禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水綜合處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于廢水處理領域，提供一種禽糞發(fā)酵液生產水溶肥廢水的綜合處理方法，包括步驟：1)向禽糞發(fā)酵液制作水溶肥過程中產生的廢水中吹入空氣，用吹脫的方式進行氨氮氣體的脫除，2)將脫除的氨氮氣體用硫酸溶液吸收；3)吹脫后的廢水調節(jié)pH值；4)向調節(jié)pH值后的廢水中接種處于對數(shù)生長期的小球藻，通入CO2與空氣混合氣體，培養(yǎng)微藻。本發(fā)明提出的綜合處理方法，既可以實現(xiàn)廢水達標排放，又可以做到氨氮的回收以及生物質原料的生產，起到環(huán)境保護與資源生產的雙重功效。本發(fā)明提出的吹脫微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)氨氮的吹脫與微藻廢水養(yǎng)殖，將可以單獨分離的四個反應器分別合并為兩個反應器，減少了占地面積，節(jié)約了經濟成本。
【專利說明】禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水綜合處理方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理領域，具體涉及一種利用微生物的廢水處理方法及其設備。

【背景技術】
[0002] 禽糞發(fā)酵液廢水為禽糞厭氧發(fā)酵后的殘余物，營養(yǎng)成分豐富，既含有氮、磷、鉀等 常量元素，又含有多種微量元素，水解酶，氨基酸，有機酸，生長素等生物活性物質。這些都 證明了禽糞發(fā)酵液可以作為一種優(yōu)良的肥料，盡管由于禽糞發(fā)酵液中營養(yǎng)成分濃度較低， 但經過膜濃縮處理，含量大大提高。目前使用膜濃縮的方式生產水溶肥已經成為趨勢。然 而，在使用膜濃縮方式生產水溶肥的過程中，其出水水質中氨氮濃度含量仍然很高，無法達 標排放，另外，由于通過膜濾濃縮的方式，經過膜處理后的出水中有機物含碳化合物濃度含 量較低，含磷化合物濃度較低，pH值較高，鹽度較高，屬于高氨氮與高鹽度廢水。碳氮磷比 例失調以及較高的pH值與鹽度致使傳統(tǒng)的污水生物處理方法難以正常運行。
[0003] 目前高氨氮廢水的處理方法有鳥糞石沉淀法，混凝沉淀法，電化學加氯折點法，硝 化反硝化法等。其中鳥糞石沉淀法、混凝沉淀法消耗大量化學試劑，容易造成環(huán)境的二次污 染，電化學加氯折點法投資費用較高，且容易形成氯胺等致癌物，生物化學法中的硝化與反 硝化法耐受的初始有機污染物負荷較低，且運行耗時較長。吹脫是目前工業(yè)高氨氮廢水中 較為有效的處理方法，通過吹脫，可將氨氮降低至一定水平。但是吹脫法對于廢水的pH值 要求較高，必須大于9. 0以上，因此，一般在處理普通高氨氮廢水前，需要將廢水的pH調整 到9. 0以上。
[0004] 微藻是一種分布廣，適應性強的生物，能在海水，污水，鹽堿地中生長；其生長速度 快、生長周期短，且所需養(yǎng)分不多，同時還能去除污水中的氮磷，很早就被用于處理污水。微 藻光合作用效率高，利用光合作用生長繁殖，吸收了二氧化碳，可緩解溫室效應。藻類對氨 氮的吸收利用效果較好，且不需要大量的有機碳化合物與含磷化合物，因此，在本系統(tǒng)中， 基于微藻較強的光合作用，去除廢水中所含的氨氮，同時通過光合作用由光能轉化成了微 藻的自身的生物質化學能，生成的物質又可以進行厭氧發(fā)酵，投入厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，既可以 做到廢水中污染物的回收利用，產生的生物量又可以作為發(fā)酵與生產生物原油的原料，實 現(xiàn)了污水的處理與資源化利用。


