CN103451091B - 一种微藻净化畜禽养殖废水装置及其方法 - Google Patents

一种微藻净化畜禽养殖废水装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利涉及一种规模化利用微藻来净化处理畜禽养殖废水的装置及其运用方法，该系统包括畜禽养殖的前处理系统、温室系统、光生物反应器系统、藻液浓度在线检测系统、收集系统、水循环系统、温控系统、采光系统。本专利利用规模化畜禽养殖中产生的废水经调制后来养殖微藻，大大降低了培养微藻的生产成本，废液中的氮磷作为微藻培养的营养物质，降低废水中的各项指标，净化污水提高水质。

Description

一种微藻净化畜禽养殖废水装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种微藻净化畜禽养殖废水装置及其方法。
背景技术
能源危机和水资源危机是21世纪人类面临的两大危机，是制约人类发展的主要问题。因此，开发经济、高效、可再生的新型能源是世界各国的迫切需求，微藻由于不与粮食作物竞争土地、含油量高、光合效率高、环境适应性强、可大规模化且具有碳捕捉的作用而被认为是生产生物柴油的最佳原料。目前，微藻生物能源技术所面临的主要瓶颈是大规模获取生物质资源成本过高。因此，如何降低微藻生物柴油的生产成本是个亟待解决的问题。目前，大规模生产微藻的方法主要有开放的养殖池和密闭的光生物反应器。然而，开放池养殖条件变化较大，并存在严重的污染，无法实现连续稳定的养殖，一般达不到高密度养殖的目的。因此需要提供一种能够降低微藻生物生产成本，同时又可实现高密度微藻养殖的系统。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是设计一种可降低培养微藻的生产成本同时净化养殖废水的净化畜禽养殖废水的系统。
本发明的具体实施方案是：一种微藻净化畜禽养殖废水装置，包括沼液池、藻液混合池、光生物反应器、储液池、用于絮凝处理藻液的收集池以及收集处理后清水的清水池，所述沼液池经沼液管与藻液混合池相连接，所述光生物反应器包括机架，所述机架内设有若干个纵向层叠的平板式反应器，所述最底层平板式反应器上方的平板式反应器底部设有以让液体由上层平板式反应器向下层平板式反应器流出的溢流管，所述最底层平板式反应器底部溢流管与储液池相连通，储液池还设有通向最上层平板式反应器的回液管，所述回液管上设有回液泵，所述藻液混合池设有与最上层平板式反应器相连通的输液管，所述每层平板式反应器设有与收集池相连通的出液管，所述出液管上设有出液开关，所述收集池经连通管与清水池相连通。
进一步的，所述平板式反应器底部设有曝气管，所述曝气管经输气管与提供气体的气泵相连接，所述输气管上设有控制气体流速的气阀。
进一步的，所述机架下方设有轮子，所述机架上设有放置平板式反应器的支撑台，所述平板式反应器每层间隔40 ～60 cm，最下面一层离地面40～60 cm。
进一步的，所述输液管上设有流量控制阀和输液泵，所述光生物反应器内设有温度传感器，所述回液管上设有流量指示器。
进一步的，所述平板式反应器内设有取样器、检测器，所述取样器、检测器经控制系统与电脑相连接。
进一步的，所述光生物反应器置于带有盖设有透光薄膜的温室内。
进一步的，所述温室内设有日光灯和热电偶温感仪。
本发明第二技术方案为一种微藻净化畜禽养殖废水方法，包括如权利要求4所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置其特征在于，按照如下步骤：
（1）      将微藻藻种接种到装有培养液的锥形瓶中，放置于摇床上进行培养，锥形瓶中藻液的OD680达到0.6-0.7时，得到了扩种培养后的藻液；
（2）      将扩种后的藻液转接到装有沼液的沼液混合池中，继续培养藻液使藻液的OD680达到1.2～1.3。
（3）      开启输液泵将步骤（2）的藻液输送至光生物反应器3中进行培养，并通过回液管及回液泵实现藻液循环净化。
（4）   当光生物反应器OD680达到3.0以上时，打开出液开关，藻液流到收集池中，当OD680降到1.2～1.3时，出液开关开关关闭。
