CN106277646B - 一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,包括混凝沉淀池、调节池和藻菌共生体反应器,首先经混凝沉淀池的预处理,去除沼液中的悬浮物和部分污染物,然后经调节池将其pH调节至7.5~8.5,最后沼液进入藻菌共生体反应器,经藻菌共生体对沼液废水氮磷污染物的处理,使得沼液废水符合排放标准(GB18918‑2002),同时向藻菌共生体反应器中通入原纯度不高的沼气作为藻菌共生体的碳源,经其净化后输出高品质的沼气。本发明以沼液废水和原沼气的协同处理为目标,在实现沼液废水净化的同时,提高了原沼气的品质,完善了沼气工程的技术工艺,且克服了现有技术成本高、管理复杂等缺点,具有很好的市场推广价值。

Description

一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统
技术领域
本发明属于生物环保技术领域,涉及沼液和原沼气的处理技术,具体涉及一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统。
背景技术
沼气工程是指以规模化畜禽养殖场粪便污水的厌氧消化为主要技术环节,集污水处理、沼气生产和资源化利用为一体的系统工程。该项工程既可治理环境污染,又能实现废物资源化,取得较好的能源、环保和经济效益。因此,在国家和政府的大力支持下,规模化沼气工程建设在我国得到了迅速发展,但由于目前的处理工艺不完善,造成了沼气中CO2含量高,沼气热值低,同时厌氧消化过程中产生的大量高浓度沼液,不能就地消纳,随意排放会造成环境的二次污染。基于此,目前我国的沼气工程难以大规模的发展和广泛地应用。
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛,营养丰富、光合利用度高的自养植物,由于其具有极高的光合作用效率和固碳能力,且容易整合到各种设计成型的系统中,近年来被逐渐应用到沼液的处理过程中。《生物加工过程》2012年7月第10卷第4期,高浩峰等报道了《半连续及连续培养小球藻减排沼液及CO2》,文中采用半连续或连续模式培养小球藻,考察小球藻减排沼液和CO2的能力,结果表明在半连续培养模式中,当更新率为30%时,沼液中的N、P质量浓度稳定并可达到污水二级排放标准。《南昌大学硕士研究生学位论文》陈香元研究了小球藻与平菇共生体系对养猪沼液的净化,结果表明利用培养好的菌藻共生体和小球藻分别处理养猪沼液,菌藻共生体对沼液中营养物质的去除效果高于单一小球藻的净化效果。
中国发明专利,申请公布号CN 102336498 A公开了“一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法”,具体步骤为高浓度氮磷污水除去杂质和泥沙后进入序批式反应器中用活性污泥处理污水,序批式反应器中滗出的清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理,并经膜生物反应器中的超滤膜过滤后去除微细悬浮物和细菌,产生的超滤清液进入光生物反应器中,经臭氧消毒后加入藻种和少量必要的营养盐,并通入二氧化碳废气进行微藻养殖,经过一个微藻生长周期后排出藻液,进入絮凝沉淀池中沉淀,上部清液达标排放或回用,底部浓缩藻液用板框压滤机压缩成微藻饼。
目前,基于微藻的培养,相关的文献报道主要集中于沼液废水的处理,对沼液和沼气的联合处理少有报道。事实上,若要解决我国沼气工程面临的瓶颈问题,不仅要关注沼液的污染处理,同时也要考虑沼气品质的提升。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题,提供一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,使得沼液废水符合排放标准(GB18918-2002),同时经其净化后能够输出高纯度和高品质的沼气。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现:
一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,该系统的净化方法如下:
(1)混凝沉淀
沼液进入混凝沉淀池,去除沼液中存在的悬浮物质和削减沼液中的部分污染负荷,得到预处理的沼液;
(2)pH调节
预处理的沼液进入调节池,将pH调节为7.5~8.5;
(3)藻菌共生体反应净化
pH调节后的沼液进入藻菌共生体反应器进行污染物的处理,并向藻菌共生体反应器内输入原沼气,藻菌共生体反应器为密闭单元,并加入藻菌共生体,藻菌共生体的碳源由原沼气中的CO2提供,藻菌共生体对沼液和原沼气实现同步净化,使得沼液废水符合排放标准且输出高纯度的沼气;其中藻菌共生体的制备包括以下步骤:a、将微藻溶液和菌体混合,并经离心弃掉上清液,再用水冲洗,之后再与PVA和海藻酸钠搅拌混合,将混合液的pH调节至中性,并滴入CaCl2溶液形成凝胶球,最后加入Na2SO4溶液固定,得到藻菌固定化小球;b、将藻菌固定化小球在C/N为100:5~100:8及pH为7.5~8.5条件下培养,培养时间为3~4天,得到藻菌共生体。
该系统的工作原理是:首先,沼液废水进入混凝沉淀池,在此过程中,绝大部分悬浮物及部分氮磷等污染物得到去除,其中,悬浮物的去除率为80~99%,氮磷削减率均为20~30%;之后进入调节池,添加Na2CO3调节体系pH为7.5~8.5;然后沼液废水进入藻菌共生反应器,采用日光灯作为光源,输入原沼气,原沼气中的CO2作为藻菌的碳源,接种藻菌共生体进行4~8天的处理,经过该过程的处理,55~70%的氮磷污染物得到去除,且原沼气中的CO2被藻菌共生体利用,从而输出了高品质和高纯度的沼气(甲烷含量高于90%)。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,藻菌共生体的制备还包括驯化步骤,驯化步骤为:将藻菌共生体加入到模拟废水溶液中,并置于温控培养箱中驯化,得到驯化后的藻菌共生体,在驯化过程中,模拟废水溶液的总氮(TN)和总磷(TP)浓度随着培养时间逐步提高,TN和TP分别由20~35mg/L和15~20mg/L逐步提高到150~130mg/L和70~90mg/L。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,微藻为小球藻或栅藻中的一种,菌剂为灵芝菌,微藻与菌剂混合的质量比为15:1~15:2.5。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,制备藻菌固定化小球时,离心转速为2500~3000r/min,离心时间为15~20min,离心后的菌藻混合体用蒸馏水冲洗2~3次,PVA和海藻酸钠的添加比例分别为8~10%和0.45~0.55%。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,制备藻菌固定化小球时,所用CaCl2溶液浓度为2~2.5%,加入CaCl2溶液后混合搅拌6~10h;Na2SO4溶液的添加比例为9~11.5%,加入Na2SO4溶液后混合搅拌4~7h。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,pH调节后的沼液进入藻菌共生体反应器之前,先向藻菌共生体反应器通入臭氧灭菌,通入时间为6~8h。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,向藻菌共生反应器输入原沼气的方式为非连续式通入,间隔时间为2~3天。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,该系统包括除去沼液中的悬浮物质的混凝沉淀池、对沼液进行pH值调节的调节池以及至少两个同步净化沼液和原沼气的藻菌共生体反应器,藻菌共生体反应器之间为串联式连接或/和并联式连接,混凝沉淀池、调节池和藻菌共生体反应器按照净化先后顺序顺次相连;混凝沉淀池包括按照沼液流向依次设置的絮凝剂添加区、加沙区、絮凝区以及沉淀区,絮凝剂添加区设有供沼液流入的进液口以及用于向沼液投放絮凝剂的絮凝剂投料机构,絮凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶一以及浸没于沼液的投料管一,储料桶一通过出料阀连接投料管一,投料管一竖直设置在絮凝剂添加区的中间位置,投料管一呈长方体,投料管一的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴;絮凝剂添加区内还设有两个用于搅拌沼液的搅拌辊一,搅拌辊一竖直设置,投料管一处于两个搅拌辊一之间;絮凝剂添加区与加沙区通过隔板一区隔并形成供沼液通过的通道一,通道一处于隔板一的下方;加沙区的液面上方设有储存细沙的储沙斗,储沙斗的底部安装有多个间隔排列的出沙嘴;加沙区的沼液内设有至少一个用于搅拌沼液的搅拌辊二,搅拌辊二横向设置,搅拌辊二具有螺旋状的搅拌叶片;加沙区与絮凝区通过隔板二区隔并形成供沼液通过的通道二,通道二处于隔板二的上方;絮凝区设有向沼液投放助凝剂的助凝剂投料机构,助凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶二以及浸没于沼液的投料管二,储料桶二通过出料阀连接投料管二,投料管二竖直设置在助凝剂添加区的中间位置,投料管二呈长方体,投料管二的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴;絮凝区与沉淀区通过隔板三区隔并形成供沼液通过的通道三,通道三处于隔板三的下方;沉淀区包括与絮凝区直接相通的沉淀室一以及处于沉淀室一上方的沉淀室二,沉淀室一连接排污管,沉淀室一和沉淀室二通过隔板四区隔,隔板四开设有若干倾斜的曲折通道;沉淀室二的上方为出液室,出液室设有出液口,出液口通过沼液管道连接调节池的进液口,沉淀室二和出液室通过隔板五区隔,隔板五开设有若干倾斜的曲折通道;隔板一、隔板二、隔板三的表面都为凹凸状;藻菌共生体反应器包括容置沼液的反应器体以及盖设在反应器体上的盖体,盖体的顶部内壁安装有若干个作为光源的日光灯;反应器体具有器体壁部和器体底部,器体壁部固设有多个固定钩,固定钩设置在其内壁的不同高度位置,反应器体内设有多个支撑架,支撑架浸没在沼液的不同深度位置,每个支撑架的两端分别悬挂在同一高度位置的固定钩上,每个支撑架具有多个间隔设置的安装杆,每个安装杆上间隔设置有多个网笼,网笼内放置有藻菌共生体;器体壁部的上端设有沼液入口,沼液入口与调节池的出液口通过沼液管道相连接,器体壁部的下端设有沼液出口,沼液出口与排液管道相连;器体壁部开设有供臭氧通入的臭氧入口;器体底部埋设有沼气管道,器体底部上安装有多个排气阀,排气阀与沼气管道相连;盖体开设有便于提取沼液的取液口以及便于提取沼气的取气口;器体壁部开设有供排出高品质沼气的排气口,排气口与排气管道相连。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,藻菌共生体反应器的数量设置为两个,两个藻菌共生体反应器串联式连接,调节池的出液口通过沼液管道连接第一个藻菌共生体反应器的沼液入口,第一个藻菌共生体反应器的沼液出口通过沼液管道连接第二个藻菌共生体反应器的沼液入口,第二个藻菌共生体反应器的沼液出口连接排液管道。
在上述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中,絮凝剂添加区加入的絮凝剂为高分子有机絮凝剂。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1、本发明的一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,通过设置若干个藻菌共生体反应器,并向藻菌共生体反应器中加入经驯化后的藻菌共生体对沼液废水氮磷污染物的净化处理,使得沼液废水符合排放标准(GB18918-2002),同时向藻菌共生体反应器中通入原纯度不高的沼气作为藻菌共生体的碳源,经其净化后输出高纯度和高品质的沼气,实现了沼液和沼气的联合处理;
2、本发明的藻菌共生体反应器的数量根据沼液废水的污染程度、原沼气的CO2的浓度而设置,设置方式根据沼液废水的量而设置,具有简单、灵活,可操作性强的优点;
