公布日：2022.06.10
申請(qǐng)日：2022.02.19
分類號(hào)：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(yǎng)殖污水資源化利用的方法，所述方法由使養(yǎng)殖沼液以達(dá)到微藻培養(yǎng)要求的好氧反硝化菌藻污水前端處理系統(tǒng)以及利用經(jīng)處理后的沼液培養(yǎng)微藻并固定CO2的微藻生產(chǎn)系統(tǒng)兩個(gè)處理階段組成。本發(fā)明對(duì)沼液進(jìn)行處理與資源化利用，沼液無(wú)需稀釋，并且經(jīng)處理后的養(yǎng)殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，無(wú)需專門針對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)糞污剩余液體進(jìn)行排放處理，可實(shí)現(xiàn)污水的減量濃縮，同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的出水在微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(xiàn)微藻的高效生產(chǎn)。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(tǒng)的處理階段S101、將養(yǎng)殖場(chǎng)糞污經(jīng)固液分離設(shè)備（1）進(jìn)行固液分離，分離后的廢液經(jīng)調(diào)節(jié)，pH達(dá)到6.5-7.5后導(dǎo)入?yún)捬醢l(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(dǎo)入沼液儲(chǔ)存池（3）；S102、將步驟S101中沼液儲(chǔ)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(shè)備（4）內(nèi)處理，形成符合微藻培養(yǎng)條件的培養(yǎng)液；步驟2、微藻生產(chǎn)系統(tǒng)的處理階段S104、將步驟S103的培養(yǎng)液導(dǎo)入微藻生產(chǎn)設(shè)備（6），并將步驟S101中沼氣經(jīng)管道輸送至沼氣利用系統(tǒng)（5），通過(guò)沼氣利用系統(tǒng)（5）將沼氣發(fā)電并將余熱以及尾氣CO2導(dǎo)入微藻生產(chǎn)設(shè)備（6），對(duì)微藻進(jìn)行培養(yǎng)生產(chǎn)；S105、將步驟S104微藻生產(chǎn)設(shè)備（6）生產(chǎn)的藻液導(dǎo)入采收設(shè)備（7），通過(guò)采收設(shè)備（7）分離后形成藻泥并進(jìn)入烘干設(shè)備（8）進(jìn)行烘干制粉，分離后剩余尾水再次導(dǎo)入菌藻共生處理設(shè)備（4）中重復(fù)步驟S103；所述好氧反硝化菌藻污水前端處理系統(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)中沼液的水量；所述步驟S103所述菌藻共生處理設(shè)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(jī)懸浮物的生物濾床（42），用于預(yù)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(shè)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(yù)處理硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成非揮發(fā)性氧化態(tài)的硝態(tài)氮；2）預(yù)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(zhuǎn)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(nèi)；4）沼液在菌藻共生處理設(shè)備（4）內(nèi)反復(fù)循環(huán)步驟1）-3），最終在曝氣池（43）內(nèi)形成符合微藻培養(yǎng)條件的培養(yǎng)液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(diào)節(jié)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(shè)備（6）為開(kāi)放式光生物反應(yīng)器或密閉式光生物反應(yīng)器，所述開(kāi)放式光生物反應(yīng)器或密閉式光生物反應(yīng)器中設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(yǎng)液中，在微藻生產(chǎn)設(shè)備（6）中經(jīng)過(guò)培養(yǎng)生產(chǎn)得到藻液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳匯釋氧型養(yǎng)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(shè)備（6）生產(chǎn)的藻液質(zhì)量濃度為0.8-1.5g/L。
發(fā)明內(nèi)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(yǎng)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(yǎng)殖污水資源化利用的方法，所述方法由使養(yǎng)殖沼液以達(dá)到微藻培養(yǎng)要求的好氧反硝化菌藻污水前端處理系統(tǒng)以及利用經(jīng)處理后的沼液培養(yǎng)微藻并固定CO2的微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)的處理階段
S101、將養(yǎng)殖場(chǎng)糞污經(jīng)固液分離設(shè)備進(jìn)行固液分離，分離后的廢液經(jīng)調(diào)節(jié)，pH達(dá)到6.5-7.5后導(dǎo)入?yún)捬醢l(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(dǎo)入沼液儲(chǔ)存池；
S102、將步驟S101中沼液儲(chǔ)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(tǒng)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(shè)備內(nèi)處理，形成符合微藻培養(yǎng)條件的培養(yǎng)液；