进一步的，所述步骤2中扩种培养后的藻液与沼液体积比为3:7，培养温度为22～25℃，光照强度为4000-4500lux，光照和黑暗的时间周期为12h:12h，
进一步的，步骤1中所用的培养液每升中含1,250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4, 1,000 mg MgSO4·7H2O, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2·2H2O, 49.8 mg FeSO4·7H2O, 88.2 mg ZnSO4·7H2O, 14.2 mg MnCl2·4H2O, 15.7 mg CuSO4·5H2O 和4.9 mg Co(NO3)2·6H2O。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明利用多层平板式反应器及回液管形成养殖液循环，畜禽养殖废水经沼气池发酵后的沼液作为微藻养殖的培养液，节约了微藻养殖过程中的成本，微藻在养殖过程中，能对沼液进行进一步的脱氮除磷，缩短生产工艺，降低沼液中的各项指标，净化水体水质，使沼液各项指标达到可排放标准，保护环境，养殖废水经处理后回用，节约养殖用水。
附图说明
图1为本发明微藻净化畜禽养殖废水装置结构示意图。
     图中：1-沼液池，2-藻液混合池，3-光生物反应，4-储液池，5-收集池，6-清水池，7-平板式反应器，8-曝气管，9-轮子，11-沼液管，21-输液管，211-流量控制阀, 212-输液泵，31-机架，32-溢流管，33-温度传感器，34-流量指示器，41-回液管，411-回液泵，51-出液管，511-出液开关，52-连通管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种微藻净化畜禽养殖废水装置，包括沼液池1、藻液混合池2、光生物反应器3、储液池4、用于絮凝处理藻液的收集池5以及收集处理后清水的清水池6，所述沼液池1经沼液管11与藻液混合池2相连接，所述光生物反应器3包括机架31，所述机架31内设有若干个纵向层叠的平板式反应器7，所述最底层平板式反应器7上方的平板式反应器7底部设有以让液体由上层平板式反应器向下层平板式反应器流出的溢流管32，所述最底层平板式反应器7底部溢流管与储液池4相连通，储液池4还设有通向最上层平板式反应器的回液管41，所述回液管41上设有回液泵411，所述藻液混合池2设有与最上层平板式反应器相连通的输液管21，所述每层平板式反应器7设有与收集池5相连通的出液管51，所述出液管51上设有出液开关511，所述收集池5经连通管52与清水池6相连通。
所述平板式反应器7底部设有曝气管71，所述曝气管8经输气管81与提供气体的气泵82相连接，所述输气管81上设有控制气体流速的气阀。
前处理：
本步骤目的在于综合利用养鸭废水资源，先将畜禽养殖废水经过沼气池发酵处理，将发酵产生的沼气收集，进行发电或作为燃料（冬天可用于补给养殖微藻所需的温度），发酵后的沼液采用砂滤或其他形式进行过滤，除去其中的大颗粒杂物，进入沼液池1，作为微藻养殖的培养液。
藻液混合：
沼液池1输送沼液至藻液混合池2中，藻液混合池2中的藻液准备方法如下：
将微藻藻种接种到装有培养液的锥形瓶中，放置于摇床上进行培养，培养温度22～25℃，光照强度4000-4500 lux，光照和黑暗的时间周期为12h:12h，摇床转速120 r/min，当锥形瓶中藻液的OD680达到0.6-0.7时，得到了扩种培养后的藻液；将扩种后的藻液转接到装有处理后沼液的锥形瓶中，体积比为3:7，培养温度22～25℃，光照强度4000-4500lux，光照和黑暗的时间周期为12h:12h，当锥形瓶中藻液的OD680达到1.2～1.3时，得到驯化后的藻液，之后将驯化后的藻液通过输液管21输送至光生物反应器3中进行培养。
