申请日2014.09.16
公开(公告)日2014.12.31
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于废水处理领域，提供一种禽粪发酵液生产水溶肥废水的综合处理方法，包括步骤：1)向禽粪发酵液制作水溶肥过程中产生的废水中吹入空气，用吹脱的方式进行氨氮气体的脱除，2)将脱除的氨氮气体用硫酸溶液吸收;3)吹脱后的废水调节pH值;4)向调节pH值后的废水中接种处于对数生长期的小球藻，通入CO2与空气混合气体，培养微藻。本发明提出的综合处理方法，既可以实现废水达标排放，又可以做到氨氮的回收以及生物质原料的生产，起到环境保护与资源生产的双重功效。本发明提出的吹脱微藻养殖系统可以同时实现氨氮的吹脱与微藻废水养殖，将可以单独分离的四个反应器分别合并为两个反应器，减少了占地面积，节约了经济成本。
权利要求书
1.一种禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法，其特征在 于，包括步骤：
1)向禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中吹入空气以脱除废 水中氨氮，吹脱最终使得废水中氨氮浓度为100～300mg/L;再吹入 CO2调节剩余废水的pH值至7.0～7.2;
2)将吹脱出的氨氮气体用硫酸溶液吸收，用于生产铵肥与微藻 液体纯培养基;利用产生的硫酸铵溶液，进行微藻纯液体培养基的配 制，并进行微藻的培养;
3)向步骤1)吹脱后的废水中接种处于对数生长期的小球藻， 接种量为0.2g/L至0.4g/L干重;白天与夜间都通入CO2与空气混合 气体，培养微藻;连续培养5～8天，使微藻的生长到达平台期。
2.根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所 述禽粪为鸡粪或鸽粪，所述禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中 COD为70-90mg/L，NH3-N浓度为2000-2100mg/L，TP浓度3.7-5.0 mg/L，pH值为11.3-11.6，钾元素浓度为1400-1600mg/L，钙元素浓 度为0.050-0.090mg/L，铁元素浓度为0.09-0.18mg/L。
3.根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所 述步骤1)中，吹脱采用的空气为热空气，温度为40～60℃，空气流 量为2～6L/min，吹脱时间为3～6h。
4.根据权利要求1所述的废水综合处理方法，其特征在于，所 述步骤2)中硫酸溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。
5.根据权利要求1～4任一所述的废水综合处理方法，其特征在 于，所述步骤1)吹脱之后，再吹入CO2，CO2流量为0.05～0.1L/min， 最终使得废水中pH值为7.0～7.2。
6.根据权利要求1～4任一所述的废水综合处理方法，其特征在 于，所述步骤3)中，废水培养微藻所采用的通气方法为白天与夜间 都通入空气与CO2混合气体的方式，其中白天通入的混合气体中， CO2占空气体积的6～10%，混合气体流量范围为0.2～0.4L/min，为微 藻生长补充碳源并保持废水pH值在7.0～7.5;夜间通入的混合气体中， CO2占空气体积的1～3%，混合气体的流量范围为0.1～0.3L/min，保 持废水pH值在7.0～7.5。
7.根据权利要求1～4任一所述的废水综合处理方法，其特征在 于，步骤2)产生的硫酸铵溶液作为微藻液体培养基中氮元素的来源， 所述微藻液体培养基的配制除了氮元素外，根据BG-11标准培养基的 配方，添加相应的碳元素，磷元素以及其它微量元素，以实现微藻生 长，节约氮元素。
