CN106277582A - 一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法 - Google Patents

一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，属于水处理技术领域。利用微藻和滤层中的透明无机材料一起制成生物活性填料，直接装填生物滤池中，通过对微藻的培养和驯化，得到具有生物活性的微藻活性填料；养殖污水出水直接流经生物滤池时，通过微藻迅速生长繁殖，直接吸收、转化去除水体中的氮、磷等营养物质。原污水经过生物滤池，出水氮、磷降解率达95%以上，实现高效脱氮、除磷。本发明利用生物微藻去除污水中的氮、磷等营养物质，不需添加化学药剂，系统运行稳定，无二次污染，可以有效治理养殖污水氮磷污染问题，操作简单，对农村水环境治理和改善具有重要的实际意义。

Description

一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法
技术领域
本发明涉及一种养殖污水处理的方法，具体涉及一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法。
背景技术
水体富营养化一直以来是水污染处理中最为复杂和困难的问题。氮、磷是引起水体富营养化的主要因素。水体中过量的氮和磷会导致植物的过度生长。然而，现有的污水处理工艺还没有任何单一的生物、化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮、磷等营养物质。常规的二级生化处理工艺能有效地降低污水中的BOD5和SS，但对氮、磷等营养物只能去除30%~50%，其去除效果不太明显。
近年来，随着新农村建设，规模化畜禽养殖业得到快速发展，畜禽排泄物产生量随之快速增加。畜禽排泄物含有大量的氮、磷及重金属元素，养殖污水若直接排放，将携带大量的氨氮和磷酸盐进入周边水体和土壤，造成区域水体和土壤污染。畜禽养殖业发展与环境污染之间的矛盾日益凸显，养殖污水对环境的危害将成为影响畜禽养殖业可持续发展的制约因素。
由于常规工艺中存在碳源、泥龄、硝酸盐等问题的存在，现行的生物脱氮除磷工艺如A2/O、SBR、氧化沟等工艺对氮、磷同时去除效果不佳，越来越不能满足逐渐提高的水质排放标准。同时，传统工艺存在基建投资大，运行费用高、能量消耗高等一系列问题，也很难在养殖基地推广。此外，化学脱氮除磷工艺所产生的废渣将对环境产生二次污染。因此，研究开发经济高效的脱氮除磷方法对养殖污水治理具有重要意义。
微藻是一类非常原始，在陆地和海洋分布广泛，光合利用度高的水生生物资源。具有生长快、产量高、可定向培养、适应能力强、易调控等特点。微藻可吸收利用氮、磷元素进行代谢活动来去除水体氮、磷等营养物质。与传统方法相比，利用微藻处理污水可以克服传统污水处理方法易引起的二次污染、处理效率低、资源不能完全利用等弊端。同时，微藻生长速度快，能够有效去除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的是在于克服现有传统脱氮除磷工艺的缺陷，提供一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法。该方法过程简单，成本低，脱氮除磷效果高。本发明在实验条件下，使用含有微藻的生物滤池处理养殖污水可达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)中对氮、磷的排放要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，包括以下步骤：
（1）生物滤池的建立：滤层载体填料采用透明无机材料（所述透明无机材料为玻璃薄片或塑料薄膜）；
（2）原水预处理：养殖污水经沉淀固液分离，清液经调节池调整水质范围，pH为6~8，温度20~30℃；
（3）微藻的接种、培养：将微藻和步骤（1）中所述滤层载体填料一起制成生物活性填料，微藻和滤层载体填料混合的体积比为1:2，将该生物活性填料置于装有BG11培养基的生物滤池中作为滤层，培养5天，培养条件为：温度25℃，光照强度5000lux，pH为7.0，光暗比为12h:12h；
（4）微藻的驯化：连续通入步骤（2）中经过预处理的中水，起始流量为设计流量的25%，按照微生物驯化的方法驯化步骤（3）中生物活性填料中的微藻，微藻驯化条件为：温度为20~30℃，pH为6~8，光照强度为4000~6000lux，光暗比为12h:12h；随着藻株快速生长，不断提高原水的进水水量直至达到设计流量；通过取样来检测出水中氮、磷的含量，当连续2天内出水中氨氮去除率为95%以上，磷的去除率为90%以上时，微藻驯化完成，即得到微藻活性填料；
