公布日：2022.06.10
申请日：2022.02.19
分类号：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
本发明公开了一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，所述方法由使养殖沼液以达到微藻培养要求的好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及利用经处理后的沼液培养微藻并固定CO2的微藻生产系统两个处理阶段组成。本发明对沼液进行处理与资源化利用，沼液无需稀释，并且经处理后的养殖场粪污无任何液体排放，无需专门针对养殖场粪污剩余液体进行排放处理，可实现污水的减量浓缩，同时实现了沼液的可生化性，不产生二次污染，经好氧反硝化菌藻污水前端处理系统的出水在微藻生产系统中能充分发挥作用，同时可利用沼气作为热源，并回收沼气燃烧尾气作为CO2源，从而实现微藻的高效生产。
权利要求书
1.一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、好氧反硝化菌藻污水前端处理系统的处理阶段S101、将养殖场粪污经固液分离设备（1）进行固液分离，分离后的废液经调节，pH达到6.5-7.5后导入厌氧发酵池（2），进行厌氧发酵产沼气，随后将厌氧发酵产出的沼液，取上清液导入沼液储存池（3）；S102、将步骤S101中沼液储存池（3）的沼液中化学需氧量控制在3000mg/L以下，固体悬浮物浓度控制在1000mg/L以下；S103、将步骤S102中得到沼液进入菌藻共生处理设备（4）内处理，形成符合微藻培养条件的培养液；步骤2、微藻生产系统的处理阶段S104、将步骤S103的培养液导入微藻生产设备（6），并将步骤S101中沼气经管道输送至沼气利用系统（5），通过沼气利用系统（5）将沼气发电并将余热以及尾气CO2导入微藻生产设备（6），对微藻进行培养生产；S105、将步骤S104微藻生产设备（6）生产的藻液导入采收设备（7），通过采收设备（7）分离后形成藻泥并进入烘干设备（8）进行烘干制粉，分离后剩余尾水再次导入菌藻共生处理设备（4）中重复步骤S103；所述好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统均可通过自然蒸发或辅助蒸发器将沼液中部分水分子排放至大气，用于平衡好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统中沼液的水量；所述步骤S103所述菌藻共生处理设备（4）包括：用于充分降解沼液的好氧反硝化菌藻膜组（41），用于吸附残余微量元素和有机悬浮物的生物滤床（42），用于预处理与循环配水的曝气池（43），以及用于将沼液喷淋在好氧反硝化菌藻膜组（41）的喷淋管（44），所述喷淋管（44）设在所述好氧反硝化菌藻膜组（41）的上方，并通过管道和配水泵与所述曝气池（43）连接，所述好氧反硝化菌藻膜组（41）、生物滤床（42）和曝气池（43）由上到下依次串联；其中，步骤S103处理的方法包括以下步骤：1）将步骤S102中得到沼液进入曝气池（43）进行硝化处理，将沼液中的氮氨污染物经预处理硝化反应转化成非挥发性氧化态的硝态氮；2）预先将好氧反硝化菌及微藻接种在好氧反硝化菌藻膜组（41）上，随后将曝气后的沼液通过配水泵以及喷淋管（44）均匀喷布在好氧反硝化菌藻膜组（41）上进行好氧反硝化处理，通过好氧反硝化菌藻膜组（41）的好氧反硝化菌及微藻将沼液充分降解转化成N2、CO2和水，同时，沼液中水分子通过好氧反硝化菌藻膜组（41）进行物理气化蒸发至大气，好氧反硝化菌及微藻的呼吸作用也会将沼液中的水分子释放至大气；3）沼液中的部分硝态氮、磷、钾经好氧反硝化菌藻膜组（41）的好氧反硝化菌及微藻代谢和利用后，部分的微量元素和悬浮物通过生物滤床（42）过滤及吸附，并通过生物滤床（42）的好氧反硝化菌及微藻做进一步代谢和利用，处理后剩余的沼液再次进入曝气池（43）内；4）沼液在菌藻共生处理设备（4）内反复循环步骤1）-3），最终在曝气池（43）内形成符合微藻培养条件的培养液。
