公布日：2022.06.10
申請日：2022.02.19
分類(lèi)號：C02F9/14(2006.01)I;C12N1/12(2006.01)I;C12N1/20(2006.01)I;C12R1/89(2006.01)N;C12R1/01(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，所述方法由使養殖沼液以達到微藻培養要求的好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及利用經(jīng)處理后的沼液培養微藻并固定CO2的微藻生產(chǎn)系統兩個(gè)處理階段組成。本發(fā)明對沼液進(jìn)行處理與資源化利用，沼液無(wú)需稀釋?zhuān)⑶医?jīng)處理后的養殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，無(wú)需專(zhuān)門(mén)針對養殖場(chǎng)糞污剩余液體進(jìn)行排放處理，可實(shí)現污水的減量濃縮，同時(shí)實(shí)現了沼液的可生化性，不產(chǎn)生二次污染，經(jīng)好氧反硝化菌藻污水前端處理系統的出水在微藻生產(chǎn)系統中能充分發(fā)揮作用，同時(shí)可利用沼氣作為熱源，并回收沼氣燃燒尾氣作為CO2源，從而實(shí)現微藻的高效生產(chǎn)。
權利要求書(shū)
1.一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟1、好氧反硝化菌藻污水前端處理系統的處理階段S101、將養殖場(chǎng)糞污經(jīng)固液分離設備（1）進(jìn)行固液分離，分離后的廢液經(jīng)調節，pH達到6.5-7.5后導入厭氧發(fā)酵池（2），進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，隨后將厭氧發(fā)酵產(chǎn)出的沼液，取上清液導入沼液儲存池（3）；S102、將步驟S101中沼液儲存池（3）的沼液中化學(xué)需氧量控制在3000mg/L以下，固體懸浮物濃度控制在1000mg/L以下；S103、將步驟S102中得到沼液進(jìn)入菌藻共生處理設備（4）內處理，形成符合微藻培養條件的培養液；步驟2、微藻生產(chǎn)系統的處理階段S104、將步驟S103的培養液導入微藻生產(chǎn)設備（6），并將步驟S101中沼氣經(jīng)管道輸送至沼氣利用系統（5），通過(guò)沼氣利用系統（5）將沼氣發(fā)電并將余熱以及尾氣CO2導入微藻生產(chǎn)設備（6），對微藻進(jìn)行培養生產(chǎn)；S105、將步驟S104微藻生產(chǎn)設備（6）生產(chǎn)的藻液導入采收設備（7），通過(guò)采收設備（7）分離后形成藻泥并進(jìn)入烘干設備（8）進(jìn)行烘干制粉，分離后剩余尾水再次導入菌藻共生處理設備（4）中重復步驟S103；所述好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統均可通過(guò)自然蒸發(fā)或輔助蒸發(fā)器將沼液中部分水分子排放至大氣，用于平衡好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統中沼液的水量；所述步驟S103所述菌藻共生處理設備（4）包括：用于充分降解沼液的好氧反硝化菌藻膜組（41），用于吸附殘余微量元素和有機懸浮物的生物濾床（42），用于預處理與循環(huán)配水的曝氣池（43），以及用于將沼液噴淋在好氧反硝化菌藻膜組（41）的噴淋管（44），所述噴淋管（44）設在所述好氧反硝化菌藻膜組（41）的上方，并通過(guò)管道和配水泵與所述曝氣池（43）連接，所述好氧反硝化菌藻膜組（41）、生物濾床（42）和曝氣池（43）由上到下依次串聯(lián)；其中，步驟S103處理的方法包括以下步驟：1）將步驟S