申请日2013.08.30
公开(公告)日2014.01.01
IPC分类号C12N1/12; C12R1/89; C05F3/00; C02F11/04
摘要
本发明提供了一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，属于污水处理和藻类养殖领域。该方法包括如下步骤：(1)畜禽排泄物废水的前处理：过滤，取滤液进行灭菌，获得培养液;(2)螺旋藻的驯化：将藻种接种到淡水或者海水中进行驯化培养;(3)螺旋藻的培养：将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻接种到步骤(1)的培养液中进行培养;(4)螺旋藻的采收：将步骤(3)培养所得螺旋藻进行过滤，清洗，再收集螺旋藻，然后对螺旋藻进行干燥;(5)滤液回收。本发明解决了畜禽排泄物污染环境、螺旋藻培养成本高的问题。该方法能实现保护环境、降低螺旋藻培养成本且能生产人类所需营养物质的三重效果。
权利要求书
1. 一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)畜禽排泄物废水的前处理：过滤，取滤液进行灭菌，获得培养液;
(2)螺旋藻的驯化：将藻种接种到淡水或者海水中进行驯化培养 ;
(3)螺旋藻的培养：将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻接种到步骤(1)的培养液中进行培养;
(4)螺旋藻的采收：将步骤(3)培养所得螺旋藻进行过滤，清洗，再收集螺旋藻，然后对螺旋藻进行干燥;
(5)滤液回收。
2. 如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：将所述步骤(1)中过滤后的滤渣进行干燥，制成有机肥料。
3. 如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在灭菌前将滤液PH调整至8.6-9.5;
如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：所述步骤(1)的滤液在灭菌之前还经过2-3天的厌氧发酵，进行除臭，同时收集发酵产生的沼气。
4. 如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，采用淡水驯化时，淡水为符合GB5749-85 饮用水卫生标准的水;采用海水驯化时，所述海水的实用盐度小于35，驯化温度为30℃～37℃， pH8.0～10.0。
5. 如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：所述步骤(3)是将螺旋藻置于U型跑道中养殖，培养过程中的pH保持在7.2-10.5、光照维持在8000-20000LX、温度20-40℃，并且不停搅拌，培养时间为10-14天。
6. 如权利要求6中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：培养过程中，pH保持在8.6-9.5、光照维持在8000-12000LX、温度保持在25-35℃。
7. 如权利要求6或7中任一项所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：所述光的波长为430-500nm或640-660nm。
8. 如权利要求6或7中任一项所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：培养过程中的曝气量为150m3/hr-250 m3/hr。
9. 如权利要求1中所述的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，其特征在于：所述步骤(4)是过滤后用淡水清洗并收集螺旋藻，再在80℃下干燥2小时。
说明书
一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法
