禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法
【专利摘要】本发明属于废水处理领域，提供一种禽粪发酵液生产水溶肥废水的综合处理方法，包括步骤：1)向禽粪发酵液制作水溶肥过程中产生的废水中吹入空气，用吹脱的方式进行氨氮气体的脱除，2)将脱除的氨氮气体用硫酸溶液吸收；3)吹脱后的废水调节pH值；4)向调节pH值后的废水中接种处于对数生长期的小球藻，通入CO2与空气混合气体，培养微藻。本发明提出的综合处理方法，既可以实现废水达标排放，又可以做到氨氮的回收以及生物质原料的生产，起到环境保护与资源生产的双重功效。本发明提出的吹脱微藻养殖系统可以同时实现氨氮的吹脱与微藻废水养殖，将可以单独分离的四个反应器分别合并为两个反应器，减少了占地面积，节约了经济成本。
【专利说明】禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于废水处理领域，具体涉及一种利用微生物的废水处理方法及其设备。
【背景技术】
[0002] 禽粪发酵液废水为禽粪厌氧发酵后的残余物，营养成分丰富，既含有氮、磷、钾等 常量元素，又含有多种微量元素，水解酶，氨基酸，有机酸，生长素等生物活性物质。这些都 证明了禽粪发酵液可以作为一种优良的肥料，尽管由于禽粪发酵液中营养成分浓度较低， 但经过膜浓缩处理，含量大大提高。目前使用膜浓缩的方式生产水溶肥已经成为趋势。然 而，在使用膜浓缩方式生产水溶肥的过程中，其出水水质中氨氮浓度含量仍然很高，无法达 标排放，另外，由于通过膜滤浓缩的方式，经过膜处理后的出水中有机物含碳化合物浓度含 量较低，含磷化合物浓度较低，pH值较高，盐度较高，属于高氨氮与高盐度废水。碳氮磷比 例失调以及较高的pH值与盐度致使传统的污水生物处理方法难以正常运行。
[0003] 目前高氨氮废水的处理方法有鸟粪石沉淀法，混凝沉淀法，电化学加氯折点法，硝 化反硝化法等。其中鸟粪石沉淀法、混凝沉淀法消耗大量化学试剂，容易造成环境的二次污 染，电化学加氯折点法投资费用较高，且容易形成氯胺等致癌物，生物化学法中的硝化与反 硝化法耐受的初始有机污染物负荷较低，且运行耗时较长。吹脱是目前工业高氨氮废水中 较为有效的处理方法，通过吹脱，可将氨氮降低至一定水平。但是吹脱法对于废水的pH值 要求较高，必须大于9. 0以上，因此，一般在处理普通高氨氮废水前，需要将废水的pH调整 到9. 0以上。
[0004] 微藻是一种分布广，适应性强的生物，能在海水，污水，盐碱地中生长；其生长速度 快、生长周期短，且所需养分不多，同时还能去除污水中的氮磷，很早就被用于处理污水。微 藻光合作用效率高，利用光合作用生长繁殖，吸收了二氧化碳，可缓解温室效应。藻类对氨 氮的吸收利用效果较好，且不需要大量的有机碳化合物与含磷化合物，因此，在本系统中， 基于微藻较强的光合作用，去除废水中所含的氨氮，同时通过光合作用由光能转化成了微 藻的自身的生物质化学能，生成的物质又可以进行厌氧发酵，投入厌氧发酵系统中，既可以 做到废水中污染物的回收利用，产生的生物量又可以作为发酵与生产生物原油的原料，实 现了污水的处理与资源化利用。
【发明内容】
[0005] 针对本领域的不足之处，本发明的目的是提出一种禽粪发酵液生产水溶肥的废水 综合处理方法。
[0006] 实现本发明上述目的技术方案为：
[0007] -种禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法，包括步骤：
[0008] 1)向禽粪发酵液生产水溶肥过程中所产生的废水中吹入空气以脱除废水中氨氮， 吹脱最终使得废水中氨氮浓度为100?300mg/L ;再吹入C02调节剩余废水的pH值至7. 0? 7. 2 ;S卩，调节剩余废水的pH值至微藻生长适宜范围内；
[0009] 2)将吹脱出的氨氮气体用硫酸溶液吸收，用于生产铵肥与微藻液体纯培养基；利 用产生的硫酸铵溶液，进行微藻纯液体培养基的配制，并进行微藻的培养。
[0010] 3)向步骤1)吹脱后的废水中接种处于对数生长期的小球藻，接种量为0. 2g/L至 0. 4g/L 干重。