（5）养殖污水氮、磷的去除：养殖污水出水流经生物滤池时，通过微藻对养殖污水进行处理，通过微藻迅速生长繁殖，直接吸收、转化去除水体中的氮、磷等营养元素，同时对重金属元素也有一定的降解效果；微藻处理污水的条件为：温度为20~30℃，pH为6~8，光照强度为4000~6000lux，光暗比为12h:12h，水力停留时间为15~18天；
（6）微藻的采收：当微藻生物量达到饱和时，对生物滤池进行反冲洗；利用滤池的反冲洗过程实现过量微藻及沉淀物的清除，维持生物滤池微藻最佳活性及系统的正常运行，冲洗出来的微藻可通过投加明矾絮凝沉淀，获得藻浆。
所述微藻为栅藻、小球藻和螺旋藻中的任一种。
步骤（3）BG-11培养基组成成分如下：1.5g/L硝酸钠，0.04g/L三水磷酸氢二钾，0.075g/L七水硫酸镁，0.036g/L二水氯化钙，0.006g/L柠檬酸，0.006g/L柠檬酸铁铵，0.001g/LEDTA，0.02g/L碳酸钠，0.00286g/L硼酸，0.00181g/L一水氯化锰，0.000222g/L七水硫酸锌，0.000079g/L五水硫酸铜，0.00039g/L二水钼酸钠，0.000049g/L六水硝酸钴，pH值7.0~7.2，所述BG11培养基在温度121℃下灭菌15min，冷却后待用。
本发明中，所述原水COD浓度为300~800mg/L，氨氮浓度为200~400mg/L，总磷浓度为20~50mg/L，pH为7.2~8.5。
本发明的有益效果在于：
（1）利用生物滤池固定微藻去除污水中氮、磷等营养物质，对污水中的氨氮、磷的去除率达95%以上，可以有效治理养殖污水氮磷污染问题，对农村水环境治理和改善具有重要的实际意义；
（2）生物滤池以生物处理为主，不需添加其它化学药剂，系统运行稳定，无二次污染，并且工艺过程简单，处理成本低，经济高效；
（3）本发明处理后的微藻可作为饲料等能源物质，回收利用率高，社会效益好。
附图说明
图1为本发明的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的工艺流程图；
图1中：1-生物滤池，2-进水管，3-反冲洗进水管，4-反冲洗出水管，5-出水管，6-耐腐蚀承托网，7-微藻活性填料层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
采用的装置如图1所示，一种利用微藻在养殖污水中高效脱氮除磷的方法，由生物滤池1、进水管2、反冲洗进水管3、反冲洗出水管4、出水管5组成。其特征在于具体步骤如下：养殖污水由进水管2进入生物滤池1，污水将上流通过生物滤池1，经过微藻生物吸收、转化实现脱氮除磷，由出水管5排出，即完成对养殖污水脱氮除磷的处理过程。
当生物滤池达到微藻生物饱和量后，实施反冲洗过程。反冲洗用水可利用处理后的中水通过反冲洗进水管3对生物滤池1进行反冲洗，经过冲洗后的藻液从反冲洗出水管4排出，即完成生物滤池的反冲洗过程。
生物滤池1内上方为微藻活性填料层7，下部为耐腐蚀承托网6。
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，具体包括以下步骤：
（1）生物滤池的建立：滤层载体填料采用玻璃薄片；
（2）原水预处理：养殖污水经沉淀固液分离，清液经调节池调整水质范围，pH为6，温度20℃；
（3）微藻的接种、培养：将微藻和玻璃薄片一起制成生物活性填料，微藻和玻璃薄片混合的体积比为1:2，将该生物活性填料置于装有BG11培养基的生物滤池中作为滤层，培养5天，培养条件为：温度25℃，光照强度5000lux，pH为7.0，光暗比为12h:12h；
（4）微藻的驯化：连续通入步骤（2）中经过预处理的中水，起始流量为设计流量的25%，按照微生物驯化的方法驯化步骤（3）中生物活性填料中的微藻，微藻驯化条件为：温度为20℃，pH为6，光照强度为4000lux，光暗比为12h:12h；随着藻株快速生长，不断提高原水的进水水量直至达到设计流量；通过取样来检测出水中氮、磷的含量，当连续2天内出水中氨氮去除率为95%以上，磷的去除率为90%以上时，微藻驯化完成，即得到微藻活性填料；
（5）养殖污水氮、磷的去除：养殖污水出水流经生物滤池时，通过微藻对养殖污水进行处理，通过微藻迅速生长繁殖，直接吸收、转化去除水体中的氮、磷等营养元素，同时对重金属元素也有一定的降解效果；微藻处理污水的条件为：温度为20℃，pH为6，光照强度为4000lux，光暗比为12h:12h，水力停留时间为15天；
（6）微藻的采收：当微藻生物量达到饱和时，对生物滤池进行反冲洗；利用滤池的反冲洗过程实现过量微藻及沉淀物的清除，维持生物滤池微藻最佳活性及系统的正常运行，冲洗出来的微藻可通过投加明矾絮凝沉淀，获得藻浆。
