CN107142197A - 一种沼气‑微藻联合生态处理系统及其应用 - Google Patents

一种沼气‑微藻联合生态处理系统及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沼气‑微藻联合生态处理系统及其应用，属于生态环保技术领域。本发明提供的沼气‑微藻联合生态处理系统包括沼气处理系统和微藻生长繁殖系统；所述沼气处理系统包括沼气池(4)，所述微藻生长繁殖系统包括微藻生长繁殖装置(16)；所述微藻生长繁殖装置包括烟气微藻光合作用系统；所述沼气池(4)产生的沼气和沼液输入微藻生长繁殖装置(16)。本发明通过生态技术生产出的产品用于农业，能够不施化肥、不打农药生产有机农作物，从而构建一个有机废物处理和有机生态农业系统。且本发明提供的系统占地面积小、沼液处理效率高，经济效益好。

Description

一种沼气-微藻联合生态处理系统及其应用
技术领域
本发明涉及生态环保技术领域，具体涉及一种沼气-微藻联合生态处理系统及其应用。
背景技术
生态文明建设已成为了国家的发展战略。节能减排、空气治理、水环境治理、废物处理、利用清洁能源、食用生态食品、享受绿水青山和清新空气已经成为了国家的发展战略和广大老百姓的生活理想。
沼气是由甲烷菌产生的，它是一种优质的清洁能源。甲烷菌属于微生物，早在35亿年前，甲烷菌就产生了，它是大自然用以处理废物的天然技术。在现代社会中，人们用甲烷菌来处理有机废物，如人畜粪污、城市污泥、秸秆、餐厨垃圾及其它工农业废物等等。沼气它一方面可以生产清洁能源——沼气，另一方面它可以生产有机肥料。因此，沼气在环境保护，以及工农业产业中起着十分重要的作用。
尽管我国已有60多年大规模应用沼气的历史，但由于沼气技术还存在重大的缺陷，包括发酵周期长、能源转换效率低、产气率低，特别是由于生物质转化为沼气以后，沼气池中剩余大量的氨、氮、磷和盐类等微生物不能进一步消化。随着这些元素不断增高，沼气池产气速度大幅度下降。特别是，传统的污水好氧处理也属于微生物处理技术，氨、氮、磷和盐类等这些微生物不能消化的东西，好氧微生物也不能对这些物质进行彻底消化，微生物生长繁殖起到抑制作用，导致沼液处理存在很大的困难。在通常情况下，采用好氧技术处理沼液，BOD的降解率大约为50％，而COD的降解率就更低。加上沼液的BOD和COD值非常高，达到10，000以上，即使采用好氧技术处理以后的沼液中的BOD和COD含量仍然很高，至少在2000～3000以上。国家对养殖业的废水排放标准为BOD300，即使对这样的低标准，传统好氧技术也仍然达不到要求。因此，沼液成为了重要的环境污染源。目前并没有一种经济效益好的生态环保的沼液的处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沼气-微藻联合生态处理系统及其应用。本发明提供的生态处理系统将沼气系统与微藻系统有机地连接起来，形成一个完整的整体，充分利用甲烷菌群厌氧消化废物的有机质，生产沼气，以及利用微藻(植物)通过光合作用消化甲烷菌群不能消化的氨、氮、磷、钾及盐类，达到净化沼液，并生产高品位营养液，用于农业灌溉，形成生态产业系统。本发明环保、占地面积小、沼液处理效率高，经济效益好。
本发明提供了一种沼气-微藻联合生态处理系统，包括沼气处理系统和微藻生长繁殖系统；所述微藻生长繁殖系统包括微藻生长繁殖装置(16)，所述微藻生长繁殖装置(16)包括外壳、隔板、光源系统和烟气微藻光合作用系统；
所述沼气处理系统包括沼气池(4)，所述沼气池(4)与进料装置、沼气处理装置、沼液处理装置和沼渣处理装置分别连接，沼液处理装置和沼渣处理装置与微藻生长繁殖装置(16)分别连接连接，所述沼气处理装置与烟气微藻光合作用系统连接。
优选的是，所述烟气微藻光合作用系统包括烟气分布装置(18)、烟气分布隔板(19)、烟气风机(20)、烟气控制阀(21)和烟气排空控制阀(22)。