技术领域
本发明涉及污水处理和藻类养殖领域，特别涉及一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法。
背景技术
随着经济的发展，规模化畜禽养殖场越来越多，所以集中处理的畜禽排泄物的量十分巨大，如果处理方法不当，很容易导致污染环境。传统的畜禽养殖场的畜禽排泄物的处理方法是：(1)直接排放;(2)排放于池塘中养鱼;(3)固液分离，把固体干燥做堆肥，液体直接排放;(4)利用发酵产生沼气，沼气做燃料，发酵后的液体直接排放。传统的方法在一定程度上也能变废为宝，对废物进行综合利用，但是最终都是将含有大量磷酸盐、铵盐的废液直接排放，造成江河、池塘化学需氧量的变化，及其它嗜磷酸盐、铵盐的藻类大量繁殖，仍然对江河造成污染，改变了自然生态环境。解决该污染问题的方法是以藻类对畜禽排泄物进行分解，利用废水中的磷酸盐、铵盐合成人们需要的营养物质。
螺旋藻是目前人类已知的营养成分最丰富、均衡的藻类之一，其含有丰富的蛋白质、维生素、β胡萝卜素、γ亚麻酸，还含有叶绿素A和多种人体必需的微量元素，这些有效成分在一定条件下有降低胆固醇、提高人体免疫机能、促进前列腺合成、抑癌防癌和加速创口愈合等多种药用和保健功能，因而，螺旋藻的需求量比较大。目前培养螺旋藻大都使用天然湖泊或者淡水或者海水养殖，仍需要添加螺旋藻生长所需的营养物质，或者对培养液进行处理，以达到适合螺旋藻生长的条件，这就会导致螺旋藻的培养成本高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法。该方法是利用畜禽排泄物废水作为螺旋藻培养的原料，螺旋藻可以利用废水中磷酸盐、铵盐合成营养物质，可以实现解决污染问题、降低螺旋藻培养成本且能生产人类所需营养物质的三重效果。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法，包括如下步骤：
(1)畜禽排泄物废水的前处理：过滤，取滤液进行灭菌，获得培养液;
(2)螺旋藻的驯化：将藻种接种到淡水或者海水中进行驯化培养 ;
(3)螺旋藻的培养：将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻接种到步骤(1)的培养液中进行培养;
(4)螺旋藻的采收：将步骤(3)培养所得螺旋藻进行过滤，清洗，再收集螺旋藻，然后对螺旋藻进行干燥;
(5)滤液回收。
优选地，将步骤(1)中过滤后的滤渣进行干燥，制成有机肥料。
优选地，步骤(1)中，在灭菌前将滤液PH调整至8.6-9.5。
优选地，步骤(1)的滤液在灭菌之前还经过2-3天的厌氧发酵，进行除臭，同时收集发酵产生的沼气。
优选地，在步骤(2)中，采用淡水驯化时，淡水为符合GB5749-85 饮用水卫生标准的水;采用海水驯化时，所述海水的实用盐度小于35，驯化温度为30℃～37℃， pH8.0～10.0。
优选地，步骤(3)是将螺旋藻置于U型跑道中养殖，培养过程中的pH保持在7.2-10.5、光照维持在8000-20000LX、温度20-40℃，并且不停搅拌，培养时间为10-14天。
优选地，培养过程中，pH保持在8.6-9.5、光照维持在8000-12000LX、温度保持在25-35℃。
优选地，光的波长为430-500nm或640-660nm。
优选地，培养过程中的曝气量为150m3/hr-250 m3/hr。
优选地，步骤(4)是过滤后用淡水清洗并收集螺旋藻，再在80℃下干燥2小时。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
一、将畜禽排泄物过滤所得废渣作为肥料，滤液作为螺旋藻的培养液，在螺旋藻培养过程中产生的沼气作为燃料，收集螺旋藻之后的滤水的磷化物与氮化物的含量小于原来的排泄物废水的磷化物与氮化物的含量的5%，达到GB/T 18920-2002《城市杂用水水质标准》的要求，可以进行二次利用，使得畜禽排泄物得到充分利用，生态环境得到保护。
