專利名稱：利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法。
背景技術：
當前世界能源體系正面臨著向低碳、高效、環(huán)保的能源供應體系的迅速轉變。但是原料短缺嚴重制約其規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，原料已成為決定生物柴油價格的主要因素。對于保障我國未來生物柴油發(fā)展有著重要的意義，使用微藻資源作為生物柴油的油源對象成為目前生物柴油領域的研究熱點。微藻是ー類以淡水水域為生，生長繁殖迅速，生物量大，能利用光能自養(yǎng)，可持續(xù)供應生物質資源，利用畜禽廢水養(yǎng)殖微藻是實現(xiàn)生物質低成本エ業(yè)化生產(chǎn)和廢水排放資源化的極好橋梁。其優(yōu)勢在于①微藻具有高的光合作用能力，可有效地利用太陽能固定CO2, 將無機物轉化為氫、高不飽和烷烴、油脂等能源物質。②微藻的含油量較高，単位生產(chǎn)面積生產(chǎn)的油脂普遍高于油料作物在畜禽廢水中養(yǎng)殖微藻可以有效降低成本；畜禽廢水養(yǎng)殖微藻的再生能源技術具有環(huán)保經(jīng)濟、符合自然界循環(huán)的獨特優(yōu)勢?，F(xiàn)階段微藻的培養(yǎng)主要在合成培養(yǎng)基中，以ニ氧化碳為碳源，在光照和混合攪拌的條件下；成本較高；微藻傳統(tǒng)上可用于ニ級廢水的深度浄化，采用經(jīng)過厭氧處理的畜禽和生活廢水的ニ級廢水進行微藻養(yǎng)殖，以克服較高的有機質含量，復雜菌群和水濁度對微藻生長的抑制。本領域中，畜禽糞便初級廢水是指畜禽飼養(yǎng)場的畜禽糞便靜置沉淀后得到的廢水，ニ級廢水是指初級廢水進行厭氧處理后的廢水。由于厭氧消化需要很大的反應體積和投資，國內ー些中小型畜禽飼養(yǎng)場并不具備厭氧處理裝置，因而需要發(fā)展有效、簡單而又能夠利用豬場初級廢水養(yǎng)殖微藻的方法，實現(xiàn)微藻在畜禽糞便初級廢水中利用豐富的有機質，轉化為生物量并積累油脂的資源化。

發(fā)明內容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了ー種利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，包括如下步驟
1)廢水處理對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理，取上清液，加水稀釋至COD為1000mg/L以下，通入臭氧曝氣滅菌，然后靜置；
2)微藻培養(yǎng)將藻種接種到步驟I)所得液體中，進行光照培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中通入空氣，并通入CO2以維持液體pH值在5 7。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟I)中通入臭氧曝氣滅菌，使液體中的臭氧濃度達到2. 8 mg/L以上,然后靜置至液體中的臭氧濃度降至O. lmg/L以下。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟I)以殼聚糖為絮凝劑、以海藻酸鈉為助凝劑對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理。優(yōu)選地，殼聚糖和海藻酸鈉分別以5 10g/L的比例加入畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理。
作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟I)對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理，取上清液，加水稀釋至COD為50(n000mg/L。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟2)將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的微藻以5 20%的接種量接種到步驟I)所得液體中。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟2)微藻培養(yǎng)的溫度為25°C 35°C。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟2)光照培養(yǎng)的光照強度為2000 Iux 4000 lux。