基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺
阅读说明：本技术 基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺 (Culture wastewater treatment process based on novel nannochloropsis ) 是由 赵璐 丁晓丽 胡晓文 张新明 梁青 于 2021-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺,过程如下：(1)向养殖废水中加水并搅拌,使获得的调理水A中总氮含量在400-500mg/L之间；(2)向调理水A中加入硫酸镁,搅拌均匀,获得调理水B；(3)向调理水B中投入微拟球藻,微拟球藻的投入量为1.0×10～(5)-2.0×10～(5)cfu/ml；控制微拟球藻的生长条件,当调理水B中的微拟球藻量达到1.0×10～(9)cfu/ml时,离心分离,收集藻体并排出滤液,即可。该处理工艺在对养殖污水处理过程中无恶臭产生、处理速度快且处理效果好,符合清洁生产的要求。(The invention provides a culture wastewater treatment process based on novel nannochloropsis, which comprises the following steps: (1) adding water into the culture wastewater and stirring to ensure that the total nitrogen content in the obtained conditioning water A is between 400-500 mg/L; (2) adding magnesium sulfate into the conditioning water A, and uniformly stirring to obtain conditioning water B; (3) adding nannochloropsis oculata into conditioned water B, wherein the adding amount of nannochloropsis oculata is 1.0 × 10 5 ‑2.0×10 5 cfu/ml; controlling the growth condition of nannochloropsis oculata, and regulating the nannochloropsis oculata amount in water B to 1.0 × 10 9 And (4) when cfu/ml is required, carrying out centrifugal separation, collecting the algae and discharging filtrate. The treatment process has no odor in the treatment process of the culture sewage, has high treatment speed and good treatment effect, and meets the requirements of cleaningThe production requirement.)
技术领域
本发明涉及养殖废水处理
技术领域
，具体涉及基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺。背景技术
随着人们生活水平的提高，对食品健康、食品安全越来越重视，且为适应市场需求，集约化牲畜养殖成为现代养殖的重要模式。集约化养殖既可以满足对养殖场的监控，又可以保障食品安全，且避免了零散排放养殖污水对环境产生污染，具有良好的发展前景。
目前，随着集约化养殖规模化变大，养殖污水的排放和处理压力也逐渐变强，每年的养殖污水排放量达到60亿吨，总量超过工业污水和生物污水的总量，对空气、土壤和水体等均会产生严重的威胁，因此，对养殖污水的处理势在必行。养殖污水中含有大量的氮、磷和氨等化合物、悬浮物、细菌等，目前对养殖污水的处理方式主要有好氧处理、厌氧处理和混合处理等，这些处理方式过程繁琐，耗费大且处理时间长，不能满足目前的污水处理需求。
微拟球藻是一种单细胞藻类，呈球形或者长方形，能够利用培养基中的碳源和氮源进行生长繁殖，近些年，已有专利申请将微拟球藻用于发酵污水处理方面，也有专利申请将微拟球藻用于禽畜污水处理方面；然而，这些应用虽然具有好的前景，但是微拟球藻对污水的处理速率较慢，导致污水处理的时间至少在4天以上才能达到90％；而目前的集约化规模逐渐变大，污水量也逐渐增多，在日均量增多的情况下，若污水处理速率低，则无法满足排放需求，只能通过扩大储存区域进行存储。然而，养殖污水中的氨氮含量高，尤其是在夏季，会有严重的恶臭产生，影响环境，因此，提供一种缩短处理时间、处理过程清洁无污染的养殖废水处理工艺对养殖废水来说具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺，该处理工艺使用微拟球藻对养殖废水进行处理，通过消耗养殖废水中的氮元素、磷元素，微拟球藻进行大量繁殖，从而对养殖废水进行处理。该处理工艺在对养殖污水处理过程中无恶臭产生、处理速度快且处理效果好，符合清洁生产的要求。
