專利名稱：一種利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)也得到迅速發(fā)展。1998年上海市郊就共有大中型畜禽養(yǎng)殖廠1000多家；安徽合肥市規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)存欄量達(dá)到15萬頭；四川成都市1994年千頭以上的養(yǎng)豬場(chǎng)達(dá)120多家，萬頭以上的有20多家，還有飼養(yǎng)規(guī)模在10萬頭以上的特大型規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)。規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)在向城鎮(zhèn)居民提供豐富的肉、蛋、奶及其制品來滿足人們生活需要的同時(shí)，也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染威脅。2002年我國(guó)的工業(yè)固體廢棄物僅為9. 45億噸，而當(dāng)年畜禽糞便產(chǎn)生量就達(dá)到了 27. 5億噸，為工業(yè)固體廢棄物總量的2. 91倍。其中豬糞為12. 9億噸，占畜禽糞便總量的46. 91%。目前針對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)所采用的廢水處理工藝主要有厭氧處理工藝、好氧處理工藝和好氧厭氧結(jié)合處理工藝這3種。由于養(yǎng)殖場(chǎng)廢水性質(zhì)的復(fù)雜性，單純使用厭氧工藝的很少見。目前養(yǎng)殖場(chǎng)廢水處理應(yīng)用的反應(yīng)器普遍存在著處理效率低、有機(jī)物容積負(fù)荷小、水力滯留期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。處理效率低，就會(huì)造成后期好氧處理單元運(yùn)行費(fèi)用增加；好氧處理產(chǎn)生的污泥還需要進(jìn)一步的處理和處置；水力滯留期增長(zhǎng)，就要加大反應(yīng)器的有效容積，增加設(shè)備和，這些都極大的影響了現(xiàn)有處理方法的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。小球藻的特點(diǎn)是擁有極高的光合作用效率，可以迅速大量的從周圍環(huán)境中吸收氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在自身不斷生長(zhǎng)繁殖的過程中可以起到凈化周圍水質(zhì)的作用。小球藻的生長(zhǎng)符合準(zhǔn)備期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期的變化規(guī)律。其在生長(zhǎng)的前期因密度較小，培養(yǎng)液透光度較好，故可以在較低光照強(qiáng)度下就達(dá)到較好的生長(zhǎng)效果；在生長(zhǎng)的后期因藻數(shù)量的密度較大，藻體間存在著相互遮蔽的影響，故需要較高的光照強(qiáng)度。在小球藻生長(zhǎng)的前期和后期合理的調(diào)整人工光源的光照方法，不僅可以節(jié)省大量的光能，提高本處理方法的經(jīng)濟(jì)效益；更可以避免小球藻的生長(zhǎng)出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，進(jìn)而影響豬糞廢水的凈化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種凈化效果好、經(jīng)濟(jì)效益高的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法。本發(fā)明提供的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，采用階梯變化的光照強(qiáng)度調(diào)整方法，可有效的改善小球藻凈化豬糞廢水的處理效果和經(jīng)濟(jì)性。具體步驟如下
(O固定培養(yǎng)溫度、小球藻初始接種量、初始PH值、豬糞廢水濃度和光暗比，以及光照強(qiáng)度，測(cè)試不同波長(zhǎng)的LED燈光源條件下小球藻的生長(zhǎng)情況和豬糞廢水的污染物去除率， 并且選擇出最優(yōu)的LED燈光色波長(zhǎng)；
(2)固定培養(yǎng)溫度、小球藻初始接種量、初始pH值、豬糞廢水濃度和光暗比，以及最優(yōu)的人工光源光色波長(zhǎng)，測(cè)試不同光照強(qiáng)度條件下小球藻的生長(zhǎng)情況和豬糞廢水的污染物去除率，選擇出最優(yōu)的光照強(qiáng)度范圍，并采用階梯變化的光照強(qiáng)度調(diào)整方法；
(3)分別計(jì)算階梯變化的各個(gè)光照強(qiáng)度下，牛糞廢水中各種污染物去除的經(jīng)濟(jì)效益；
(4)經(jīng)過對(duì)比，確定最終的關(guān)于光色波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度的階梯變化調(diào)整方法。本發(fā)明中，所述光照強(qiáng)度的階梯變化，在時(shí)間上是按照小球藻生長(zhǎng)的適應(yīng)期，對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期來 劃分。本發(fā)明中，階梯變化的光照強(qiáng)度范圍的上限是產(chǎn)生光抑制時(shí)的光照強(qiáng)度，下限是產(chǎn)生光照不足時(shí)的光照強(qiáng)度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)采用LED燈作為人工光源，因其擁有比普通日光燈更窄的光譜帶，故能產(chǎn)生某些針對(duì)小球藻葉綠體的特定光質(zhì)波長(zhǎng)，在節(jié)約能耗的同時(shí)還可以有效促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng)；
(2)采用的階梯變化的光照方法是從時(shí)間上按照小球藻的生長(zhǎng)周期來劃分的，區(qū)分了其在適應(yīng)期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期的代謝特性；
(3)所采用的接種微藻的小球藻，其不僅具有一般藻類所擁有的高光合作用效率等優(yōu)點(diǎn)，且其在代謝過程中通過調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基組成還可以產(chǎn)生某些特定的具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的代謝產(chǎn)物，其自身也因?yàn)橛椭枯^高而有用作生物質(zhì)柴油的可能。