优选的是，所述沼气池(4)为多相流沼气池。
优选的是，所述进料装置包括依次连接的沼气原料输送设备(1)、沼气原料配料装置(2)和原料给料设备(3)。
优选的是，所述沼气处理装置包括与沼气池(4)连接的储气柜(5)，所述储气柜通过控制阀(6)与沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)分别连接，所述沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)产生的气体传送入微藻生长繁殖装置(16)。
优选的是，所述沼液处理装置包括与沼气池(4)连接的沼液储存箱(10)、所述沼液储存箱(10)与沼液循环泵(9)连接，所述沼液循环泵(9)将沼液循环输入沼气池中；
所述沼液储存箱(10)与沼液输送装置(13)连接，将沼液输入微藻生长繁殖装置(16)。
优选的是，所述沼渣处理装置包括与沼气池(4)连接的沼渣压滤机(11)，所述沼渣压滤机(11)与微藻生长繁殖装置(16)和沼渣处理设备(12)分别连接。
本发明还提供了上述技术方案所述处理系统在处理沼液和微藻生长繁殖中的应用。
本发明采用“沼气技术”+“微藻技术”建成联合循环系统，彻底改变了现有废物处理的基本模式。“微藻”属于植物类，它正好吸收沼液中由微生物遗留的氨、氮、磷、钾等有机物和盐类。彻底将原有的“微生物”+“微生物”的处理模式转变为“微生物”+“微植物”的废物处理模式，这是废物处理中的一项重要变革。
从处理终端产品来看，原有的沼液好氧处理终端产品是“污泥”，这种产品被国家列为“危废品”，需要进行专门处理，处理成本也很高。而本发明的沼液处理终端产品是微藻，它是一种营养成分非常高的营养品。以小球藻为例，它含植物蛋白质高达60％以上，还含有多种氨基酸、维生素及微量元素等。其营养品售价高达数千元一公斤。本发明所产生的营养液能够作为农作物的天然肥料。由于整个系统经过了沼气池的高温发酵以及一系列的生物过程，所产生的肥料不需要再施化肥，也不需要打农药，因此，本系统生产的农产品属于天然农产品
本发明提供了一种沼气-微藻联合生态处理系统。本发明的沼气处理系统能够使有机物质形成转变成含有大量的乙酸、二氧化碳、糖分、蛋白质、脂肪、微细纤维，以及含有大量的氨、氮、磷、钾、盐等适合于微藻生长繁殖的营养液体，实现了沼液的充分利用；然后将这些微藻营养液送入微藻生长繁殖系统中，供微藻消化吸收，微藻生长成熟后，用于生产高档肥料，或高档饲料，能够大大提升经济效益。本发明提供的生态处理系统环保、占地面积小、沼液处理效率高，经济效益好。
附图说明
图1为本发明说明书提供的微藻生长繁殖装置结构示意图；
图2为本发明说明书提供的沼气-微藻联合生态处理系统；
图3为本发明实施例1提供的遂宁大英养殖场多相流沼气处理系统(传统好氧技术)工艺流程图；
图4为本发明实施例1提供的传统好氧技术处理系统实物图；
图5为本发明实施例1提供的采用传统好氧技术处理的沼液示意图；
图6为本发明实施例1提供的本发明系统实物图；
图7为本发明实施例1提供的本发明系统处理后沼液实物图；
图8为本发明实施例1提供的本发明系统处理后的沼液水质实物图；
图9为本发明实施例1提供的本发明系统处理得到的沼液检测报告；
图10为本发明实施例1提供的本发明系统处理得到的沼液水质监测结果。
具体实施方式
本发明提供了一种沼气-微藻联合生态处理系统，包括沼气处理系统和微藻生长繁殖系统；所述微藻生长繁殖系统包括微藻生长繁殖装置(16)，所述微藻生长繁殖装置(16)包括外壳、隔板、光源系统和烟气微藻光合作用系统；
所述沼气处理系统包括沼气池(4)，所述沼气池(4)与进料装置、沼气处理装置、沼液处理装置和沼渣处理装置分别连接，沼液处理装置和沼渣处理装置与微藻生长繁殖装置(16)分别连接连接，所述沼气处理装置与烟气微藻光合作用系统连接。