本发明的技术方案如下：
基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺，过程如下：
(1)向养殖废水中加水并搅拌，使获得的调理水A中总氮含量在400-500mg/L之间；
(2)向调理水A中加入硫酸镁，搅拌均匀，获得调理水B；
(3)向调理水B中投入微拟球藻，微拟球藻的投入量为1.0×105-2.0×105cfu/ml；控制微拟球藻的生长条件，当调理水B中的微拟球藻量达到1.0×109cfu/ml时，离心分离，收集藻体并排出滤液，即可。
优选的，在步骤(1)中，调节养殖废水的pH在4-6之间，向其中加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为6.6-6.8u/g，控制酶解温度在45-50℃之间，维持5-6h，获得酶解液，向酶解液中加水并搅拌，获得调理水A。
优选的，所述养殖废水的pH为4.8，纤维素酶的添加量为6.7u/g，酶解温度为46℃，维持5.5h。
优选的，在步骤(1)中，对调理水A进行灭酶、灭菌处理，灭酶、灭菌处理的温度为60-70℃，处理时间为15-20min。
优选的，在步骤(2)中，硫酸镁的加入量为5.7-6.8mg/kg，搅拌均匀后，调pH为6.6±0.2，获得调理水B。
优选的，在步骤(3)中，微拟球藻的生长条件为：光照强度为6000lx，光照设置：12h光照、12h避光，重复进行；搅拌速度为300-400rpm；培养温度为38±1℃。
优选的，在步骤(3)中，当微拟球藻的密度≤1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为300-350rpm；当微拟球藻的密度＞1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为350-400rpm。
优选的，在步骤(3)中，当溶液中微拟球藻的密度＞1.0×108cfu/ml时，向溶液中补充新鲜调理水B，新鲜调理水B与溶液的体积比为10-20:100。
使用的微拟球藻的分类命名为：海洋微拟球藻(Nannochloropsis oceanica)，本申请中的编号为LAMB205，该微拟球藻于2020年10月23日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏单位简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院，邮编：100101，保藏编号：CGMCC No.20714。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：调理水A中总氮含量的设定，为微拟球藻繁殖提供适量的氮源，使得处理后的滤液满足排一级排放标准；通过加入硫酸镁，为微拟球藻的叶绿素合成提供矿物元素，与调理水B中携带的铜、铁等酶辅助因子共同协作，提高微拟球藻的叶绿素含量，进而提高微拟球藻的代谢能力，进而缩短对调理水B中总氮、总磷的处理速率，缩短对养殖废水的处理时间；通过使用微拟球藻进行养殖废水处理，可有效避免产生恶臭气体，具有清洁处理的优点，适于广泛推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1与对比例1中总氮去除率变化图。
图2为实施例1与对比例1中总磷去除率变化图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中，使用的养殖废水中的总氮含量为2100mg/L，总磷含量为490mg/L。
以下实施例和对比例中，使用的微拟球藻的分类命名为：海洋微拟球藻(Nannochloropsis oceanica)，本申请中的编号为LAMB205，该微拟球藻于2020年10月23日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏单位简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院，邮编：100101，保藏编号：CGMCC No.20714。
实施例1
基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺，过程如下：
(1)调节养殖废水的pH为4.8，向其中加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为6.7u/g，酶解温度为46℃，维持5.5h，获得酶解液，向酶解液中加水并搅拌，获得调理水A，调理水A中总氮含量为450mg/L；总磷含量为105mg/L；
对调理水A进行灭酶、灭菌处理，灭酶、灭菌处理的温度为65℃，处理时间为17min；
(2)向调理水A中加入硫酸镁，硫酸镁的加入量为6.3mg/kg，搅拌均匀，调pH为6.6，获得调理水B；
(3)向调理水B中投入微拟球藻，微拟球藻的投入量为1.5×105cfu/ml；控制微拟球藻的生长条件，在60h时，溶液中微拟球藻的密度为1.0×108cfu/ml，向溶液中补充新鲜调理水B，微拟球藻已经投入新鲜调理水B与溶液的体积比为15:100；继续培养，当溶液中的微拟球藻量达到1.0×109cfu/ml时，离心分离，收集藻体并排出滤液，即可；