102中得到沼液進(jìn)入曝氣池（43）進(jìn)行硝化處理，將沼液中的氮氨污染物經(jīng)預處理硝化反應轉化成非揮發(fā)性氧化態(tài)的硝態(tài)氮；2）預先將好氧反硝化菌及微藻接種在好氧反硝化菌藻膜組（41）上，隨后將曝氣后的沼液通過(guò)配水泵以及噴淋管（44）均勻噴布在好氧反硝化菌藻膜組（41）上進(jìn)行好氧反硝化處理，通過(guò)好氧反硝化菌藻膜組（41）的好氧反硝化菌及微藻將沼液充分降解轉化成N2、CO2和水，同時(shí)，沼液中水分子通過(guò)好氧反硝化菌藻膜組（41）進(jìn)行物理氣化蒸發(fā)至大氣，好氧反硝化菌及微藻的呼吸作用也會(huì )將沼液中的水分子釋放至大氣；3）沼液中的部分硝態(tài)氮、磷、鉀經(jīng)好氧反硝化菌藻膜組（41）的好氧反硝化菌及微藻代謝和利用后，部分的微量元素和懸浮物通過(guò)生物濾床（42）過(guò)濾及吸附，并通過(guò)生物濾床（42）的好氧反硝化菌及微藻做進(jìn)一步代謝和利用，處理后剩余的沼液再次進(jìn)入曝氣池（43）內；4）沼液在菌藻共生處理設備（4）內反復循環(huán)步驟1）-3），最終在曝氣池（43）內形成符合微藻培養條件的培養液。
2.根據權利要求1所述的一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟S101利用酸液將分離后的污水pH調節至6.5-7.5，所述酸液為HCl溶液、H2SO4溶液中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟S104所述微藻生產(chǎn)設備（6）為開(kāi)放式光生物反應器或密閉式光生物反應器，所述開(kāi)放式光生物反應器或密閉式光生物反應器中設有使藻液保持懸浮狀態(tài)的攪拌裝置和/或曝氣裝置。
4.根據權利要求1所述的一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述微藻選自小球藻、螺旋藻、柵藻和衣藻的藻種的至少一種，將所述藻種接種于所述培養液中，在微藻生產(chǎn)設備（6）中經(jīng)過(guò)培養生產(chǎn)得到藻液。
5.根據權利要求1所述的一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟S105所述采收設備（7）為沉淀裝置、過(guò)濾裝置或離心裝置中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，其特征在于，所述步驟S104微藻生產(chǎn)設備（6）生產(chǎn)的藻液質(zhì)量濃度為0.8-1.5g/L。
發(fā)明內容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種碳匯釋氧型養殖污水資源化利用的方法，所述方法由使養殖沼液以達到微藻培養要求的好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及利用經(jīng)處理后的沼液培養微藻并固定CO2的微藻生產(chǎn)系統兩個(gè)處理階段組成。
進(jìn)一步地，所述方法包括以下步驟：
步驟1、好氧反硝化菌藻污水前端處理系統的處理階段
S101、將養殖場(chǎng)糞污經(jīng)固液分離設備進(jìn)行固液分離，分離后的廢液經(jīng)調節，pH達到6.5-7.5后導入厭氧發(fā)酵池，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，隨后將厭氧發(fā)酵產(chǎn)出的沼液，取上清液導入沼液儲存池；
S102、將步驟S101中沼液儲存池的沼液中化學(xué)需氧量(COD)控制在3000mg/L以下，固體懸浮物濃度(SS)控制在1000mg/L以下；
步驟2、微藻生產(chǎn)系統的處理階段