本发明将沼气处理系统与微藻生长繁殖系统结合不仅有利于沼液的处理，还提供了更有利于微藻消化的营养物质。本发明对所述沼气池没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的沼气池即可。本发明的沼气池能够对有机废弃物进行厌氧发酵，生产沼气，同时产生有利于微藻生长繁殖的营养物质。沼气池是将有机生物质厌氧发酵的装置。鉴于传统的静态沼气池容易堵塞、物料分布不均、传热传质慢、不透气、微生物生长繁殖慢、沼气产气率低等缺陷。本发明优选多相流沼气池。多相流沼气池以沼液作为工作介质，用沼液循环泵(9)提供动力，使生物质在发酵床内形成液固两相流，使生物质处于悬浮状态下的“流态化”发酵。并且利用多相流技术中的分级和分层原理，将沙子、硬质杂物、纤维等比重较重、不利于厌氧发酵和不利于后续微藻吸收的“沼渣”从底部排出。而富含蛋白质、有机酸、糖类、脂肪等比重较轻、营养成分多的物质从沼气池上部和中部排出，进入微藻生长繁殖装置进行下一道工序。本发明对所述多相流沼气池没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的多相流沼气池即可，如专利号201120294347.3的专利公开的多相流沼气池。更优选地，本发明将多相流沼气发酵床设计成“瘦高型”，使多相流分级与分层效应更加明显。本发明多相流沼气池的使用能够将营养更加丰富的物质送入微藻生长繁殖装置。
本发明利用多相流沼气技术，将不利于微藻生长繁殖的物质进行分离，使送入微藻生长繁殖装置的物质更加有利于微藻生长和繁殖。多相流技术中的分层分级是依据多相流的动力学原理。传统沼气池是静态发酵。而多相流属于流态化发酵，所有的生物质处于流化状态。但不同密度的物质处于沿高度方向的不同区域。密度越大的物质处于发酵床的下部。并且，越是底部，浓度越高。高度越高，密度越小、浓度越低。对于密度大、浓度高的区域称之为“密相区”，而密度小、浓度低的区域称之为“稀相区”。这就是多相流技术的分级、分层原理。为了使沼气发酵更利于形成不同物质的分级和分层，本发明将发酵床设计成“痩高型”，使生物质在发酵过程中在不同高度上形成不同的浓度区域——稀相区和密相区。在发酵罐底部集中一些比重较大的物质，包括泥沙、硬质杂物、硬质纤维等。而在发酵床的中上部主要是蛋白质、脂肪、各种酸、维生素、以及以电离状态存在的微量元素等。在本发明中，将沼液从中和上部引出，并送入到微藻生长繁殖装置，使微藻更利于生长和繁殖。
在本发明中，所述沼气处理系统包括进料装置、沼气处理装置、沼液处理装置和沼渣处理装置。
在本发明中，所述进料装置包括依次连接的沼气原料输送设备(1)、沼气原料配料装置(2)和原料给料设备(3)。在本发明中，所述沼气原料配料装置(2)对原料进行预处理，所述预处理根据原料的不同进行选择，所述原料包括秸秆、人畜粪污、城市污泥、餐厨垃圾、树叶等，所述预处理方法包括粉碎、碾磨、水解、酶解等，本发明对原料的预处理优选将生物质加工成粒状、粉状、浆状等胶体溶液，便于沼气池的厌氧发酵，有利于甲烷伴生菌群和甲烷菌群消化吸收，生产沼气。本发明所述沼气原料配制装置优选同时调节沼液的浓度和酸碱度。在本发明中，所述原料给料设备用于将处理好的生物质液体或胶体输送入沼气池，本发明所述原料给料设备优选为渣子泵，利于控制和给料均匀。
在本发明中，所述沼气处理装置包括与沼气池(4)连接的储气柜(5)，所述储气柜通过控制阀(6)与沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)分别连接，所述沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)产生的气体传送入微藻生长繁殖装置(16)。在本发明中，所述储气柜(5)是储存沼气的容器。沼气池产生的沼气通过管道送入储气柜(5)中，再通过沼气自身的压力将沼气送入沼气利用装置(7)中。在本发明中，所述沼气利用装置(7)用于将甲烷转化为二氧化碳，是利用沼气的装置。对于一般的小型沼气系统，由于沼气产量小，可供居民生活用气。对于大中型沼气工程，可用沼气发电。一般情况下，沼气利用装置可选用燃气发电机组，或者燃烧炉，或者CNG、LNG生产装置。对于具体设备选用需要根据具体情况确定。