3、本发明以沼液废水和原沼气的协同处理为目标,在实现沼液废水净化的同时,提高了原沼气的品质,完善了沼气工程的技术工艺,且克服了现有技术成本高、管理复杂等缺点,具有很好的市场推广性,对解决有机固体废弃物难处理的问题具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统的流程图。
图2是本发明的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中的混凝沉淀池的结构示意图。
图3是本发明的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统中的藻菌共生体反应器的结构示意图。
图中,1、絮凝剂添加区;2、加沙区;3、絮凝区;4、沉淀区;5、储料桶一;6、投料管一;7、出料阀;8、喷嘴;9、搅拌辊一;10、隔板一;11、储沙斗;12、出沙嘴;13、搅拌辊二;14、隔板二;15、储料桶二;16、投料管二;17、隔板三;18、沉淀室一;19、沉淀室二;20、排污管;21、隔板四;22、出液室;23、隔板五;24、反应器体;25、盖体;26、日光灯;27、器体壁部;28、器体底部;29、固定钩;30、支撑架;31、安装杆;32、网笼;33、沼液入口;34、沼液出口;35、臭氧入口;36、沼气管道;37、排气阀;38、取液口;39、取气口;40、排气口。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
本发明所用的藻菌共生体采用以下方法制备而成,包括以下步骤:
a、藻菌固定化小球的制备
将小球藻溶液和灵芝菌在15:1.2比例下混合,在2500~3000r/min条件下离心15~20min,并弃掉上清液,将藻菌混合体用蒸馏水冲洗2~3次后,再与PVA和海藻酸钠搅拌混合,其中,PVA和海藻酸钠的添加比例分别为8~10%和0.45~0.55%;然后用Na2CO3溶液调节混合液pH至中性,并滴入2~2.5%CaCl2溶液,搅拌7~8h形成凝胶球,之后再加入9~11.5%Na2SO4溶液进行搅拌固定,搅拌时间为6~7h,最终形成直径为3~4mm的藻菌固定化小球;
b、藻菌共生体的形成
将藻菌固定化小球在C/N为100:5~100:8及pH为7.5~8.5条件下培养,培养时间为3~4天,得到藻菌共生体。
值得一提的是,藻菌共生体的制备还包括藻菌共生体的驯化,通过驯化使菌藻共生体在实际沼液废水中具有更好的适应性、耐受性。藻菌共生体的驯化步骤为:将藻菌共生体加入到模拟废水溶液中,置于温控培养箱中驯化,得到驯化后的藻菌共生体;在驯化过程中,模拟废水溶液的总氮(TN)和总磷(TP)浓度随着培养时间逐步提高,分为4个阶段,3-4天为一个阶段。第1阶段溶液的TN和TP分别为20~35mg/L和15~20mg/L;第2阶段TN和TP分别为60~55mg/L和25~30mg/L;第3阶段TN和TP分别为90~105mg/L和50~60mg/L;第4阶段TN和TP分别为120~135mg/L和80~90mg/L。
如图1所示,本发明提供了一种利用上述的藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,该系统的净化方法如下:
(1)混凝沉淀
沼液进入混凝沉淀池,去除沼液中存在的悬浮物质和削减沼液中的部分污染负荷,得到预处理的沼液;
(2)pH调节
预处理的沼液进入调节池,用0.1mg/L Na2CO3溶液将pH调节为7.5~8.5;
(3)藻菌共生体反应净化
pH调节后的沼液进入藻菌共生体反应器进行污染物的处理,在进入藻菌共生体反应器之前,先通入臭氧灭菌,通入时间6~8h,藻菌共生体反应器为密闭单元,向藻菌共生体反应器内输入原沼气,并加入藻菌共生体,养殖藻菌共生体所需要的CO2由原沼气提供,向藻菌共生反应器输入原沼气的方式为非连续式通入,间隔时间为2~3天,藻菌共生体对沼液和原沼气实现同步净化,使得沼液废水符合排放标准且输出高纯度的沼气。
