CN106630483A - 一种基于藻菌共生的高效净化沼液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种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,培养,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。
Description
技术领域
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。
发明内容
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(Phaeodactylum tricornutum)或布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)。
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 |
pH | 8.11 | 7.03 |
氨氮(mg/L) | 564.9 | 0.66 |
COD(mg/L) | 693.48 | 75.34 |
TP(mg/L) | 38.42 | 1.84 |
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GB 18596-2001》。
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 |
pH | 7.85 | 6.97 |
氨氮(mg/L) | 576.4 | 1.62 |
COD(mg/L) | 650.32 | 63.12 |
TP(mg/L) | 56.63 | 2.23 |
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GB 18596-2001》。
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 |
pH | 7.98 | 6.83 |
氨氮(mg/L) | 588.3 | 2.25 |
COD(mg/L) | 710.01 | 70.12 |
TP(mg/L) | 48.23 | 1.59 |
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GB 18596-2001》。
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 |
pH | 8.08 | 7.08 |
氨氮(mg/L) | 590.31 | 19.825 |
COD(mg/L) | 620.14 | 58.20 |
TP(mg/L) | 45.23 | 1.22 |
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GB 18596-2001》。
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。
Claims (10)
1.一种基于藻菌共生高效净化沼液的方法,其特征在于: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,培养,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。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于: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。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于: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。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤a中,所述自然沉淀的时间为2~6h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b中,所述微藻为小球藻属微藻、栅藻属微藻、螺旋藻属微藻、拟小球藻属微藻、网球藻属微藻、三角褐指藻或布朗葡萄藻。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b中,每1L上清液1中接种微藻的干重为0.2-0.3g。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于: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。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
步骤b中,所述反应容器为封闭式光生物反应器时,加入微藻后在曝气条件下培养,所述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;
所述反应容器为开放式跑道池时,加入微藻后在搅拌条件下培养,其中,所述搅拌为持续搅拌或间歇搅拌,所述间歇搅拌是搅拌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;在搅拌时,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。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤b中,自然沉淀的时间为0.5-3d;
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。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于: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。
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