2.根据权利要求1所述的一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤S101利用酸液将分离后的污水pH调节至6.5-7.5，所述酸液为HCl溶液、H2SO4溶液中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤S104所述微藻生产设备（6）为开放式光生物反应器或密闭式光生物反应器，所述开放式光生物反应器或密闭式光生物反应器中设有使藻液保持悬浮状态的搅拌装置和/或曝气装置。
4.根据权利要求1所述的一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述微藻选自小球藻、螺旋藻、栅藻和衣藻的藻种的至少一种，将所述藻种接种于所述培养液中，在微藻生产设备（6）中经过培养生产得到藻液。
5.根据权利要求1所述的一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤S105所述采收设备（7）为沉淀装置、过滤装置或离心装置中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤S104微藻生产设备（6）生产的藻液质量浓度为0.8-1.5g/L。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法。
本发明的技术方案是：一种碳汇释氧型养殖污水资源化利用的方法，所述方法由使养殖沼液以达到微藻培养要求的好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及利用经处理后的沼液培养微藻并固定CO2的微藻生产系统两个处理阶段组成。
进一步地，所述方法包括以下步骤：
步骤1、好氧反硝化菌藻污水前端处理系统的处理阶段
S101、将养殖场粪污经固液分离设备进行固液分离，分离后的废液经调节，pH达到6.5-7.5后导入厌氧发酵池，进行厌氧发酵产沼气，随后将厌氧发酵产出的沼液，取上清液导入沼液储存池；
S102、将步骤S101中沼液储存池的沼液中化学需氧量(COD)控制在3000mg/L以下，固体悬浮物浓度(SS)控制在1000mg/L以下；
步骤2、微藻生产系统的处理阶段
S103、将步骤S102中得到沼液进入菌藻共生处理设备内处理，形成符合微藻培养条件的培养液；
S104、将步骤S103的培养液导入微藻生产设备，并将步骤S101中沼气经管道输送至沼气利用系统，通过沼气利用系统将沼气发电并将余热以及尾气CO2导入微藻生产设备，对微藻进行培养生产；
S105、将步骤S104微藻生产设备生产的藻液导入采收设备，通过采收设备分离后形成藻泥并进入烘干设备进行烘干制粉，分离后剩余尾水再次导入菌藻共生处理设备中重复步骤S103。
更进一步地，所述步骤S101利用酸液将分离后的污水pH调节至6.5-7.5，所述酸液为HCl溶液、H2SO4溶液中的任意一种，采用上述方法进行养殖场粪污的pH调节，使养殖场粪污满足厌氧发酵池进行一次厌氧发酵的条件，并且经济性好。
进一步地，所述步骤S103所述菌藻共生处理设备包括：用于充分降解沼液的好氧反硝化菌藻膜组，用于吸附残余微量元素和悬浮物的生物滤床，用于预处理与循环配水的曝气池，以及用于将沼液喷淋在好氧反硝化菌藻膜组的喷淋管，所述喷淋管设在所述好氧反硝化菌藻膜组的上方，并通过管道和配水泵与所述曝气池连接，所述好氧反硝化菌藻膜组、生物滤床和曝气池由上到下依次串联；
其中，步骤S103处理的方法包括以下步骤：
1)将步骤S102中得到沼液进入曝气池进行硝化处理，将沼液中的氮氨污染物经预处理硝化反应转化成非挥发性氧化态的硝态氮；
