一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法。本发明专利技术公开了一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法，该处理装置原位利用太阳光能与生物能，可在能量自持条件下强化藻菌深度处理沼液中有机物、氮营养物和抗生素，并强化获取藻生物量。该处理装置的COD去除率为95.6％，氨氮去除率为98.8％，土霉素去除率为84％；硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均低于5mg/L，运行120小时后，平均藻产量提高了38％。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法
本专利技术涉及废水处理
，尤其涉及一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法。
技术介绍
随着经济发展和生活水平的提高，人们对畜禽肉类及其副产品的需求与日俱增，由此加速了大规模集约化畜禽养殖业的发展，导致产生大量畜禽粪污。畜禽养殖业污染已成为继工业污染和生活污染之后的第三大污染源。畜禽粪污含有高浓度有机物和氮、磷营养物，直接排放或处理不充分可导致环境水体富营养化。同时，在畜禽饲养过程中普遍使用抗生素防治畜禽疾病和促进畜禽生长，且多数随畜禽粪便排出，导致畜禽粪污中含有大量抗生素，进入环境可导致直接的生态系统损害，并可产生抗性基因，威胁人类健康。目前，广泛采用厌氧发酵产沼气处理畜禽粪污，由此产生大量低C/N沼液，不利于后续生物脱氮，且厌氧发酵无法有效去除抗生素，直接用作有机肥可导致环境污染。藻作为生长速度最快的太阳能利用生物体，是最具应用前景的生物质能源和多功能产品之一。利用水中氮、磷产藻用于生产高附加值藻产品是畜禽沼液资源化的有效途径。同时，藻可通过自身代谢和与细菌协同去除水中多种污染物。藻生物量的增长主要依赖于藻的光合代谢。理论上，增大光强可增强藻光合代谢。然而，由于强光下藻细胞光合作用的核心单元—光系统Ⅱ下游反应动力学限制导致光电子积累，使光系统Ⅱ的初级电子受体质体醌多数以还原态存在，无法再接受光电子，限制了强光下藻的光合代谢速率。因此，克服光抑制，突破藻光合代谢能力上限，是强化藻菌协同处理沼液中氮等营养物和抗生素、同步高效产藻的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供了一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法。该装置和方法可以强化去除沼液中抗生素、氮等营养物，并高效产藻。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置，包括：反应室、阴极、阳极、隔膜、第一太阳能光电极板、第二太阳能光电极板、第一继电开关控制器、第二继电开关控制器、电阻器、储能元件和流体管道；所述隔膜设置在所述反应室内，将所述反应室分隔为左右分布的阳极室和阴极室；所述阳极设置在所述阳极室内，且所述阳极表面附着藻菌电活性生物膜；所述阴极设置在所述阴极室内，且所述阴极表面附着藻菌生物膜的阴极；所述第一太阳能光电极板与所述第一继电开关控制器和所述电阻器串联形成回路；所述电阻器的两端分别与所述阴极和所述阳极连接，且所述储能元件并联在所述电阻器的两端，所述第二继电开关控制器串联在所述储能元件与所述电阻器之间；所述第二太阳能光电极板并联在所述储能元件两端；所述流体管道与所述阳极室与所述阴极室联通；所述阳极室设置有进水口，所述阴极室设置有出水口。优选地，所述电阻器与所述第一太阳能光电极板之间还连接有稳压二极管。优选地，还包括：信号采集器；所述信号采集器的两端分别与所述阳极和所述阴极连接。优选地，所述阳极和所述阴极均为导电碳材料块。优选地，还包括：设置在所述阳极室内的耐腐蚀导电金属电子收集体与所述导电碳材料块连接。优选地，所述隔膜为纳滤膜或超滤膜。优选地，还包括：气体管道；所述气体管道与所述阳极室与所述阴极室连通。优选地，所述储能元件为超级电容。优选地，所述流体管道为单向止逆阀管道。本专利技术还提供了一种上述太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置处理养殖沼液的方法，包括以下步骤：步骤1：将养殖沼液从进水口进入阳极室经过阳极处理，得到阳极处理液；步骤2：将所述阳极处理液通过液体管道进入阴极室，经阴极处理后得到处理后的养殖沼液。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置中，白天，第一太阳能光电极板接收太阳光，将太阳能转换为电能，为阳极与阴极之间施加电场，促进阳极提取藻的光合电子和细菌的呼吸电子，改变藻菌代谢途径，使藻菌以阳极为电子受体进行生长，以此强化藻的光合代谢和细菌的呼吸代谢及在阳极表面的覆膜生长，实现强化获取藻生物量的同时强化藻菌去除沼液中有机物、氨氮和抗生素。阳极处理液通过流体管道进入阴极室，同时，阴极藻菌通过细胞代谢吸收、好/厌氧氧化、硝化和反硝化等多途径去除上一周期阳极处理液中残留的有机物、氨氮、硝酸盐/亚硝酸盐(氨氮硝化产物)和抗生素。