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟2)微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)時間為1(T15天。作為優(yōu)選技術方案，上述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，步驟2)將藻 種接種到步驟I)所得液體中，進行光照培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中連續(xù)不斷通入空氣，間歇通入二氧化碳，二氧化碳的通入由PH控制器控制，pH升高時通入二氧化碳維持pH值5 7的恒定培養(yǎng)。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，繞過初級畜禽糞便廢水的厭氧消化。由于投資巨大和水處理的停留時間過高，使得很多中小型畜禽飼養(yǎng)場沒有畜禽糞便初級廢水的厭氧處理設備，而本發(fā)明的初級畜禽糞便廢水的預處理方法，可以在不具備廢水厭氧消化的情況下，用初級廢水養(yǎng)殖微藻，臭氧滅菌可以除去廢水中復雜的菌群，使養(yǎng)殖系統(tǒng)運行穩(wěn)定，降低微藻的培養(yǎng)成本，提高了微藻的生物量，有利于實現(xiàn)微藻的規(guī)模培養(yǎng)和畜禽糞便廢水的資源化。


圖I是本發(fā)明具體實施方式
中豬糞初級廢水絮凝、上清液稀釋后不同COD起始值的液體，臭氧滅菌、曝氣后，在微藻培養(yǎng)過程中COD變化過程圖。圖2是本發(fā)明具體實施方式
中豬糞初級廢水絮凝、上清液稀釋后不同COD起始值的液體，臭氧滅菌、曝氣后，在微藻培養(yǎng)過程中總氮含量變化過程圖。圖3是本發(fā)明具體實施方式
中豬糞初級廢水絮凝、上清液稀釋后不同COD起始值的液體，臭氧滅菌、曝氣后，在微藻培養(yǎng)過程中總磷含量變化過程圖。圖4是本發(fā)明具體實施方式
中豬糞初級廢水絮凝、上清液稀釋后不同COD起始值的液體，臭氧滅菌、曝氣后，在微藻培養(yǎng)過程中氨氮含量變化過程圖。圖5是具體實施方式
中液體中臭氧濃度與滅菌率間的關系示意圖。圖6是具體實施方式
中培養(yǎng)過程中通入不同氣體，小球藻的細胞密度及脂含量的圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。以下詳細描述本發(fā)明提供的利用畜禽初級廢水生產(chǎn)微藻的方法的一個實施例(利用豬糞初級廢水)，具體包括以下步驟
I)豬糞初級廢水的預處理方式分別以5-10g/L的比例向豬糞初級廢水中添加絮凝劑殼聚糖和助凝劑海藻酸鈉，進行絮凝處理，絮凝的PH在5. (T7. O之間。絮凝后得到的上清液中沒有對微藻的生長有毒害的成分，可以使藻正常生長。得到的上清豬糞初級廢液稀釋到初始COD值分別為500 mg/L 1000 mg/L。通入臭氧至其濃度達到2. 8mg/L以上,經(jīng)臭氧處理后滅菌率達到97%以上。靜置后使得液體中的臭氧濃度減低至0. lmg/L以下(臭氧濃度在0. lmg/L對微藻的生長沒有影響)。2)微藻培養(yǎng)將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的小球藻按5 20%的接種量(優(yōu)選為10%的接種量)分別接種到步驟I所得液體中，進行通氣培養(yǎng)，培養(yǎng)的溫度為25V 35°C。在培養(yǎng)過程中一直用空氣泵通入100mL/min *L的空氣(即IL的培養(yǎng)液中空氣的通入速度為100 mL/min), 二氧化碳的通入由pH控制器控制，pH升高時會通入二氧化碳維持pH值5 7的恒定培養(yǎng)，以避免一直通入二氧化碳會造成培養(yǎng)液的酸化并影響微藻的生長，同時避免二氧化碳的浪費。光照強度20001ux 40001ux，優(yōu)選為20001ux 30001ux，培養(yǎng)時間為10 15天。 在具體實施時,本實施例米用的藻種為Chlorella pyrenoidosa,曝氣24小時后糞液中的臭氧濃度為0. lmg/L，對小球藻的生長不產(chǎn)生影響，可以耐受IOOOmg C0D/L豬糞初級廢水，COD的提高會導致培養(yǎng)液濁度的提高而影響微藻的正常生長。在未經(jīng)臭氧滅菌的豬糞水中，小球藻的生長不穩(wěn)定，常常造成小球藻發(fā)黃死亡的現(xiàn)象，經(jīng)過多次實驗結果證明，經(jīng)臭氧滅菌后培養(yǎng)體系穩(wěn)定，培養(yǎng)時間一般為1(T13天即可收獲藻體，水的凈化過程也達到平衡。在具體實施時，本實施例中用pH控制二氧化碳的通入量，與常用的一直在培養(yǎng)過程中通入5% 二氧化碳和空氣混合氣的方法相比較，最終藻體的生物量和油脂含量相近，廢水的凈化效果也相似，卻有效利用了二氧化碳，同時利用了豬糞廢水中的有機質，獲得的生物量為在合成培養(yǎng)基中培養(yǎng)的:T 4倍。實施例I
