申请日2015.12.04
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C12N1/12; C02F3/32; C02F9/00; C12M1/00; C12M1/12; C12M1/04; C12R1/89
摘要
本发明属于废水处理领域，提供一种畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法，包括1)将畜禽粪便水溶肥生产废水用水稀释，2)向稀释后的畜禽粪便水溶肥生产废水中添加营养元素P、Ca、Fe、Mg，3)使用NaCl溶液、海水、卤水中的一种或多种调节废水的盐度值至150～200，并控制pH值为8.0～9.0;4)接种处于对数生长期的杜氏藻进行培养，5)连续培养8～12天，使得杜氏藻的生长到达平台期后，将杜氏藻收获。本发明提出的方法，将处理畜禽粪便水溶肥生产废水与营养元素回收利用相结合，既可以实现废水中污染物的脱除，又可以做到生物质原料的生产，起到了环境保护、节约成本、回收资源、以及营养元素循环利用的多重功效。
摘要附图
权利要求书
1.一种畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法，其特征在于，包括步骤：
1)将畜禽粪便水溶肥生产废水用水稀释，稀释倍数为20～35倍;
2)向稀释后的畜禽粪便水溶肥生产废水中添加营养元素P、Ca、Fe、Mg，相应营养盐添加量为NaH2PO4·2H2O15.0～18.0mg/L,CaCl2·2H2O40～50mg/L,MgSO4·7H2O1000～1300mg/L,柠檬酸铁4～6mg/L;
3)使用NaCl溶液、海水、卤水中的一种或多种调节废水的盐度值至150～200，并控制pH值为8.0～9.0;
4)向步骤1)稀释后的废水中接种处于对数生长期的杜氏藻进行培养，接种量为0.2g干重/L至0.3g干重/L;
5)连续培养8～12天，使得杜氏藻的生长到达平台期后，将杜氏藻收获，并用于β-胡萝卜素的制取。
2.根据权利要求1所述的资源化利用方法，其特征在于，所述畜禽粪便为鸡粪和/或猪粪，所述畜禽粪便水溶肥生产废水中，COD浓度为800～900mg/L,TN为2800～3100mg/L，NH3-N浓度为2000～2500mg/L，TP浓度6.0～10.0mg/L。
3.根据权利要求1所述的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤4)中，培养光照度为1800～2500lux，光暗周期比为12:10～14。
4.根据权利要求3所述的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤4)中，在杜氏藻培养的光周期通入CO2体积比为4～10%的CO2与空气混合气体。
5.根据权利要求1所述的水资源化利用方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述海水和卤水经过消毒，所述消毒是将液体在120～130℃下灭菌15～30min。
6.根据权利要求1所述的水资源化利用方法，其特征在于，所 述步骤3)中用0.2～2mol/L盐酸和/或0.2～2mol/LNaOH溶液调节pH值。
7.根据权利要求1～6任一所述的资源化利用方法，其特征在于，所述步骤3)中，用NaCl溶液或消毒后的海水、卤水中的一种调节废水的盐度值至165～175，之后用盐酸和/或NaOH溶液调节pH值至8.5。
8.根据权利要求1～6任一所述的污水资源化利用方法，其特征在于，所述步骤5)中，使得杜氏藻的生长到达平台期后，用内压式真空纤维膜将杜氏藻收获，纤维膜的过滤孔径为0.22μm。
9.根据权利要求1～6任一所述的资源化利用方法，其特征在于，用于所述方法的设备包括光生物反应器、超滤单元、微藻种子培养器、进气单元;
所述光生物反应器设置有畜禽粪便水溶肥生产废水进水口，微藻种子培养器通过管路连接所述光生物反应器