该系统的工作原理是:首先,沼液废水进入混凝沉淀池,在此过程中,绝大部分悬浮物及部分氮磷等污染物得到去除,其中,悬浮物的去除率为80~99%,氮磷削减率均为20~30%;之后进入调节池,添加Na2CO3调节体系pH为7.5~8.5;然后沼液废水进入藻菌共生反应器,采用日光灯26作为光源,输入原沼气,原沼气中的CO2作为藻菌的碳源,接种藻菌共生体进行4~8天的处理,经过该过程的处理,55~70%的氮磷污染物得到去除,且原沼气中的CO2被藻菌共生体利用,从而输出了高品质和高纯度的沼气(甲烷含量高于90%)。
具体地,如图2和图3所示,该系统包括除去沼液中的悬浮物质的混凝沉淀池、对沼液进行pH值调节的调节池以及至少两个同步净化沼液和原沼气的藻菌共生体反应器,藻菌共生体反应器之间为串联式连接或/和并联式连接,混凝沉淀池、调节池和藻菌共生体反应器按照净化先后顺序顺次相连。
进一步地,混凝沉淀池包括按照沼液流向依次设置的絮凝剂添加区1、加沙区2、絮凝区3以及沉淀区4,絮凝剂添加区1设有供沼液流入的进液口以及用于向沼液投放絮凝剂的絮凝剂投料机构,絮凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶一5以及浸没于沼液的投料管一6,储料桶一5通过出料阀7连接投料管一6,投料管一6竖直设置在絮凝剂添加区1的中间位置,投料管一6呈长方体,投料管一6的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴8;出料阀7开启后,储料桶一5内的絮凝剂通入投料管一6中,且絮凝剂通过喷嘴8被均匀地喷入沼液中,絮凝剂能够使沼液废水中的悬浮微粒失去稳定性,胶粒物相互凝聚使微粒增大,以形成絮凝体。具体地,絮凝剂添加区1加入的絮凝剂为高分子有机絮凝剂。
絮凝剂添加区1内还设有两个用于搅拌沼液的搅拌辊一9,搅拌辊一9竖直设置,投料管一6处于两个搅拌辊一9之间,通过两个搅拌辊一9进行搅拌,促使絮凝剂与沼液废水能够更均匀的混合,有利于絮凝体的形成,同时能够促进沼液的流动。絮凝剂添加区1与加沙区2通过隔板一10区隔并形成供沼液通过的通道一,通道一处于隔板一10的下方。
加沙区2的液面上方设有储存细沙的储沙斗11,储沙斗11的底部安装有多个间隔排列的出沙嘴12,细沙经由出沙嘴12向下落入沼液内,通过投加细纱来提高混凝沉淀效果。
优选地,加沙区2的沼液内设有至少一个用于搅拌沼液的搅拌辊二13,搅拌辊二13横向设置,搅拌辊二13具有螺旋状的搅拌叶片;加沙区2与絮凝区3通过隔板二14区隔并形成供沼液通过的通道二,通道二处于隔板二14的上方。通过搅拌辊二13进行搅拌,促使细沙与沼液废水能够上下混合,同时能够促进沼液的流动。
絮凝区3设有向沼液投放助凝剂的助凝剂投料机构,助凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶二15以及浸没于沼液的投料管二16,储料桶二15通过出料阀7连接投料管二16,投料管二16竖直设置在助凝剂添加区的中间位置,投料管二16呈长方体,投料管二16的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴8。出料阀7开启后,储料桶二15内的助凝剂通入投料管二16中,且助凝剂通过喷嘴8被均匀地喷入沼液中,助凝剂能够增大絮凝体的密度和结实度。
絮凝区3与沉淀区4通过隔板三17区隔并形成供沼液通过的通道三,通道三处于隔板三17的下方。沉淀区4包括与絮凝区3直接相通的沉淀室一18以及处于沉淀室一18上方的沉淀室二19,沉淀室一18连接排污管20,沉淀室一18和沉淀室二19通过隔板四21区隔,隔板四21开设有若干倾斜的曲折通道;沉淀室二19的上方为出液室22,出液室22设有出液口,出液口通过沼液管道连接调节池的进液口,沉淀室二19和出液室22通过隔板五23区隔,隔板五23开设有若干倾斜的曲折通道;隔板一10、隔板二14、隔板三17的表面都为凹凸状。
沼液自下而上的流动,进入到出液室22内的沼液是去除了悬浮物质和削减了污染负荷的预处理沼液,最终从出液口流出,接下来被通入调节池。在其混凝流动过程中,沼液中的悬浮物质所形成的絮凝体在其重力作用下落在沉淀室一18,残余的絮凝体在沼液的流速带动下穿过隔板四21继续向上进入沉淀室二19,并在沉淀室二19内得到缓冲后在其重力作用下最终能够落入沉淀室一18。