S103、將步驟S102中得到沼液進(jìn)入菌藻共生處理設備內處理，形成符合微藻培養條件的培養液；
S104、將步驟S103的培養液導入微藻生產(chǎn)設備，并將步驟S101中沼氣經(jīng)管道輸送至沼氣利用系統，通過(guò)沼氣利用系統將沼氣發(fā)電并將余熱以及尾氣CO2導入微藻生產(chǎn)設備，對微藻進(jìn)行培養生產(chǎn)；
S105、將步驟S104微藻生產(chǎn)設備生產(chǎn)的藻液導入采收設備，通過(guò)采收設備分離后形成藻泥并進(jìn)入烘干設備進(jìn)行烘干制粉，分離后剩余尾水再次導入菌藻共生處理設備中重復步驟S103。
更進(jìn)一步地，所述步驟S101利用酸液將分離后的污水pH調節至6.5-7.5，所述酸液為HCl溶液、H2SO4溶液中的任意一種，采用上述方法進(jìn)行養殖場(chǎng)糞污的pH調節，使養殖場(chǎng)糞污滿(mǎn)足厭氧發(fā)酵池進(jìn)行一次厭氧發(fā)酵的條件，并且經(jīng)濟性好。
進(jìn)一步地，所述步驟S103所述菌藻共生處理設備包括：用于充分降解沼液的好氧反硝化菌藻膜組，用于吸附殘余微量元素和懸浮物的生物濾床，用于預處理與循環(huán)配水的曝氣池，以及用于將沼液噴淋在好氧反硝化菌藻膜組的噴淋管，所述噴淋管設在所述好氧反硝化菌藻膜組的上方，并通過(guò)管道和配水泵與所述曝氣池連接，所述好氧反硝化菌藻膜組、生物濾床和曝氣池由上到下依次串聯(lián)；
其中，步驟S103處理的方法包括以下步驟：
1)將步驟S102中得到沼液進(jìn)入曝氣池進(jìn)行硝化處理，將沼液中的氮氨污染物經(jīng)預處理硝化反應轉化成非揮發(fā)性氧化態(tài)的硝態(tài)氮；
2)預先將好氧反硝化菌及微藻接種在好氧反硝化菌藻膜組上，隨后將曝氣后的沼液通過(guò)配水泵以及噴淋管均勻噴布在好氧反硝化菌藻膜組上進(jìn)行好氧反硝化處理，通過(guò)好氧反硝化菌藻膜組的好氧反硝化菌及微藻將沼液充分降解轉化成N2、CO2和水，同時(shí)，沼液中水分子通過(guò)好氧反硝化菌藻膜組進(jìn)行物理氣化蒸發(fā)至大氣，好氧反硝化菌及微藻的呼吸作用也會(huì )將其產(chǎn)生的水分子釋放至大氣；
3)沼液中的部分硝態(tài)氮、磷、鉀等物質(zhì)經(jīng)好氧反硝化菌藻膜組的好氧反硝化菌及微藻代謝和利用后，部分的微量元素和懸浮物亦會(huì )被生物濾床過(guò)濾及吸附，并通過(guò)生物濾床的好氧反硝化菌及微藻做進(jìn)一步代謝和利用，處理后剩余的沼液再次進(jìn)入曝氣池內；
4)沼液在菌藻共生處理設備內反復循環(huán)步驟1)-3)，最終在曝氣池內形成符合微藻培養條件的培養液；
通過(guò)上述菌藻共生處理設備以及處理方法，可以對沼液進(jìn)行有效處理使其滿(mǎn)足微藻培養的條件，且沼液無(wú)需稀釋?zhuān)瑹o(wú)液體排放，具有資源化利用率高，低成本、環(huán)境友好、幾乎無(wú)污泥產(chǎn)生、無(wú)液體排放等優(yōu)點(diǎn)。
進(jìn)一步地，所述步驟S104所述微藻生產(chǎn)設備為開(kāi)放式光生物反應器或密閉式光生物反應器，所述開(kāi)放式光生物反應器或密閉式光生物反應器中設有使藻液保持懸浮狀態(tài)的攪拌裝置和/或曝氣裝置；通過(guò)上述微藻生產(chǎn)設備高效利用培養液、沼氣發(fā)電后余熱以及尾氣CO2，從而實(shí)現微藻的高效生產(chǎn)，并且具有資源化利用率高，減排CO2等優(yōu)點(diǎn)。
進(jìn)一步地，所述微藻選自小球藻、螺旋藻、柵藻和衣藻等抗逆性較強的藻種的至少一種，將所述藻種接種于所述培養液中，在微藻生產(chǎn)設備中經(jīng)過(guò)培養生產(chǎn)得到藻液。
進(jìn)一步地，所述步驟S105所述采收設備為沉淀裝置、過(guò)濾裝置或離心裝置中的任意一種；通過(guò)上述采收設備，可以將微藻生產(chǎn)后的尾水進(jìn)行回用，處理成本低，運行簡(jiǎn)單，可實(shí)現無(wú)液體排放。