[0011] 白天与夜间都通入C02与空气混合气体，培养微藻；连续培养5?8天，使得微藻 的生长到达平台期。此时，将微藻收获，以便用于生物原油的制取。
[0012] 本发明使用的微藻为小球藻Chlorella sp.，为Chlorella属，藻株编号： FACHB-1067,购自中科院水生所（地址：武汉珞珈山东湖南路7号中科院水生生物研究所淡 水藻种库）。
[0013] 其中，所述禽粪发酵液生产水溶肥过程中产生的废水为低有机物，高氨氮，高pH 值，高盐度废水。所述禽粪为鸡粪或鸽粪，所述禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中COD 为 70 ?90mg/L，NH3-N 浓度为 2000 ?2100mg/L，TP 浓度 3. 7 ?5. Omg/L，pH 值为 11. 3 ? 11. 6,钾元素浓度为1400?1600mg/L，钙元素浓度为0. 050?0. 090mg/L，铁元素浓度为 0. 09?0. 18mg/L。禽粪发酵液生产水溶肥过程中产生的废水性质较为特殊，其中氨氮浓 度含量高，有机污染物少，pH值较高，由此带来了处理成本高，资源化程度低，污染严重等问 题。
[0014] 本工艺分为三个部分，一部分将废水中氨氮进行吹脱，去除废水中大部分氨氮；一 部分将吹脱出的氨氮吸收，作为微藻纯培养的培养基中氨氮的主要来源，还可以用于制作 铵肥；另外一部分利用吹脱后废水中剩余的氨氮培养微藻，用微藻吸收废水中氨氮，使废水 达标排放的同时实现微藻生物量的生产，用于返回发酵工程，或者通过热化学的技术手段 生产生物原油。通过以上三部分的运作，实现废水的减排与氮资源的循环利用。
[0015] 其中，所述步骤1)中，铵肥原料与微藻液体培养基的获取采用吹脱并稀硫酸吸收 的方式获得。其中吹脱采用的空气为热空气，温度为40?60°C，空气气体流量为2?6L/ min，吹脱时间为3?6h。优选地，所述步骤2)中硫酸溶液的浓度为0. 5?1. Omol/L。
[0016] 其中，所述步骤1)吹脱之后，再吹入C02, C02流量为0. 05?0. lL/min，最终使得 废水中pH值为7.0?7. 2。
[0017] 进一步优选地，所述步骤3)中，废水培养微藻所采用的通气方法为白天与夜间都 通入空气与C0 2混合气体的方式。其中白天通入的混合气体中，C02占空气体积的6?10 %， 混合气体流量范围为〇. 2?0. 4L/min，为微藻生长补充碳源并保持废水的pH值在7. 0? 7. 5 ;夜间通入的混合气体中，C02占空气体积的1?3%，混合气体流量范围为0. 1?0. 3L/ min，保持pH值在7.0?7. 5。其中，步骤2)产生的硫酸铵溶液作为微藻液体培养基中氮元 素的来源，所述微藻液体培养基的配制除了氮元素外，根据BG-11标准培养基的配方，添加 相应的碳元素，磷元素以及其它微量元素，以实现微藻生长，节约氮元素。
[0018] 用于本发明所述的综合处理方法的设备，包括反应器主体、氨氮气液吸收单元、微 藻种子培养器、进气单元；
[0019] 所述反应器主体设置有禽粪发酵液生产水溶肥废水的废水进水口，反应器主体底 部与进气单元连接，反应器主体上部与所述微藻种子培养器连接，反应器主体的顶部连接 出气管；
[0020] 所述氨氮气液吸收单元为密封的容器，容器内用隔板分为液体防倒吸室和氨氮 气-液吸收室，所述出气管插入液体防倒吸室底部，所述液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室 之间有导气管连通；
[0021] 所述微藻种子培养器与所述氨氮气-液吸收室通过出水管连接；所述微藻种子培 养器内设置有搅拌装置，所述微藻种子培养器通过微藻流出管连接所述反应器主体；
[0022] 所述进气单元包括混合气室、C02进气管路和空气进气管路，C02进气管路和空气 进气管路汇集于混合气室，所述混合气室通过混合气路分别与反应器主体和微藻种子培养 器的底部连接。
[0023] 进一步地，所述进气单元中，C02进气管路连接有C02储气罐，所述空气进气管路连 接有风机，所述空气进气管路上设置有空气加热装置，所述空气加热装置为水浴加热装置。
