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基于能源转化的沼液浓缩稀水微藻养分循环利用研究

王新锋  
【摘要】:畜禽养殖业的集约化和规模化使得畜禽废弃物和废水的处理成为一个影响民生的重要问题。在国家倡导环境友好发展畜牧业的前提下,将鸡粪进行厌氧发酵处理并生产生物有机肥是一种农业绿色发展的手段。在有机肥生产过程中产生了一种高氨氮含量的沼液浓缩稀水。本文结合微藻培养技术,由微藻生长代谢吸收污水水体中的碳、氮、磷等营养元素,实现水资源的回用和污水的处理。经过预处理,污水中氨氮、磷等含量均有所降低,微藻可以在特定氨氮浓度下污水里生长:适宜螺旋藻生长的氨氮浓度在20mg/L左右,适宜小球藻生长的氨氮浓度小于250mg/L。室温时,吹脱时间与氨氮去除率成正相关性;中温条件(50℃)更有利于氨氮的吹脱。电解对氨氮、有机碳、无机碳的去除效果最好,分别为47%、76%和96%;养藻过程中氨氮去除率为10-65%。电解过程所消耗的电能会大幅增加成本的投入。两阶段的微藻培养和收获系统可以实现培养液的回用。当小球藻生物量达到平台期时,用离心机或者滤膜来收获微藻,同时回收培养液用来培养螺旋藻。结果表明,两阶段的微藻培养可以获得更高的生物量:第一阶段获得0.39 g/L小球藻和第二阶段获得3.45g/L螺旋藻;有了更高的污染物去除率:第一、二阶段的氨氮去除率分别为19%和100%,第一、二阶段的总磷去除率分别为17%和83%,第一、二阶段的总有机碳的去除率分别为55%和72%。优化培养系统条件,补充碳源来提高微藻生物量和提高污染物去除率。在小试试验中,结果表明1%CO2即可满足瓶养规模的微藻生长所需,10%CO2的叶绿素a和叶绿素b总值最高,而较高CO2浓度会对微藻生长会产生抑制。为保障微藻生长所需碳源和pH调节,选用10%C02为后续的中试规模微藻试验为碳源。温度对于微藻生长也有影响:小球藻在20℃时受到抑制,在25℃和30℃时均良好生长且生物量差异不大,在35℃时生长最快。微藻的成分对于利用有很大的影响。在开放和密闭的中试反应器内,用不同浓度的污水和BG11培养基培养小球藻。试验结果表明密闭反应器所培养出的微藻灰分、脂肪、蛋白质分别比开放反应器内低3%、5%和10%。高盐度污水培养出来的微藻的灰分含量高、脂肪含量低、碳水化合物含量低。盐度为3.59g/L的污水中的微藻灰分含量比盐度为1.50 g/L的污水中的微藻灰分含量高12.5%。通过开展中试规模试验来对比不同反应器对微藻的影响:对于碳、氮、磷等营养物的回收,考察在培养和收获过程中产生的能耗,以及整个系统的构建费用和成本回收,并将所收获微藻用于能源生产。管式反应器内氨氮的去除率在十天内达到了 40%,总磷的去除率为75%。微藻可以生产135mL甲烷/gVS藻,理论上33%的原油产率。


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