2)预先将好氧反硝化菌及微藻接种在好氧反硝化菌藻膜组上，随后将曝气后的沼液通过配水泵以及喷淋管均匀喷布在好氧反硝化菌藻膜组上进行好氧反硝化处理，通过好氧反硝化菌藻膜组的好氧反硝化菌及微藻将沼液充分降解转化成N2、CO2和水，同时，沼液中水分子通过好氧反硝化菌藻膜组进行物理气化蒸发至大气，好氧反硝化菌及微藻的呼吸作用也会将其产生的水分子释放至大气；
3)沼液中的部分硝态氮、磷、钾等物质经好氧反硝化菌藻膜组的好氧反硝化菌及微藻代谢和利用后，部分的微量元素和悬浮物亦会被生物滤床过滤及吸附，并通过生物滤床的好氧反硝化菌及微藻做进一步代谢和利用，处理后剩余的沼液再次进入曝气池内；
4)沼液在菌藻共生处理设备内反复循环步骤1)-3)，最终在曝气池内形成符合微藻培养条件的培养液；
通过上述菌藻共生处理设备以及处理方法，可以对沼液进行有效处理使其满足微藻培养的条件，且沼液无需稀释，无液体排放，具有资源化利用率高，低成本、环境友好、几乎无污泥产生、无液体排放等优点。
进一步地，所述步骤S104所述微藻生产设备为开放式光生物反应器或密闭式光生物反应器，所述开放式光生物反应器或密闭式光生物反应器中设有使藻液保持悬浮状态的搅拌装置和/或曝气装置；通过上述微藻生产设备高效利用培养液、沼气发电后余热以及尾气CO2，从而实现微藻的高效生产，并且具有资源化利用率高，减排CO2等优点。
进一步地，所述微藻选自小球藻、螺旋藻、栅藻和衣藻等抗逆性较强的藻种的至少一种，将所述藻种接种于所述培养液中，在微藻生产设备中经过培养生产得到藻液。
进一步地，所述步骤S105所述采收设备为沉淀装置、过滤装置或离心装置中的任意一种；通过上述采收设备，可以将微藻生产后的尾水进行回用，处理成本低，运行简单，可实现无液体排放。
进一步地，所述步骤S104微藻生产设备生产的藻液质量浓度为10-100g/L；从而便于通过采收设备进行固液分离获得藻泥和尾水，资源化利用率高，且无液体排放。
进一步地，所述好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统均可通过自然蒸发或辅助蒸发器将沼液中部分水分子排放至大气，用于平衡好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统中沼液的水量；从而保持好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统中水量的平衡，并且通过配合微藻生产系统对沼液进行多次循环处理及利用，使经过本发明方法处理后的养殖场粪污无任何液体排放，从而无需专门针对养殖场粪污剩余液体进行排放处理，并且具有工艺简单易行，不产生二次污染的优点。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法采用厌氧发酵——好氧反硝化——微藻生产——尾水处理的组合工艺，对沼液进行处理与资源化利用，沼液无需稀释，无液体排放，具有资源化利用率高，低成本、环境友好、几乎无污泥产生、减排CO2、释放氧气、无液体排放等优点。
(2)本发明方法经过好氧反硝化步骤实现了沼液的可生化性，处理简单高效，不产生二次污染，经好氧反硝化菌藻污水前端处理系统的出水在微藻生产系统中能充分发挥作用，同时可利用沼气作为热源，并回收燃烧尾气作为CO2源，从而实现微藻的高效生产。
(3)本发明方法中微藻生产后经采收后的尾水，循环进入菌藻共生处理设备进行处理，能保证稳定的出水水质，且处理成本低，运行简单，且最终实现无液体排放。
(4)本发明方法通过利用微藻生产系统对沼液进行多次循环处理及利用，同时可配合好氧反硝化菌藻污水前端处理系统以及微藻生产系统的自然蒸发或辅助蒸发器对过量沼液进行辅助蒸发，从而使经过本发明方法处理的养殖场粪污无任何液体排放，无需专门针对养殖场粪污剩余液体进行排放处理，并且具有工艺简单易行，不产生二次污染的优点。
(5)本发明方法联合物理、化学、生物的手段，在处理沼液的同时，实现藻生物质的高附加值产品回收，工艺简单易行，有效降低传统沼液处理的运行费用，且能获得较好的收益；其中，藻生物质以干粉的形式生产，避免了传统藻生物质产品需要配置培养液等高加工成本。
（发明人：高志刚;曹磊）