在本发明中，所述沼液处理装置包括与沼气池(4)连接的沼液储存箱(10)、所述沼液储存箱(10)与沼液循环泵(9)连接，所述沼液循环泵(9)将沼液循环输入沼气池中；具体的，当沼气池为多相流沼气池时，本发明所述沼液储存箱(10)优选将多相流沼气池从顶部排出的富含有机物的沼液储存起来。在本发明中，所述沼液循环泵(9)的作用是从沼液储存箱(10)中吸取沼液，为沼液提供动力，使生物质在沼气池内形成“流态化”发酵和内部循环。
所述沼液储存箱(10)与沼液输送装置(13)连接，将沼液输入微藻生长繁殖装置(16)。在本发明中，沼液优选通过沼液输送装置(13)输送给燃烧及加热装置(8)，对沼液进行加热，加热后的沼液输入微藻生长繁殖装置(16)。在本发明中，所述燃烧及加热装置(8)是为了提高沼气池发酵温度而设计的装置。由于采用了“流态化”发酵方式，并通过加热沼液的方法来加热沼气池，使得沼气池加热快，温度均匀。在一般情况下，10分钟就能让沼气池内的文顿均匀一致。
在本发明中，所述沼渣处理装置包括与沼气池(4)连接的沼渣压滤机(11)，所述沼渣压滤机(11)与微藻生长繁殖装置(16)和沼渣处理设备(12)分别连接。在本发明中，所述沼渣压滤机(11)用于将部分沼液输送到微藻生长繁殖装置(16)中。
在本发明中，所述微藻生长繁殖装置(16)是一种以有机生物质和气体碳源，包括一氧化碳、二氧化碳为原料，与光源(包括人造光源和太阳光)进行光合作用，生产藻类和氧气的装置。在本发明中，所述微藻生长繁殖装置(16)包括外壳、隔板、光源系统和烟气微藻光合作用系统。
在本发明中，所述微藻生长繁殖装置(16)更优选包括外壳、隔板、液位限定装置、进料装置和出料装置，每层隔板上方设置有光源、搅拌装置和微藻生长繁殖床。在本发明实施例中，所述微藻生长繁殖装置结构优选如图1所示。其中，a为搅拌装置电机；b为搅拌驱动机构；c为微藻液位限定装置；d为繁殖塔外壳；e为繁殖塔内部隔板；f为搅拌装置叶片；g为微藻生长繁殖床；h为发光灯具；i为电源配电装置；j为电力输送装置；k微藻营养物质喷头；l为营养物质输送机构；m为微藻回收吸入口；n为微藻回收排出管路；o为微藻营养液配料装置；p为微藻营养液；q为微藻营养物质给料装置；r为微藻收集装置；s为微藻储存及后处理装置；t为藻液体排出管道；u为藻液排放控制阀；v为藻液体回流控制阀；w为藻液体回流泵。
在本发明中，所述微藻生长繁殖装置优选为多层塔，本发明对所述繁殖装置的形状没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的培养装置的常规形状即可，如圆柱形，长方体形。本发明所述微藻生长繁殖装置是一种以有机生物质和气体碳源(包括一氧化碳、二氧化碳)为原料，与光源(包括人造光源和太阳光)进行光合作用，生产藻类和氧气的装置。本发明所述微藻生长繁殖装置(16)包括外壳、隔板、光源系统和烟气微藻光合作用系统。本发明的微藻生长繁殖装置包括外壳，本发明对所述外壳的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的外壳材料即可，如不透明材料，具体为金属、玻璃钢；本发明所述外壳材料优选为透明材料，具体为玻璃，更具体为有机玻璃、钢化玻璃。本发明透光材料外壳的选择能够充分利用太阳光，使装置内部形成良好通透的光照环境。具体地，如果将生长繁殖装置分为20层，每层高度0.5m，那么比池塘养殖提高了20倍效率。