CN103087921B - 雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法，本方法利用雨生红球藻规模化养殖后废水中抑制生长物为热敏性物质的特点，采用加热后沉淀的方法除去其抑制物，从而实现了废水的循环利用，同时本发明提供了一种实现雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的装置，本装置采用大型太阳能装置对废水进行加热，节能环保、成本低廉、可操作性强。

Description

雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种废水处理回用的方法及装置，具体地说，涉及一种雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法及装置，属资源再利用领域。
背景技术
雨生红球藻（简称红球藻，Haematococcus pluvialis）是一种单细胞绿藻，在生长后期特定条件下会累积大量的虾青素。虾青素是β一胡萝卜素的一种衍生物。它是一种极具潜力的类胡萝卜素添加剂，有很强的抗氧化性，有超级维生素E之称，在食品、饲料、化妆品、医药等领域有着广阔的前景，目前国际市场供货能力有限，远远不能满足需求。利用雨生红球藻在特定条件下大量积累虾青素的能力进行生产，是最具发展潜力的虾青素开发途径，也是国内外学者普遍关注的热点问题。
目前，雨生红球藻已进行了初步的商业化、规模化生产。但雨生红球藻需生长在淡水水体中，养殖需要大量的淡水资源，一般情况下生产1千克藻粉（干重）需要约100吨水，养殖成本中水成本所占比例可达70%以上。雨生红球藻目前一般采取批次养殖方式，养殖后剩余的水体无法利用而作为废水直接排放，造成了大量水资源浪费和养殖成本提高。养殖废水之所以不能重复利用除了因为养殖水体营养成分的降低，还有一重要原因为在养殖后期（10天一个养殖周期）水体中产生了抑制藻细胞自身生长的物质，即生长抑制物。研究发现，即使重新增加养殖水体营养成分的含量也无法使废水得到重新利用，这说明养殖废水中雨生红球藻的生长抑制物是决定废水能否重复利用的关键。
有关研究表明雨生红球藻会产生抑制物，但在藻培养的初期并不大量积累，而是在培养过程，特别是在培养的中、后期逐渐形成，并积累在培养液中。该生长抑制物的产生与处理藻细胞密度有关，细胞密度越大，红球藻产生的生长抑制物就越多。但目前关于雨生红球藻生长抑制物的具体种类、组份、化学结构和性质及去除方法均研究很少，现尚未见雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法和装置的报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明针对雨生红球藻养殖废水的特点进行了深入的研究，找到了去除生长抑制物的方法，并结合大型太阳能热水器装置等，形成本发明技术。
本发明提供的雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的方法及装置，可以有效地、大规模地去除养殖废水中的生长抑制物，达到养殖废水回用的目的。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
采用沉淀池、大型太阳能热水器装置、冷却池及连接管路的组合装置进行养殖废水的处理。利用雨生红球藻养殖结束后藻细胞沉淀这一特性，将光生物反应器养殖结束后的含藻水体打入沉淀池进行藻细胞自然沉淀，然后打入大型太阳能热水器装置进行水体升温，至80℃以上，以消除养殖水体中的热敏性生长抑制物质，最后打入冷却池进行冷却，然后回用。
本发明所述雨生红球藻养殖废水回用的方法，具体步骤包括：
（1）将在光生物反应器中规模化养殖结束后的雨生红球藻养殖水体打入沉淀池，沉降，待上清液镜检无藻细胞后，将上清液水体打入大型太阳能热水器装置。藻细胞沉降到池底部，收集后进行加工成为后续产品。雨生红球藻生长到后期藻细胞将从游动状态转变为不动状态，藻细胞会自然沉降到水体底部。利用这一特性在沉淀池内进行藻细胞的自然沉降，以去除养殖水体中的藻细胞。
（2）利用太阳能或/和辅助电加热装置对水体进行升温，保温。优选的，水体升温后温度至80℃以上，保温维持半个小时以上。本发明实践中发现，养殖水体中的生长抑制物为热敏性物质，当水温升到80℃以上，并维持半个小时以上时间，该抑制物质就失去抑制活性。
（3）水体在大型太阳能热水器装置中升温结束后，打入冷却池进行自然冷却。
（4）当冷却池内水体温度下降到雨生红球藻生长适宜的温度20~25℃时，即可将水体重新打入光生物反应器中回用。
同时，本发明提供了一种雨生红球藻规模化养殖废水处理回用的专用装置，其包括依次管路循环连接的光生物反应器、沉淀池、大型太阳能热水器装置和冷却池。
进一步的，所述光生物反应器、沉淀池、大型太阳能热水器装置和冷却池的进水管处设有水泵。
进一步的，所述辅助电加热装置设于太阳能热水器内部。