上述过程中所述微藻为栅藻。
步骤（3）BG-11培养基组成成分如下：1.5g/L硝酸钠，0.04g/L三水磷酸氢二钾，0.075g/L七水硫酸镁，0.036g/L二水氯化钙，0.006g/L柠檬酸，0.006g/L柠檬酸铁铵，0.001g/LEDTA，0.02g/L碳酸钠，0.00286g/L硼酸，0.00181g/L一水氯化锰，0.000222g/L七水硫酸锌，0.000079g/L五水硫酸铜，0.00039g/L二水钼酸钠，0.000049g/L六水硝酸钴，pH值7.0~7.2，所述BG11培养基在温度121℃下灭菌15min，冷却后待用。
实施例2
一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，具体包括以下步骤：
（1）生物滤池的建立：滤层载体填料采用塑料薄膜；
（2）原水预处理：养殖污水经沉淀固液分离，清液经调节池调整水质范围，pH为8，温度30℃；
（3）微藻的接种、培养：将微藻和塑料薄膜一起制成生物活性填料，微藻和塑料薄膜混合的体积比为1:2，将该生物活性填料置于装有BG11培养基的生物滤池中作为滤层，培养5天，培养条件为：温度25℃，光照强度5000lux，pH为7.0，光暗比为12h:12h；
（4）微藻的驯化：连续通入步骤（2）中经过预处理的中水，起始流量为设计流量的25%，按照微生物驯化的方法驯化步骤（3）中生物活性填料中的微藻，微藻驯化条件为：温度为30℃，pH为8，光照强度为6000lux，光暗比为12h:12h；随着藻株快速生长，不断提高原水的进水水量直至达到设计流量；通过取样来检测出水中氮、磷的含量，当连续2天内出水中氨氮去除率为95%以上，磷的去除率为90%以上时，微藻驯化完成，即得到微藻活性填料；
（5）养殖污水氮、磷的去除：养殖污水出水流经生物滤池时，通过微藻对养殖污水进行处理，通过微藻迅速生长繁殖，直接吸收、转化去除水体中的氮、磷等营养元素，同时对重金属元素也有一定的降解效果；微藻处理污水的条件为：温度为30℃，pH为8，光照强度为6000lux，光暗比为12h:12h，水力停留时间为18天；
（6）微藻的采收：当微藻生物量达到饱和时，对生物滤池进行反冲洗；利用滤池的反冲洗过程实现过量微藻及沉淀物的清除，维持生物滤池微藻最佳活性及系统的正常运行，冲洗出来的微藻可通过投加明矾絮凝沉淀，获得藻浆。
上述过程中所述微藻为小球藻。
步骤（3）BG-11培养基组成成分如下：1.5g/L硝酸钠，0.04g/L三水磷酸氢二钾，0.075g/L七水硫酸镁，0.036g/L二水氯化钙，0.006g/L柠檬酸，0.006g/L柠檬酸铁铵，0.001g/LEDTA，0.02g/L碳酸钠，0.00286g/L硼酸，0.00181g/L一水氯化锰，0.000222g/L七水硫酸锌，0.000079g/L五水硫酸铜，0.00039g/L二水钼酸钠，0.000049g/L六水硝酸钴，pH值7.0~7.2，所述BG11培养基在温度121℃下灭菌15min，冷却后待用。
实施例3
一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，具体包括以下步骤：
（1）生物滤池的建立：滤层载体填料采用玻璃薄片；
（2）原水预处理：养殖污水经沉淀固液分离，清液经调节池调整水质范围，pH为7，温度25℃；
（3）微藻的接种、培养：将微藻和玻璃薄片一起制成生物活性填料，微藻和玻璃薄片混合的体积比为1:2，将该生物活性填料置于装有BG11培养基的生物滤池中作为滤层，培养5天，培养条件为：温度25℃，光照强度5000lux，pH为7.0，光暗比为12h:12h；
（4）微藻的驯化：连续通入步骤（2）中经过预处理的中水，起始流量为设计流量的25%，按照微生物驯化的方法驯化步骤（3）中生物活性填料中的微藻，微藻驯化条件为：温度为25℃，pH为7，光照强度为5000lux，光暗比为12h:12h；随着藻株快速生长，不断提高原水的进水水量直至达到设计流量；通过取样来检测出水中氮、磷的含量，当连续2天内出水中氨氮去除率为95%以上，磷的去除率为90%以上时，微藻驯化完成，即得到微藻活性填料；
（5）养殖污水氮、磷的去除：养殖污水出水流经生物滤池时，通过微藻对养殖污水进行处理，通过微藻迅速生长繁殖，直接吸收、转化去除水体中的氮、磷等营养元素，同时对重金属元素也有一定的降解效果；微藻处理污水的条件为：温度为25℃，pH为7，光照强度为5000lux，光暗比为12h:12h，水力停留时间为16天；
（6）微藻的采收：当微藻生物量达到饱和时，对生物滤池进行反冲洗；利用滤池的反冲洗过程实现过量微藻及沉淀物的清除，维持生物滤池微藻最佳活性及系统的正常运行，冲洗出来的微藻可通过投加明矾絮凝沉淀，获得藻浆。