二、利用排泄物废水培养螺旋藻，节约了螺旋藻培养过程中培养用水和试剂;使用U型跑道进行培养，减少了培养用地，从而降低了螺旋藻培养的成本。
三、螺旋藻培养效率高、获得的螺旋藻质量高。本发明的方法培养螺旋藻，其长速比传统培养方法快35%，而营养物质的含量与传统方法培养的一致，另外，最终所得螺旋藻的含铅量小于0.3mg/kg，远低于国家标准。
具体实施方式
本发明的一种利用畜禽排泄物废水培养螺旋藻的方法包括：
(1)畜禽排泄物废水的前处理：
本步骤的目的在于将畜禽排泄物废水进行处理，使其成为适用于螺旋藻生长的培养液，废水前处理主要经过过滤、PH值调整和灭菌。首先是将畜禽排泄物及其冲洗水进行过滤，除去粗渣，将粗渣干燥后作为有机肥料;再将滤液的PH值调整至8.6-9.5，优选为用HCl 和 NaOH进行调整，此范围为最适合螺旋藻生长的PH;然后将滤液进行灭菌，优选用臭氧进行灭菌;所得液体即为螺旋藻的培养液。作为一种优选的实施方式，在灭菌步骤之前，可以将滤液进行厌氧发酵2-3天，能达到除臭目的，收集产生的沼气。
(2)螺旋藻的驯化：
将螺旋藻藻种接到淡水或者海水中进行驯化培养，所用的淡水符合GB5749-85饮用水卫生标准;海水的实用盐度小于35，在驯化步骤中，温度控制在35℃，且可以在30℃～37℃范围内，pH维持在8.0～10.0，此温度和PH值为螺旋藻的最佳生长温度和PH值。
(3)螺旋藻的培养：
将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻按照1:3-1:6的比例接种到步骤(1)所得的培养液中，并且在U型跑道中进行培养，在此过程中，PH保持在7.2-10.5、光照维持在8000-20000LX、温度控制在35℃，且可以在20-40℃范围内，并且每小时搅拌1 次，培养时间为10-14天。培养的条件优选为：pH值8.6～9.5、光照8000-12000LX、温度25℃-35℃。光的波长优选为430-500nm或640-660nm;曝气量为150m3/hr-250 m3/hr。收集此过程产生的沼气。其中，曝气量是指通过充气或机械搅动等方法向培养液中转移空气的量。
(4)螺旋藻的采收：
将螺旋藻液进行过滤，优选筛网来进行过滤，然后对筛网上的螺旋藻进行多次清洗，再收集筛网上的螺旋藻,最后在80℃下干燥2小时。
(5)滤液回收：网筛过滤所得滤液可以回收，因螺旋藻已经使用了废液中的磷酸盐和铵盐，滤液达到了GB/T 18920-2002《城市杂用水水质标准》，该水可以进行二次利用，例如，可以做系统内的原液的稀释液,猪圈冲洗用、浇花草和冲洗马路，或者直接用于冲洗猪舍,还可以作为畜禽的饮水,如果要排放，也符合排放标准。
其中，本发明的步骤(1)和步骤(2)的顺序不是一定的，可以先后进行，也可以同时进行。
下面，以1000头猪的排泄物废水培养螺旋藻为例对本发明进行进一步描述：
实施例一
(1)猪排泄物废水的前处理：
首先是将畜禽排泄物及其冲洗水进行过滤，除去粗渣，将粗渣干燥后作为有机肥料;再用HCl和 NaOH将滤液的PH值调整至8.6，然后通入臭氧对滤液进行灭菌;所得液体即为螺旋藻的培养液。
(2)螺旋藻的驯化：
将螺旋藻藻种接到海水中进行驯化培养，所用的海水的;在驯化步骤中，温度控制在30℃，pH维持在8.0。
(3)螺旋藻的培养：
将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻按照1:3的比例接种到步骤(1)所得的培养液中，并且在U型跑道中进行培养，在此过程中，PH保持在7.2、光照维持在20000LX、温度保持20℃，并且不停地搅拌，培养时间为12天。光的波长为430nm，曝气量为150 m3/hr。收集此过程产生的沼气。
(4)螺旋藻的采收：
将螺旋藻液进行过滤，优选筛网来进行过滤，然后对筛网上的螺旋藻进行多次清洗，再收集筛网上的螺旋藻,最后在80℃下干燥2小时。
(5)滤液回收。