本发明提供的雨生红球藻养殖废水回用方法，利用了大型太阳能热水器装置对养殖后废水进行加热，然后沉淀除去抑制雨生红球藻生长的热敏性物质，方法简单，易于操作。所用大型太阳能热水器装置在晴天条件下，尤其在夏天，可以很容易的将水温升到80℃。若在阴天或夜间，还可利用其自带的电加热功能做辅助加热升温至所需温度。
本发明的优点在于：
（1）本发明找到了消除雨生红球藻养殖废水中生长抑制物的方法，即通过升高水体温度达到消除生长抑制物的目的，从而解决雨生红球藻养殖废水无法重复利用的难题。
（2）实现水资源回用，节约大量水资源，缓解水资源供应紧张的问题。
（3）有效降低雨生红球藻养殖成本。
（4）利用太阳能加热水体，节约了能源，降低了成本。
（5）本发明所用设备简单，可操作性强，水处理成本低。
附图说明
附图1为本发明提供的雨生红球藻规模化养殖废水回用的装置示意图，其中
1、光生物反应器；2、沉淀池；3、大型太阳能热水器装置；4、冷却池。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
夏季（7月），在山东地区，将在光生物反应器1中规模化养殖后期的雨生红球藻养殖水体10m3，打入建好的15m3的沉淀池2中。沉降24h后，对沉淀池2中上清液进行显微镜观察，当发现视野中看不见藻细胞时，将沉淀池2中上清液水体利用水泵打入大型太阳能热水器装置3，测得此时水温为25℃。在晴天条件下，经过8h升温，大型太阳能热水器装置3中水温达到95℃以上，维持1h后，将水体排出，进入冷却池4进行自然冷却。当测得冷却池4中水体水温在25℃时，将水体重新打入养殖雨生红球藻的光生物反应器1，加入藻生长所必需的各类营养物质，接入细胞密度为2万个/ml的雨生红球藻藻种进行培养。
将上述光生物反应器设为1#光生物反应器。设置另外两个光生物反应器作为对照，一个（2#光生物反应器）加入由新鲜水和同样浓度营养物质配置的养殖水体，并接入同样密度的藻种；另外一个（3#光生物反应器）加入未经使用本发明技术处理的雨生红球藻养殖后水体，加入同样浓度的营养物质，接入同样密度的藻种；2#光生物反应器和3#光生物反应器的其余处理方法与1#光生物反应器相同。
将上述三个光生物反应器置于同样的养殖条件下同时进行养殖，结果表明，1#和2#光生物反应器中藻生长状况基本一致，藻生长速率和最终藻细胞密度基本一致，在10d的养殖时间内，最终藻细胞密度均可以达到40万个/ml左右。而3#光生物反应器中藻则未见生长。
说明在夏季，利用本发明提供的方法和系统处理过的养殖废水，能够达到与新鲜水配置的养殖水体同样的养殖效果，能够达到雨生红球藻养殖废水回用的目的。
实施例2
冬季（12月），在山东地区，采用与夏季同样的方法，将在光生物反应器1中规模化培养后期的雨生红球藻养殖水体10m3，打入建好的15m3的沉淀池2中。沉降24h后，对沉淀池2中上清液进行显微镜观察，当发现视野中看不见藻细胞时，将沉淀池2中上清液水体利用水泵打入大型太阳能热水器装置3，同时测得此时水温为25℃。在晴天条件下，经过8h升温，大型太阳能热水器装置3中水温达到80℃以上，维持1h后，将水体排出，进入冷却池4进行自然冷却。当测得水温在25℃时，将水体重新打入培养雨生红球藻的光生物反应器1，加入藻生长所必需的各类营养物质，接入细胞密度为2万个/ml的雨生红球藻藻种进行培养。
将上述光生物反应器设为1#光生物反应器。设置另外两个光生物反应器作为对照，一个（2#光生物反应器）加入由新鲜水和同样浓度营养物质配置的养殖水体，并接入同样密度的藻种；另外一个（3#光生物反应器）加入未经使用本发明技术处理的雨生红球藻养殖后水体，加入同样浓度的营养物质，接入同样密度的藻种；2#光生物反应器和3#光生物反应器的其余处理方法与1#光生物反应器相同。
将上述三个光生物反应器置于同样的养殖条件下同时进行养殖，结果表明，1#和2#光生物反应器中藻生长状况基本一致，藻生长速率和最终藻细胞密度基本一致，在10d的养殖时间内，最终藻细胞密度均可以达到30万个/ml左右。而3#光生物反应器中藻则未见生长。
说明在冬季，利用本发明提供的方法和系统处理过的养殖废水，能够达到与新鲜水配置的养殖水体同样的养殖效果，能够达到雨生红球藻养殖废水回用的目的。

Claims (2)

1.一种雨生红球藻养殖废水回用的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将在光生物反应器中规模化养殖结束后的雨生红球藻养殖水体打入沉淀池，沉降，待上清液镜检无藻细胞后，将上清液水体打入大型太阳能热水器装置；
（2）水体进行升温，保温；
（3）水体在大型太阳能热水器装置中升温结束后，打入冷却池进行自然冷却；
（4）当冷却池内水体温度下降到雨生红球藻生长适宜的温度20~25℃时，即可将水体重新打入光生物反应器中回用；
步骤（2）中，升温温度至80℃以上，保温维持半个小时以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，利用太阳能或/和辅助电加热装置对水体进行升温、保温。 
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