8.根据权利要求1～4任一所述的废水综合处理方法，其特征在 于，采用的设备包括反应器主体、氨氮气液吸收单元、微藻种子培养 器、进气单元;
所述反应器主体设置有禽粪发酵液生产水溶肥的废水进水口，反 应器主体底部与进气单元连接，反应器主体上部与所述微藻种子培养 器连接，反应器主体的顶部连接出气管;
所述氨氮气液吸收单元为密封的容器，容器内用隔板分为液体防 倒吸室和氨氮气-液吸收室，所述出气管插入液体防倒吸室底部，所 述液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室之间有导气管连通;
所述微藻种子培养器与所述氨氮气-液吸收室通过出水管连接; 所述微藻种子培养器内设置有搅拌装置，所述微藻种子培养器通过微 藻流出管连接所述反应器主体;
所述进气单元包括混合气室、CO2进气管路和空气进气管路，CO2进气管路和空气进气管路汇集于混合气室，所述混合气室通过混合气 路分别与反应器主体和微藻种子培养器的底部连接。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进气单元中， CO2进气管路连接有CO2储气罐，所述空气进气管路连接有风机，所 述空气进气管路上设置有空气加热装置，所述空气加热装置为水浴加 热装置。
说明书
禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法
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 理方法及其设备。
背景技术
禽粪发酵液废水为禽粪厌氧发酵后的残余物，营养成分丰富，既 含有氮、磷、钾等常量元素，又含有多种微量元素，水解酶，氨基酸， 有机酸，生长素等生物活性物质。这些都证明了禽粪发酵液可以作为 一种优良的肥料，尽管由于禽粪发酵液中营养成分浓度较低，但经过 膜浓缩处理，含量大大提高。目前使用膜浓缩的方式生产水溶肥已经 成为趋势。然而，在使用膜浓缩方式生产水溶肥的过程中，其出水水 质中氨氮浓度含量仍然很高，无法达标排放，另外，由于通过膜滤浓 缩的方式，经过膜处理后的出水中有机物含碳化合物浓度含量较低， 含磷化合物浓度较低，pH值较高，盐度较高，属于高氨氮与高盐度 废水。碳氮磷比例失调以及较高的pH值与盐度致使传统的污水生物 处理方法难以正常运行。
目前高氨氮废水的处理方法有鸟粪石沉淀法，混凝沉淀法，电化 学加氯折点法，硝化反硝化法等。其中鸟粪石沉淀法、混凝沉淀法消 耗大量化学试剂，容易造成环境的二次污染，电化学加氯折点法投资 费用较高，且容易形成氯胺等致癌物，生物化学法中的硝化与反硝化 法耐受的初始有机污染物负荷较低，且运行耗时较长。吹脱是目前工 业高氨氮废水中较为有效的处理方法，通过吹脱，可将氨氮降低至一 定水平。但是吹脱法对于废水的pH值要求较高，必须大于9.0以上， 因此，一般在处理普通高氨氮废水前，需要将废水的pH调整到9.0以 上。
微藻是一种分布广，适应性强的生物，能在海水，污水，盐碱地 中生长;其生长速度快、生长周期短，且所需养分不多，同时还能去 除污水中的氮磷，很早就被用于处理污水。微藻光合作用效率高，利 用光合作用生长繁殖，吸收了二氧化碳，可缓解温室效应。藻类对氨 氮的吸收利用效果较好，且不需要大量的有机碳化合物与含磷化合 物，因此，在本系统中，基于微藻较强的光合作用，去除废水中所含 的氨氮，同时通过光合作用由光能转化成了微藻的自身的生物质化学 能，生成的物质又可以进行厌氧发酵，投入厌氧发酵系统中，既可以 做到废水中污染物的回收利用，产生的生物量又可以作为发酵与生产 生物原油的原料，实现了污水的处理与资源化利用。
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禽粪发酵液生 产水溶肥的废水综合处理方法。
