一种利用光合细菌对水产养殖废水进行资源化处理的方法与流程

本发明属于水处理工艺技术领域，具体涉及一种利用光合细菌对水产养殖废水进行处理并实现物质资源化再利用的方法。

背景技术：

近年来，随着规模化、集约化水产养殖技术的发展，我国水产养殖业发展迅速，已成为养殖产量世界第一的水产大国。但由于在集约化水产养殖中需要投放大量饵料，使得养殖废水呈现出氮磷含量高的特点，如果不经妥善处理就排放会对自然水体环境造成严重危害。

目前我国有关水产养殖废水的处理方法较少，大多数仍集中于采用传统的物理、化学和生物处理工艺来降低废水中的cod、氨氮、总磷等污染物，使其达标后循环利用。但由于水产养殖废水具有总量大、氮磷等营养物含量高的特点，导致目前的处理效果都不太理想。此外，由于废水中的营养物质在处理过程中被转变为剩余污泥排出，导致其难以被回收利用，造成了资源的浪费。

中国专利号为201811127870.x的《一种水产养殖废水高效处理循环回用系统及其应用》申请案，该专利主要通过将水产养殖塘、生态塘、过滤池、臭氧消毒池、表面流湿地、回用水塘相互结合，水产养殖废水依次通过相关处理装置得到净化。该方法存在的问题在于：占地面积大，建设周期长，运行成本较高。

中国专利号为201910357187.3的《一种海水养殖废水处理装置及工艺》申请案，该专利通过将絮凝剂与养殖废水在混合单元内混合后，进入微波絮凝单元，在微波作用下促使污泥结构在短时间内脱稳、充分絮凝，然后混合液进入固液分离单元，在层流状态下废水中污泥沉淀在斜板上，实现养殖废水的处理。该方法存在的问题在于工艺装置复杂、微波絮凝单元能耗较高，并且沉淀后产生的剩余污泥需要二次处理，成本较高，限制了该方法的进一步应用。

中国专利号为201910386177.2的《一种水产养殖废水的处理方法》申请案，该专利通过采用预处理、臭氧催化氧化工艺、浅层气浮工艺和加氯脱氮工艺处理废水。该方法存在的问题在于：处理工艺复杂，能耗较高，臭氧催化氧化中所用催化剂制备复杂，难以大范围推广应用。

光合细菌是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用污水中的污染物进行光合作用的微生物。其对外界不良环境具有较强的抵抗力，光合细菌细胞内含有辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质等多种高价值物质。

针对目前水产养殖废水处理技术难以实现废水中营养物质回收利用和以上专利文献存在的不足，本发明旨在提出一种可以实现水产养殖废水资源化处理再利用的方法，该方法不仅可以实现水产养殖废水中cod、氨氮、总磷的高效去除，而且可以通过回收再利用得到核黄素、类胡萝卜素、辅酶q10等高价值资源物质，实现废水处理的经济化处理。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以实现水产养殖废水资源化处理再利用的方法，可以高效处理水产养殖废水、同时获得高价值资源物质的方法。该方法基于光合细菌可以通过自身生理代谢将废水中的cod、氮、磷等污染物转变为辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质等多种高价值物质，经过分离提纯后得到回收，进而实现资源的再利用。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用光合细菌对水产养殖废水进行资源化处理的方法，将废水预处理，后经光合细菌池、膜生物反应器进行过滤分离，出水经在线检测达标排放；截留住的光合细菌菌体高压匀浆破碎获得细胞破碎液，分别经不同有机溶剂进行萃取、蒸馏依次获得高价值物质，最后剩余的废液经好氧生物处理后达标排放。

具体为将水产养殖废水经格栅和沉淀池进行截留和沉淀分离后，所得废渣经厌氧堆肥后进行还田利用，沉淀后的废水首先进入光合细菌池进行处理，之后由膜生物反应器进行过滤分离，出水经在线检测达标排放。截留住的光合细菌菌体首先经过高压匀浆破碎，获得细胞破碎液，之后分别经不同有机溶剂进行萃取，所得到的萃取液再进行蒸馏操作获得高价值物质，即依次获得辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质，最后剩余的废液经好氧生物处理后达标排放。