本实施例最终回收的滤液：PH为7.2，总磷浓度为27mg/L,铵盐浓度为39 mg/L，获得的螺旋藻的产量为13吨/年;含铅量0.2mg/kg。
实施例二
(1)猪排泄物废水的前处理：
首先是将畜禽排泄物及其冲洗水进行过滤，除去粗渣，将粗渣干燥后作为有机肥料;再将滤液进行厌氧发酵2天，达到除臭目的，收集产生的沼气;再用HCl 和 NaOH将滤液的PH值调整至9.0，然后通入臭氧对滤液进行灭菌;所得液体即为螺旋藻的培养液。
(2)螺旋藻的驯化：
将螺旋藻藻种接到海水中进行驯化培养，所用的海水的实用盐度小于35;在驯化步骤中，温度控制在35℃，pH维持在9.0。
(3)螺旋藻的培养：
将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻按照1:6的比例接种到步骤(1)所得的培养液中，并且在U型跑道中进行培养，在此过程中，PH保持在9.0、光照维持在15000LX、温度保持30℃，并且不停地搅拌，培养时间为10天。光的波长为500nm，曝气量为200 m3/hr。收集此过程产生的沼气。
(4)螺旋藻的采收：
将螺旋藻液进行过滤，优选筛网来进行过滤，然后对筛网上的螺旋藻进行多次清洗，再收集筛网上的螺旋藻,最后在80℃下干燥2小时。
(5)滤液回收。
本实施例最终回收的滤液：PH为7，总磷浓度为20mg/L, 铵盐浓度为48 mg/L，获得的螺旋藻的产量为12吨/年;含铅量0.1mg/kg。
实施例三
(1)猪排泄物废水的前处理：
首先是将畜禽排泄物及其冲洗水进行过滤，除去粗渣，将粗渣干燥后作为有机肥料;再将滤液进行厌氧发酵3天，达到除臭目的，收集产生的沼气;再用HCl和 NaOH将滤液的PH值调整至9.5，然后通入臭氧对滤液进行灭菌;所得液体即为螺旋藻的培养液。
(2)螺旋藻的驯化：
将螺旋藻藻种接到海水中进行驯化培养，所用的海水的实用盐度小于35;在驯化步骤中，温度控制在37℃，pH维持在10.0。
(3)螺旋藻的培养：
将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻按照1:4的比例接种到步骤(1)所得的培养液中，并且在U型跑道中进行培养，在此过程中，PH保持在10.5、光照维持在8000LX、温度保持40℃，并且不停地搅拌，培养时间为14天。光的波长为640nm，曝气量为250 m3/hr。收集此过程产生的沼气。
(4)螺旋藻的采收：
将螺旋藻液进行过滤，优选筛网来进行过滤，然后对筛网上的螺旋藻进行多次清洗，再收集筛网上的螺旋藻,最后在80℃下干燥2小时。
(5)滤液回收。
本实施例最终回收的滤液：PH为7.5，总磷浓度为25mg/L, 铵盐浓度为52 mg/L，获得的螺旋藻的产量为14吨/年;含铅量0.2mg/kg。
实施例四
(1)猪排泄物废水的前处理：
首先是将畜禽排泄物及其冲洗水进行过滤，除去粗渣，将粗渣干燥后作为有机肥料;再用HCL 和 NaOH将滤液的PH值调整至9.2，然后通入臭氧对滤液进行灭菌;所得液体即为螺旋藻的培养液。
(2)螺旋藻的驯化：
将螺旋藻藻种接到淡水中进行驯化培养，所用的淡水符合GB5749-85饮用水卫生标准;在驯化步骤中，温度控制在32℃，pH维持在9.5。
(3)螺旋藻的培养：
将步骤(2)中对数生长期的螺旋藻按照1:5的比例接种到步骤(1)所得的培养液中，并且在U型跑道中进行培养，在此过程中，PH保持在9.5、光照维持在17000LX、温度保持35℃，并且不停搅拌，培养时间为13天。光的波长为660nm，曝气量为230/hr。收集此过程产生的沼气。
(4)螺旋藻的采收：
将螺旋藻液进行过滤，优选筛网来进行过滤，然后对筛网上的螺旋藻进行多次清洗，再收集筛网上的螺旋藻,最后在80℃下干燥2小时。
(5)滤液回收。
本实施例最终回收的滤液：PH为7.2，总磷浓度为18mg/L,铵盐浓度为43mg/L，获得的螺旋藻的产量为13吨/年;含铅量0.1mg/kg。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。