值得一提的是,隔板四21和隔板五23都开设有若干倾斜的曲折通道,能够使絮凝体受到多处碰撞,从而起到减速以及阻碍效果,有利于絮凝体与沼液的分离。相应地,隔板一10、隔板二14、隔板三17的凹凸状表面也增大了与絮凝体之间的摩擦力,利于絮凝体附着在其表面,提高了与沼液的分离效果。
藻菌共生体反应器为密闭单元,藻菌共生体反应器包括容置沼液的反应器体24以及盖设在反应器体24上的盖体25,盖体25的顶部内壁安装有若干个作为光源的日光灯26。反应器体24具有器体壁部27和器体底部28,器体壁部27固设有多个固定钩29,固定钩29设置在其内壁的不同高度位置,反应器体24内设有多个支撑架30,支撑架30浸没在沼液的不同深度位置,每个支撑架30的两端分别悬挂在同一高度位置的固定钩29上,每个支撑架30具有多个间隔设置的安装杆31,每个安装杆31上间隔设置有多个网笼32,网笼32内放置有藻菌共生体。在支撑架30的网笼32内放入菌藻共生体,并将支撑架30挂在固定钩29上,就能够实现藻菌共生体的接种,操作简便,且由于网笼32是均匀地分布在支撑架30上,因此藻菌共生体能够均匀分布于沼液内,对沼液实现均匀的净化效果。
器体壁部27的上端设有沼液入口33,沼液入口33与调节池的出液口通过沼液管道相连接,器体壁部27的下端设有沼液出口34,沼液出口34与排液管道相连;器体壁部27开设有供臭氧通入的臭氧入口35,在沼液通入之前,需先通入臭氧进行灭菌。
器体底部28埋设有沼气管道36,器体底部28上安装有多个排气阀37,排气阀37与沼气管道36相连,器体壁部27开设有供排出高品质沼气的排气口40,排气口40与排气管道相连。沼气管道36内通入的是原沼气,排气阀37将原沼气通入沼液内,原沼气中的CO2被用作藻菌共生体的碳源,从而藻菌共生体对沼液和原沼气同步实现了净化。值得一提的是,原沼气通入时,能够使沼液产生流动,起到了一定的混合作用。
盖体25开设有便于提取沼液的取液口38以及便于提取沼气的取气口39,通过取液口38提取沼液,以检测沼液内的氮磷含量,若氮磷含量仍超标,即需要继续净化,若氮磷含量复合排放标准,表明沼液已完成净化可进行排放。同理,通过取气口39提取沼气,通过检测沼气中的甲烷含量,以判断沼气的处理质量。本领域技术根据实际生产的需要可设置多个并联式和/或串联式的藻菌共生体反应器,以提供同步净化沼液和原沼气的能力。
优选地,本发明的藻菌共生体反应器的数量设置为两个,两个藻菌共生体反应器串联式连接,调节池的出液口通过沼液管道连接第一个藻菌共生体反应器的沼液入口33,第一个藻菌共生体反应器的沼液出口34通过沼液管道连接第二个藻菌共生体反应器的沼液入口33,第二个藻菌共生体反应器的沼液出口34连接排液管道。
第一个藻菌共生体反应器定义为一级藻菌共生体反应器,第二个藻菌共生体反应器定义为二级藻菌共生体反应器,沼液废水依次的进入一级藻菌共生体反应器、二级藻菌共生体反应器,经一级藻菌共生体反应器处理后,氮磷污染物的去除率可达45~60%,去除率的大小由根据停留时间进行调整,进入二级藻菌共生体反应器,藻菌的碳源仍为原沼气中的CO2,继续进行污染物的降解,经过6~8天的过程,处理后的沼液排出,符合GB18918-2002的排放标准,同时输出高品质的沼气,甲烷含量高于90%。
本发明将上述藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统应用于以下农业废弃物厌氧处理站的沼液废水和原沼气处理中,用以说明本发明的系统既可对沼液废水氮磷污染物的处理,使得沼液废水符合排放标准(GB18918-2002),同时可对原纯度不高的沼气进行净化,输出高纯度和高品质的沼气。
实施例1
某乡镇厌氧发酵采用秸秆和猪粪等为原料,产生了大量的沼液,同时沼气品质差,燃烧率差。其中,沼液污染物浓度为,COD为2000~2500mg/L,TN为160~180mg/L,TP为40~60mg/L;沼气的甲烷纯度为55~60%。采用本发明的系统对沼液和沼气进行了同步净化处理。处理工艺流程为1)混凝沉淀池;2)调节池;3)一级藻菌共生体反应器;4)二级藻菌共生体反应器。经过处理后,其中,各污染物的去除率均高于85%,其中TN和TP的浓度降至城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)中的一级B标准,输出的沼气中甲烷的浓度提高至90.8%。
