[发明专利]微藻-生物质炭固载配合体的制备及同步净化沼液沼气的方法

说明书

本发明公开了一种微藻‑生物质炭固载配合体的制备方法，包括以下步骤：首先是以农林废弃物为原料采用微波法制备生物质炭；其次，以制备的生物质炭作为载体，固定包埋微藻，制备微藻‑生物质炭固载配合体。本发明还公开了利用上述方法制备的微藻‑生物质炭固载配合体用于高效同步净化沼液沼气的方法，将固载配合体投放至光生物反应器中，同时，利用泵将厌氧发酵沼液、沼气按照一定流速比通入至反应器中进行净化处理。本发明在实现农林废弃资源再生利用的同时，全面提升了微藻的净化能力，为微藻技术在沼液处理和沼气工程中的研究开辟新思路，并提供必要的理论指导与技术支撑。

技术领域

本发明涉及微藻-生物质炭固载配合体的制备方法及其应用方法，具体涉及微藻-生物质炭固载配合体的制备方法及其用于高效同步净化沼液沼气的方法，适用于污染生态学领域。

背景技术

近年来，我国畜禽养殖业发展迅速，养殖业已成为相对独立的产业。但是，因畜禽养殖业的快速发展，使得大量的畜禽排泄物给水体和土壤带来严重负担。目前，对畜禽排泄物的主要处理方法是厌氧发酵处理(王会.畜禽养殖业环境污染及防治对策分析[J].环保治理,2020,8:19.)。然而，厌氧发酵产生的沼液仍然含有大量的N、P等污染物质，需要对其进一步净化处理后方可排放。

微藻是单细胞浮游自养植物，目前已鉴定出40,000多种不同的物种。20世纪50年代，Oswald最先提出利用藻类技术修复水体。研究发现，利用废水和沼气进行微藻培养不仅可以去除废水中的污染物质，同时可以有效地提高沼气中的甲烷含量，提升沼气能源品位。其优势在于技术成本低廉，能耗低(Zhao,Y.J.,Guo G.Y.,Sun,S.Q.,et al.Co-pelletization of microalgae and fungi for efficient nutrient purification andbiogas upgrading[J].Bioresource Technology,2019,289:121656；Stiles,W.A.V.,Styles,D.,Chapman,S.P.,et al.Using microalgae in the circular economy tovalorise anaerobic digestate:challenges and opportunities[J].BioresourceTechnology,2018,267:732-742)。但是在实际工程应用中，由于藻细胞直径非常小(一般直径约为300μm)，微藻容易流失，导致废水净化效率低下，且微藻的回收率低。因此如何有效地将处理后的水与藻细胞分离是藻类处理废水应用的技术难点。

目前常用的方法是藻类固定化，即：利用载体将藻类以物理、化学方法固定，限定藻细胞在某一特定区域并保持生物活性。微生物细胞经固定化处理后，耐毒性、耐酸碱度等性能均有所提升。生物质炭是以生物质残体(主要是农林废弃物)为原料在高温或微波等条件下使有机物炭化制备的空隙结构丰富的材料。特殊的孔径结构为生物质炭提供巨大的比表面积，对废水中的COD、有机碳、乙酸、丙酸等有机物具有较大吸附性能(王伟.活性炭对水中有机物去除的研究[J].能源技术与管理,2017,42(5):151-152)。同时，生物质炭的孔隙结构还可以为微生物细胞提供较大的生存空间，利于微藻细胞的固定和生长(Ummalyma,S.B.,Gnansounou,E.,Sukumaran,R.K.,et al.Bioflocculation:An alternativestrategy for harvesting of microalgae-An overview[J].Bioresource Technology,2017,242:227-235)。已有研究表明，以生物质炭为载体固定微藻可以显著提升废水中有机污染物苯酚和重金属镉的去除效果。在此背景下，可以设想制备高效的微藻-生物质炭固载配合体并用于同步净化沼液沼气具有巨大应用前景。但是在现有技术中，尚无制备用于高效同步净化沼液沼气的微藻-生物质炭固载配合体的方法和产品，本申请的技术方案可为微藻-生物质炭固载配合体系在废水处理、沼气工程中的科学应用提供理论指导和数据支持。

发明内容