所述预处理具体为：将养殖废水依次通过格栅和沉淀池，去除废水中残留的饵料、鱼虾粪便、鳞壳等大颗粒悬浮物。

进一步，所述光合细菌池条件控制为：光强为5000-5500lux，水温为30-35℃，ph为6.5-7.0，溶解氧为2～5mg/l，水力停留时间为5天。

所述膜生物反应器分离得到的光合细菌菌体进行分离纯化。

进一步，所述光合细菌菌体高压匀浆破碎条件：匀浆压力为80-100mpa，温度为25℃，采用高压匀浆法对获得的光合细菌菌体进行三次匀浆破碎分解，获得溶液a。

所述辅酶q10萃取提纯具体为：以丙酮作为萃取剂，对溶液a进行萃取，得到含有辅酶q10的溶液b和剩余溶液c，再对溶液b进行蒸馏操作，获得辅酶q10。

所述细胞色素萃取提纯具体为：利用混合萃取剂将溶液c进行萃取，得到含有细胞色素的溶液d和剩余溶液e，再对溶液d进行蒸馏操作，获得细胞色素，所述混合萃取剂为丙酮和甲醇体积比为1：1的混合液。

所述5-氨基乙酰丙氨酸萃取提纯具体：以乙酰丙酮作为萃取剂，将溶液e进行萃取，得到含有5-氨基乙酰丙氨酸的溶液f和剩余溶液g，再对溶液f进行蒸馏操作，获得5-氨基乙酰丙氨酸。

所述蛋白质萃取提纯具体为：以硫酸铵溶液作为萃取剂，将溶液g进行萃取，得到含有蛋白质的溶液h，再对溶液h进行蒸馏操作，获得蛋白质。

本发明优点：

(1)光合细菌廉价易得，繁殖速度快。目前市售光合细菌的价格仅为15～45元/升，且其生长速度较快，可以在较短时间(7～10d)迅速繁殖出大量微生物菌体。

(2)光合细菌菌体内辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质等高价值物质含量极高，通过分离回收可以获得大量目标产物。

(3)光合细菌对废水中的cod、氨氮、总磷等污染物均具有很高的去除率，可以实现废水的一步去除和达标排放，无需建设后续处理设施。

(4)相较于传统的活性污泥法，光合细菌细胞产率较低，剩余污泥产量低，减少了剩余污泥处理处置的费用。

(5)高压匀浆法与其它破碎分离方法相比，具有占地面积小、效率高、能量大、反应时间快、运转费用低等优点，不仅可以将细胞壁完全破碎，释放出其中的高价值内含物，而且适用于大规模工业化应用。

(6)通过多步萃取和高速离心，可以有效地将辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质等物质分离开，避免了被分离物质的破坏，同时操作简单可行，适用于大规模工业化应用。

(7)通过对离心后的萃取液进行蒸馏操作，可以有效地将萃取液中所需物质分开，使产物的纯度得到提高。

(8)通过对废液和废渣分别进行深度处理和堆肥还田，可以使废水实现达标排放，使废物实现资源化利用。

(9)工艺简单可行，成本较低，产物纯度较高，适于工业化规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明进一步的阐述。

实施例1

本发明公开了一种利用光合细菌对水产养殖废水进行资源化处理的方法，工艺流程图如图1所示，将水产养殖废水经格栅和沉淀池进行截留和沉淀分离后，所得废渣经厌氧堆肥后进行还田利用，沉淀后的废水首先进入光合细菌池进行处理，之后由膜生物反应器进行过滤分离，出水经在线检测达标排放。截留住的光合细菌菌体首先经过高压匀浆破碎，获得细胞破碎液，之后分别经不同有机溶剂进行萃取，所得到的萃取液再进行蒸馏操作，依次获得辅酶q10、细胞色素、5-氨基乙酰丙氨酸和蛋白质，最后剩余的废液经好氧生物处理后达标排放。

具体步骤如下：

(1)预处理：将水产养殖场排放的养殖废水依次通过格栅和沉淀池，去除废水中残留的饵料、鱼虾粪便、鳞壳等大颗粒悬浮物。

(2)光合细菌废水处理：沉淀池出水流入光合细菌池进行处理，设定光强为5000lux，水温为30℃，ph为7.0，溶解氧为2～5mg/l，水力停留时间为5天。

(3)膜分离：废水经光合细菌处理后，流入膜生物反应器进行分离，出水经检测达标后排放，分离所得到的光合细菌菌体进行进一步的分离纯化。

(4)细胞破碎：设置匀浆压力为80mpa，温度为25℃，采用高压匀浆法对获得的光合细菌菌体进行三次匀浆破碎分解，获得溶液a。

(5)萃取提纯辅酶q10：以丙酮作为萃取剂，对溶液a进行萃取，得到含有辅酶q10的溶液b和剩余溶液c，再对溶液b进行蒸馏操作，获得辅酶q10。

(6)萃取提纯细胞色素：按照丙酮：甲醇为1：1的比例制备混合溶液作为萃取剂，将溶液c进行萃取，得到含有细胞色素的溶液d和剩余溶液e，再对溶液d进行蒸馏操作，获得细胞色素。