進(jìn)一步地，所述步驟S104微藻生產(chǎn)設備生產(chǎn)的藻液質(zhì)量濃度為10-100g/L；從而便于通過(guò)采收設備進(jìn)行固液分離獲得藻泥和尾水，資源化利用率高，且無(wú)液體排放。
進(jìn)一步地，所述好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統均可通過(guò)自然蒸發(fā)或輔助蒸發(fā)器將沼液中部分水分子排放至大氣，用于平衡好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統中沼液的水量；從而保持好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統中水量的平衡，并且通過(guò)配合微藻生產(chǎn)系統對沼液進(jìn)行多次循環(huán)處理及利用，使經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后的養殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，從而無(wú)需專(zhuān)門(mén)針對養殖場(chǎng)糞污剩余液體進(jìn)行排放處理，并且具有工藝簡(jiǎn)單易行，不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明方法采用厭氧發(fā)酵——好氧反硝化——微藻生產(chǎn)——尾水處理的組合工藝，對沼液進(jìn)行處理與資源化利用，沼液無(wú)需稀釋?zhuān)瑹o(wú)液體排放，具有資源化利用率高，低成本、環(huán)境友好、幾乎無(wú)污泥產(chǎn)生、減排CO2、釋放氧氣、無(wú)液體排放等優(yōu)點(diǎn)。
(2)本發(fā)明方法經(jīng)過(guò)好氧反硝化步驟實(shí)現了沼液的可生化性，處理簡(jiǎn)單高效，不產(chǎn)生二次污染，經(jīng)好氧反硝化菌藻污水前端處理系統的出水在微藻生產(chǎn)系統中能充分發(fā)揮作用，同時(shí)可利用沼氣作為熱源，并回收燃燒尾氣作為CO2源，從而實(shí)現微藻的高效生產(chǎn)。
(3)本發(fā)明方法中微藻生產(chǎn)后經(jīng)采收后的尾水，循環(huán)進(jìn)入菌藻共生處理設備進(jìn)行處理，能保證穩定的出水水質(zhì)，且處理成本低，運行簡(jiǎn)單，且最終實(shí)現無(wú)液體排放。
(4)本發(fā)明方法通過(guò)利用微藻生產(chǎn)系統對沼液進(jìn)行多次循環(huán)處理及利用，同時(shí)可配合好氧反硝化菌藻污水前端處理系統以及微藻生產(chǎn)系統的自然蒸發(fā)或輔助蒸發(fā)器對過(guò)量沼液進(jìn)行輔助蒸發(fā)，從而使經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理的養殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，無(wú)需專(zhuān)門(mén)針對養殖場(chǎng)糞污剩余液體進(jìn)行排放處理，并且具有工藝簡(jiǎn)單易行，不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
(5)本發(fā)明方法聯(lián)合物理、化學(xué)、生物的手段，在處理沼液的同時(shí)，實(shí)現藻生物質(zhì)的高附加值產(chǎn)品回收，工藝簡(jiǎn)單易行，有效降低傳統沼液處理的運行費用，且能獲得較好的收益；其中，藻生物質(zhì)以干粉的形式生產(chǎn)，避免了傳統藻生物質(zhì)產(chǎn)品需要配置培養液等高加工成本。
（發(fā)明人：高志剛;曹磊）
