CN108485931B - 一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，包括沼液预处理单元、小球藻培养单元和小球藻采收单元，沼液预处理单元包括发酵罐、沼液调节池、微电解罐、Fenton氧化罐、中和沉淀池、以及脱色沼液罐，小球藻培养单元包括若干管式光生物反应器，该反应器包括三个进料口，分别用于输入小球藻培养液、经脱色沼液罐排出的清洁液、以及气体，小球藻采收单元包括离心机，离心机与管式光生物反应器的出料口连通，经离心机处理后得到小球藻藻浆和小球藻净化后的过滤液。本发明预处理后的沼液用于培养小球藻，小球藻光生物反应器能够有效处理发酵沼液，结合人工湿地处理可达到农田灌溉水质标准，而且培养的小球藻具有显著的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及养殖业废物处理领域，具体是一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***。
背景技术
伴随着我国集约化畜禽养殖业的迅速发展，养殖场及其周边环境问题日益突出成为制约畜牧业进一步发展的主要因素之一。为防止环境污染，保障人、畜健康，促进畜牧业的可持续发展，HJ/T81-2001《畜禽养殖业污染防治技术规范》中做出相关规定“畜禽粪便进行沼气发酵，对沼渣、沼液应尽可能实现综合利用，同时要避免产生新的污染”。
对于沼气发酵产生的废弃物沼渣和沼液，前者可直接作土壤肥料，后者由于其含有大量氮、磷、BOD、COD、FeS、SS、重金属等主要污染物，需进行一定的处理才可外排，否则会造成水体富营养化等一系列环境污染问题。
小球藻是人类最早分离培养的一种绿藻，研究发现，它具备降解有机污染物、高效吸附重金属和吸收氮磷等功能，并且它的生长速度快，可利用光能将无机碳(二氧化碳或碳酸盐)转化为碳水化合物，其光合作用效率是一般高等植物的10倍左右，有望成为减排二氧化碳的先锋物种。小球藻还含有优质的营养价值，蛋白质品质极高，具有丰富的脂肪、维生素和微量元素，是配制牲畜饲料的优选原料。
因此，利用小球藻处理发酵沼液，既可以通过小球藻的新陈代谢实现发酵沼液的安全处理，又可以通过回收藻浆加工牲畜饲料实现经济价值。同时，结合我国当前畜牧业发展现状，基于小球藻处理发酵沼液的连续***未来具有广阔的市场利用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，该处理***，不会对环境产生二次污染，且整个处理过程简单易行。
为此，本发明提供了一种基于小球藻处理发酵沼液的连续***，包括沼液预处理单元、小球藻培养单元和小球藻采收单元，各构筑物之间通过管道连接，所述沼液预处理单元按照工艺顺序依次包括发酵罐、沼液调节池、微电解罐、Fenton氧化罐、中和沉淀池、以及脱色沼液罐，其中，所述沼液调节池设置三个进料口，分别与发酵罐的沼液排出口、酸罐和水罐连通，所述中和沉淀池设置两个进料口，分别与Fenton氧化罐和助凝剂罐连通，其中，在Fenton氧化罐和中和沉淀池之间布置有碱罐，所述小球藻培养单元包括若干管式光生物反应器，所述管式光生物反应器包括三个进料口，分别用于输入小球藻培养液、经脱色沼液罐排出的清洁液、以及气体，所述小球藻采收单元包括离心机，所述离心机与管式光生物反应器的出料口连通，经离心机处理后得到小球藻藻浆和小球藻净化后的过滤液，其中，所述过滤液直接排放至人工湿地(10-1)或者用于冲洗圈舍后再排入人工湿地(10-1)。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：一是能够对发酵后沼液实现脱色处理，避免由于沼液颜色过深，影响小球藻管式光生物反应器透光性，限制小球藻的光合作用；二是用预处理后的沼液培养小球藻，无需额外添加营养盐类物质，且对发酵产生的沼气尾气进行脱碳(二氧化碳)处理后可作为培养小球藻的碳源，节约小球藻培养成本；三是在进行离心浓缩时在离心机排液口出安装球藻过滤器可提高离心浓缩的效果和藻浆回收效率；四是利用发酵沼液培育出的小球藻能用于饲料、化妆品等，具有显著的经济价值；五是小球藻光生物反应器能够有效处理发酵沼液，进一步通过人工湿地处理***可以使其达到《农田灌溉水质标准GB5084-2005》，环保效益显著。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***的工艺流程图；以及
图2为管式光生物反应器基本构造图。
表一为发酵沼液不同处理单元污染物去除效果。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1，本发明的基于小球藻处理发酵沼液的连续***包括沼液预处理单元、小球藻培养单元、供气单元、小球藻采收单元，各构筑物间通过管道实现连接。