I)豬糞初級廢水的預處理方式分別以10g/L的比例向豬糞初級廢水中添加絮凝劑殼聚糖作和助凝劑海藻酸鈉，進行絮凝處理，絮凝的PH在5. (T7. 0之間。得到的上清豬糞初級廢液稀釋到初始COD值分別為500mg/L、700mg/L、800mg/L、1000mg/L。通入臭氧至其濃度達到2. 8mg/L以上，經(jīng)臭氧處理后滅菌率達到97%以上。曝氣使得液體中的臭氧濃度減低至 0.072mg/L。2)微藻培養(yǎng)將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的小球藻按10%的接種量接種到步驟I所得液體中，進行通氣培養(yǎng)，培養(yǎng)的溫度為25V 35°C。在培養(yǎng)過程中一直用空氣泵通入IOOmL/min *L的空氣,二氧化碳的通入由pH控制器控制,pH升高時會通入二氧化碳維持pH值5 7的恒定培養(yǎng)，以避免一直通入二氧化碳會造成培養(yǎng)液的酸化并影響微藻的生長，同時避免二氧化碳的浪費。光照強度20001idT40001uX，培養(yǎng)時間為14天。檢測微藻培養(yǎng)過程中不同COD起始值的廢水各項指標的變化過程。結合圖f 4所示，伴隨小球藻的培養(yǎng)，廢水的COD值、總氮含量、總磷含量和氨氮含量不斷降低，培養(yǎng)小球藻12 13天后，起始COD值為500mg/L、700mg/L、800mg/L、1000mg/L的廢水C0D值均降為300mg/L左右，總氮含量均降至20 mg/L以下,總磷含量均降至5 mg/L以下,氨氮含量均降至5mg/L以下。說明利用本發(fā)明的方法培養(yǎng)小球藻能夠有效地對畜禽糞便初級廢水進行資源化處理。實施例2
豬糞初級廢水的預處理方式分別以5 g/L的比例向豬糞初級廢水中添加絮凝劑殼聚糖作和助凝劑海藻酸鈉，進行絮凝處理，絮凝的PH在5. (T7. 0之間。得到的上清豬糞初級廢液稀釋到初始COD值為800mg/L。通入臭氧至其濃度分別達到2. 58 mg/L、2. 86 mg/L、3. Img/L，檢測滅菌率。如圖5所示，通入臭氧至濃度為2. 58 mg/L后滅菌率僅為60%左右，而通入臭氧至濃度為2. 86 mg/L或3. I mg/L后滅菌率可達97%以上。出于節(jié)約原則，本發(fā)明臭氧滅菌優(yōu) 選通入至臭氧濃度在2. 8mg/L以上。實施例3
I)豬糞初級廢水的預處理方式分別以8 g/L的比例向豬糞初級廢水中添加絮凝劑殼聚糖作和助凝劑海藻酸鈉，進行絮凝處理，絮凝的PH在5. (T7. 0之間。得到的上清豬糞初級廢液稀釋到初始COD值分別為1000 mg/Lo通入臭氧至其濃度達到2. 8mg/L以上,經(jīng)臭氧處理后滅菌率達到97%以上。曝氣使得液體中的臭氧濃度減低至0. lmg/L以下。2)微藻培養(yǎng)將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的小球藻按15 %的接種量分別接種到步驟I所得液體中，進行通氣培養(yǎng)，培養(yǎng)的溫度為25V 35°C。在培養(yǎng)過程中一直用分別以下述方式通入氣體a.只以空氣泵連續(xù)通入空氣；b.連續(xù)通入二氧化碳和空氣的混合氣，用氣體混配器使其中二氧化碳的體積百分比為5% ；c.以空氣泵連續(xù)通入空氣，二氧化碳的通入由pH控制器控制，pH升高時通入二氧化碳維持pH值5 7的恒定培養(yǎng)，以避免一直通入二氧化碳會造成培養(yǎng)液的酸化并影響微藻的生長，同時避免二氧化碳的浪費。光照強度為20001ux 30001ux，培養(yǎng)時間為10 15天。結果如圖6所示，當以方式a只通入空氣時，生物量非常低約I. lg/L，油脂量為22%左右；而以方式b連續(xù)通入二氧化碳和空氣的混合氣時，生物量約為1.9 g/L，油脂量為30%左右；以方式c空氣泵連續(xù)通入空氣，二氧化碳的通入由pH控制器控制，pH升高時通入二氧化碳維持PH值5 7的恒定培養(yǎng)，生物量約為1.8 g/L，油脂量為30%左右，其能達到方式b的效果，同時避免了二氧化碳的浪費。綜上，本發(fā)明的核心在于使得畜禽糞便初級廢水培養(yǎng)微藻成為可能，減少微藻培養(yǎng)的成本，同時降低畜禽糞便初級廢水的各項污水指標，進行廢水的資源化處理。本發(fā)明考慮到許多中小型畜禽飼養(yǎng)廠并不具備處理糞便廢水的處理設備，提供了簡單有效地對畜禽糞便初級廢水進行與預處理后培養(yǎng)微藻的方法，有效降低畜禽糞便廢水的C0D，總氮，總磷和氨氮，同時獲得可資源化的微藻，有利于微藻的產(chǎn)業(yè)化和豬糞廢水的處理工程的發(fā)展。