申请日2012.04.28
公开(公告)日2012.08.15
IPC分类号C02F3/34; C12R1/89; C12N1/12
摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体为一种利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法。本发明包括：利用牛粪废水作为微藻培养的营养基质，采用某些特定光色的LED灯作为人工光源，计算一系列的光照强度下微藻的生长代谢情况和牛粪废水的污染物降解情况，并且以污染物降解的经济效益为标准，分析出经济效益最高的光色和光照强度的人工光源调配方法。本发明方法实用性好，简单易行;可以在利用微藻净化牛粪废水的过程中节约光照能耗，从而提高该牛粪废水净化方法的经济性;且可以避免微藻生长过程中光抑制或者光照不足的影响，从而促进了微藻的生长，进而提升牛粪废水的净化效果。
权利要求书
1. 一种利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法，其特征在于具体步骤为：
(1)固定培养条件，温度为25至30摄氏度，初始pH为6.5至7.0，光暗比为12h:12h，微藻接种量和牛粪废水按照体积比1:1.8—1:2.2接种，牛粪废水初始浓度以牛粪废水的COD计，稀释到COD值为300至350 mg L-1;
(2)构建各种光色的人工光源和一定变化范围内的光照强度实验组，分析各种实验工况下微藻的生长量和牛粪废水的净化效果，既光色和光照强度同时变化，采用红、白、黄和蓝光光源，光照强度为在300至2800 μmol m?2 s?1之间;并以500 μmol m?2 s?1递增;
(3)计算各种光色条件下牛粪废水中各种污染物去除的经济效益;
(4)选择出对于牛粪废水污染物净化效果好，经济效益高的光色和光照强度调配方法。
2. 根据权利要求1所述的利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法，其特征在于，所述各种光色的人工光源采用LED灯。
3. 根据权利要求1所述的利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法，其特征在于，所述计算各种污染物去除的经济效益，是指在某个特定光色和光照强度条件下，用污染物去除率除以所用光色LED灯光源在此光照强度下的耗电量或者电费。
4. 根据权利要求1所述的利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法，其特征在于，所述培养条件为：采用LED红光光源;光照强度为1300至1800 μmol m?2 s?1之间。
说明书
一种利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法。
背景技术
20世纪90年代以来，随着“菜篮子”工程的实施，我国畜禽养殖业实现了连续多年的快速发展。预计2013年前畜牧业的产值仍将以每年约8%的速度增长。随着畜禽养殖业的发展，规模化畜禽饲养的比例不断扩大。伴随畜禽养殖业快速发展而来的是畜禽养殖废水产量的迅速增加，由此带来的环境污染问题也日益严重。2002年的数据显示，我国畜禽牛粪的产量为11.4亿吨，占畜禽粪便总量的41.45%。畜禽牛粪中含有大量的氮、磷等营养物质。我国畜禽粪便的总氮产生量约为1530万吨，其中牛粪为501万吨，占氮总量的32.75%;畜禽粪便的总磷产生量为640万吨，其中牛粪为137万吨，占磷总量的21.41%。在我国，畜禽养殖以集中大规模为主，但是八成左右的规模化养殖场缺乏必要的畜禽废水污染治理设施，其畜禽粪便废水如不适当处理而直接排入环境，将对水体、土壤和大气环境均造成严重的危害。