所述进气单元包括CO2进气管路和空气压缩机，所述CO2进气管路和空气压缩机连接有混合气室，所述混合气室通过管路连接有曝气头，所述曝气头设置在光生物反应器底部;
所述光生物反应器的藻与废水混合液出口连接所述超滤单元。
10.根据权利要求1～4任一所述的资源化利用方法，其特征在于，所述超滤单元包括内压式中空纤维膜组件，光生物反应器藻液出口连接所述内压式中空纤维膜组件的进水口，连接管路上设置有压力表、隔膜泵、阀门、转子流量计;所述内压式中空纤维膜组件的浓缩液出口连接有微藻浓缩液储存罐。
说明书
畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种利用微生物的废水处理方法。
背景技术
畜禽沼液是养殖场粪污经厌氧发酵后的残留液，属于高浓度的有机废水，其中含有铵盐、钾盐、磷酸盐等可溶性物质。沼液中的N、P、K等营养元素。使得沼液可以做为有机肥料施放在土地中以创造更多的经济价值。在国外产出的沼液通常通过所配套的土地进行消纳，但由于国内过多过为集中的沼液产出使得沼气生产商没有足够的土地来进行消纳。大量的沼液若不经过处置，不仅是资源的浪费，也会对土壤、水体等环境造成巨大的压力。
现今，利用膜滤系统处理沼液已经得到了很多关注和应用。沼液经膜滤浓缩，形成浓缩液和清液。其中浓缩液经处理后可用作水溶肥，而大量清液可通过在其中培养微藻进行无害化、资源化利用。
微藻作为光合自养型生物一直以来以其高的光合效率、较快的繁殖速度受到广泛关注。在微藻的生长过程中，依赖其较高的光合效率，吸收空气中的CO2，将其作为合成自身细胞物质的碳源，达到固定空气中CO2的目的。有些微藻还能够利用水中的有机碳源进行兼性生长，同时吸收水体有的含N、P化合物，从而实现了水体中的有机物的降解。
微藻作为营光合生长的植物，在其光合作用过程中会产生很多具有高附加值的代谢产物，如色素、不饱和脂肪酸、蛋白质、维生素、多糖、生长因子等。这些产物使得微藻在很多方面都具有很高的利用价值。β-胡萝卜素(C40H56)是类胡萝卜素之一，为橘黄色脂溶性化 合物，是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。β-胡萝卜素存在于很多天然食物中，如木瓜、胡萝卜等中，而杜氏藻的一些种可以在自身积累较高的β-胡萝卜素含量，有些甚至可以达到自身细胞干重的14%。
发明内容
针对本领域的不足之处，本发明的目的是提出一种畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法。
本工艺方法分为三个部分，第一部分是将畜禽粪便水溶肥生产废水稀释至杜氏藻生长适宜范围内;第二部分是调节畜禽粪便水溶肥生产废水中营养元素的浓度及配比，并调节盐度值、pH值以达到适合杜氏藻生长的环境条件;第三部分是向预处理后的畜禽粪便水溶肥生产废水中接入杜氏藻并通入CO2气体培养收获杜氏藻。通过以上三部分的操作，实现对废水中氨氮的回收，并获得高价值杜氏藻，并用于生产胡萝卜素，有效实现了废水资源化及温室气体减排。
实现本发明目的技术方案具体为：
一种畜禽粪便水溶肥生产废水培养杜氏藻的资源化利用方法，包括步骤：
1)将畜禽粪便水溶肥生产废水用水稀释，稀释倍数为20～35倍;
2)向稀释后的畜禽粪便水溶肥生产废水中添加营养元素P、Ca、Fe、Mg，相应营养盐添加量为NaH2PO4·2H2O15.0～18.0mg/L,CaCl2·2H2O40～50mg/L,MgSO4·7H2O1000～1300mg/L,柠檬酸铁4～6mg/L;
3)使用NaCl溶液、海水、卤水中的一种或多种调节废水的盐度值至150～200(通常盐度没有单位，公知是‰)，并控制pH值为8.0～9.0;
4)向步骤1)稀释后的废水中接种处于对数生长期的杜氏藻(Dunaliellasp.)进行培养，接种量为0.2g干重/L至0.3g干重/L;
5)连续培养8～12天，使得微藻的生长到达平台期后，将微藻收 获，并用于β-胡萝卜素的制取。