表1污染物去除情况
实施例2
某乡镇厌氧发酵采用秸秆和猪粪等为原料,产生了大量的沼液,同时沼气品质差,燃烧率差。其中,沼液污染物浓度为,COD为1800~200mg/L,TN为175~180mg/L,TP为60~65mg/L;沼气的甲烷纯度为50~55%。采用本发明的系统对沼液和沼气进行了同步净化处理。处理工艺流程为1)混凝沉淀池;2)调节池;3)一级藻菌共生体反应器;4)二级藻菌共生体反应器。经过处理后,其中,各污染物的去除率均高于88%,其中TN和TP的浓度降至城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)中的一级B标准,输出的沼气中甲烷的浓度提高至91.5%。
表2污染物去除情况
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了絮凝剂添加区1;加沙区2;絮凝区3;沉淀区4;储料桶一5;投料管一6;出料阀7;喷嘴8;搅拌辊一9;隔板一10;储沙斗11;出沙嘴12;搅拌辊二13;隔板二14;储料桶二15;投料管二16;隔板三17;沉淀室一18;沉淀室二19;排污管20;隔板四21;出液室22;隔板五23;反应器体24;盖体25;日光灯26;器体壁部27;器体底部28;固定钩29;支撑架30;安装杆31;网笼32;沼液入口33;沼液出口34;臭氧入口35;沼气管道36;排气阀37;取液口38;取气口39;排气口40等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,该系统的净化方法如下:
(1)混凝沉淀
沼液进入混凝沉淀池,去除沼液中存在的悬浮物质和削减沼液中的部分污染负荷,得到预处理的沼液;
(2)pH调节
预处理的沼液进入调节池,将pH调节为7.5~8.5;
(3)藻菌共生体反应净化
pH调节后的沼液进入藻菌共生体反应器进行污染物的处理,并向藻菌共生体反应器内输入原沼气,藻菌共生体反应器为密闭单元,并加入藻菌共生体,藻菌共生体的碳源由原沼气中的CO2提供,藻菌共生体对沼液和原沼气实现同步净化,使得沼液废水符合排放标准且输出高纯度的沼气;其中藻菌共生体的制备包括以下步骤:a、将微藻溶液和菌体混合,并经离心弃掉上清液,再用水冲洗,之后再与PVA和海藻酸钠搅拌混合,将混合液的pH调节至中性,并滴入CaCl2溶液形成凝胶球,最后加入Na2SO4溶液固定,得到藻菌固定化小球;b、将藻菌固定化小球在C/N为100:5~100:8及pH为7.5~8.5条件下培养,培养时间为3~4天,得到藻菌共生体;
所述微藻为小球藻或栅藻中的一种,菌剂为灵芝菌,微藻与菌剂混合的质量比为15:1~15:2.5;
该系统包括除去沼液中的悬浮物质的混凝沉淀池、对沼液进行pH值调节的调节池以及至少两个同步净化沼液和原沼气的藻菌共生体反应器,藻菌共生体反应器之间为串联式连接或/和并联式连接,混凝沉淀池、调节池和藻菌共生体反应器按照净化先后顺序顺次相连;混凝沉淀池包括按照沼液流向依次设置的絮凝剂添加区、加沙区、絮凝区以及沉淀区,絮凝剂添加区设有供沼液流入的进液口以及用于向沼液投放絮凝剂的絮凝剂投料机构,絮凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶一以及浸没于沼液的投料管一,储料桶一通过出料阀连接投料管一,投料管一竖直设置在絮凝剂添加区的中间位置,投料管一呈长方体,投料管一的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴;絮凝剂添加区内还设有两个用于搅拌沼液的搅拌辊一,搅拌辊一竖直设置,投料管一处于两个搅拌辊一之间;絮凝剂添加区与加沙区通过隔板一区隔并形成供沼液通过的通道一,通道一处于隔板一的下方;加沙区的液面上方设有储存细沙的储沙斗,储沙斗的底部安装有多个间隔排列的出沙嘴;加沙区的沼液内设有至少一个用于搅拌沼液的搅拌辊二,搅拌辊二