所述沼液预处理单元包括发酵罐1、沼液调节池2、酸罐2-1、微电解罐3、Fenton氧化罐4、碱罐5-1、中和沉淀池5、助凝剂罐5-2以及脱色沼液罐6，所述沼液调节池2设置三个进料口，其中一个与发酵罐1的一个出料口连通，另两个分别与酸罐2-1和水罐2-1的出料口连通，其后设置出料口，与微电解罐3的进料口连通，所述微电解罐3设置两个出料口，其中一个与Fenton氧化罐4的进料口连通，另一个连接管道，用于排出罐底的固体，所述中和沉淀池5设置两个进料口，其中一个与Fenton氧化罐4的出料口连通，另一个与助凝剂罐5-2的出料口连通，所述碱罐5-1布置在Fenton氧化罐4和中和沉淀池5之间，所述中和沉淀池5的出料口与脱色沼液罐6的进料口连通。
所述培养小球藻单元包括管式光生物反应器7，所述管式光生物反应器7设置三个进料口，分别用于输入小球藻培养液、经用于存储沼液的脱色沼液罐6排出的清洁液、以及气体，所述管式光生物反应器7为水平往复式高硅硼玻璃管道，配有大流量、可持续工作、对藻细胞没有剪切力的循环泵，有换气和气体控制装置等，所述管式光生物反应器所培养的小球藻根据其生长周期进行定期采摘。
所述供气单元包括供气设备12、沼气脱碳设备11、气体流量计13，所述沼气脱碳设备11设置两个出料口，其中一个用于排出沼气，另一个与供气设备12连通，所述供气设备12与管式光生物反应器7的一个进料口通过气体流量计13连通。
所述小球藻采收单元包括离心机8，所述离心机8与管式光生物反应器7的出料口连通，经离心机8处理后所得小球藻藻浆进行饲料加工后，输送至养猪场内，所得小球藻净化后的藻液直接排放至人工湿地10-1，或根据实际的藻液需求部分冲洗圈舍后再排入人工湿地10-1。
其中，所述发酵罐1设置一个进料口，三个出料口，进料口用于输送养猪场10-2产生的猪粪，其中两个出料口分别于沼液调节池2和沼气脱碳设备11连通，另一出料口用于排出沼渣。
其中，所述发酵罐1排出的沼渣固体集中存放，经过发酵工艺，制备农用肥料，所述微电解罐3、中和沉淀池5排出铁渣集中存放，送至炼铁厂，或掺和制作建筑材料。
其中，所述沼液调节池2与所述中和沉淀池5中含有pH智能测量仪，根据相关化学原理，需向所述沼液调节池2中加酸并调节沼液pH为3左右，达到其后设置的微电解器3的废水处理条件，废水与铁碳接触后发生如下电化学反应：
阳极:Fe-2e-→Fe2+ E0(Fe2+/Fe3+)＝-0.44v
阴极:2H++2e-→H2 E0(H+/H2)＝0.00v
向所述中和沉淀池5中投加碱调节pH为9左右，使得Fe3+和可能存在的Fe2+以氢氧化物的胶体形式析出。
其中，所述微电解罐3为铁碳包容式微电解反应罐，填料为铁屑与碳渣通过高温烧结融合为一体的包容架构式，铁碳质量比为1：1，添加的电解质种类为氯化钠。
其中，所述中和沉淀池5中投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加质量比优选为0.05％～0.1％。
其中，所述沼液调节池中通过清水对沼液进行稀释，两者体积比例为9：1～6：1之间。
其中，所述离心机8排水口安装有小球藻过滤器9，防止小球藻的流失。
其中，所述管式光生物反应器7中培养小球藻所需的二氧化碳一部分来自于沼气尾气通过所述沼气脱碳设备11处理后的二氧化碳，一部分来自于纯度99.99％的二氧化碳气罐。
使用时，首先，沼液调节池接收发酵后的沼液，其作用是一方面调节水量，另一方面调节沼液pH为3左右，达到其后设置的微电解器的废水处理的条件。
铁碳微电解反应器中的填料为一体化式铁碳，它的作用是在不通电通水的情况下，Fe和C会产生“原电池”效应，在微电解设备内便会形成无数的电位差达1.2V的“原电池”，以外加电解质或者废水为电解质，对废水进行氧化还原处理，其中阳极(Fe):Fe-2e-→Fe2+；阴极(C)：2H++2e-→2[H]→H2，所以在处理过程中产生新生态[H]、Fe2+、Fe3+等，在偏酸性的条件下，这些活性成分能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，进而降解有机物质，如使有些有机物的发色基团硝基-NO2、亚硝基-NO还原为胺基-NH2，并且胺基类有机物的可生化性明显高于硝基类有机物；也可使某些不饱和发色基团(如羧基-COOH、偶氮基-N＝N-)的双键打开，破坏有色废水的发色基团或助色基团，甚至断链，达脱色目的；生成的Fe2+进一步氧化为Fe3+，它们的水合物具有较强的吸附—絮凝活性，特别是在加碱调pH值(9左右)后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂。
考虑到铁床会对一些类型废水脱色后会在短时间内出现“返色”的现象，且Fe2+未完全去除会在一定程度上加剧这种现象，因此在后续处理工艺中除了彻底脱除发色母体外，还应加人适当的氧化剂H2O2，它与废水中的Fe2+组成Fenton试剂。Fenton试剂由于HO被Fe催化分解产生羟基自由基，所以具有极强的氧化能力。一方面，继续处理一些难降解的有机废水，另一方面可使Fe2+迅速被氧化成Fe3+后以Fe(OH)3胶体形式析出，它们的絮凝能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量絮凝水体中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子。中和沉降时调节pH值至9以上，使Fe2+完全沉淀，Fenton氧化罐及中和沉淀池的设置意义就是在此。
