CN108865892A - 一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法 - Google Patents

一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法。具体步骤为：(1)沼液通过絮凝沉淀降低浊度、色度及部分难降解的有机物；(2)沉淀完成后，通过自然沉降进行固液分离；(3)在液体中加入一定量的碳酸钠进行酸碱度和盐度的调节；(4)微藻通过扩培后接入沼液中；(5)培养过程对光强及酸碱度进行反馈调节；(6)采收微藻，处理完成。本发明解决了目前沼液培养微藻产量过低的问题，收获的微藻可作为生物柴油的原料，处理后的沼液达到了城镇二级污水排放的标准，实现了沼液的低排放和资源循环利用，适于大规模推广应用。

Description

一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法
技术领域
本发明属于环保及新能源技术领域，具体涉及一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法。
背景技术
随着畜禽养殖业规模化、集约化的发展，产生了大量养殖废水，给环境带来了极大的压力。沼气发酵是目前处理养殖废水最为经济和有效的技术之一，不仅大大减少了养殖废水的直接排放，产生的沼气还能满足养殖场的能源需求，既环保又节能。但是沼气发酵后产生的沼液中仍然含有高浓度的氮、磷以及大量的有机物，如若不经处理直接排放，不仅严重污染生态环境，还会影响人们的生活质量。
微藻是较为低等的光合自养植物，仅利用合适的光、CO2和必需无机盐就可实现快速生长和繁殖，具有营养需求简单、光合作用效率高、耐污强、具有高附加值等特点。从20世纪60年代开始，微藻处理污水就已引起了广泛的关注。沼液中含有能够支持藻类生长的大量N、P和K等无机盐，是潜在的藻类优良培养基。
目前越来越多的研究将微藻应用于沼液的处理，但都存在着微藻生物量不高，沼液净化效果相对较差的问题。为了解决上述问题，需要提供一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，在处理沼液的同时，获得大量高附加值的微藻产品，降低生产成本，获得更高的经济效益，实现节能减排的绿色生产，以适于大规模的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，为解决目前畜禽养殖废水营养资源化利用提供更为经济、高效的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其包括以下几个步骤：
(1)沼液经过絮凝沉淀以降低沼液的色度、浊度及难降解的有机质含量；
(2)絮凝沉淀后，通过自然沉降进行固液分离，液体进入调节池进行酸碱度及营养盐的调节以适于微藻的生长；
(3)将藻种接种至含BG11培养液的鼓泡式柱状反应器中，在光照强度为5000lx，温度为25℃，pH为6.5～7.5，CO2体积分数为0.5％的条件下培养一段时间，待初始OD680达到3.0时，终止培养，离心获得藻细胞；
(4)将离心获得的藻细胞接入经絮凝和调节后的沼液中，并在适当的条件下培养一段时间；
(5)在培养过程中，通过沼液pH及微藻生物量的变化，定期地补充碱性物质及调整光照强度；
(6)培养结束后进行固液分离，对微藻进行收集利用，液体直接排放。
作为优选，步骤(1)的沼液预处理的絮凝剂可以是壳聚糖、聚γ～谷氨酸、明矾和聚合氯化铝。
优选地，步骤(1)所选的絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)，助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。
优选地，步骤(1)絮凝方法为：取一定量的沼液于预处理池中，用HC1或NaOH溶液调节沼液初始pH值为5.5，加入一定量的聚合氯化铝(终浓度为200mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，再加入一定量的阳离子聚丙烯酰胺(终浓度为20.0mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，静止1～2h，取得上清作为微藻培养液。
优选地，步骤(2)通过添加碳酸钠对絮凝后的沼液进行酸碱度及营养盐的调节，其中，碳酸钠初始的添加量为1.33g/L，调节后沼液的初始pH为8.0。
优选地，步骤(3)所述的藻类为小球藻(Chlorella sp.)。
优选地，步骤(4)的具体过程为：将对数期的藻细胞以0.5g/L的初始接种量接种至经预处理及营养盐调节后的沼液中，在初始pH为8.0，光照强度为5,000～15,000lx，光照时间为24h，温度为25℃，CO2体积分数为0.5％，通气量为10mL/min下培养10d。
优选地，步骤(5)微藻净化沼液的过程中，需要不断的补加碳酸钠溶液以维持沼液pH在6.5～8.5范围内。
优选地，步骤(5)的光强梯度设置为：在0～2d时，光强设置为5,000lx；在2～4d时，光强为10,000lx；在4～10d时，光强为15,000lx。
本发明的有益效果在于：(1)本发明通过絮凝预处理，降低了沼液的色度及浊度，使其更适宜微藻的生长；(2)在微藻培养过程中，通过不断补加碳酸钠溶液，维持沼液pH的同时，也丰富了沼液的碳源含量，提高了微藻的生物量；(3)在微藻培养过程中，通过梯度增大光强以提高微藻的生长速度；(4)培养获得的微藻油脂含量高，可作为生物柴油原料，不会造成二次污染；(5)处理后的沼液达到了城镇二级污水的排放标准；(6)本发明实施简单、出水水质好、微藻生物量高、操作方便，实现了沼液的生态化处理，在改善环境的同时产生经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明的具体工艺流程。