同时，第二太阳能光电极板为储能元件充电。夜晚，储能元件放电，替代白天的第一太阳能光电极板为阳极与阴极之间施加电场，从而强化驱动阳极提取藻菌的呼吸电子，促进夜晚藻菌的呼吸代谢和覆膜生长，以强化阳极藻菌夜晚呼吸代谢去除沼液污染物。同时，阴极藻菌通过细胞摄取、自养反硝化、厌氧反硝化和阴极还原等途径去除上一周期阳极处理液中残留的有机物、抗生素、氨氮、硝酸盐/亚硝酸盐和重金属。该装置原位利用太阳光能与生物能，可在能量自持条件下强化藻菌深度处理沼液并强化获取藻生物量。实验结果表明，该装置的COD去除率为95.6％，氨氮去除率为98.8％，土霉素去除率为84％；硝酸盐氮和亚硝酸盐氮均低于5mg/L，运行120小时后，平均藻产量提高了38％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置的阳极和阴极电势；图3为本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置阳极室去除有机物和氨氮性能；图4本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置阳极室去除土霉素的性能；图5为本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置协同阳极藻生长规律；图6为本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置藻菌阴极对阳极出水进一步处理效果；其中，附图标记如下：1、隔膜；2、阳极；3、阴极；4、进水口；5、出水口；6、流体管道；7、气体管道；8、第一继电开关控制器；9、第二继电开关控制器；10、第一太阳能光电极板；11、第二太阳光电极板；12、稳压二极管；13、电阻器；14、储能元件；15、信号采集器；16、耐腐蚀导电金属电子收集体。具体实施方式本专利技术的目的在于提供了一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置和沼液处理方法。该装置和方法可以强化去除沼液中抗生素、氮和磷，并高效产藻。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例提供的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置的结构示意图。本专利技术提供的一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置的包括：反应室、阴极3、阳极2、隔膜1、第一太阳能光电极板10、第二太阳能光电极板11、第一继电开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置，其特征在于，包括：反应室、阴极、阳极、隔膜、第一太阳能光电极板、第二太阳能光电极板、第一继电开关控制器、第二继电开关控制器、电阻器、储能元件和流体管道；所述隔膜设置在所述反应室内，将所述反应室分隔为左右分布的阳极室和阴极室；所述阳极设置在所述阳极室内，且所述阳极表面附着藻菌电活性生物膜；所述阴极设置在所述阴极室内，且所述阴极表面附着藻菌生物膜；所述第一太阳能光电极板与所述第一继电开关控制器和所述电阻器串联形成回路；所述电阻器的两端分别与所述阴极和所述阳极连接，且所述储能元件并联在所述电阻器的两端，所述第二继电开关控制器串联在所述储能元件与所述电阻器之间；所述第二太阳能光电极板并联在所述储能元件两端；所述流体管道与所述阳极室与所述阴极室联通；所述阳极室设置有进水口，所述阴极室设置有出水口。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置，其特征在于，包括：反应室、阴极、阳极、隔膜、第一太阳能光电极板、第二太阳能光电极板、第一继电开关控制器、第二继电开关控制器、电阻器、储能元件和流体管道；所述隔膜设置在所述反应室内，将所述反应室分隔为左右分布的阳极室和阴极室；所述阳极设置在所述阳极室内，且所述阳极表面附着藻菌电活性生物膜；所述阴极设置在所述阴极室内，且所述阴极表面附着藻菌生物膜；所述第一太阳能光电极板与所述第一继电开关控制器和所述电阻器串联形成回路；所述电阻器的两端分别与所述阴极和所述阳极连接，且所述储能元件并联在所述电阻器的两端，所述第二继电开关控制器串联在所述储能元件与所述电阻器之间；所述第二太阳能光电极板并联在所述储能元件两端；所述流体管道与所述阳极室与所述阴极室联通；所述阳极室设置有进水口，所述阴极室设置有出水口。2.根据权利要求1所述的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置，其特征在于，所述电阻器与所述第一太阳能光电极板之间还连接有稳压二极管。3.根据权利要求1所述的太阳能光电场协同藻菌代谢的养殖沼液处理装置，其特征在于，还包括：信号采集器；所述信号采集器的两端分别与所述阳极和所述阴极连接。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，徐文静，苏靖峰，李靖怡，王博玄，黄政锋，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44