其中所用的培养液每升中含1,250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4, 1,000 mg MgSO4·7H2O, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2·2H2O, 49.8 mg FeSO4·7H2O, 88.2 mg ZnSO4·7H2O, 14.2 mg MnCl2·4H2O, 15.7 mg CuSO4·5H2O 和4.9 mg Co(NO3)2·6H2O。
净化：
所述光生物反应器3包括机架31，所述机架31内设有若干个纵向层叠的平板式反应器7，所述最底层平板式反应器7上方的平板式反应器7底部设有以让液体由上层平板式反应器向下层平板式反应器流出的溢流管32，所述最底层平板式反应器7底部溢流管与储液池4相连通，储液池4还设有通向最上层平板式反应器的回液管41，所述回液管41上设有回液泵411，以实现循环净化。所述藻液混合池2设有与最上层平板式反应器相连通的输液管21，输液管21上设有流量控制阀211和输液泵212，使密度较低的藻液导入光生物反应器内进行繁殖。
平板式反应器7采用透光玻璃或塑料制成的，宽度一般不超过2 m，高度不超过0.5 m，长度可以根据需要而定。机架上设有放置平板式反应器的支撑台,平板式反应器7可采用多层结构，节省空间，每层平板式反应器7安装一个溢流管32，相邻两层的平板式反应器7的溢流管32相互错开，便于养殖液循环。在本例图示中，光生物反应器3分5层，每层实际的养殖尺寸为长宽高为8 m、1.2 m、 0.15 m。机架下方设有轮子9方便光生物反应器3的移动，平板式反应器7每层间隔40～60cm，最下面一层离地面40～60 cm。
监测与控制：
所述光生物反应器3内设有温度传感器33，以判断温度是否适宜藻类生长进行补光或遮光工作，所述回液管上设有流量指示器34以判断出液开关511控制出液流速。所述平板式反应器7内还设有取样器、检测器，所述取样器、检测器经控制系统与电脑相连接，实现远程自动化操作。
收集：
在光生物反应器3中每层平板式反应器7的侧面设有与收集池5相连通的出液管51和出液管51设有出液开关511，平板式反应器7内设有检测器可用于检测藻液的OD680（藻的光密度值），当OD680达到3.0以上时，出液开关511自动打开，藻液流到收集池5中，当OD680降到1.2时，出液开关511开关关闭，之后利用输液泵212补充沼液。
收集池5放有有机絮凝剂可对收集池5中的藻液进行絮凝浓缩处理，上层藻液可回流到光生物反应器中进一步养殖，下层浓缩液送入离心机中，在5000-6000 r/min的条件下进行离心，液体被甩出离心机，经连通管52进入清水池6中，而微藻留在离心机内，之后将离心机内的微藻取出，在100-110℃下烘干，得到微藻用于生物柴油生产。
安装：
光生物反应器3可置于带有盖设有透光薄膜的温室内，温室内设有日光灯和热电偶温感仪。温室内采用透光强的薄膜进行遮盖，温室两侧的薄膜设计成可升降模式，以利于温室通风，控制温度。温室系统的大小可根据实际地形做相应调整，本例中搭建了一个长宽高分别10m* 5m* 4 m的温室。在自然光照不充足的时候，以日光灯进行光照补充。所述温室内安装有热电偶温感仪，以对温室系统内的温度进行监测调控，控制温室系统内温度在25℃左右。
本发明还涉及一种微藻净化畜禽养殖废水方法，包括如权利要求4所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置其特征在于，按照如下步骤：
（1）      将微藻藻种接种到装有培养液的锥形瓶中，放置于摇床上进行培养，锥形瓶中藻液的OD680达到0.6-0.7时，得到了扩种培养后的藻液；
（2）      将扩种后的藻液转接到装有沼液的沼液混合池中，继续培养藻液使藻液的OD680达到1.2～1.3。
（3）      开启输液泵将步骤（2）的藻液输送至光生物反应器3中进行培养，并通过回液管及回液泵实现藻液循环净化。
（4）   当光生物反应器OD680达到3.0以上时，打开出液开关，藻液流到收集池中，当OD680降到1.2～1.3时，出液开关开关关闭。
上述步骤（2）中扩种培养后的藻液与沼液体积比为3:7，培养温度为22～25℃，光照强度为4000-4500lux，光照和黑暗的时间周期为12h:12h，