图2是本发明具体实施方式中小球藻的生长情况。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细说明，但所有实施例并不对本发明构成任何限制。
实施例
下面以某规模化养猪场沼液处理过程为例，利用本发明对沼液进行处理。
(1)沼液成分分析：取猪场沼液，测得初始COD为1504mg/L，TN为512.1mg/L，TP为118.0mg/L，NH4 +-N为368.6mg/L，pH为8.0。
(2)沼液絮凝预处理：沼液进入絮凝预处理池，用HC1或NaOH溶液调节沼液pH值为5.5，加入一定量的聚合氯化铝(终浓度为200mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，再加入一定量的阳离子聚丙烯酰胺(终浓度为20.0mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，静止1～2h；取得上清，测得COD为921.0mg/L，TN为480.0mg/L，TP为68.20mg/L，NH4 +-N为357.7mg/L，pH为5.82。其参数变化如表1所示。
表格1絮凝前后猪场沼液参数变化
(3)酸碱度及营养盐调节：沼液上清进入微藻反应器中，并加入一定量的碳酸钠，使其初始浓度为1.33g/L，沼液初始pH为8.0。
(4)藻种扩培：小球藻在含BG11培养基的鼓泡式柱状反应器中，温度为25℃，光强为5000lx，pH为6.5～7.5，CO2体积分数为0.5％下培养，获得OD680为3.0的种子液；其中，BG11的配方为：硝酸钠1500mg/L，磷酸二氢钾40mg/L，七水合硫酸镁75mg/L，二水氯化钙36mg/L，柠檬酸6mg/L，柠檬酸铁铵6mg/L，乙二胺四乙酸二钠1mg/L，碳酸钠20mg/L，硼酸2.86mg/L，四水氯化锰1.86mg/L，七水硫酸锌0.22mg/L，二水钼酸钠0.39mg/L，五水硫酸铜0.08mg/L，六水硝酸钴0.05mg/L。
(5)小球藻培养耦合沼液净化：将已扩培的小球藻在5000r/mim下离心5min，经无菌水洗涤后按初始生物量为0.5g/L的接种量接入沼液中，在梯度光强为5,000～15,000lx、光暗周期比为24:0，温度为25℃，CO2体积分数为0.5％，pH为6.5～8.5(通过补加碳酸钠进行pH的维持)，通气量为10mL/min的条件下培养10d。
(6)经过10d的培养，小球藻在经预处理的沼液中的生物量达到了10.84g/L，其油脂含量达到了62.63％；沼液TN、TP、NH4 +-N、COD的去除率分别为96.41％、97.70％、99.42％和89.53％，各污染指标达到了城镇二级污水的排放标准。
(7)表2沼液处理前后污染指标对比
表格2沼液处理前后污染指标对比
(8)以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求书和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)沼液经过絮凝沉淀以降低沼液的色度、浊度及难降解的有机质含量；
(2)沼液絮凝沉淀后，通过自然沉降进行固液分离，液体进入调节池进行酸碱度及营养盐的调节以适于微藻的生长；
(3)将藻种接种至含BG11培养液的鼓泡式柱状反应器中，在光照强度为5000lx，温度为25℃，pH为6.5～7.5，CO2体积分数为0.5％的条件下培养一段时间，待初始OD680达到3.0时，终止培养，离心获得藻细胞；
(4)将离心获得的藻细胞接入经絮凝和调节后的沼液中，并在适当的条件下培养一段时间；
(5)在培养过程中，通过沼液pH及微藻生物量的变化，定期地补充碱性物质及调整光照强度；
(6)培养结束后进行固液分离，对微藻藻体进行收集利用，液体直接排放。
2.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(1)沼液预处理的絮凝剂为聚合氯化铝，助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(1)沼液预处理过程为：取一定量的沼液于预处理池中，用HC1或NaOH溶液调节沼液初始pH值为5.5，加入一定量的聚合氯化铝(终浓度为200mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，再加入一定量的阳离子聚丙烯酰胺(终浓度为20.0mg/L)，在l40r/min转速下搅拌1min后，静止1～2h，获得上清液。
4.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(2)沼液酸碱度和营养盐的调节物质为碳酸钠，其初始添加量为1.33g/L，且经过调节的沼液初始pH为8.0。
5.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(3)所述的藻类为小球藻(Chlorella sp.)。
6.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(4)的具体过程为：将对数期的藻细胞以0.5g/L的初始接种量接种至经预处理及营养盐调节后的沼液中，在初始pH为8.0，光照强度为5,000～15,000lx，光照时间为24h，温度为25℃，CO2体积分数为0.5％，通气量为10mL/min下培养10d。
7.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(5)需要定期地补加碳酸钠溶液以维持沼液pH在6.5～8.5范围内。
8.根据权利要求1所述的一种利用畜禽养殖沼液高产微藻的方法，其特征在于，步骤(5) 的光强梯度设置为：在0～2d时，光强设置为5,000lx；在2～4d时，光强为10,000lx；在4～10d时，光强为15,000lx。
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