一种利用动物粪尿水养殖微藻的系统及方法技术领域
本发明涉及农业与环保技术，尤其涉及一种利用动物粪尿水养殖微藻的系
统及方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对肉禽产品的需求量日益增长，借助于科技的
革新以及菜篮子工程的实施，我国畜禽养殖业实现了连续多年的快速发展。但
随着畜禽养殖业规模化的发展，畜禽养殖产生的动物粪污废水产量也迅速增加，
由此带来日益严重的环境污染问题。例如，由于大多数规模化养殖场缺乏必要
的畜禽粪污废水污染治理设施，畜禽粪污废水未经处理或处理未达标而直接排
入环境，对水体、土壤和大气环境均造成严重的危害。
目前，沼气工程是动物粪污废水处理较为常用的一种方式，沼气工程使用
地上式罐体或地下囊式厌氧发酵，处理动物粪污废水。但沼气工程处理动物粪
污废水，首先，所需的场地较大、设备较为复杂，以一家6000头存栏猪的规模
养殖场，需要建造容量为500立方米的厌氧发酵池，并需配有沼气脱水及脱硫
设备、沼气贮气罐；其次，生成沼液中的化学需氧量(COD，ChemicalOxygen
Demand)较高，即在强酸性条件下，重铬酸钾氧化一升动物粪污废水中的有机
物所需的氧量，可大致表示动物粪污废水中的有机物量，以氧的毫克/升表示，
仍在2000以上；而且，沼气工程在厌氧发酵期间仍需不断补充热源，以维持50～55
度的有效厌氧发酵温度(高温)或维持30～35度的有效厌氧发酵温度(中温)，
能源消耗较大，且用于补充热源的发电设备投资大，维修保护不易，难以长久
运作；最后，发酵处理得到的沼液利用率较低，一般仅倚靠还田消化利用，但
沼液还田的利用率不高，仍会造成巨大的环境压力。
为了降低动物粪污废水对环境的影响，改进的方法是采用三级式废水处理
法，具体来说，采用一级物理沉淀法，使得动物粪污废水经调节池进入沉淀池
进行物理沉淀，经过沉淀处理的动物粪污废水进入活性污泥法曝气池进行二级
需氧生物处理，然后，再通过三级处理法去除难分解的营养物，将污水净化为
可回收再利用的干净水源，从而可以有效降低动物粪污废水对环境的污染。其
中，三级处理法包括：离子交换法、电渗分析法、生物脱氮除磷法、砂滤法、
逆渗透法、活性碳吸附等。
但上述的三级式废水处理法，属于纯消耗性处理手段，处理一吨动物粪污
废水的成本约为15元，基本无产出价值，使得处理动物粪污废水所需的成本高；
进一步地，三级式废水处理法在去除难分解的营养物时，需要使用化学药剂，
而使用的化学药剂会造成二次污染。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种利用动物粪尿水养殖微藻的系统及方法，
降低处理动物粪污废水所需的成本以及动物粪污废水对环境的污染。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种利用动物粪尿水养殖微藻的系统，包括：
废水曝气处理池、微藻培养池、微藻离心机、微藻收成池以及空压机，其中，
废水曝气处理池与微藻培养池通过连通管连通；
废水曝气处理池以及微藻培养池分别被分隔为多个子池，每一子池之间通
过开设在子池上的上下交错排列的孔连通；
在废水曝气处理池以及微藻培养池的各子池底部，布设有曝气管线，所述
曝气管线与空压机相连；
预处理得到的液态粪尿水通过废水曝气处理池上开设的粪污废水入水口注
入废水曝气处理池内，并通过废水曝气处理池内各子池开设的上下交错排列的
孔，流经各子池后通过与微藻培养池相连通的连通管流入微藻培养池，调节流
入废水曝气处理池内的粪污废水流量或流速，使注入所述废水曝气处理池内的
粪污废水量在所述废水曝气处理池以及微藻培养池内停留预定的天数，以使后
续流出微藻培养池的微藻浓度达到预先设置的微藻浓度阈值；
在与废水曝气处理池相连通的微藻培养池前端上方，设置有微藻培养液入
口，在微藻培养池后端，开设有用于与微藻收成池相连通的孔；
在微藻养殖初始期，微藻浓缩液通过所述微藻培养液入口注入微藻收成池
内，所述微藻浓缩液在微藻收成池的各子池内，随粪污废水的流动生长、繁殖，
形成微藻培养液；在微藻养殖稳定期，关闭所述微藻培养液入口；
微藻收成池被分隔为微藻收成子池以及微藻浓缩液收成子池，所述微藻收
成子池与微藻浓缩液收成子池之间不连通；
微藻培养液通过微藻培养池后端开设的与微藻收成池相连通的孔流入微藻
收成子池；
微藻离心机抽取微藻收成子池内的微藻培养液进行离心处理，得到微藻浓
缩液以及离心水，所述微藻浓缩液排出至微藻浓缩液收成子池内进行后续处理，
所述离心水经收集后用于农业灌溉。
本发明实施例提供的利用动物粪污废水养殖微藻的系统，通过建构通孔错
别排列的废水曝气处理池以及微藻培养池，并设置多个子池，预处理得到的液
态粪污废水经过废水曝气处理池的曝气处理后流入微藻培养池，在微藻培养池
