本发明公开了一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法，包括如下步骤：（1）沼液预处理；（2）自养型微藻的驯化培养，获得能够在70%-100%沼液中快速生长的藻株；（3）种子液的制备；（3）微藻生长耦合沼液净化方法：经驯化后的藻种经扩培后接种到开放式光生物反应器中培养，采用半连续培养方法和补料流加培养等优化的方法手段，获得高密度生长的小球藻生物量，同时净化沼液；（4）微藻细胞的生化破壁：将微藻细胞引入生化破壁池，投放淡水鱼，获得破壁的藻浆；（5）采收微藻细胞并回收利用沼液。所述方法不仅为沼液净化提供了方法，且收获的藻细胞和沼液可以回收利用，实现了沼液的生态化处理，在改善环境的同时产生经济和社会效益。
1.一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)沼液预处理：厌氧发酵后的沼液经固液分离、好氧处理后，依次进入消毒池消毒、调节池进行营养成分调整，调节池的水引入种子扩培池和开放式光生物反应池中；
(2)自养型微藻的驯化培养：在浓度30-100％范围内，以浓度依次升高的沼液作为培养液，按照微生物驯化的方法驯化培养微藻，获得能够在70％-100％沼液中快速生长的藻株；
(3)种子液的制备：将驯化后的小球藻藻株接种到开放式种子扩培池中培养3-5天，获得处于对数生长期的小球藻种子液，即藻种；
(4)微藻的培养生长耦合沼液净化：经扩培后处于对数生长期的藻种接种到开放式光生物反应池中培养，在获得高密度小球藻生物量的同时使沼液达到二级废水排放标准；
(5)微藻细胞的生化破壁：将在沼液中培养7-9天的微藻细胞引入生化破壁池，投入一定数量和种群的淡水鱼进行养殖，对小球藻进行破壁处理；
(6)微藻细胞的采收：采用絮凝沉降方法收集破壁后的藻细胞，获得小球藻藻浆，用于高蛋白饲料添加剂的生产；上部澄清液收集于水池中作为回用水用于养鱼、灌溉用途。
2.根据权利要求1所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：步骤(1)具体为：厌氧发酵后的沼液经固液分离机分离后进入曝气池进行曝气处理，曝气后的沼液进入消毒池，用浓度为8-10％次氯酸钠溶液进行消毒，添加量为1-3mL/L，其后用相同浓度的硫代硫酸钠中和，所述次氯酸钠溶液有效氯质量分数≥10％；
所述营养成分调整是指沼液浓度、酸碱度和营养盐成分的补充调整；曝气过程加入水体体积0.3-0.5‰的生石灰，连续曝气24h后，间隔3小时再连续曝气24h，沉淀2h。
3.根据权利要求2所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：步骤(2)具体为：将小球藻置于光照培养箱中，依次在浓度为30％、50％、70％、80％和100％的沼液中进行驯化，培养温度为23-25℃，pH6.5-7.5，光照3500-4000Lx；从低浓度沼液中挑取生长良好的藻株接种到更高浓度的沼液中，最终驯化、筛选出能够分别在70-100％沼液中快速生长的藻株。
4.根据权利要求3所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：步骤(3)3
具体为：将驯化后的小球藻藻株接种到20m开放式种子扩培池中培养3-5天，培养液为沼液和淡水按照5:5比例混合，按照SE配方配制营养盐，按照3-5％的接种量接入驯化后的小球藻藻种，使其初始接种密度达到1000-1500万个细胞/毫升，培养条件为pH值6.8-7.5，培养温度23-25℃，光照强度3500-4000Lx，培养天数为3-5d，以达到细胞对数生长期为准，获得处于对数生长期的小球藻种子液。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征3
在于：步骤(4)具体为：经扩培后的藻种接种到100m的开放式光生物反应池中，接种量8
为10-15％，接种密度为0.8-1.0×10个细胞/毫升，培养液分别选用浓度为70％、80％和
其中，微藻培养过程采用补料流加方式和半连续培养方法：根据微藻生长曲线，在第