[0024] 具体地，所述的方法，可通过以下步骤来完成的：
[0025] -、通过水泵，由废水进水口向反应器主体中泵入鸡粪发酵液水溶肥生产废水至 反应器主体的二分之一体积；
[0026] 二、开启空气压缩机与空气加热系统，空气压力控制阀门，调节空气流量计，使空 气加热到一定温度后，通过混合气室，以及气体曝气头进入反应器主体，将废水中的氨氮进 行吹脱，最终废水中氨氮浓度停留在微藻适宜生长的范围内；
[0027] 三、关闭空气压缩机，气体加热系统与压力阀门，关闭空气气路系统。
[0028] 四、开启C02气路系统。打开C02压力控制阀门，调节C0 2流量计，向反应器内通入 C02，调节废水中pH值至7. 0-7. 2 ;
[0029] 五、关闭C02压力控制阀门，关闭C02气路系统；
[0030] 六、打开藻液进口，向反应器主体中投入新鲜微藻种子藻液，约占废水体积的 1/5 ；
[0031] 七、开启C02气路系统与空气气路系统，控制0)2与空气一定比例，调节混合气体流 量计，将混合气体通过混合气路通入到气体曝气头中，生成气泡，进行微藻的废水培养；
[0032] 八、在通入混合气体的条件下，连续培养6天后，藻液经由藻水出水口排出反应器 主体，做后续的藻水分离。
[0033] 九、经过吹脱后的氨氮经由集气罩，出气管进入液体防倒吸室，再经过导气管进入 氨氮气-液吸收室，开启电机，使螺旋桨转动，形成均匀的硫酸铵溶液；待吹脱完毕之后，继 续揽祥硫fe按溶液；
[0034] 十、打开阀门，将硫酸铵溶液注入到微藻种子培养器中，打开进水管，进行相应比 例的稀释，同时加入微藻培养基所需的其他元素并调节培养基pH值，开启螺旋桨，进行微 藻培养基的配制；
[0035] -| 、培养基配制完毕之后，向微藻种子培养器开口处按照一定体积比投入微藻 种子，并打开气路单元，通入与步骤七同样的C02与空气的混合气体，混合气体通过混合气 路由气体曝气头进入微藻种子培养器中，将微藻培养6天。
[0036] 十二、将培养后的微藻种子液经由微藻流出管流出，通过水泵泵入到反应器主体 中进行废水的氨氮吸收与微藻的废水养殖。
[0037] 本发明的有益效果在于：
[0038] 本发明提出了禽粪发酵液生产水溶肥的废水处理与综合利用方法，是将微藻处理 与氨氮回收利用相结合的废水处理与资源化的方法，既可以实现废水达标排放，又可以做 到氨氮的回收以及生物质原料的生产，且废水中的氨氮回收可达98%以上，起到了环境保 护、资源生产以及循环重复利用的多重功效。
[0039] 本发明将氨氮吹脱与微藻养殖并入同一反应器，微藻培养基配制与微藻种子培养 并入同一反应器，大大减少了占地面积，节约了经济成本。本发明采用的通气步骤与气路系 统，可以分步实现氨氮吹脱与微藻养殖，同时实现废水养藻与微藻纯培养；通过改变气路中 气体的供给种类、供给配比与供给量，满足了氨氮吹脱与微藻养殖所需要的空气与〇) 2，灵 活多变。
[0040] 另外，本发明所采用的微藻废水培养过程中采用了通入co2而非传统的添加化学 试剂的方式调节废水pH值的方法，在解决了吹脱后废水pH值过高不利于养殖微藻的问题 的同时，避免了化学试剂的添加造成的废水中盐度升高，不利于微藻生长，以及可能产生的 二次污染等问题，具有安全、高效、经济节约的功效。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1为本发明禽粪发酵液生产水溶肥的废水处理设备结构简图。
[0042] 图中，编号和部件名称对应关系为：
[0043]
【权利要求】
1. 一种禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法，其特征在于，包括步骤： 1) 向禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中吹入空气以脱除废水中氨氮，吹脱最终使 得废水中氨氮浓度为100?300mg/L ;再吹入C02调节剩余废水的pH值至7. 0?7. 2 ; 2) 将吹脱出的氨氮气体用硫酸溶液吸收，用于生产铵肥与微藻液体纯培养基；利用产 生的硫酸铵溶液，进行微藻纯液体培养基的配制，并进行微藻的培养； 3) 向步骤1)吹脱后的废水中接种处于对数生长期的小球藻，接种量为0.2g/L至 0. 4g/L干重；白天与夜间都通入C02与空气混合气体，培养微藻；连续培养5?8天，使微 藻的生长到达平台期。