【發(fā)明內容】

[0005] 針對本領域的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水 綜合處理方法。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明上述目的技術方案為：
[0007] -種禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水綜合處理方法，包括步驟：
[0008] 1)向禽糞發(fā)酵液生產水溶肥過程中所產生的廢水中吹入空氣以脫除廢水中氨氮， 吹脫最終使得廢水中氨氮濃度為100?300mg/L ;再吹入C02調節(jié)剩余廢水的pH值至7. 0? 7. 2 ;S卩，調節(jié)剩余廢水的pH值至微藻生長適宜范圍內；
[0009] 2)將吹脫出的氨氮氣體用硫酸溶液吸收，用于生產銨肥與微藻液體純培養(yǎng)基；利 用產生的硫酸銨溶液，進行微藻純液體培養(yǎng)基的配制，并進行微藻的培養(yǎng)。
[0010] 3)向步驟1)吹脫后的廢水中接種處于對數(shù)生長期的小球藻，接種量為0. 2g/L至 0. 4g/L 干重。
[0011] 白天與夜間都通入C02與空氣混合氣體，培養(yǎng)微藻；連續(xù)培養(yǎng)5?8天，使得微藻 的生長到達平臺期。此時，將微藻收獲，以便用于生物原油的制取。
[0012] 本發(fā)明使用的微藻為小球藻Chlorella sp.，為Chlorella屬，藻株編號： FACHB-1067,購自中科院水生所（地址：武漢珞珈山東湖南路7號中科院水生生物研究所淡 水藻種庫）。
[0013] 其中，所述禽糞發(fā)酵液生產水溶肥過程中產生的廢水為低有機物，高氨氮，高pH 值，高鹽度廢水。所述禽糞為雞糞或鴿糞，所述禽糞發(fā)酵液生產水溶肥所產生的廢水中COD 為 70 ?90mg/L，NH3-N 濃度為 2000 ?2100mg/L，TP 濃度 3. 7 ?5. Omg/L，pH 值為 11. 3 ? 11. 6,鉀元素濃度為1400?1600mg/L，鈣元素濃度為0. 050?0. 090mg/L，鐵元素濃度為 0. 09?0. 18mg/L。禽糞發(fā)酵液生產水溶肥過程中產生的廢水性質較為特殊，其中氨氮濃 度含量高，有機污染物少，pH值較高，由此帶來了處理成本高，資源化程度低，污染嚴重等問 題。
[0014] 本工藝分為三個部分，一部分將廢水中氨氮進行吹脫，去除廢水中大部分氨氮；一 部分將吹脫出的氨氮吸收，作為微藻純培養(yǎng)的培養(yǎng)基中氨氮的主要來源，還可以用于制作 銨肥；另外一部分利用吹脫后廢水中剩余的氨氮培養(yǎng)微藻，用微藻吸收廢水中氨氮，使廢水 達標排放的同時實現(xiàn)微藻生物量的生產，用于返回發(fā)酵工程，或者通過熱化學的技術手段 生產生物原油。通過以上三部分的運作，實現(xiàn)廢水的減排與氮資源的循環(huán)利用。
[0015] 其中，所述步驟1)中，銨肥原料與微藻液體培養(yǎng)基的獲取采用吹脫并稀硫酸吸收 的方式獲得。其中吹脫采用的空氣為熱空氣，溫度為40?60°C，空氣氣體流量為2?6L/ min，吹脫時間為3?6h。優(yōu)選地，所述步驟2)中硫酸溶液的濃度為0. 5?1. Omol/L。
[0016] 其中，所述步驟1)吹脫之后，再吹入C02, C02流量為0. 05?0. lL/min，最終使得 廢水中pH值為7.0?7. 2。