4-5天参照SE配方补加一次营养液，其中氮盐和磷盐的补加情况根据实时在线检测的TN和TP浓度而定；培养方法采用半连续培养：根据沼液中COD、TN、TP的浓度变化规律，选择在第
5-7天泵走30％-50％的微藻培养液，并补充等量的新鲜沼液，此后每隔3-4天更新替换一次。
6.根据权利要求5所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：所述小球藻的培养温度为22-26℃，光照5000-8000Lx，光照时间16h/d，通入空气速率8-10vvm。
7.根据权利要求5所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：步骤(5)具体为：将在沼液中培养7-9天的小球藻藻液引入生化破壁池，加入淡水鱼，养殖密度为3
1-3条/m，3天后移走鱼，加入絮凝剂沉降藻细胞，收集池子底部的藻浆。
8.根据权利要求7所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其特征在于：所述淡水鱼为鲢鱼、鲤鱼和鲫鱼，所述絮凝剂为200-300mg/mL的明矾，沉降时pH值为9-11。
一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种沼液的净化方法，特别是涉及一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法。
背景技术
[0002] 沼液，又被称为“厌氧发酵液”，是动物粪便、秸秆等有机质经厌氧发酵后残留的具有水溶性的副产物。随着农业产业结构调整和新农村建设，集约化畜禽养殖业迅猛发展，作为沼气厌氧发酵后的产物沼液，目前我国每年的产生量约为2亿多吨，这些废液用作农肥或者直接排放，很少考虑排放达标与否及其农用安全性。实际上，经厌氧消化后沼液仍含有大量的氮、磷及金属，被视为高浓度污水。以猪场沼液为例，其COD仍在2000～4000mg/L，总氮在317～423mg/L，总磷在34.7～52.4mg/L，总钾在225～350mg/L，此外还有铜和锌等重金属，直接排放会导致水体富营养化。随着国家对环境保护的重视，污水排放标准的严格控制，畜禽养殖场废水达标排放和利用已成为影响养殖场生存和发展的重要因素。
[0003] 沼液的净化方法研究多沿用城市污水处理方法，采用物理、化学、生物等方法，如生物塘法和人工湿地等自然生物处理法及采用MBR、SBR、反渗透等反应器的工业化处理模式，但是目前这些方法由于运行成本过高和操作技术难度大等特点，很难在养殖户推广，且上述方法对水中的N、P去除效果不十分明显，因此，沼液经简单的曝气处理后直接排放仍然是目前主要的处理方式。也有一些将沼液用于农田灌溉、沼液浸种、叶面喷施、无土栽培等，但由于运输成本和施用安全等问题，使得沼液的使用量很少，无法消纳规模化养殖业厌氧发酵所产生的大量沼液，因此直接排放仍是目前沼液的主要处理方式。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法，解决目前畜禽养殖产生的大量沼液未经处理直接排放污染环境，采用常规污水处理方法成本高、操作难，脱氮、除磷效果差，难以推广的共性问题。
[0005] 一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法，包括如下步骤：
[0006] （1）沼液预处理：厌氧发酵后的沼液经固液分离、好氧处理后，依次进入消毒池消毒、调节池进行酸碱度和营养成分调整，调节池的水引入种子扩培池和开放式光生物反应池中；
[0007] （2）自养型微藻的驯化培养：在浓度30-100%范围内，以浓度依次升高的沼液作为培养液，按照微生物驯化的方法驯化培养微藻，获得能够在70%-100%沼液中快速生长的藻株；
[0008] （3）种子液的制备：将驯化后的小球藻藻株接种到开放式种子扩培池中培养3-5天，获得处于对数生长期的小球藻种子液，即藻种；
[0009] （4）微藻的培养生长耦合沼液净化：经扩培后处于对数生长期的藻种接种到开放式光生物反应器中培养，在获得高密度小球藻生物量的同时使沼液达到二级废水排放标准；