2. 根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所述禽粪为鸡粪或鸽粪，所 述禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中COD为70-90mg/L，NH 3-N浓度为2000-2100mg/ 1，丁？浓度3.7-5.011^/1，？!1值为11.3-11.6，钾元素浓度为1400-160011^/1，钙元素浓度为 0· 050-0. 090mg/L，铁元素浓度为 0· 09-0. 18mg/L。
3. 根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所述步骤1)中，吹脱采用的 空气为热空气，温度为40?60°C，空气流量为2?6L/min，吹脱时间为3?6h。
4. 根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所述步骤2)中硫酸溶液的 浓度为〇· 5?1. Omol/L。
5. 根据权利要求1?4任一所述的废水综合处理方法，其特征在于，所述步骤1)吹脱 之后，再吹入C02, C02流量为0. 05?0. lL/min，最终使得废水中pH值为7. 0?7. 2。
6. 根据权利要求1?4任一所述的废水综合处理方法，其特征在于，所述步骤3)中，废 水培养微藻所采用的通气方法为白天与夜间都通入空气与〇) 2混合气体的方式，其中白天 通入的混合气体中，C02占空气体积的6?10 %，混合气体流量范围为0. 2?0. 4L/min，为 微藻生长补充碳源并保持废水pH值在7. 0?7. 5 ;夜间通入的混合气体中，C02占空气体积 的1?3%，混合气体的流量范围为0. 1?0. 3L/min，保持废水pH值在7. 0?7. 5。
7. 根据权利要求1?4任一所述的废水综合处理方法，其特征在于，步骤2)产生的 硫酸铵溶液作为微藻液体培养基中氮元素的来源，所述微藻液体培养基的配制除了氮元素 夕卜，根据BG-11标准培养基的配方，添加相应的碳元素，磷元素以及其它微量元素，以实现 微藻生长，节约氮元素。
8. 根据权利要求1?4任一所述的废水综合处理方法，其特征在于，采用的设备包括反 应器主体、氨氮气液吸收单元、微藻种子培养器、进气单元； 所述反应器主体设置有禽粪发酵液生产水溶肥的废水进水口，反应器主体底部与进气 单元连接，反应器主体上部与所述微藻种子培养器连接，反应器主体的顶部连接出气管； 所述氨氮气液吸收单元为密封的容器，容器内用隔板分为液体防倒吸室和氨氮气-液 吸收室，所述出气管插入液体防倒吸室底部，所述液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室之间 有导气管连通； 所述微藻种子培养器与所述氨氮气-液吸收室通过出水管连接；所述微藻种子培养器 内设置有搅拌装置，所述微藻种子培养器通过微藻流出管连接所述反应器主体； 所述进气单元包括混合气室、C02进气管路和空气进气管路，C02进气管路和空气进气 管路汇集于混合气室，所述混合气室通过混合气路分别与反应器主体和微藻种子培养器的 底部连接。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进气单元中，C02进气管路连接有C02 储气罐，所述空气进气管路连接有风机，所述空气进气管路上设置有空气加热装置，所述空 气加热装置为水浴加热装置。
【文档编号】C02F9/14GK104250058SQ201410472686
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】卢海凤, 李保明, 张婷婷, 张源辉, 董泰丽, 张东明, 王新峰 申请人:中国农业大学, 山东民和生物科技有限公司