(7)萃取提纯5-氨基乙酰丙氨酸：以乙酰丙酮作为萃取剂，将溶液e进行萃取，得到含有5-氨基乙酰丙氨酸的溶液f和剩余溶液g，再对溶液f进行蒸馏操作，获得5-氨基乙酰丙氨酸。

(8)萃取提纯蛋白质：以硫酸铵溶液作为萃取剂，将溶液g进行萃取，得到含有蛋白质的溶液h，再对溶液h进行蒸馏操作，获得蛋白质。

(9)对最后的萃取废液进行好氧生物处理，最后达标排放。

实施例2

本发明公开了一种利用光合细菌对水产养殖废水进行资源化处理的方法，具体如下：

(1)预处理：将水产养殖场排放的养殖废水依次通过格栅和沉淀池，去除废水中残留的饵料、鱼虾粪便、鳞壳等大颗粒悬浮物。

(2)光合细菌废水处理：沉淀池出水流入光合细菌池进行处理，设定光强为5500lux，水温为32℃，ph为7.0，溶解氧为4mg/l，水力停留时间为5天。

(3)膜分离：废水经光合细菌处理后，流入膜生物反应器进行分离，出水经检测达标后排放，分离所得到的光合细菌菌体进行进一步的分离纯化。

(4)细胞破碎：设置匀浆压力为90mpa，温度为25℃，采用高压匀浆法对获得的光合细菌菌体进行三次匀浆破碎分解，获得溶液a。

(5)萃取提纯辅酶q10：以丙酮作为萃取剂，对溶液a进行萃取，得到含有辅酶q10的溶液b和剩余溶液c，再对溶液b进行蒸馏操作，获得辅酶q10。

(6)萃取提纯细胞色素：按照丙酮：甲醇为1：1的比例制备混合溶液作为萃取剂，将溶液c进行萃取，得到含有细胞色素的溶液d和剩余溶液e，再对溶液d进行蒸馏操作，获得细胞色素。

(7)萃取提纯5-氨基乙酰丙氨酸：以乙酰丙酮作为萃取剂，将溶液e进行萃取，得到含有5-氨基乙酰丙氨酸的溶液f和剩余溶液g，再对溶液f进行蒸馏操作，获得5-氨基乙酰丙氨酸。

(8)萃取提纯蛋白质：以硫酸铵溶液作为萃取剂，将溶液g进行萃取，得到含有蛋白质的溶液h，再对溶液h进行蒸馏操作，获得蛋白质。

(9)对最后的萃取废液进行好氧生物处理，经检测后达标排放。

实施例3

本发明公开了一种利用光合细菌对水产养殖废水进行资源化处理的方法，具体如下：

(1)预处理：将水产养殖场排放的养殖废水依次通过格栅和沉淀池，去除废水中残留的饵料、鱼虾粪便、鳞壳等大颗粒悬浮物。

(2)光合细菌废水处理：沉淀池出水流入光合细菌池进行处理，设定光强为5000lux，水温为35℃，ph为6.5，溶解氧为5mg/l，水力停留时间为5天。

(3)膜分离：废水经光合细菌处理后，流入膜生物反应器进行分离，出水经检测达标后排放，分离所得到的光合细菌菌体进行进一步的分离纯化。

(4)细胞破碎：设置匀浆压力为100mpa，温度为25℃，采用高压匀浆法对获得的光合细菌菌体进行三次匀浆破碎分解，获得溶液a。

(5)萃取提纯辅酶q10：以丙酮作为萃取剂，对溶液a进行萃取，得到含有辅酶q10的溶液b和剩余溶液c，再对溶液b进行蒸馏操作，获得辅酶q10。

(6)萃取提纯细胞色素：按照丙酮：甲醇为1：1的比例制备混合溶液作为萃取剂，将溶液c进行萃取，得到含有细胞色素的溶液d和剩余溶液e，再对溶液d进行蒸馏操作，获得细胞色素。

(7)萃取提纯5-氨基乙酰丙氨酸：以乙酰丙酮作为萃取剂，将溶液e进行萃取，得到含有5-氨基乙酰丙氨酸的溶液f和剩余溶液g，再对溶液f进行蒸馏操作，获得5-氨基乙酰丙氨酸。

(8)萃取提纯蛋白质：以硫酸铵溶液作为萃取剂，将溶液g进行萃取，得到含有蛋白质的溶液h，再对溶液h进行蒸馏操作，获得蛋白质。

(9)对最后的萃取废液进行好氧生物处理，经检测后达标排放。