[0017] 進一步優(yōu)選地，所述步驟3)中，廢水培養(yǎng)微藻所采用的通氣方法為白天與夜間都 通入空氣與C0 2混合氣體的方式。其中白天通入的混合氣體中，C02占空氣體積的6?10 %， 混合氣體流量范圍為〇. 2?0. 4L/min，為微藻生長補充碳源并保持廢水的pH值在7. 0? 7. 5 ;夜間通入的混合氣體中，C02占空氣體積的1?3%，混合氣體流量范圍為0. 1?0. 3L/ min，保持pH值在7.0?7. 5。其中，步驟2)產生的硫酸銨溶液作為微藻液體培養(yǎng)基中氮元 素的來源，所述微藻液體培養(yǎng)基的配制除了氮元素外，根據(jù)BG-11標準培養(yǎng)基的配方，添加 相應的碳元素，磷元素以及其它微量元素，以實現(xiàn)微藻生長，節(jié)約氮元素。
[0018] 用于本發(fā)明所述的綜合處理方法的設備，包括反應器主體、氨氮氣液吸收單元、微 藻種子培養(yǎng)器、進氣單元；
[0019] 所述反應器主體設置有禽糞發(fā)酵液生產水溶肥廢水的廢水進水口，反應器主體底 部與進氣單元連接，反應器主體上部與所述微藻種子培養(yǎng)器連接，反應器主體的頂部連接 出氣管；
[0020] 所述氨氮氣液吸收單元為密封的容器，容器內用隔板分為液體防倒吸室和氨氮 氣-液吸收室，所述出氣管插入液體防倒吸室底部，所述液體防倒吸室和氨氮氣-液吸收室 之間有導氣管連通；
[0021] 所述微藻種子培養(yǎng)器與所述氨氮氣-液吸收室通過出水管連接；所述微藻種子培 養(yǎng)器內設置有攪拌裝置，所述微藻種子培養(yǎng)器通過微藻流出管連接所述反應器主體；
[0022] 所述進氣單元包括混合氣室、C02進氣管路和空氣進氣管路，C02進氣管路和空氣 進氣管路匯集于混合氣室，所述混合氣室通過混合氣路分別與反應器主體和微藻種子培養(yǎng) 器的底部連接。
[0023] 進一步地，所述進氣單元中，C02進氣管路連接有C02儲氣罐，所述空氣進氣管路連 接有風機，所述空氣進氣管路上設置有空氣加熱裝置，所述空氣加熱裝置為水浴加熱裝置。
[0024] 具體地，所述的方法，可通過以下步驟來完成的：
[0025] -、通過水泵，由廢水進水口向反應器主體中泵入雞糞發(fā)酵液水溶肥生產廢水至 反應器主體的二分之一體積；
[0026] 二、開啟空氣壓縮機與空氣加熱系統(tǒng)，空氣壓力控制閥門，調節(jié)空氣流量計，使空 氣加熱到一定溫度后，通過混合氣室，以及氣體曝氣頭進入反應器主體，將廢水中的氨氮進 行吹脫，最終廢水中氨氮濃度停留在微藻適宜生長的范圍內；
[0027] 三、關閉空氣壓縮機，氣體加熱系統(tǒng)與壓力閥門，關閉空氣氣路系統(tǒng)。
[0028] 四、開啟C02氣路系統(tǒng)。打開C02壓力控制閥門，調節(jié)C0 2流量計，向反應器內通入 C02，調節(jié)廢水中pH值至7. 0-7. 2 ;
[0029] 五、關閉C02壓力控制閥門，關閉C02氣路系統(tǒng)；
[0030] 六、打開藻液進口，向反應器主體中投入新鮮微藻種子藻液，約占廢水體積的 1/5 ；
[0031] 七、開啟C02氣路系統(tǒng)與空氣氣路系統(tǒng)，控制0)2與空氣一定比例，調節(jié)混合氣體流 量計，將混合氣體通過混合氣路通入到氣體曝氣頭中，生成氣泡，進行微藻的廢水培養(yǎng)；
[0032] 八、在通入混合氣體的條件下，連續(xù)培養(yǎng)6天后，藻液經由藻水出水口排出反應器 主體，做后續(xù)的藻水分離。
[0033] 九、經過吹脫后的氨氮經由集氣罩，出氣管進入液體防倒吸室，再經過導氣管進入 氨氮氣-液吸收室，開啟電機，使螺旋槳轉動，形成均勻的硫酸銨溶液；待吹脫完畢之后，繼 續(xù)攬祥硫fe按溶液；
[0034] 十、打開閥門，將硫酸銨溶液注入到微藻種子培養(yǎng)器中，打開進水管，進行相應比 例的稀釋，同時加入微藻培養(yǎng)基所需的其他元素并調節(jié)培養(yǎng)基pH值，開啟螺旋槳，進行微 藻培養(yǎng)基的配制；
