出小球藻的生长可以分为分别对应于O—48h-96h-144h-240h四个阶段的适应期、对数期、稳定期和衰亡期。分析污染物的降解随时间的变化情况(图2b-bd)，人工光源调整方法应该为0— 48h — 96h — 144h三个阶段，各阶段依次采用光照强度800Lux、1200Lux和1600Lux。表I LED灯性质
权利要求
1.一种利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于具体步骤为 (O固定培养温度、小球藻初始接种量、初始PH值、猪粪废水浓度和光暗比，以及光照强度，测试不同波长的LED灯光源条件下小球藻的生长情况和猪粪废水的污染物去除率，并且选择出最优的LED灯光色波长； (2)固定培养温度、小球藻初始接种量、初始pH值、猪粪废水浓度和光暗比，以及最优的人工光源光色波长，测试不同光照强度条件下小球藻的生长情况和猪粪废水的污染物去除率，选择出最优的光照强度范围，并采用阶梯变化的光照强度调整方法； (3)分别计算阶梯变化的各个光照强度下，牛粪废水中各种污染物去除的经济效益； (4)经过对比，确定最终的关于光色波长和光照强度的阶梯变化调整方法。
2.根据权利要求I所述的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于，所述污染物去除率是指化学需氧量、总氮和总磷的降解效果。
3.根据权利要求2所述的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于，所述光照强度的阶梯变化，在时间上按照小球藻生长的适应期、对数期、稳定期和衰亡期来确定。
4.根据权利要求3所述的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于，阶梯变化的光照强度范围的上限是产生光抑制时的光照强度，下限是产生光照不足时的光照强度。
5.根据权利要求4所述的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于，LED灯采用红色波长LED灯。
6.根据权利要求5所述的利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法，其特征在于，小球藻生长的适应期、对数期、稳定期和衰亡期对应的时间段为0—48h，48h—96h，96h—144h, 144h — 240h，与此对应，光照强度梯度调整的方式为0— 48h，48h — 96h，96h—144h三个阶段，采用光照强度分别为800Lux、1200Lux和1600Lux。
全文摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体为一种利用小球藻净化猪粪废水的人工光源调整方法。本发明包括利用猪粪废水作为小球藻培养的营养基质，以特定波长的LED灯作为人工光源，以阶梯变化的光照强度予于调整，实现经济、高效的促进小球藻生长以提升猪粪废水净化效果。本发明与一般的固定光照强度的方法相比较，可以大量节省光能，提高小球藻净化猪粪废水的经济效益。本发明方法实用性好，简单易行。
文档编号C02F103/20GK102642929SQ20121013088
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月1日 优先权日2012年5月1日
发明者李博, 王东, 聂耳, 赵永军, 郑正, 钱俊成, 颜诚, 黄威 申请人:复旦大学