[0010] （5）微藻细胞的生化破壁：将在沼液中培养7-9天的微藻细胞引入生化破壁池，投入一定数量和种群的淡水鱼进行养殖，对小球藻进行破壁处理；
[0011] （6）微藻细胞的采收：采用絮凝沉降方法收集破壁后的藻细胞，获得小球藻藻浆，可用于高蛋白饲料添加剂的生产；上部澄清液收集于水池中作为回用水可用于养鱼、灌溉等用途。
[0012] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中步骤（1）具体为：厌氧发酵后的沼液经固液分离机分离后进入曝气池进行曝气处理，曝气后的沼液进入消毒池，用浓度为8-10%次氯酸钠溶液进行消毒，添加量为1-3mL/L，其后用相同浓度的硫代硫酸钠中和，所述次氯酸钠原液有效氯质量分数%≥10.0；
[0013] 所述营养成分的调整是指沼液浓度、酸碱度和营养盐成分的补充调整；所述曝气过程加入水体体积0.3-0.5‰的生石灰，连续曝气24h后，间隔3小时再连续曝气24h，沉淀2h。
[0014] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中步骤（2）具体为：将小球藻置于光照培养箱中，依次在浓度为30%、50%、70%、80%和100%的沼液中进行驯化，培养温度为23-25℃，pH6.5-7.5，光照3500-4000Lx；从低浓度沼液中挑取生长良好的藻株接种到更高浓度的沼液中，最终驯化、筛选出能够分别在70-100%沼液中快速生长的藻株。
[0015] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中步骤（3）具体为：将驯化3
后的小球藻藻株接种到20m开放式种子扩培池中培养3-5天，培养液为沼液和淡水按照
5:5比例混合，按照SE配方配制营养盐，按照3-5%的接种量接入驯化后的小球藻藻种，使其初始接种密度达到1000-1500万个细胞/毫升，具体培养条件为pH6.8-7.5，培养温度
23-25℃，光照强度3500-4000Lx，培养天数为3-5d，以达到细胞对数生长期为准，获得处于对数生长期的小球藻种子液。
[0016] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中步骤（4）具体为：经3
扩培后的藻种接种到100m的开放式光生物反应池中，接种量为10-15%，接种密度为
8
0.8-1.0×10个细胞/毫升，培养液分别选用浓度为70%、80%和100%的沼液；
[0017] 其中，微藻培养过程采用补料流加方式和半连续培养方法：根据微藻生长曲线，在第4-5天参照SE配方补加一次营养液，其中氮盐和磷盐的补加情况根据实时在线检测的TN和TP浓度而定；培养方法采用半连续培养：根据沼液中COD、TN、TP的浓度变化规律，选择在第5-7天泵走30%-50%的微藻培养液，并补充等量的新鲜沼液，此后每隔3-4天更新替换一次。
[0018] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中所述小球藻的培养温度为22-26℃，光照5000-8000Lx，光照时间16h/d，通入空气速率8-10vvm。
[0019] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中步骤（5）具体为：将在沼3
液中培养7-9天的小球藻藻液引入生化破壁池，加入淡水鱼，养殖密度为1-3条/m，3天后移走鱼，加入絮凝剂沉淀藻细胞，收集池子底部的藻浆。
[0020] 本发明所述的基于微藻养殖的沼液生态净化方法，其中所述淡水鱼为鲢鱼、鲤鱼和鲫鱼，所述絮凝剂为200-300mg/mL的明矾，沉降时pH值为9-11。
[0021] 本发明所述基于微藻养殖的沼液生态净化方法与现有技术不同之处在于：
[0022] （1）本发明中使用了微藻，微藻是一类光能自养生物，具有光合效率高、生长速度快的特点，其生产过程中可以有效吸收氮、磷等水体富营养化成分和重金属，达到净化沼液的目的。收获的微藻生物量可以进一步加工利用，而净化后的沼液可以用于灌溉、冲洗圈舍等，实现资源和能源再生及沼液重复利用，在改善环境的同时，增加经济和社会效益。