[0035] -| 、培養(yǎng)基配制完畢之后，向微藻種子培養(yǎng)器開口處按照一定體積比投入微藻 種子，并打開氣路單元，通入與步驟七同樣的C02與空氣的混合氣體，混合氣體通過混合氣 路由氣體曝氣頭進入微藻種子培養(yǎng)器中，將微藻培養(yǎng)6天。
[0036] 十二、將培養(yǎng)后的微藻種子液經由微藻流出管流出，通過水泵泵入到反應器主體 中進行廢水的氨氮吸收與微藻的廢水養(yǎng)殖。
[0037] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0038] 本發(fā)明提出了禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水處理與綜合利用方法，是將微藻處理 與氨氮回收利用相結合的廢水處理與資源化的方法，既可以實現(xiàn)廢水達標排放，又可以做 到氨氮的回收以及生物質原料的生產，且廢水中的氨氮回收可達98%以上，起到了環(huán)境保 護、資源生產以及循環(huán)重復利用的多重功效。
[0039] 本發(fā)明將氨氮吹脫與微藻養(yǎng)殖并入同一反應器，微藻培養(yǎng)基配制與微藻種子培養(yǎng) 并入同一反應器，大大減少了占地面積，節(jié)約了經濟成本。本發(fā)明采用的通氣步驟與氣路系 統(tǒng)，可以分步實現(xiàn)氨氮吹脫與微藻養(yǎng)殖，同時實現(xiàn)廢水養(yǎng)藻與微藻純培養(yǎng)；通過改變氣路中 氣體的供給種類、供給配比與供給量，滿足了氨氮吹脫與微藻養(yǎng)殖所需要的空氣與〇) 2，靈 活多變。
[0040] 另外，本發(fā)明所采用的微藻廢水培養(yǎng)過程中采用了通入co2而非傳統(tǒng)的添加化學 試劑的方式調節(jié)廢水pH值的方法，在解決了吹脫后廢水pH值過高不利于養(yǎng)殖微藻的問題 的同時，避免了化學試劑的添加造成的廢水中鹽度升高，不利于微藻生長，以及可能產生的 二次污染等問題，具有安全、高效、經濟節(jié)約的功效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041] 圖1為本發(fā)明禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水處理設備結構簡圖。
[0042] 圖中，編號和部件名稱對應關系為：
[0043]

【權利要求】
1. 一種禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水綜合處理方法，其特征在于，包括步驟： 1) 向禽糞發(fā)酵液生產水溶肥所產生的廢水中吹入空氣以脫除廢水中氨氮，吹脫最終使 得廢水中氨氮濃度為100?300mg/L ;再吹入C02調節(jié)剩余廢水的pH值至7. 0?7. 2 ; 2) 將吹脫出的氨氮氣體用硫酸溶液吸收，用于生產銨肥與微藻液體純培養(yǎng)基；利用產 生的硫酸銨溶液，進行微藻純液體培養(yǎng)基的配制，并進行微藻的培養(yǎng)； 3) 向步驟1)吹脫后的廢水中接種處于對數(shù)生長期的小球藻，接種量為0.2g/L至 0. 4g/L干重；白天與夜間都通入C02與空氣混合氣體，培養(yǎng)微藻；連續(xù)培養(yǎng)5?8天，使微 藻的生長到達平臺期。
2. 根據(jù)權利要求1所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，所述禽糞為雞糞或鴿糞，所 述禽糞發(fā)酵液生產水溶肥所產生的廢水中COD為70-90mg/L，NH 3-N濃度為2000-2100mg/ 1，??？濃度3.7-5.011^/1，？!1值為11.3-11.6，鉀元素濃度為1400-160011^/1，鈣元素濃度為 0· 050-0. 090mg/L，鐵元素濃度為 0· 09-0. 18mg/L。
