一种基于藻菌共生的高效净化沼液的方法与流程

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：
：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。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。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。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。目前未见有效解决前述问题的方法。技术实现要素：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。本发明基于藻菌共生高效净化沼液的方法，包括如下步骤：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；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；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。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。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。优选地，步骤a中，所述自然沉淀的时间为2～6h。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(Phaeodactylumtricornutum)或布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)。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。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。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。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。优选地，步骤b中，自然沉淀的时间为0.5-3d。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。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。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。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。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。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。附图说明图1本发明净化沼液方法的工艺流程图具体实施方式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。本发明所用的试剂及仪器均为市售。所有微藻均购买自中国科学院淡水藻种库。实施例1本发明净化沼液的方法一、本发明方法a、SBR反应反应装置：SBR反应器；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；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；b、藻菌反应反应装置：开放的跑道池；竖流式沉淀池；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；其中，每1L上清液1中接种微藻的干重为0.25g；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；控制搅拌速度使开放式跑道池中的液体流速为0.5m/s。c、水生植物反应反应装置：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)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。二、检测1、污染物检测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：指标原沼液最后出水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，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GB18596-2001》。2、微藻产量检测经过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。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。实施例2本发明净化沼液的方法一、本发明方法a、SBR反应反应装置：SBR反应器；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；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；b、藻菌反应反应装置：气升反应器；竖流式沉淀池；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；其中，每1L上清液1中接种微藻的干重为0.2g；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。c、水生植物反应反应装置：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)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。二、检测1、氨氮检测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：指标原沼液最后出水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，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GB18596-2001》。2、微藻产量检测经过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。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。实施例3本发明净化沼液的方法一、本发明方法a、SBR反应反应装置：SBR反应器；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；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；b、藻菌反应反应装置：鼓泡式反应器；竖流式沉淀池；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；其中，每1L上清液1中接种微藻的干重为0.3g；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。c、水生植物反应反应装置：维管植物反应池(氧化塘，其中，水生维管植物为狐尾藻)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。二、检测1、氨氮检测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：指标原沼液最后出水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，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GB18596-2001》。2、微藻产量检测经过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。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。实施例4本发明净化沼液的方法一、本发明方法a、SBR反应反应装置：SBR反应器；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；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；b、藻菌反应反应装置：开放的跑道池；竖流式沉淀池；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；其中，每1L上清液1中接种微藻的干重为0.25g；搅拌是持续搅拌；控制搅拌速度使开放式跑道池中的液体流速为0.1m/s。c、水生植物反应反应装置：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)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。二、检测1、氨氮检测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：指标原沼液最后出水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，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GB18596-2001》。2、微藻产量检测经过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。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。对比例省略本发明步骤a，则会导致步骤b中的藻类大量死亡。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。当前第1页1 2 3