现有的畜禽粪便废水处理主要包括：自然处理、生物处理和物理化学处理法等。自然处理是指主要采用稳定塘、人工湿地等自然生态系统对废水进行处理。其具有工艺简单、动力消耗低、节省投资等优点，但其净化功能受自然条件制约，且占地面积较大。物理方法主要通过格栅和固液分离机将畜禽粪便废水中固态物质进行分离;化学方法则是采用混凝、沉淀、气浮法等工艺去除细小悬浮物及胶体物质，从而达到污水净化的目的。物理化学方法处理养殖场废水具有简单、实用、有效等优点，但操作成本较高，并可能会产生二次污染，该方法一般只作为预处理或后续处理使用。生物处理方法是指通过微生物对废水中的有机物进行转化，从而达到净化畜禽养殖粪便废水的目地。生物处理方法主要包括厌氧生物处理技术和好氧生物处理技术两大类。厌氧处理技术存在着生化反应速度较慢、反应时间较长、且产气不稳定等问题。因此，所需反应器体积较大，处理后的出水往往难以达标排放。这些缺陷使厌氧消化技术的推广和应用受到一定程度的限制。虽然好氧处理技术对有机物、氨氮的去除效果较好，但是存在污水停留时间较长，需要很大的反应器，且耗能较大、投资高等缺点。但是生物处理方法仍然是最有前途的处理方法，特别是如能改进其反应过程，提高其经济效益，则生物方法可以有很好的实用性。
利用牛粪废水来养殖微藻，可以通过微藻对牛粪废水中营养物质的吸收来达到净化废水的目地。微藻拥有极高的光合作用效率，其通过自身快速的繁殖可以从环境中吸收大量的营养元素。微藻繁殖的重要影响因素之一就是光源的性质，主要包括光色和光照强度。不同光色的光因其波长不同而对微藻中光合色素的作用不同，从而影响光合作用系统的一系列反应，最终影响微藻的生长繁殖和代谢。光照强度是光源射出光线的亮度，表示光源光子的能量大小。光照强度过大时会因其微藻的“光抑制”现象，光照强度过小时则不能为微藻的代谢提供足够的光能。同时，不同光色的LED灯在不同的光照强度下所需的功率是不同的，既他们所消耗的电能是不同的。因此采用合适的人工光源调配方法，分析降解各种污染物的经济效益，可以找到最适宜的光色和光强度光源性质，提高利用微藻净化牛粪废水工艺的经济实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微藻净化牛粪废水的人工光源调配方法，其通过分析不同光色和光照强度条件下各种污染物降解的经济效益，以找到最适宜的光色和光照强度调配方法，可以节省大量光能并且可以促进微藻的生长以提升牛粪废水的净化效果和经济实用性。其具体步骤如下：
(1)固定培养条件，温度为25至30摄氏度，初始pH为6.5至7.0，光暗比为12h:12h，微藻接种量和牛粪废水按照体积比1:1.8—1:2.2接种，牛粪废水初始浓度以牛粪废水的COD计，稀释到COD值为300至350 mg L-1;
(2)构建各种光色的人工光源和一定变化范围内的光照强度实验组，分析各种实验工况下微藻的生长量和牛粪废水的净化效果，既光色和光照强度同时变化，采用红、白、黄和蓝光光源，光照强度为在300至2800 μmol m?2 s?1之间;
(3)计算各种光色条件下牛粪废水中各种污染物去除的经济效益;
(4)选择出对于牛粪废水污染物净化效果好，经济效益高的光色和光照强度调配方法。
本发明中，所采用的人工光源是LED灯。
本发明中，光照强度的变化范围的确定是按照光抑制和光照不足情况下的光照强度分别作为上限和下限，一般分别以300和2800 μmol m?2 s?1为宜，并且以500 μmol m?2 s?1递增划分不同光照强度。
本发明中，各种污染物去除的经济效益的计算是指在某个特定光色和光照强度条件下，用污染物去除率除以所用光色LED灯光源在此光照强度下的耗电量或者电费得出的。
本发明的优点在于：
(1)人工光源并没有采用所常见的白炽灯或者荧光灯，而是采用LED灯。其特点是拥有较窄的光谱带，因此可以只发出某些特定波长的光波，从而减少了能量的消耗，提高了利用微藻净化牛粪废水的经济实用性;
(2)计算了各种光色条件下牛粪废水中各种主要污染物的净化的经济性，并且综合考虑所有污染物同时去除的效果，最终确定光色和光照强度的调配方法。