微拟球藻的生长条件为：光照强度为6000lx，光照设置：12h光照、12h避光，重复进行；当微拟球藻的密度≤1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为320rpm；当微拟球藻的密度＞1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为380rpm；培养温度为38℃。
实施例2
基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺，过程如下：
(1)调节养殖废水的pH为4.0，向其中加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为6.6u/g，控制酶解温度为45℃之间，维持5h，获得酶解液，向酶解液中加水并搅拌，获得调理水A；调理水A中总氮含量为400mg/L；总磷含量为93mg/L；
对调理水A进行灭酶、灭菌处理，灭酶、灭菌处理的温度为60℃，处理时间为20min；
(2)向调理水A中加入硫酸镁，硫酸镁的加入量为5.7mg/kg，搅拌均匀后，调pH为6.4，获得调理水B；
(3)向调理水B中投入微拟球藻，微拟球藻的投入量为2.0×105cfu/ml；控制微拟球藻的生长条件，在55h时，溶液中微拟球藻的密度为1.0×108cfu/ml，向其中补充新鲜调理水B，新鲜调理水B与溶液的体积比为10:100；继续培养，当溶液中的微拟球藻量达到1.0×109cfu/ml时，离心分离，收集藻体并排出滤液，即可；在72h时，滤液中的含氮量为12.4mg/L，含磷量为0.5mg/L；
微拟球藻的生长条件为：光照强度为6000lx，光照设置：12h光照、12h避光，重复进行；当微拟球藻的密度≤1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为300rpm；当微拟球藻的密度＞1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为350rpm；培养温度为37℃。
实施例3
基于新型微拟球藻的养殖废水处理工艺，过程如下：
(1)调节养殖废水的pH为6.0，向其中加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为6.8u/g，控制酶解温度为50℃，维持6h，获得酶解液，向酶解液中加水并搅拌，获得调理水A向养殖废水中加水并搅拌，使获得的调理水A中总氮含量为500mg/L；总磷含量117mg/L；
对调理水A进行灭酶、灭菌处理，灭酶、灭菌处理的温度为70℃，处理时间为15min；
(2)向调理水A中加入硫酸镁，硫酸镁的加入量为6.8mg/kg，搅拌均匀后，调pH为6.8，获得调理水B；
(3)向调理水B中投入微拟球藻，微拟球藻的投入量为1.0×105cfu/ml；控制微拟球藻的生长条件，在65h时，溶液中微拟球藻的密度为1.0×108cfu/ml，向溶液中补充新鲜调理水B，新鲜调理水B与溶液的体积比为20:100；继续培养，当溶液中的微拟球藻量达到1.0×109cfu/ml时，离心分离，收集藻体并排出滤液，即可；在72h时，滤液中的含氮量为11.5mg/L，含磷量为0.6mg/L；
微拟球藻的生长条件为：光照强度为6000lx，光照设置：12h光照、12h避光，重复进行；当微拟球藻的密度≤1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为350rpm；当微拟球藻的密度＞1.0×108cfu/ml时，搅拌速度为400rpm；培养温度为39℃。
以上实施例中，在监测溶液中微拟球藻变化以补充新鲜调理水B时，取样时间间隔为5h。
对比例1
与实施例1的区别在于养殖废水不经过纤维素酶酶解处理。
对比例2
与实施例1的区别在于，对调理水A不进行灭酶、灭菌处理。
对比例3
与实施例1的区别在于，不添加硫酸镁。
对比例4
与实施例1的区别在于，在步骤(3)中，不补充新鲜调理水B。
分别在微拟球藻培养的12h、24h、36h、48h、60h、72h、84h和96h时，对实施例1和对比例1-4的总氮去除率和总磷去除率进行汇总，见表1、表2、图1和图2。
当为总氮去除率计算时，式中，C1为滤液中总氮含量，mg/L；
C0为调理水A中的总氮含量，mg/L。
当为总磷去除率计算时，式中，C1为滤液中总磷含量，mg/L；
C0为调理水A中的总磷含量，mg/L。
表1总氮去除率(％)
表2总磷去除率(％)
结合表1和表2可以看出，本发明的提供的技术方案，在84h时，总氮含量为11.2mg/L，总磷含量为0.4mg/L；
结合图1可以看出，实施例1提供的技术方案，无论从氮元素的消耗速率还是最终的去除率来看，均有显著的效果，这说明本发明的处理工艺中，对养殖废水中的氮元素和磷元素去除效率最高，且耗费时间少。
同样，结合图2可以看出，实施例1提供的技术方案，相较于对比文件1-4，对磷元素的处理效率高，且处理时间短。
本发明中，通过对养殖废水进行酶解，可将动物未消化的纤维进行分解，为微拟球藻生长提供碳源，通过添加硫酸镁，提供叶绿素合成的矿物元素，在铜、铁等酶辅助因子的作用下，提高微拟球藻的代谢效率，从而缩短处理时间。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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