如果采用玻璃隔板，污水的曝光为双面曝光，相当于再增加一倍。当采用玻璃外壳，充分利用自然阳光，大约能增加70％的曝光面积。再加上采用人工光源，可以昼夜曝光，并人工调节光照强度，至少比自然养殖提高效率10倍以上。再如，以直径40m，20层，每层0.5m水深的生长繁殖装置为例，采用玻璃隔板和外壳，其总曝光面积将达到51496㎡，而单层曝光面积为1256㎡，仅为多层塔曝光的2.4％。如果考虑到人工光源可以昼夜曝光，并且曝光强度可以调节，比自然曝光至少提高效率一倍以上，可比曝光总面积达到11万㎡，为原始自然采光面积的87倍。
在本发明中，所述微藻生长繁殖装置包括隔板，所述隔板将微藻生长繁殖装置分为多层结构，每层培养微藻的装置为微藻生长繁殖床。
在本发明中，所述液位限定装置为穿过隔板的管道。本发明对所述管道的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的管道材料即可。在本发明中，所述液位限定装置用于控制每层的液位。
在本发明中，所述搅拌的方式优选包括机械搅拌和气体动力搅拌。在本发明中，所述微藻生长繁殖装置的每一层都设置有搅拌装置。
在本发明中，所述烟气微藻光合作用系统包括烟气分布装置(18)、烟气分布隔板(19)、烟气风机(20)、烟气控制阀(21)和烟气排空控制阀(22)。由沼气利用装置(7)燃烧产生的烟气(含有二氧化碳和空气等)通过烟气控制阀(21)进入二氧化碳风机(20)加压送入烟气分布装置(18)。烟气分布装置(18)能够均匀地将烟气送入微藻生长繁殖塔(16)中，在光源的作用下，与微藻产生光合作用，进一步生产微藻。在一般情况下，烟气分布装置(19)可选用广泛采用的好氧污水处理中的曝气头，优选选择赖泽民发明的专利号为20120003757.2的专利技术“筛网式曝气头”。
在本发明中，所述微藻分离装置的选择优选根据微藻的长度进行选择，具体地，当微藻为50μm～1mm时，采取普通过滤的方式和压滤的方式收集。对于特细的微藻，如直径3～6μm的小球藻优选采取超滤的方式收集。对于特殊要求的情况，可以采取反渗透(RO)方式过滤。所述微藻分离装置优选采用常规市售分离装置即可。本发明对微藻储存及后处理装置没有特殊的限定，优选根据微藻的应用来进行选择，如，当微藻的用途为食用时，优选采用灭菌及烘干等方式进行处理；当微藻的用途为作为肥料时(如利用污水及废物生产的微藻)优选直接进行施肥。
在本发明实施例中，所述沼气-微藻联合生态处理系统优选如图2所示：
其中，1为沼气原料输送设备；2为沼气原料配料装置；3为沼气原料给料设备；4为沼气池；5为储气柜；6为控制阀；7为沼气利用装置；8为燃烧及加热装置；9为沼液循环泵；10为沼液储存箱；11为沼渣压滤机；12为沼渣处理设备；13为沼液输送装置；14为配电系统；15为光源配电装置；16为微藻生长繁殖装置；17为藻类人造光源；18为烟气分布装置；19为烟气分布隔板；20为烟气风机；21为烟气控制阀；22为烟气排空控制阀；23为烟囱；24为藻类分离装置。
在本发明中，所述沼气-微藻联合生态处理系统处理流程具体优选如下：
在沼气处理系统中，不同的物料，如粪污、污泥、餐厨垃圾、秸秆等通过原料输送设备(1)送至配料装置(2)。经过配料装置(2)配好原料以后，经给料设备(3)送入沼气池(4)进行发酵。给料设备(3)是根据不同的物料选定的设备。通常情况下采用给料泵比较方便，更优选采用螺杆泵。沼气池(4)，如前所述是将生物质原料经过发酵后产生沼气的设备。由该设备产生的沼气通过管道送入储气柜(5)中储存。常用的储气柜有双膜储气柜和湿式储气柜，这两种储气柜都能在市场中买到。沼气池产生的沼气，一方面通过控制阀(6)进入沼气利用设备(7)使用，包括居民做生活燃料、发电，或制作生物天然气(CNG、LNG))等。燃烧所产生的烟气通过控制阀(21)和增压风机(20)送入微藻生长繁殖装置(16)作为原料生产藻类。