实现本发明上述目的技术方案为：
一种禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法，包括步骤：
1)向禽粪发酵液生产水溶肥过程中所产生的废水中吹入空气以 脱除废水中氨氮，吹脱最终使得废水中氨氮浓度为100～300mg/L;再 吹入CO2调节剩余废水的pH值至7.0～7.2;即，调节剩余废水的pH 值至微藻生长适宜范围内;
2)将吹脱出的氨氮气体用硫酸溶液吸收，用于生产铵肥与微藻 液体纯培养基;利用产生的硫酸铵溶液，进行微藻纯液体培养基的配 制，并进行微藻的培养。
3)向步骤1)吹脱后的废水中接种处于对数生长期的小球藻， 接种量为0.2g/L至0.4g/L干重。
白天与夜间都通入CO2与空气混合气体，培养微藻;连续培养 5～8天，使得微藻的生长到达平台期。此时，将微藻收获，以便用于 生物原油的制取。
本发明使用的微藻为小球藻Chlorella sp.，为Chlorella属，藻株 编号：FACHB-1067，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，所述禽粪发酵液生产水溶肥过程中产生的废水为低有机 物，高氨氮，高pH值，高盐度废水。所述禽粪为鸡粪或鸽粪，所述 禽粪发酵液生产水溶肥所产生的废水中COD为70～90mg/L，NH3-N 浓度为2000～2100mg/L，TP浓度3.7～5.0mg/L，pH值为11.3～11.6， 钾元素浓度为1400～1600mg/L，钙元素浓度为0.050～0.090mg/L，铁 元素浓度为0.09～0.18mg/L。禽粪发酵液生产水溶肥过程中产生的废 水性质较为特殊，其中氨氮浓度含量高，有机污染物少，pH值较高， 由此带来了处理成本高，资源化程度低，污染严重等问题。
本工艺分为三个部分，一部分将废水中氨氮进行吹脱，去除废水 中大部分氨氮;一部分将吹脱出的氨氮吸收，作为微藻纯培养的培养 基中氨氮的主要来源，还可以用于制作铵肥;另外一部分利用吹脱后 废水中剩余的氨氮培养微藻，用微藻吸收废水中氨氮，使废水达标排 放的同时实现微藻生物量的生产，用于返回发酵工程，或者通过热化 学的技术手段生产生物原油。通过以上三部分的运作，实现废水的减 排与氮资源的循环利用。
其中，所述步骤1)中，铵肥原料与微藻液体培养基的获取采用 吹脱并稀硫酸吸收的方式获得。其中吹脱采用的空气为热空气，温度 为40～60℃，空气气体流量为2～6L/min，吹脱时间为3～6h。优选地， 所述步骤2)中硫酸溶液的浓度为0.5～1.0mol/L。
其中，所述步骤1)吹脱之后，再吹入CO2，CO2流量为 0.05～0.1L/min，最终使得废水中pH值为7.0～7.2。
进一步优选地，所述步骤3)中，废水培养微藻所采用的通气方 法为白天与夜间都通入空气与CO2混合气体的方式。其中白天通入的 混合气体中，CO2占空气体积的6～10%，混合气体流量范围为 0.2～0.4L/min，为微藻生长补充碳源并保持废水的pH值在7.0～7.5; 夜间通入的混合气体中，CO2占空气体积的1～3%，混合气体流量范 围为0.1～0.3L/min，保持pH值在7.0～7.5。其中，步骤2)产生的硫 酸铵溶液作为微藻液体培养基中氮元素的来源，所述微藻液体培养基 的配制除了氮元素外，根据BG-11标准培养基的配方，添加相应的碳 元素，磷元素以及其它微量元素，以实现微藻生长，节约氮元素。
用于本发明所述的综合处理方法的设备，包括反应器主体、氨氮 气液吸收单元、微藻种子培养器、进气单元;
所述反应器主体设置有禽粪发酵液生产水溶肥废水的废水进水 口，反应器主体底部与进气单元连接，反应器主体上部与所述微藻种 子培养器连接，反应器主体的顶部连接出气管;