圖I不同波長(zhǎng)LED燈光照條件(a)小球藻干重；(b)COD去除率；(C)TN去除率；(d) TP去除率。圖2不同光照強(qiáng)度條件(a)小球藻干重；(b)COD去除率；(C)TN去除率；(d)TP去除率。圖3人工光源調(diào)整方法的污染物去除率經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。一種利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，利用豬糞廢水作為小球藻培養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，某些特定波長(zhǎng)的LED燈作為人工光源來，以階梯變化的光照強(qiáng)度調(diào)整方法，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的促進(jìn)小球藻生長(zhǎng)以提升豬糞廢水凈化效果的目。以下為具體的步驟
(I)采用小球藻{pilorellei Vulgaris)，以固定培養(yǎng)溫度25攝氏度、初始pH=6. 5、小球藻接種率為1: 3，光暗比為12h: 12h，在2000LuX光照強(qiáng)度條件下，測(cè)試其在白、紅、藍(lán)、綠、黃和紫色波長(zhǎng)LED燈光源下干重和污染物化學(xué)需氧量(COD, chemical oxygen demand)、總氮(TN, total nitrogen)和總憐(TP, total phosphorus)的降解效果。結(jié)果表明對(duì)于小球藻在紅色波長(zhǎng)LED燈照射條件下干重在生長(zhǎng)的各個(gè)階段都達(dá)到最高(圖la)，且其污染物降解率也是最高的(圖lb-ld)。所以可以選定LED紅色波長(zhǎng)光源作為人工光源。(2 )采用小球藻ipilorellei Vulgaris)，以固定培養(yǎng)溫度25攝氏度、初始ρΗ=6· 5、小球藻接種率為 1: 3，光暗比為 12h:12h,在 400Lux、800Lux、1200Lux、1600Lux 和 2000Lux光照強(qiáng)度條件下，測(cè)試其在紅色波長(zhǎng)LED燈光源下干重和COD、TN和TP的降解效果。由圖2a中小球藻干重的變化，可以得出小球藻的生長(zhǎng)可以分為分別對(duì)應(yīng)于O—48h-96h-144h-240h四個(gè)階段的適應(yīng)期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期。分析污染物的降解隨時(shí)間的變化情況(圖2b-bd)，人工光源調(diào)整方法應(yīng)該為0— 48h — 96h — 144h三個(gè)階段，各階段依次采用光照強(qiáng)度800Lux、1200Lux和1600Lux。表I LED燈性質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于具體步驟為 (O固定培養(yǎng)溫度、小球藻初始接種量、初始PH值、豬糞廢水濃度和光暗比，以及光照強(qiáng)度，測(cè)試不同波長(zhǎng)的LED燈光源條件下小球藻的生長(zhǎng)情況和豬糞廢水的污染物去除率，并且選擇出最優(yōu)的LED燈光色波長(zhǎng)； (2)固定培養(yǎng)溫度、小球藻初始接種量、初始pH值、豬糞廢水濃度和光暗比，以及最優(yōu)的人工光源光色波長(zhǎng)，測(cè)試不同光照強(qiáng)度條件下小球藻的生長(zhǎng)情況和豬糞廢水的污染物去除率，選擇出最優(yōu)的光照強(qiáng)度范圍，并采用階梯變化的光照強(qiáng)度調(diào)整方法； (3)分別計(jì)算階梯變化的各個(gè)光照強(qiáng)度下，牛糞廢水中各種污染物去除的經(jīng)濟(jì)效益； (4)經(jīng)過對(duì)比，確定最終的關(guān)于光色波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度的階梯變化調(diào)整方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于，所述污染物去除率是指化學(xué)需氧量、總氮和總磷的降解效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于，所述光照強(qiáng)度的階梯變化，在時(shí)間上按照小球藻生長(zhǎng)的適應(yīng)期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于，階梯變化的光照強(qiáng)度范圍的上限是產(chǎn)生光抑制時(shí)的光照強(qiáng)度，下限是產(chǎn)生光照不足時(shí)的光照強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于，LED燈采用紅色波長(zhǎng)LED燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法，其特征在于，小球藻生長(zhǎng)的適應(yīng)期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期對(duì)應(yīng)的時(shí)間段為0—48h，48h—96h，96h—144h, 144h — 240h，與此對(duì)應(yīng)，光照強(qiáng)度梯度調(diào)整的方式為0— 48h，48h — 96h，96h—144h三個(gè)階段，采用光照強(qiáng)度分別為800Lux、1200Lux和1600Lux。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種利用小球藻凈化豬糞廢水的人工光源調(diào)整方法。本發(fā)明包括利用豬糞廢水作為小球藻培養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，以特定波長(zhǎng)的LED燈作為人工光源，以階梯變化的光照強(qiáng)度予于調(diào)整，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效的促進(jìn)小球藻生長(zhǎng)以提升豬糞廢水凈化效果。本發(fā)明與一般的固定光照強(qiáng)度的方法相比較，可以大量節(jié)省光能，提高小球藻凈化豬糞廢水的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明方法實(shí)用性好，簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)C02F103/20GK102642929SQ20121013088
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月1日
發(fā)明者李博, 王東, 聶耳, 趙永軍, 鄭正, 錢俊成, 顏誠(chéng), 黃威 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)