沼气池所产生的沼气的另一部分可通过燃烧及加热装置(8)，加热沼液，再通过管道将沼液送入沼气池(4)，从而加热沼气池。通过水力作用使沼气池内的物料得到充分混合及搅拌。沼气池中的沼液进入沼液储存箱(10)。沼液储存箱中的沼液通过管道进入沼液循环泵(9)，通过加压，进入燃烧及加热装置(8)对沼液加热，沼液再进入沼气池，完成沼液的循环。沼气池的沼渣与沼液的混合物经过管道排入沼渣压滤机(11)进行固液分离。其中，对于固体部分送入沼渣处理设备(12)进行处理。对于沼渣处理设备需要根据不同的用途来确定。比如，一般的用途仅需要将沼渣闪蒸冷却，使水分降至40～50％即可作为农肥使用。如果需要制成商品有机肥还需要按照国家相关规定进行肥料配比，并烘干处理，从而进行市场销售。对于沼气池产生的沼液，从沼液箱(10)经过管道进入沼液输送装置(13)送入微藻生长繁殖装置(16)，作为藻类生长繁殖的原料进行消化吸收，从而达到沼液处理和利用的目的。沼液输送装置在一般情况下可采用污水泵进行增压和输送。
在微藻生长繁殖系统中，所述藻类生长繁殖需要藻种、原料和阳光。由于藻类具有自我繁殖的功能，藻种可以从专业藻类养殖公司一次性购买，并通过人工加入的方式一次性将藻种加入微藻生长繁殖装置，使其自然生长繁殖。本发明藻类生长繁殖的场所——微藻生长繁殖装置的结构及功能描述如上文所述。
在本发明中，所述藻类生长繁殖的原料一部分来自于沼气处理系统产生的沼液。由于沼液是经过沼气池发酵后的生物质液体，含有丰富的氨、氮、磷、各种盐类及其它有机物质，如蛋白质、酸、糖等。这些有机物是很好的藻类原料，可以用于生产藻类。同时，沼液是很难处理的污染物，通过藻类的吸收，使沼液得到净化，达到处理沼液的目的。
沼气的产生过程分为三个阶段。第一阶段，即液化阶段，发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，把禽畜粪便、作物秸秆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等小分子化合物。沼气发酵的第二阶段，产酸阶段，这个阶段是发酵性细菌将小分子化合物将其分解为乙酸、丙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢产乙酸菌把其转化为产甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。沼气发酵的第三阶段，即产甲烷阶段，产甲烷细菌群，利用以上不产甲烷的三种菌群所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。沼气在生产过程中还会产生大量的有利于微藻生长繁殖的营养物质。本发明将这些物质送入微藻生长繁殖装置，作为微藻生产的原料。为了使沼气生产过程中产生更多的微藻营养物质，本发明优选通过加酶、控制发酵时间、pH值对产生沼气和产生微藻营养物质进行合理分配，并加以控制。
在本发明中，所述藻类生长繁殖的另一种原料是二氧化碳和少量的一氧化碳。本发明的二氧化碳主要来自于沼气燃烧及加热装置(8)和沼气利用设备(7)燃烧沼气所产生的烟气。由于沼气的主要成分是甲烷，它燃烧以后将产生二氧化碳和水，对于没完全燃烧的甲烷气将产生一氧化碳。因此，沼气的燃烧烟气中含有部分二氧化碳和一氧化碳。这两种气体都是藻类生产的原料。在本发明中，沼气燃烧及加热装置(8)和沼气利用装置(7)所产生的烟气都是经过烟气控制阀(21)和烟气风机(20)进入微藻生长繁殖装置(16)。对于其它来源的二氧化碳可以类似处理。在微藻生长繁殖装置中设有烟气(二氧化碳)分布装置(18)将烟气均匀分配到微藻生长繁殖装置的各个部分。在微藻生长繁殖装置内还设有烟气分布隔板(19)，它能够使烟气从烟气输送管道均匀送入塔内。对于这种烟气分布装置的设计可以根据一般的流体力学原理进行设计。对于简单的结构设计可以采用多孔板进行烟气分配。