横向设置,搅拌辊二具有螺旋状的搅拌叶片;加沙区与絮凝区通过隔板二区隔并形成供沼液通过的通道二,通道二处于隔板二的上方;絮凝区设有向沼液投放助凝剂的助凝剂投料机构,助凝剂投料机构包括处于液面上方的储料桶二以及浸没于沼液的投料管二,储料桶二通过出料阀连接投料管二,投料管二竖直设置在絮凝区的中间位置,投料管二呈长方体,投料管二的四个侧壁上分别安装有一排喷嘴;絮凝区与沉淀区通过隔板三区隔并形成供沼液通过的通道三,通道三处于隔板三的下方;沉淀区包括与絮凝区直接相通的沉淀室一以及处于沉淀室一上方的沉淀室二,沉淀室一连接排污管,沉淀室一和沉淀室二通过隔板四区隔,隔板四开设有若干倾斜的曲折通道;沉淀室二的上方为出液室,出液室设有出液口,出液口通过沼液管道连接调节池的进液口,沉淀室二和出液室通过隔板五区隔,隔板五开设有若干倾斜的曲折通道;隔板一、隔板二、隔板三的表面都为凹凸状;藻菌共生体反应器包括容置沼液的反应器体以及盖设在反应器体上的盖体,盖体的顶部内壁安装有若干个作为光源的日光灯;反应器体具有器体壁部和器体底部,器体壁部固设有多个固定钩,固定钩设置在其内壁的不同高度位置,反应器体内设有多个支撑架,支撑架浸没在沼液的不同深度位置,每个支撑架的两端分别悬挂在同一高度位置的固定钩上,每个支撑架具有多个间隔设置的安装杆,每个安装杆上间隔设置有多个网笼,网笼内放置有藻菌共生体;器体壁部的上端设有沼液入口,沼液入口与调节池的出液口通过沼液管道相连接,器体壁部的下端设有沼液出口,沼液出口与排液管道相连;器体壁部开设有供臭氧通入的臭氧入口;器体底部埋设有沼气管道,器体底部上安装有多个排气阀,排气阀与沼气管道相连;盖体开设有便于提取沼液的取液口以及便于提取沼气的取气口;器体壁部开设有供排出高品质沼气的排气口,排气口与排气管道相连。
2.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,藻菌共生体的制备还包括驯化步骤,驯化步骤为:将藻菌共生体加入到模拟废水溶液中,并置于温控培养箱中驯化,得到驯化后的藻菌共生体,在驯化过程中,模拟废水溶液的总氮(TN)和总磷(TP)浓度随着培养时间逐步提高,TN和TP分别由20~35mg/L和15~20mg/L逐步提高到150~130mg/L和70~90mg/L。
3.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,制备藻菌固定化小球时,离心转速为2500~3000r/min,离心时间为15~20min,离心后的菌藻混合体用蒸馏水冲洗2~3次,PVA和海藻酸钠的添加比例分别为8~10%和0.45~0.55%。
4.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,制备藻菌固定化小球时,所用CaCl2溶液浓度为2~2.5%,加入CaCl2溶液后混合搅拌6~10h;Na2SO4溶液的添加比例为9~11.5%,加入Na2SO4溶液后混合搅拌4~7h。
5.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,pH调节后的沼液进入藻菌共生体反应器之前,先向藻菌共生体反应器通入臭氧灭菌,通入时间为6~8h。
6.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,向藻菌共生反应器输入原沼气的方式为非连续式通入,间隔时间为2~3天。
7.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,藻菌共生体反应器的数量设置为两个,两个藻菌共生体反应器串联式连接,调节池的出液口通过沼液管道连接第一个藻菌共生体反应器的沼液入口,第一个藻菌共生体反应器的沼液出口通过沼液管道连接第二个藻菌共生体反应器的沼液入口,第二个藻菌共生体反应器的沼液出口连接排液管道。
8.根据权利要求1所述的利用藻菌共生体同步净化沼液和原沼气的系统,其特征在于,絮凝剂添加区加入的絮凝剂为高分子有机絮凝剂。
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