所述氨氮气液吸收单元为密封的容器，容器内用隔板分为液体防 倒吸室和氨氮气-液吸收室，所述出气管插入液体防倒吸室底部，所 述液体防倒吸室和氨氮气-液吸收室之间有导气管连通;
所述微藻种子培养器与所述氨氮气-液吸收室通过出水管连接; 所述微藻种子培养器内设置有搅拌装置，所述微藻种子培养器通过微 藻流出管连接所述反应器主体;
所述进气单元包括混合气室、CO2进气管路和空气进气管路，CO2进气管路和空气进气管路汇集于混合气室，所述混合气室通过混合气 路分别与反应器主体和微藻种子培养器的底部连接。
进一步地，所述进气单元中，CO2进气管路连接有CO2储气罐， 所述空气进气管路连接有风机，所述空气进气管路上设置有空气加热 装置，所述空气加热装置为水浴加热装置。
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鸡粪发酵液水 溶肥生产废水至反应器主体的二分之一体积;
二、开启空气压缩机与空气加热系统，空气压力控制阀门，调节 空气流量计，使空气加热到一定温度后，通过混合气室，以及气体曝 气头进入反应器主体，将废水中的氨氮进行吹脱，最终废水中氨氮浓 度停留在微藻适宜生长的范围内;
三、关闭空气压缩机，气体加热系统与压力阀门，关闭空气气 路系统。
四、开启CO2气路系统。打开CO2压力控制阀门，调节CO2流 量计，向反应器内通入CO2，调节废水中pH值至7.0-7.2;
五、关闭CO2压力控制阀门，关闭CO2气路系统;
六、打开藻液进口，向反应器主体中投入新鲜微藻种子藻液， 约占废水体积的1/5;
七、开启CO2气路系统与空气气路系统，控制CO2与空气一定 比例，调节混合气体流量计，将混合气体通过混合气路通入到气体曝 气头中，生成气泡，进行微藻的废水培养;
八、在通入混合气体的条件下，连续培养6天后，藻液经由藻水 出水口排出反应器主体，做后续的藻水分离。
九、经过吹脱后的氨氮经由集气罩，出气管进入液体防倒吸室， 再经过导气管进入氨氮气-液吸收室，开启电机，使螺旋桨转动，形 成均匀的硫酸铵溶液;待吹脱完毕之后，继续搅拌硫酸铵溶液;
十、打开阀门，将硫酸铵溶液注入到微藻种子培养器中，打开进 水管，进行相应比例的稀释，同时加入微藻培养基所需的其他元素并 调节培养基pH值，开启螺旋桨，进行微藻培养基的配制;
十一、培养基配制完毕之后，向微藻种子培养器开口处按照一定 体积比投入微藻种子，并打开气路单元，通入与步骤七同样的CO2与空气的混合气体，混合气体通过混合气路由气体曝气头进入微藻种 子培养器中，将微藻培养6天。
十二、将培养后的微藻种子液经由微藻流出管流出，通过水泵泵 入到反应器主体中进行废水的氨氮吸收与微藻的废水养殖。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了禽粪发酵液生产水溶肥的废水处理与综合利用方 法，是将微藻处理与氨氮回收利用相结合的废水处理与资源化的方 法，既可以实现废水达标排放，又可以做到氨氮的回收以及生物质原 料的生产，且废水中的氨氮回收可达98%以上，起到了环境保护、资 源生产以及循环重复利用的多重功效。
本发明将氨氮吹脱与微藻养殖并入同一反应器，微藻培养基配制 与微藻种子培养并入同一反应器，大大减少了占地面积，节约了经济 成本。本发明采用的通气步骤与气路系统，可以分步实现氨氮吹脱与 微藻养殖，同时实现废水养藻与微藻纯培养;通过改变气路中气体的 供给种类、供给配比与供给量，满足了氨氮吹脱与微藻养殖所需要的 空气与CO2，灵活多变。
另外，本发明所采用的微藻废水培养过程中采用了通入CO2而非 传统的添加化学试剂的方式调节废水pH值的方法，在解决了吹脱后 废水pH值过高不利于养殖微藻的问题的同时，避免了化学试剂的添 加造成的废水中盐度升高，不利于微藻生长，以及可能产生的二次污 染等问题，具有安全、高效、经济节约的功效。