上述过程中所述微藻为螺旋藻。
步骤（3）BG-11培养基组成成分如下：1.5g/L硝酸钠，0.04g/L三水磷酸氢二钾，0.075g/L七水硫酸镁，0.036g/L二水氯化钙，0.006g/L柠檬酸，0.006g/L柠檬酸铁铵，0.001g/LEDTA，0.02g/L碳酸钠，0.00286g/L硼酸，0.00181g/L一水氯化锰，0.000222g/L七水硫酸锌，0.000079g/L五水硫酸铜，0.00039g/L二水钼酸钠，0.000049g/L六水硝酸钴，pH值7.0~7.2，所述BG11培养基在温度121℃下灭菌15min，冷却后待用。
养殖污水处理试验：
养殖污水原水COD浓度为481.6mg/L，氨氮浓度为219.4mg/L，总磷浓度为32.7mg/L，pH为7~8，温度为25℃。生物滤池载体为玻璃薄片，粒径为1~1.5mm，将栅藻同玻璃薄片混合制成具有生物活性的栅藻活性填料，加入滤池，栅藻活性填料滤层厚度为1.5m，承托层为耐腐蚀不锈钢格网，孔径为0.5~1.0mm，厚度为5mm。生物滤池过滤的滤速为0.20m/d，水力停留时间为10天。反冲洗强度为15L/m2·s，反冲洗时间为5min，反冲洗周期为40天。出水氨氮浓度为5.7mg/L，去除率为97.4%，总磷浓度为1.4mg/L，去除率为95.7%。
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 (6)

1.一种利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）生物滤池的建立：滤层载体填料采用透明无机材料；
（2）原水预处理：养殖污水经沉淀固液分离，清液经调节池调整水质范围，pH为6~8，温度20~30℃；
（3）微藻的接种、培养：将微藻和步骤（1）中所述滤层载体填料一起制成生物活性填料，微藻和滤层载体填料混合的体积比为1:2，将该生物活性填料置于装有BG11培养基的生物滤池中作为滤层，培养5天；
（4）微藻的驯化：连续通入步骤（2）中经过预处理的中水，起始流量为设计流量的25%，按照微生物驯化的方法驯化步骤（3）中生物活性填料中的微藻；随着藻株快速生长，不断提高原水的进水水量直至达到设计流量；通过取样来检测出水中氮、磷的含量，当连续2天内出水中氨氮去除率为95%以上，磷的去除率为90%以上时，微藻驯化完成，即得到微藻活性填料；
（5）养殖污水氮、磷的去除：养殖污水出水流经生物滤池时，通过微藻对养殖污水进行处理，处理条件为：微藻处理污水温度为20~30℃，pH为6~8，光照强度为4000~6000lux，光暗比为12h:12h，水力停留时间为15~18天；
（6）微藻的采收：当微藻生物量达到饱和时，对生物滤池进行反冲洗。
2.根据权利要求1所述的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：所述微藻为栅藻、小球藻和螺旋藻中的任一种。
3.根据权利要求1所述的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：步骤（1）中所述透明无机材料为玻璃薄片或塑料薄膜。
4.根据权利要求1所述的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：步骤（3）中所述生物活性填料的培养条件为：温度25℃，光照强度5000lux，pH为7.0，光暗比为12h:12h。
5. 根据权利要求1所述的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：步骤（3）中BG-11培养基组成成分如下：1.5g/L硝酸钠，0.04g/L三水磷酸氢二钾，0.075g/L七水硫酸镁，0.036g/L二水氯化钙，0.006g/L柠檬酸，0.006g/L柠檬酸铁铵，0.001g/L EDTA，0.02g/L碳酸钠，0.00286g/L硼酸，0.00181g/L一水氯化锰，0.000222g/L七水硫酸锌，0.000079g/L五水硫酸铜，0.00039g/L二水钼酸钠，0.000049g/L六水硝酸钴，pH值7.0~7.2，所述BG11培养基在温度121℃下灭菌15min，冷却后待用。
6.根据权利要求1所述的利用微藻在养殖污水中脱氮除磷的方法，其特征在于：步骤（4）中微藻驯化的条件为：驯化温度为20~30℃，pH为6~8，光照强度为4000~6000lux，光暗比为12h:12h。
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