S104、將步驟S103的培養(yǎng)液導(dǎo)入微藻生產(chǎn)設(shè)備，并將步驟S101中沼氣經(jīng)管道輸送至沼氣利用系統(tǒng)，通過(guò)沼氣利用系統(tǒng)將沼氣發(fā)電并將余熱以及尾氣CO2導(dǎo)入微藻生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)微藻進(jìn)行培養(yǎng)生產(chǎn)；
S105、將步驟S104微藻生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)的藻液導(dǎo)入采收設(shè)備，通過(guò)采收設(shè)備分離后形成藻泥并進(jìn)入烘干設(shè)備進(jìn)行烘干制粉，分離后剩余尾水再次導(dǎo)入菌藻共生處理設(shè)備中重復(fù)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(diào)節(jié)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(yǎng)殖場(chǎng)糞污的pH調(diào)節(jié)，使養(yǎng)殖場(chǎng)糞污滿足厭氧發(fā)酵池進(jìn)行一次厭氧發(fā)酵的條件，并且經(jīng)濟(jì)性好。
進(jìn)一步地，所述步驟S103所述菌藻共生處理設(shè)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(yù)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(shè)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(yù)處理硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成非揮發(fā)性氧化態(tài)的硝態(tài)氮；
2)預(yù)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(zhuǎn)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(nèi)；
4)沼液在菌藻共生處理設(shè)備內(nèi)反復(fù)循環(huán)步驟1)-3)，最終在曝氣池內(nèi)形成符合微藻培養(yǎng)條件的培養(yǎng)液；
通過(guò)上述菌藻共生處理設(shè)備以及處理方法，可以對(duì)沼液進(jìn)行有效處理使其滿足微藻培養(yǎng)的條件，且沼液無(wú)需稀釋，無(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(shè)備為開(kāi)放式光生物反應(yīng)器或密閉式光生物反應(yīng)器，所述開(kāi)放式光生物反應(yīng)器或密閉式光生物反應(yīng)器中設(shè)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(shè)備高效利用培養(yǎng)液、沼氣發(fā)電后余熱以及尾氣CO2，從而實(shí)現(xiàn)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(qiáng)的藻種的至少一種，將所述藻種接種于所述培養(yǎng)液中，在微藻生產(chǎn)設(shè)備中經(jīng)過(guò)培養(yǎng)生產(chǎn)得到藻液。
進(jìn)一步地，所述步驟S105所述采收設(shè)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(shè)備，可以將微藻生產(chǎn)后的尾水進(jìn)行回用，處理成本低，運(yùn)行簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)液體排放。
進(jìn)一步地，所述步驟S104微藻生產(chǎn)設(shè)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(shè)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(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)中水量的平衡，并且通過(guò)配合微藻生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)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(yǎng)殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，從而無(wú)需專門針對(duì)養(yǎng)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(duì)沼液進(jìn)行處理與資源化利用，沼液無(wú)需稀釋，無(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(xiàn)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(tǒng)的出水在微藻生產(chǎn)系統(tǒng)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(xiàn)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(shè)備進(jìn)行處理，能保證穩(wěn)定的出水水質(zhì)，且處理成本低，運(yùn)行簡(jiǎn)單，且最終實(shí)現(xiàn)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(tǒng)對(duì)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(tǒng)以及微藻生產(chǎn)系統(tǒng)的自然蒸發(fā)或輔助蒸發(fā)器對(duì)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(yǎng)殖場(chǎng)糞污無(wú)任何液體排放，無(wú)需專門針對(duì)養(yǎng)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(xiàn)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(tǒng)沼液處理的運(yùn)行費(fèi)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(tǒng)藻生物質(zhì)產(chǎn)品需要配置培養(yǎng)液等高加工成本。
（發(fā)明人：高志剛;曹磊）