本发明使用的杜氏藻(Dunaliellasp.)，为Dunaliella属，藻株编号：FACHB-558，购自中科院水生所(地址：武汉珞珈山东湖南路7号中科院水生生物研究所淡水藻种库)。
其中，所述畜禽粪便为鸡粪和/或猪粪，所述畜禽粪便水溶肥生产废水中，COD浓度为800～900mg/L,TN为2800～3100mg/L，NH3-N浓度为2000～2500mg/L，TP浓度6.0～10.0mg/L。
经过步骤1)稀释，废水的NH3-N浓度可达70～120mg/L，即为杜氏藻生长适宜范围。
步骤2)中营养盐NaH2PO4·2H2O,CaCl2·2H2O,MgSO4·7H2O,柠檬酸铁应按顺序添加，在前一药品溶解完全后依次添加下一药品。或配制成母液进行添加。
优选地，所述步骤4)中，培养光照度为1800～2500lux，光暗周期比为12:10～14。
其中，所述步骤4)中，在微藻培养的光周期通入CO2体积比为4～10%的CO2与空气混合气体。
其中，所述步骤3)中，所述海水和卤水经过消毒，所述消毒是将液体在120～130℃下灭菌15～30min。
其中，所述步骤3)中用0.2～2mol/L盐酸和/或0.2～2mol/LNaOH溶液调节pH值。
更优选地，所述步骤3)中，用NaCl溶液或消毒后的海水、卤水中的一种调节废水的盐度值至165～175，之后用盐酸和/或NaO溶液调节pH值至8.5。
其中，所述步骤5)中，使得微藻的生长到达平台期后，用内压式真空纤维膜将微藻收获，中空纤维膜的孔径为0.22μm。
进一步地，本发明还提出所述资源化利用方法所使用的设备。
用于所述方法的设备包括光生物反应器、超滤单元、微藻种子培养器、进气单元;
所述光生物反应器设置有畜禽粪便水溶肥生产废水进水口，微藻种子培养器通过管路连接所述光生物反应器
所述进气单元包括CO2进气管路和空气压缩机，所述CO2进气管路和空气压缩机连接有混合气室，所述混合气室通过管路连接有曝气头，所述曝气头设置在光生物反应器底部;
所述光生物反应器的藻与废水混合液出口连接所述超滤单元。
其中，所述超滤单元包括内压式中空纤维膜组件，光生物反应器藻液出口连接所述内压式中空纤维膜组件的进水口，连接管路上设置有压力表、隔膜泵、阀门、转子流量计;所述内压式中空纤维膜组件的浓缩液出口连接有微藻浓缩液储存罐。
具体地，所述的方法，可通过以下步骤来完成的：
一、通过水泵，由废水进水口向反应器主体中泵入畜禽粪便水溶肥生产废水，添加蒸馏水;
二、向反应器中废水按顺序分别添加营养盐NaH2PO4·2H2O,CaCl2·2H2O,MgSO4·7H2O,柠檬酸铁。注意按顺序添加，在前一药品溶解完全后依次添加下一药品。或配制成母液进行添加。设定培养光照度和光暗周期比;
三、向处理好的废水中添加微藻种液，直至配至微藻干重为0.2～0.3g/L，总液体量为反应器体积的三分之二;
四、调节废水pH值至8.5，开启混合气路系统。打开CO2压力控制阀门及空气压缩机，调节CO2流量计及空气进口流量计，向反应器内通入CO2和空气混合气体，培养8～12天;
五、开启超滤系统。打开微藻培养器进水口阀门，开启隔膜泵，调节液体流量计，控制超滤膜的进水流量和压力;超滤后的清液经中空纤维膜组件清液出口流出，超滤后的微藻浓缩液由膜组件浓缩液出口流出，用储罐收集微藻浓缩液。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的回收畜禽粪便水溶肥生产废水中营养元素并产出 高附加值杜氏藻的方法，是将处理畜禽粪便水溶肥生产废水、营养元素回收利用及生物质生产相结合的废水处理与资源化的方法，既可以实现废水中污染物的脱除，又可以做到生物质原料的生产，起到了环境保护、节约成本、回收资源、以及营养元素循环利用的多重功效。
本发明将高价值生物量的产出与污水处理结合在一起，在一定程度上创造了额外的价值，从而进一步节约了废水处理的经济成本。在经过该过程处理之后，畜禽粪便水溶肥生产废水的污染物浓度降低了90%以上，极大地减轻了该废水的后续处理负担。
