一种培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置及其运行方法制造方法及图纸

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。

A device for cultivating microalgae to treat biogas slurry coupled anaerobic fermentation and its operation method

A coupled anaerobic fermentation device for microalgae treatment of biogas liquid and its operation method. The anaerobic fermentation device has a membrane bioreactor for the treatment of nitrogen and phosphorus of the biogas liquid. The membrane type photo bioreactor for the treatment of nitrogen and phosphorus of the biogas liquid has a storage tank, a peristaltic pump, a microalgae culture tank, an air pump and a hollow fiber membrane. Bioreactor cylinder, anaerobic fermentation includes semi continuous anaerobic fermentation tank, mixing tank mixer, tank inlet port valve and tank outlet valve. In order to improve the absorption of ammonia nitrogen in microalgae slowly, when microalgae and anaerobic fermentation were used, the amount of biogas slurry discharged from single batch anaerobic fermentation could not be matched, and the efficiency of biogas slurry was low and the time was long. The coupling of the membrane bioreactor and the semi continuous anaerobic fermentation tank makes the daily effluent of the semi continuous anaerobic fermenting tank able to be treated by microalgae and reflow into the anaerobic fermentation tank to achieve the recycling of biogas liquid and save water resources, nitrogen and phosphorus resources.

【技术实现步骤摘要】
一种培养微藻处理沼液耦合厌氧发酵装置及其运行方法
本专利技术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。
技术介绍
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]GCBBioenergy,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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。所述厌氧发酵罐每日进入的猪粪量为40～60g/d。所述厌氧发酵罐每日排出废料经液渣分离后，进入沼液储存罐的沼液体积为40～60mL/d。所述从膜式光生物反应器排出被微藻吸收氮、磷，进入沼液储存罐的沼液体积为40～60mL/d。所述厌氧发酵罐的底部混匀搅拌器的转速可为100～200r/min。本专利技术改善了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。本专利技术具有以下突出优点：1、本专利技术利用膜式光生物反应器与半连续厌氧发酵罐的耦合，使得与厌氧发酵等体积的微藻，其沼液处理量与厌氧发酵每日所排放量相匹配，改善了处理沼液存在效率低、时间长的缺陷。2、能够使得沼液循环利用，节约水资源，使得沼液中的氮、磷资源化。3、经过40天厌氧发酵，以循环沼液和猪粪为原料的半连续厌氧发酵，与普通半连续厌氧发酵在产气方面没有显著差别，表明循环利用处理后沼液作为发酵原料，不会对厌氧发酵产生不利影响。附图说明图1为本专利技术实施例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结构组成示意图。在图1中，标记1为沼液储存罐，2为第1蠕动泵，3为微藻培养罐，4为第2蠕动泵，5为空气泵，6为光生物反应器柱体，7为中空纤维膜，8为半连续厌氧发酵罐体，9为罐内混匀搅拌器，10为进料口上阀门，11为出料口下阀门；A为空气，B1为沼液，B2为处理后沼液，C为猪粪，D为沼渣。图2为本专利技术实施例中半连续厌氧发酵每日进出样时微藻对沼液氨氮的吸收效果。在图2中，标记■为半连续厌氧发酵每日所排放沼液，●为膜式光生物反应器(MPBR)中处理的沼液，▲为处理后所排出沼液。图3为以中国专利ZL201410169909.X为对照组，连续培养时用于处理沼液超标氮磷的膜式光生物反应器中氨氮吸收的效果。图4为耦合系统与未耦合厌氧发酵反应器产沼气的运行效果对比。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。参见图1，本专利技术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膜式光生物反应器和半连续厌氧发酵罐，所述膜式光生物反应器包括沼液储存罐1、第1蠕动泵2、微藻培养罐3、第2蠕动泵4、空气泵5、光生物反应器柱体6和中空纤维膜7；所述半连续厌氧发酵罐包括厌氧发酵罐体8、厌氧发酵罐底部的混匀搅拌器9、上阀门10和下阀门11。所述膜式光生物反应器可参考中国专利ZL201410169909.X。所述厌氧发酵罐体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。所述半连续厌氧发酵罐其上阀门为进料口，下阀门为出料口。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D分离后，所排沼液B1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A，沼液和微藻溶液在膜式光生物反应器中汇合，沼液B1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，两者错流流动；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B2，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C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。所述厌氧发酵罐每日进入的猪粪量为40～60g/d。所述厌氧发酵罐每日排出料经液渣分离后，进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
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的装置，其特征在于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，所述半连续厌氧发酵罐包括厌氧发酵罐体、罐内混匀搅拌器、罐体进料口上阀门和罐体出料口下阀门。

【技术特征摘要】
1.一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的装置，其特征在于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，所述半连续厌氧发酵罐包括厌氧发酵罐体、罐内混匀搅拌器、罐体进料口上阀门和罐体出料口下阀门。2.如权利要求1所述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的装置，其特征在于所述厌氧发酵罐体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为1︰1。3.如权利要求1所述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的装置，其特征在于所述半连续厌氧发酵罐的体积为4～6L，高径比为1～2。4.如权利要求1所述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的装置，其特征在于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为0.25～0.5。5.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，其特征在于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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清彪，陈曦，何宁，王远鹏，郑艳梅，王海涛，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35