此外，通过对发酵沼液进行脱色可以实现以下益处：一是可以降低废水负荷，适合小球藻生长，且避免由于色度过高降低小球藻光合效率；二是去除杂质，满足后续小球藻藻浆回收加工牲畜饲料的要求。进一步的，小球藻净化后的沼液直接排入人工湿地。
结合表一，对原水进行一定比例稀释后，整个处理***对废水中主要污染物COD、BOD、凯氏氮及TP的总去除率分别达到70.9～72.1％、73.8～79.0％、82.4～82.7％、80.0～90.6％，处理后污染物的浓度可以达到《农田灌溉水质标准GB5084-2005》，且这些最后净化的清水可以用来清洗圈舍和调节沼液原水。
表一
通过以上实施例，既能够通过小球藻处理发酵沼液，实现废水循环利用，又能够通过小球藻藻浆的回收加工制作牲畜饲料，实现一定的经济价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，包括沼液预处理单元、小球藻培养单元和小球藻采收单元，各构筑物之间通过管道连接，
所述沼液预处理单元按照工艺顺序依次包括发酵罐（1）、沼液调节池（2）、微电解罐（3）、Fenton氧化罐（4）、中和沉淀池（5）、以及脱色沼液罐（6），其中，所述沼液调节池设置三个进料口，分别与发酵罐（1）的沼液排出口、酸罐（2-1）和水罐连通，所述中和沉淀池（5）设置两个进料口，分别与Fenton氧化罐（4）和助凝剂罐（5-2）连通，其中，在Fenton氧化罐（4）和中和沉淀池（5）之间布置有碱罐（5-1），
所述小球藻培养单元包括若干管式光生物反应器（7），所述管式光生物反应器（7）包括三个进料口，分别用于输入小球藻培养液、经脱色沼液罐排出的清洁液、以及气体，
所述沼液调节池（2）中通过清水对沼液进行稀释，两者体积比例为9：1~6：1之间，
所述小球藻采收单元包括离心机（8），所述离心机（8）与管式光生物反应器（7）的出料口连通，经离心机（8）处理后得到小球藻藻浆和小球藻净化后的过滤液，其中，所述过滤液直接排放至人工湿地（10-1）或者用于冲洗圈舍后再排入人工湿地（10-1），
所述离心机（8）排水口安装有小球藻过滤器（9），以防止小球藻的流失。
2.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，还包括供气单元，所述供气单元包括沼气脱碳设备（11）和用于向所述管式光生物反应器（7）供气的供气设备（12），所述沼气脱碳设备（11）设置有两个出料口，其中一个出料口用于排出沼气，另一个出料口与供气设备（12）连通。
3.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述发酵罐（1）设置有一个进料口和三个出料口，所述一个进料口用于输送养猪场（10-2）产生的猪粪，所述三个出料口中的两个出料口分别与沼液调节池（2）和沼气脱碳设备（11）连通，另一出料口用于排出沼渣。
4.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述发酵罐（1）排出的沼渣固体集中存放，用于制备农用肥料；所述微电解罐（3）和中和沉淀池（5）排出铁渣集中存放，用于作为工业原料。
5.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述沼液调节池（2）与所述中和沉淀池（5）中含有pH智能测量仪，其中，所述沼液调节池（2）中加酸并调节沼液pH为3，达到其后设置的微电解罐（3）的废水处理条件，向所述中和沉淀池（5）中投加碱调节pH为9，使得Fe3+和Fe2+以氢氧化物的胶体形式析出。
6.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述微电解罐（3）为铁碳包容式微电解反应罐，填料为铁屑与碳渣通过高温烧结融合为一体的包容架构式，铁碳质量比为1：1，添加的电解质种类为氯化钠。
7.根据权利要求1所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述中和沉淀池（5）中投加的助凝剂为聚丙烯酰胺，投加质量比为0.05%~0.1%。
8.根据权利要求2所述的基于小球藻处理发酵沼液的连续处理***，其特征在于，所述管式光生物反应器（7）中培养小球藻所需的二氧化碳一部分来自于沼气尾气通过所述沼气脱碳设备（11）处理后的二氧化碳，另一部分来自于二氧化碳气瓶。
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