[0023] （2）本发明解决了目前畜禽养殖产生的大量沼液未经处理直接排放污染环境，采用常规污水处理方法成本高、操作难，脱氮、除磷效果差，难以推广的共性问题；通过提供一种利用微藻培养过程降低沼液中污染指标的方法，使其达到排放标准，所述方法不但为大量的沼液净化提供了方法，而且收获的藻细胞可以进一步深加及净化后的沼液可以回收利用，实现了沼液的生态化处理，在改善环境的同时产生经济和社会效益。
[0024] （3）传统的物理、化学和密闭式生物反应器污水处理方式，存在操作复杂，运行成本极高，不宜推广的缺点，本发明采用开放池微藻养殖方法净化污水，成本低，操作简单，极易推广。
[0025] （4）本发明中利用自养型微藻生长过程能有效利用氮磷的特点处理污水，可有效的去除污水中的TN和TP，降低COD，克服一般污水处理方法中对水中氮磷的去除效果差的缺点。
[0026] （5）采用沼液培养微藻，在收获微藻生物量的同时达到水质净化的目的，收获的微藻细胞可以继续用作饲料的加工等，产生一定的经济效益，而净化后的沼液可以回用用于养鱼、灌溉等，实现生态化水质净化。
[0027] 本发明基于微藻养殖的沼液生态净化方法中主要改进点在于：首先将微藻培养与沼液净化相结合，其次是在微藻培养和沼液净化过程中采用补料流加和半连续培养方法；在现有报道的方法中一般采用密闭式光生物反应器培养微藻，反应器操作复杂，培养成本高，不易推广，而且其重点放在用沼液养殖微藻上，而本发明采用开放池反应器，设备成本和运行成本都低，操作简单，容易在养殖户推广，侧重点在于对沼液的净化处理上，使沼液能够达到排放标准，同时收获微藻做它用。
[0028] 除此之外，本发明所述方法中的曝气过程加入生石灰，能够起到辅助杀死原生动物，同时可去除粒径较大，可生化性不强的物质，连续曝气24h后间隔3小时再连续曝气24h，不同曝气方式产生不同的结果，采用本发明所述曝气方式更有助于好氧菌的繁殖，降低水体COD和有机氮磷化合物的转化，提高后续工段中微藻对水体的净化效果；本发明在生化破壁池中加入淡水鱼进行生化破壁，代替传统的超声波、高压匀浆或酶法等物理、化学方法，操作简单、成本低，效果好。
[0029] 下面结合附图对本发明的基于微藻养殖的沼液生态净化方法作进一步说明。
附图说明
[0030] 图1为本发明所述基于微藻养殖的沼液生态净化方法的流程示意图；
[0031] 图2为本发明实施例的小球藻经驯化后在不同浓度沼液中的生长图。
具体实施方式
[0032] 实施例
[0033] 如图1，本发明基于微藻养殖的沼液生态净化方法包括如下步骤：
[0034] 1、沼液预处理：厌氧发酵后的沼液经曝气处理，曝气后的沼液经固液分离机分离后进入消毒池，用浓度为8%-10%的次氯酸钠1-3mL/L消毒，相同浓度的硫代硫酸钠中和；在调节池内进行营养成分的调整，是指沼液浓度、酸碱度和营养盐成分的补充调整；所述调节池的水引入到种子扩培池和开放式光生物反应池。
[0035] 所述曝气过程加入0.3-0.5‰的生石灰，连续曝气24h后间隔3小时再连续曝气24h；所述调整措施与微藻培养条件相匹配。
[0036] 2、自养型微藻的驯化培养：以光合自养型普通小球藻（Chlorella mulgaris，购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库FACHB）为藻种在浓度30-100%范围内，以浓度依次升高的沼液作为培养液，按照微生物驯化的方法驯化培养微藻，获得能够在70%-100%沼液中快速生长的藻株；不同浓度沼液驯化小球藻生长情况如图2所示。
[0037] 培养基配方优化，根据初始沼液中总氮（TN）和总磷（TP）的含量，参照SE配方进行微调，使培养液中NaNO3：5-15g/100mL,K2HPO4：3.0-7.5g/100mL,KH2PO4：10-17.5g/100mL，其它不变。
[0038] SE原配方如下（配方来源：中国科学院水生生物研究所淡水藻种库）：