上述步骤（1）中所用的培养液每升中含1,250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4, 1,000 mg MgSO4·7H2O, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2·2H2O, 49.8 mg FeSO4·7H2O, 88.2 mg ZnSO4·7H2O, 14.2 mg MnCl2·4H2O, 15.7 mg CuSO4·5H2O 和4.9 mg Co(NO3)2·6H2O。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种微藻净化畜禽养殖废水装置，其特征在于，包括沼液池、藻液混合池、光生物反应器、储液池、用于絮凝处理藻液的收集池以及收集处理后清水的清水池，所述沼液池经沼液管与藻液混合池相连接，所述光生物反应器包括机架，所述机架内设有若干个纵向层叠的平板式反应器，最底层平板式反应器上方的平板式反应器底部设有以让液体由上层平板式反应器向下层平板式反应器流出的溢流管，最底层平板式反应器底部溢流管与储液池相连通，储液池还设有通向最上层平板式反应器的回液管，所述回液管上设有回液泵，所述藻液混合池设有与最上层平板式反应器相连通的输液管，每层平板式反应器设有与收集池相连通的出液管，所述出液管上设有出液开关，所述收集池经连通管与清水池相连通，所述平板式反应器底部设有曝气管，所述曝气管经输气管与提供气体的气泵相连接，所述输气管上设有控制气体流速的气阀，所述输液管上设有流量控制阀和输液泵，所述光生物反应器内设有温度传感器，所述回液管上设有流量指示器，所述平板式反应器内设有取样器、检测器，所述取样器、检测器经控制系统与电脑相连接。
2.根据权利要求1所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置，其特征在于，所述机架下方设有轮子，所述机架上设有放置平板式反应器的支撑台，所述平板式反应器每层间隔40～60cm，最下面一层离地面40～60 cm。
3.根据权利要求1所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置，其特征在于，所述光生物反应器置于带有盖设有透光薄膜的温室内。
4.根据权利要求3所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置，其特征在于，所述温室内设有日光灯和热电偶温感仪。
5.一种微藻净化畜禽养殖废水方法，包括如权利要求2所述的一种微藻净化畜禽养殖废水装置其特征在于，按照如下步骤：
（1）将微藻藻种接种到装有培养液的锥形瓶中，放置于摇床上进行培养，锥形瓶中藻液的OD680达到0.6-0.7时，得到了扩种培养后的藻液；
（2）将扩种后的藻液转接到装有沼液的沼液混合池中，继续培养藻液使藻液的OD680达到1.2～1.3；
（3）开启输液泵将步骤（2）的藻液输送至光生物反应器中进行培养，并通过回液管及回液泵实现藻液循环净化；
（4）当光生物反应器OD680达到3.0以上时，打开出液开关，藻液流到收集池中，当OD680降到1.2～1.3时，出液开关关闭。
6.根据权利要求5所述的一种微藻净化畜禽养殖废水方法，其特征在于，所述步骤(2)中扩种培养后的藻液与沼液体积比为3:7，培养温度为22～25℃，光照强度为4000-4500lux，光照和黑暗的时间周期为12h:12h。
7.根据权利要求6所述的一种微藻净化畜禽养殖废水方法，其特征在于，步骤(1)中所用的培养液每升中含1,250 mg KNO3, 1,250 mg KH2PO4, 1,000 mg MgSO4·7H2O, 500 mg EDTA, 114.2 mg H3BO3, 111 mg CaCl2·2H2O, 49.8 mg FeSO4·7H2O, 88.2 mg ZnSO4·7H2O, 14.2 mg MnCl2·4H2O, 15.7 mg CuSO4·5H2O 和4.9 mg Co(NO3)2·6H2O。
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