[发明专利]一种培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置及其运行方法

说明书

一种培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置及其运行方法，厌氧发酵装置设有用于处理沼液氮磷的膜式光生物反应器，用于处理沼液氮磷的膜式光生物反应器设有沼液储存罐、蠕动泵、微藻培养罐、空气泵和嵌入中空纤维膜的光生物反应器柱体，厌氧发酵包括半连续厌氧发酵罐体、罐内混匀搅拌器、罐体进料口上阀门和罐体出料口下阀门。改善微藻吸收氨氮速度较慢，微藻与厌氧发酵等体积时，处理量无法匹配单批次厌氧发酵所排放沼液量，处理沼液存在效率低、时间长的缺陷。膜式光生物反应器与半连续厌氧发酵罐的耦合，使得半连续厌氧发酵罐每日所排出的沼液能够被微藻当日处理，并重新回流进入厌氧发酵罐，达到沼液循环利用，节约水资源，氮、磷资源化的目的。

技术领域

本发明涉及微藻处理沼液及厌氧发酵的耦合，具体涉及一种利用膜式光生物反应器培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置及其运行方法。

背景技术

厌氧发酵广泛应用于清洁能源，用于解决废弃物污染的问题。伴随着厌氧发酵技术的发展，不断增长的大量沼液排放不可避免([1]GCB Bioenergy,2014,6,465–472)。沼液含有丰富的氮源，如果不经过有效处理直接排放将存在导致水体富营养化的风险，同时还会造成有益资源的大量流失。培养微藻处理沼液中的养分，同时获得高附加值的微藻产品已被普遍认为一种达到减排增益有潜力的策略([2]Biotechnol.Adv.2012,30,673–690)。

针对沼液中含有大量悬浮物及细菌会抑制微藻的生长，前期设计了膜式光生物反应器解决沼液无法直接用于微藻培养的难题([3]李清彪.用于处理沼液超标氮磷的膜式光生物反应器及其处理方法:中国专利ZL201410169909.X.2015-09-02)。然而，微藻耦合沼液系统仍需改进，微藻吸收氨氮速度较慢，与厌氧发酵等体积时，处理量无法匹配单批次厌氧发酵所排放沼液量，处理沼液存在效率低、时间长的缺陷。同时，处理后的沼液通常直接排放，使得水资源无法循环利用。

发明内容

本发明的目的在于提供可达到沼液循环利用，氮磷零排放的一种利用膜式光生物反应器培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置。

本发明的另一目的在于提供利用膜式光生物反应器培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置的运行方法。

所述利用膜式光生物反应器培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置设有用于处理沼液氮磷的膜式光生物反应器，所述用于处理沼液氮磷的膜式光生物反应器设有沼液储存罐、蠕动泵、微藻培养罐、空气泵和嵌入中空纤维膜的光生物反应器柱体，所述厌氧发酵包括半连续厌氧发酵罐体、罐内混匀搅拌器、罐体进料口上阀门和罐体出料口下阀门。

所述半连续厌氧发酵罐体可采用圆柱型发酵罐体，厌氧发酵罐体与微藻培养罐的体积比可为1︰1。

所述半连续厌氧发酵罐的体积可为4～6L，高径比可为1～2。

所述罐内混匀搅拌器设在厌氧发酵罐体的底部，罐内混匀搅拌器与厌氧发酵罐体底部直径比可为0.25～0.5。

所述利用膜式光生物反应器培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵的装置的运行方法，采用所述用于处理沼液氮、磷的膜式光生物反应器和半连续厌氧发酵的耦合装置，所述方法如下：

厌氧发酵罐每日从出料口排出废料经沼液、沼渣分离后，所排沼液贮存在沼液储存罐中，由第1蠕动泵带动在硅胶管内循环流动；微藻溶液在微藻培养罐中光照培养，由第2蠕动泵带动在硅胶管内循环流动，透过空气泵向微藻培养罐中通入空气，沼液和微藻溶液在膜式光生物反应器中汇合，沼液在中空纤维膜管内循环流动，微藻溶液在中空纤维膜管外循环流动，沼液和微藻溶液错流流动；沼液中超标氮、磷从中空纤维膜内透过被膜外微藻溶液吸收，每日从膜式光生物反应器排出被微藻吸收氮、磷的沼液，排出体积与每日进入沼液储存罐的体积相同，排出的处理后沼液与定量猪粪重新混合从进料口进入厌氧发酵罐产沼气，耦合装置按照如此方法循环运行。

所述厌氧发酵罐的水力停留时间为40天。