在本发明中，所述藻类生长繁殖所需要的光源，在本发明中主要采用人造光源。人造光源的产生工艺是：从电网下载的电源经过配电系统(14)将电力参数调整到适合人造光源的电力参数。考虑到设备的安全性，一般采用不超过36伏的电压等级。将配置好的电力通过光源配电线路(15)接入藻类人造光源(17)。由于LED灯的发光效率很高，并且寿命长，因此在一般情况下考虑采用白色LED等作为光源灯具。
对于生长成熟以后的藻类通过管道送入藻类分离装置(24)对固体藻类和液体进行分离。关于藻类分离装置的详细内容如上问所述。经分离装置分离出来的固体藻类用于生产营养保健品、高档饲料，或高档肥料；分离装置分离出来的液体部分可以作为农业灌溉所用，或者经过检验后进行排放。
本发明还提供了上述技术方案所述处理系统在处理沼液和微藻生长繁殖中的应用。
下面结合具体实施例对本发明所述的一种沼气-微藻联合生态处理系统及其应用做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
本发明于2014年利用微藻处理沼液，获得成功。该项目在四川省遂宁市大英县一家养猪场，天惠能源科技公司建设了一个粪污多相流沼气综合处理系统。遂宁大英养殖场多相流沼气处理系统工艺流程图如图3所示。
2015年初开始建设，其中，采用粪污作为原料，用多相流沼气技术生产沼气，并用三级好氧系统处理沼液。该项目于2015年底开始运行。运行结果表明，多相流沼气系统循环正常，各项技术指标超过传统沼气池30％以上。但由于沼液含有大量的氨、氮、磷及盐类，并且沼液BOD、COD含量非常高，达到10000以上。使得生化降解只能达到50％左右，最终沼液BOD、COD都在3000以上。并且沼液处理量实际指标9吨/天，实际指标2吨/天都达不到。建造的粪污多相流沼气综合处理系统实物图片见图4，沼液处理情况见图5：
鉴于单纯的沼气和传统沼液处理系统的弊病，2016年对该系统进行了全面的综合改造。其基本思路如下：
用微藻处理沼液，代替原有的好氧处理沼液。由于微藻属于植物类，而好氧处理系统中的微生物属于动物类。处理模式发生了根本性改变。微藻对于消化氨、氮、磷及盐类有先天的优势。并且所选用的微藻含有丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素、矿物质等，可以作为高档营养保健品、饲料和肥料。而好氧处理的副产品是含有大量微生物尸体的“危废品”。使一个带有二次污染的粪污处理系统转变为一个完全的生态处理系统。
由于传统的静态发酵沼气池，存在粪污沉淀，基本上都采用液固分离技术，只发酵沼液。而本系统尽管采用了多相流沼气技术，但由于粪污中含有大量的动物毛、秸秆类纤维及其它杂物，导致给料系统无法给高浓度物料。因此，本发明的给料系统采用螺杆泵给料，它能对粪污、秸秆、污泥、酒糟等各种物料进行给料。结合多相流沼气发酵技术，能适应各种物料进行沼气发酵。经改造后，它特别适应农村、社区及城镇的综合废物处理，对建设低碳社区和城镇有重要意义。物料处理的浓度从原来的3～8％提高到12～15％。使系统的有效处理量大大增加。
多相流沼气技术具有较好的分级和分层的功能。即，多相流沼气池存在“密相区”和“稀相区”。越到顶部的物质密度越小，越到底部密度越大。对于物料中的沙子、杂物、重金属，和一些没有被微生物消化的纤维等，通过底部排出。通过这种技术改造就能保证进入微藻生长繁殖系统中的物质能够快速被微藻消化吸收。
对原有多相流沼气池进行超级保温，并改造沼液加热系统，减少热能损失，使多相流沼气池在中高温状态下发酵。通过这一改造，使得原有发酵温度从30℃左右提高到35～55℃。在这一温度环境中发酵，可以杀灭绝大部分有害细菌，特别是对有害虫卵可以全部杀灭。对这样的沼液排入微藻生长繁殖塔就能保证微藻的良好生存环境。