以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發(fā)明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內。本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，包括如下步驟 1)廢水處理對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理，取上清液，加水稀釋至COD為1000mg/L以下，通入臭氧曝氣滅菌，然后靜置； 2)微藻培養(yǎng)將藻種接種到步驟I)所得液體中，進行光照培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中通入空氣，并通入CO2以維持液體pH值在5 7。
2.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟O中通入臭氧曝氣滅菌，使液體中的臭氧濃度達到2. 8 mg/L以上，然后靜置至液體中的臭氧濃度降至O. lmg/L以下。
3.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟O以殼聚糖為絮凝劑、以海藻酸鈉為助凝劑對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，殼聚糖和海藻酸鈉分別以5 10g/L的比例加入畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理。
5.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟1)對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理，取上清液，加水稀釋至COD為50(n000mg/L。
6.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟2)將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的微藻以5 20%的接種量接種到步驟I)所得液體中。
7.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟2)微藻培養(yǎng)的溫度為25°C 35°C。
8.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟2)光照培養(yǎng)的光照強度為2000 Iux 4000 lux。
9.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟2)微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)時間為1(Γ15天。
10.根據(jù)權利要求I所述的利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，其特征在于，步驟2)將藻種接種到步驟I)所得液體中，進行光照培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中連續(xù)不斷通入空氣，間歇通入二氧化碳，二氧化碳的通入由PH控制器控制，pH升高時通入二氧化碳維持pH值5 7的恒定培養(yǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用畜禽糞便初級廢水生產(chǎn)微藻的方法，包括如下步驟1)廢水處理對畜禽糞便初級廢水進行絮凝處理，取上清液，加水稀釋至COD為1000mg/L以下，通入臭氧曝氣滅菌，然后靜置；2)微藻培養(yǎng)將藻種接種到步驟1)所得液體中，進行光照培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中通入空氣，并通入CO2以維持液體pH值在5~7。本發(fā)明的初級畜禽糞便廢水的預處理方法，可以在不具備廢水厭氧消化的情況下，用初級廢水養(yǎng)殖微藻，臭氧滅菌可以除去廢水中復雜的菌群，使養(yǎng)殖系統(tǒng)運行穩(wěn)定，降低微藻的培養(yǎng)成本，提高了微藻的生物量，有利于實現(xiàn)微藻的規(guī)模培養(yǎng)和畜禽糞便廢水的資源化。
文檔編號C12R1/89GK102732425SQ20121018413
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者朱靜靜, 熊海容, 牟曉慶, 王海英, 王溢 申請人:中南民族大學