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CN102992497A - 一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法 - Google Patents

一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法 Download PDF

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microalgae
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颜诚
张丽
王东
钱俊成
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Fudan University
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    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明属于环境工程技术领域，具体为一种对多级式反应器可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法。本发明涉及的多级式反应器由若干个单级光生物反应器串联组成，在每个单级反应器中将发酵废弃物沼液作为培养基接种微藻，利用微藻超强的光合固碳能力吸收沼气中CO2以提升沼气品位。本发明方法可以在净化沼液的同时提升沼气品位，且在此过程中几乎不产生新的污染物，具有实用性强和经济效益好的优点。

Description

一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法。
背景技术
我国沼气事业的发展长期受限于沼气厌氧发酵副产物沼液的环境污染问题和沼气本身品位低下的问题。沼气厌氧发酵副产物沼液是高负荷污染物，其难以被一般的污水处理厂和污水处理设施所接纳，排放到水体中会造成严重的富营养化等问题。沼气的含量组成按体积百分比为：CH4 40%-75%，CO2 15%-60%，水蒸气 5%-10%，H2S 0.005%-2%，硅氧烷0-0.02%，卤代烃VOC<0.6%，NH3 <1%, O2 0-1%，CO<0.6%和N2 0-2%。一般认为当沼气中可燃气体CH4含量至少要高于60%才可以燃烧；若是进一步提升沼气品位达到生物甲烷气(Biomethane)的标准，则要求高于CH4 95%-97%和低于CO2 1%-3%。微藻是地球上古老的生物，具有极强的生物固碳能力和超高的光合作用能力。微藻从太古纪时代起，其就开始转化地球上在当时浓度尚高的CO2，是整个生态系统最为主要的初级生产者之一。微藻的光能利用率达18%，光合效率达43%，是一般农作物的3倍和1.4倍以上；极高的光能利用率和光合效率决定了其对CO2的超强吸收能力。同时，发酵副产物沼液中含有丰富的氮、磷、钾等大量元素和铁、锌、铜等微量元素，而且还含有17种氨基酸、活性酶等，其可以作为微藻的营养来源。在本发明方法中，利用沼液作为液体培养基质，沼气中CO2作为微藻的碳源，则在提升沼气品位时还可以净化沼液，从而彻底解决厌氧发酵所产沼液污染环境和沼气品位低下两大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实用性强、简便易行、经济效益好的对于多级式反应器，可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法。
本发明提供的可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法，其多级式反应器由若干个单级光生物反应器串联组成，在每个单级反应器中将发酵废弃物沼液作为培养基，接种微藻，利用微藻超强的光合固碳能力吸收沼气中CO2以提升沼气品位。
本发明中，多级式反应器中沼气在一级反应器中停留一段时间后即进入到下级反应器中，在此过程中沼气中CO2被逐级吸收。
本发明中，用发酵废弃物沼液作为营养基质培养微藻，可以净化沼液。
本发明中，微藻在每级反应器中都采用高密度藻接种，以期提高微藻在相对较短时间内的沼液净化能力和CO2吸收能力。
本发明中，沼气在每级反应器中停留时间以微藻结束对数生长期为限。
本发明中，本级反应器接种藻种来自于上级反应器中增殖的部分微藻，这些微藻因在上级反应器中经过较高CO2和CH4浓度环境的驯化后会有更好的沼气品位提升效果。
本发明中，反应器可以利用自然光或者LED灯人工光源作为微藻培养的光能来源。
本发明中，反应器中所接种的微藻可以是绿藻门小球藻（Chlorella sp.）、绿藻门小球藻（Chlorella vulgaris）、绿藻门小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、蓝藻门鱼腥藻（Anabaena sp.）和硅藻门谷皮菱形藻（Nitzschia palea）等的一种或者几种的混合接种。
本发明中，反应器中增殖的微藻不用收获而可以直接用于混合厌氧发酵，节省了收获微藻的成本；整个反应器系统在净化沼液和提升沼气品位的过程中几乎不产生新的污染物。
附图说明
图1 多级式反应器系统装置示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细的说明：
实施例1
一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的新方法。构建多级串联式光反应器系统，总共10级，每级置尺寸为5 m×5 m×5 m；接种蓝藻门鱼腥藻Anabaena sp.初始密度330 mg L-1，藻种和沼液总体积15.0 m3，沼气体积110.0 m3；光周期为10 h/10 h，系统反应器控制温度为25±0.5 °C，每级反应器工作时间60 h，采用人工光源LED灯白光330 μmol m-2 s-1光照强度。进气沼气品位为CH4 54.83±7.93%；沼液初始污染物负荷为化学需氧量COD 5749.06±106.21 mg L-1，总氮TN 50.8±10.19，总磷TP 1206.25±74.95。经过多级串联式光反应器系统的处理，出气沼气品位达到82.26±6.51%，满足一般沼气燃烧的要求；沼液污染物负荷显著降低，基本满足一般污水处理厂的进水要求。
实施例2
一种可以同时净化沼液和提升沼气品位的新方法。12级串联式光反应器系统，每级置尺寸为6 m×6 m×6 m；接种绿藻门小球藻Chlorella sp.初始密度570 mg L-1，藻种和沼液总体积36.0 m3，沼气体积180.0 m3；光周期为7 h/7 h，系统反应器控制温度为30±0.5 °C，每级反应器工作时间56 h，采用人工光源LED灯白光270 μmol m-2 s-1光照强度。进气沼气品位为CH4 61.05±5.24%；沼液初始污染物负荷为化学需氧量COD 3291.32±2636.42 mg L-1，总氮TN 52.7±15.96，总磷TP 841.35±68.24。经过多级串联式光反应器系统的处理，出气沼气品位达到80.31±4.95%，满足一般沼气燃烧的要求；沼液污染物负荷显著降低，基本满足一般污水处理厂的进水要求。

Claims (6)

1.一种对多级式反应器可以同时净化沼液和提升沼气品位的方法，多级式反应器由若干个单级光生物反应器串联组成，在每个单级反应器中，将发酵废弃物沼液作为培养基，接种微藻，利用微藻超强的光合固碳能力吸收沼气中CO2以提升沼气品位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多级式反应器中沼气在一级反应器中停留一段时间后即进入到下级反应器中，在此过程中沼气中CO2被逐级吸收，沼气在每级反应器中停留时间以微藻结束对数生长期为限。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用发酵废弃物沼液作为营养基质培养微藻，可以净化沼液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微藻在每级反应器中都采用高密度藻接种，所接种的微藻是绿藻门小球藻、绿藻门小球藻、绿藻门小球藻、蓝藻门鱼腥藻和硅藻门谷皮菱形藻中的一种，或者其中几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本级反应器接种藻种来自于上级反应器中增殖的部分微藻，这些微藻在上级反应器中经过较高CO2和CH4浓度环境的驯化后，有更好的沼气品位提升效果。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应器利用自然光或者LED灯人工光源作为微藻培养的光能来源。
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