将物料给料系统、预处理系统、给料系统、多相流沼气发酵系统与微藻生长繁殖系统及其它系统进行有机耦合，边形成了一个完整的“沼气-微藻联合生态处理系统”。采用新技术以后，粪污的处理量从每天200kg/d提高到1000kg/d，沼液处理量达到20t/d以上，BOD、COD均在20以下。微藻液体的PH值从原来的9左右下降到7.4左右，基本上达到了中性水质标准。氨、氮、磷、盐的检测数据还没有出来。但可以推断比原有处理方式有很大的下降。并且沼渣量从60～70％下降到30％以下。微藻中含有的杂质在0.1％以下。经过改造后的系统(本发明系统)实物图见图6，改造后微藻处理沼液实物图如图7所示；水质实物见图8。
图9和图10为本发明改造后的系统处理得到的沼液和沼液水质的监测报告。报告结果显示采用微藻处理沼液的功效非常良好。比如，根据国家养殖废水排放标准，BOD150，COD400就达标了。而本装置的BOD(五日生化需氧量)仅为11.8，COD(化学需氧量)为37，远远低于国家排放标准。这就解决了我国长期以来养殖业粪污污染环境的问题。。
实践证明，我们开发的微藻生长繁殖装置处理各种沼液和污水是成功的，可以用于现实的工农业沼液和污水处理。经过我们进一步的改进，还可以用于更加广泛的领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种沼气-微藻联合生态处理系统，其特征在于，包括沼气处理系统和微藻生长繁殖系统；所述微藻生长繁殖系统包括微藻生长繁殖装置(16)，所述微藻生长繁殖装置(16)包括外壳、隔板、光源系统和烟气微藻光合作用系统；
所述沼气处理系统包括沼气池(4)，所述沼气池(4)与进料装置、沼气处理装置、沼液处理装置和沼渣处理装置分别连接，沼液处理装置和沼渣处理装置与微藻生长繁殖装置(16)分别连接连接，所述沼气处理装置与烟气微藻光合作用系统连接。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述烟气微藻光合作用系统包括烟气分布装置(18)、烟气分布隔板(19)、烟气风机(20)、烟气控制阀(21)和烟气排空控制阀(22)。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述沼气池(4)为多相流沼气池。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述进料装置包括依次连接的沼气原料输送设备(1)、沼气原料配料装置(2)和原料给料设备(3)。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述沼气处理装置包括与沼气池(4)连接的储气柜(5)，所述储气柜通过控制阀(6)与沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)分别连接，所述沼气利用装置(7)和燃烧及加热装置(8)产生的气体传送入微藻生长繁殖装置(16)。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述沼液处理装置包括与沼气池(4)连接的沼液储存箱(10)、所述沼液储存箱(10)与沼液循环泵(9)连接，所述沼液循环泵(9)将沼液循环输入沼气池中；
所述沼液储存箱(10)与沼液输送装置(13)连接，将沼液输入微藻生长繁殖装置(16)。
7.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述沼渣处理装置包括与沼气池(4)连接的沼渣压滤机(11)，所述沼渣压滤机(11)与微藻生长繁殖装置(16)和沼渣处理设备(12)分别连接。
8.权利要求1～7任意一项所述处理系统在处理沼液和微藻生长繁殖中的应用。
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