[0039] （1）NaNO3：25g/100mL），K2HPO4：7.5g/100mL，MgSO4·7H2O：7.5g/100mL，CaCl2·2H2O：2.5g/100mL，KH2PO4：17.5g/100mL，NaCl：2.5g/100mL，FeCl3.6H2O：0.05g/100mL，以上无机盐添加量均为1mL/L。
[0040] （2）EDTA-Fe1mL/L，配制方法如下：①1N HCl:取4.1ml浓盐酸用蒸馏水稀释至50ml；②0.1N EDTA-Na称取0.9306g溶解至50ml蒸馏水中；③称取FeCl3.6H2O0.901g溶于10ml以上步骤已经配制完成的1N HCl中，然后与10ml已经配制完成的0.1N EDTA-Na混合，加入蒸馏水稀释至1000ml。
[0041] （3）微 量 元 素1ml/L，配 方 如 下：H3BO32.86g/L dH2O，MnCl2·4H2O1.86g/L，ZnSO4·7H2O0.22g/L，Na2MoO4.2H2O0.39g/L，CuSO4.5H2O0.08g/L，Co(NO3)2.6H2O0.05g/L。
[0042] （4）土壤提取液40mL/L，制备方法如下：取花园土未施过肥200g置于烧杯或三角瓶中，加入蒸馏水1000毫升，瓶口用透气塞封口，在水浴中沸水加热3小时，冷却，沉淀24小时，此过程连续进行3次，然后过滤，取上清液，于高压灭菌锅中灭菌后于4℃冰箱中保存备用。
[0043] 3、种子液的制备（扩培）：将驯化后的小球藻藻株接种到20m3开放式种子扩培池中培养3-5天，培养液为沼液和淡水按照5:5比例混合，按照SE配方配制营养盐，按照3-5%的接种量接入驯化后的小球藻藻种，使其初始接种密度达到1000-1500万个细胞/毫升，具体培养条件为pH6.8-7.5，培养温度23-25℃，光照强度3500-4000Lx，培养天数为3-5d，以达到细胞对数生长期为准，获得处于对数生长期的小球藻种子液，即藻种。
[0044] 4、微藻的培养生长耦合沼液净化：经扩培后的藻种接种到100m3的开放式光生物反应池中，控制微藻培养条件和培养方法，使沼液中总氮（TN）、总磷（TP）、COD和有害金属的含量达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）或城镇污水二级排放标准。具体操作步骤如下：
[0045] （1）按照10-15%的接种量接入处于对数生长期的驯化小球藻藻株，使接种初始密8
度达为0.8-1.0×10个细胞/毫升。
[0046] （2）微藻培养过程采用补料流加方式，沼液浓度本分别选用70%、80%和100%。根据微藻生长曲线，在第4-5天参照SE配方补加一次营养液，但是氮盐和磷盐的补加情况根据实时在线检测的TN和TP浓度而定。
[0047] （2）培养方法采用半连续培养方法，根据沼液中COD、TN、TP的浓度，选择在第5-7天采用的新鲜沼液更新替代30%-50%的微藻培养液，此后每隔3-4天进行一次的方法优化方式进行沼液的净化处理。
[0048] 上述步骤中，小球藻的培养温度为22-26℃，光照5000-8000Lx，光照时间16h/d，通入空气速率8-10vvm。沼液经小球藻一个生长周期净化处理后，发现70%沼液能够达到最好的净化效果，如表1所示，最终的各污染指标值为总氮199.77mg/L，总磷2.14mg/L，氨氮1.59mg/L，活性磷0.89mg/L，COD283.2mg/L，各指标均达到国家城镇污水二级排放标准。
[0049] 表1沼液处理前后污染指标对比
[0050]
[0051] 5、微藻细胞的生化破壁：将在沼液中培养7-9天的微藻细胞引入生化破壁池，在其中养殖淡水鱼，加入鲢鱼、鲤鱼和鲫鱼，养殖密度为1-3条/m3，3天后移走鱼，进行生化破壁。
[0052] 6、微藻细胞的采收：采用絮凝剂沉降方法沉淀藻细胞，所述絮凝剂采用200-300mg/mL的明矾，沉降时pH调整到9-11；在2h内，小球藻细胞的沉降率可以达到85%以上。收集池子底部的藻浆，可用于高蛋白饲料添加剂的生产；上部澄清液收集于中水池作为回用水可用于养鱼、灌溉等用途。
[0053] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