3. 根據(jù)權利要求1所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，所述步驟1)中，吹脫采用的 空氣為熱空氣，溫度為40?60°C，空氣流量為2?6L/min，吹脫時間為3?6h。
4. 根據(jù)權利要求1所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，所述步驟2)中硫酸溶液的 濃度為〇· 5?1. Omol/L。
5. 根據(jù)權利要求1?4任一所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，所述步驟1)吹脫 之后，再吹入C02, C02流量為0. 05?0. lL/min，最終使得廢水中pH值為7. 0?7. 2。
6. 根據(jù)權利要求1?4任一所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，所述步驟3)中，廢 水培養(yǎng)微藻所采用的通氣方法為白天與夜間都通入空氣與〇) 2混合氣體的方式，其中白天 通入的混合氣體中，C02占空氣體積的6?10 %，混合氣體流量范圍為0. 2?0. 4L/min，為 微藻生長補充碳源并保持廢水pH值在7. 0?7. 5 ;夜間通入的混合氣體中，C02占空氣體積 的1?3%，混合氣體的流量范圍為0. 1?0. 3L/min，保持廢水pH值在7. 0?7. 5。
7. 根據(jù)權利要求1?4任一所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，步驟2)產生的 硫酸銨溶液作為微藻液體培養(yǎng)基中氮元素的來源，所述微藻液體培養(yǎng)基的配制除了氮元素 夕卜，根據(jù)BG-11標準培養(yǎng)基的配方，添加相應的碳元素，磷元素以及其它微量元素，以實現(xiàn) 微藻生長，節(jié)約氮元素。
8. 根據(jù)權利要求1?4任一所述的廢水綜合處理方法，其特征在于，采用的設備包括反 應器主體、氨氮氣液吸收單元、微藻種子培養(yǎng)器、進氣單元； 所述反應器主體設置有禽糞發(fā)酵液生產水溶肥的廢水進水口，反應器主體底部與進氣 單元連接，反應器主體上部與所述微藻種子培養(yǎng)器連接，反應器主體的頂部連接出氣管； 所述氨氮氣液吸收單元為密封的容器，容器內用隔板分為液體防倒吸室和氨氮氣-液 吸收室，所述出氣管插入液體防倒吸室底部，所述液體防倒吸室和氨氮氣-液吸收室之間 有導氣管連通； 所述微藻種子培養(yǎng)器與所述氨氮氣-液吸收室通過出水管連接；所述微藻種子培養(yǎng)器 內設置有攪拌裝置，所述微藻種子培養(yǎng)器通過微藻流出管連接所述反應器主體； 所述進氣單元包括混合氣室、C02進氣管路和空氣進氣管路，C02進氣管路和空氣進氣 管路匯集于混合氣室，所述混合氣室通過混合氣路分別與反應器主體和微藻種子培養(yǎng)器的 底部連接。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，所述進氣單元中，C02進氣管路連接有C02 儲氣罐，所述空氣進氣管路連接有風機，所述空氣進氣管路上設置有空氣加熱裝置，所述空 氣加熱裝置為水浴加熱裝置。
【文檔編號】C02F9/14GK104250058SQ201410472686
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】盧海鳳, 李保明, 張婷婷, 張源輝, 董泰麗, 張東明, 王新峰 申請人:中國農業(yè)大學, 山東民和生物科技有限公司