内，将微藻与经固液分离后调节酸化的粪污废水混合培养，培养比例为10～20：
1，培养天数为10～20天，最终通过溢流收成出口流出至微藻收成池进行微藻培
养液收集，应用微藻离心机，对收集的微藻培养液进行离心处理，可以得到藻
细胞数达1x107～5x108个/毫升的微藻浓缩液，从而利用自然光及粪污废水中的营
养源，进行微藻培养，加速污水净化，有效降低了处理动物粪污废水所需的成
本以及动物粪污废水对环境的污染。
另一方面，本发明实施例提供一种利用动物粪污废水养殖微藻的方法，包
括：
构建包括废水曝气处理池、微藻培养池、微藻离心机、微藻收成池以及空
压机的系统，其中，废水曝气处理池与微藻培养池通过连通管连通，废水曝气
处理池以及微藻培养池分别被分隔为多个子池，每一子池上开设有用于与相邻
子池相通的孔，子池之间通过开设在子池上的上下交错排列的孔连通，在废水
曝气处理池以及微藻培养池的各子池底部，布设有曝气管线，所述曝气管线与
空压机相连，在与废水曝气处理池相连通的微藻培养池前端上方，设置有微藻
培养液入口，在微藻培养池后端，开设有用于与微藻收成池相连通的孔，微藻
收成池被分隔为微藻收成子池以及微藻浓缩液收成子池，所述微藻收成子池与
微藻浓缩液收成子池之间不连通；
通过废水曝气处理池上开设的粪污废水入水口向废水曝气处理池内注入预
处理得到的液态粪污废水，并通过废水曝气处理池内各子池开设的上下交错排
列的孔，流经各子池后通过与微藻培养池相连通的连通管流入微藻培养池；
调节流入废水曝气处理池内的粪污废水流量或流速，使注入所述废水曝气
处理池内的粪污废水量在所述废水曝气处理池以及微藻培养池内停留预定的天
数，以使后续流出微藻培养池的微藻浓度达到预先设置的微藻浓度阈值；
在微藻养殖初始期，微藻浓缩液通过所述微藻培养液入口注入微藻收成池
内，所述微藻浓缩液在微藻收成池的各子池内，随粪污废水的流动生长、繁殖，
形成微藻培养液，在微藻养殖稳定期，关闭所述微藻培养液入口；
收集通过微藻培养池后端开设的与微藻收成池相连通的孔流入微藻收成子
池内的微藻培养液；
利用微藻离心机抽取微藻收成子池内的微藻培养液进行离心处理，得到微
藻浓缩液以及离心水，所述微藻浓缩液排出至微藻浓缩液收成子池内进行后续
处理，所述离心水经收集后用于农业灌溉。
本发明实施例提供的利用动物粪尿水养殖微藻的方法，通过建构包含多个
子池的废水曝气处理池以及微藻培养池，粪尿水经过废水曝气处理池的曝气处
理后流入微藻培养池与微藻混合培养，最终通过溢流收成出口流出至微藻收成
池进行微藻培养液收集，得到微藻浓缩液，利用粪污废水中的营养源进行微藻
培养，可以加速污水净化，有效降低了处理动物粪污废水所需的成本以及动物
粪污废水对环境的污染。
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，下面描述
中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例利用动物粪尿水养殖微藻的系统结构示意图；
图2为本发明实施例利用动物粪尿水养殖微藻的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作出创造性劳动前
提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例利用动物粪尿水养殖微藻的系统结构示意图。参见图1，
该系统包括：废水曝气处理池101、微藻培养池102、微藻离心机104、微藻收
成池103以及空压机105，其中，
废水曝气处理池101与微藻培养池102通过连通管连通；
废水曝气处理池101以及微藻培养池102分别被分隔为多个子池，每一子
池之间通过开设在子池上的上下交错排列的孔连通；
在废水曝气处理池101以及微藻培养池102的各子池底部，布设有曝气管
线，所述曝气管线与空压机105相连；
预处理得到的液态粪污(废)水通过废水曝气处理池101上开设的粪污废
水入水口注入，并通过废水曝气处理池101内各子池开设的上下交错排列的孔，
流经各子池后，通过与微藻培养池102相连通的连通管流入微藻培养池102，调
节流入废水曝气处理池101内的粪污废水流量或流速，使注入所述废水曝气处
理池101内的粪污废水量在所述废水曝气处理池101以及微藻培养池102内停
留预定的天数，以使后续流出微藻培养池102的微藻浓度达到预先设置的微藻
浓度阈值；
在与废水曝气处理池101相连通的微藻培养池102前端上方，设置有微藻
培养液入口，在微藻培养池102后端，开设有用于与微藻收成池103相连通的
孔；
在微藻养殖初始期，微藻浓缩液通过所述微藻培养液入口注入微藻收成池
103内，所述微藻浓缩液在微藻收成池103的各子池内，随粪污废水的流动生长、
繁殖，形成动态平衡的微藻培养液；在微藻养殖稳定期，关闭所述微藻培养液
入口；
微藻收成池103被分隔为微藻收成子池以及微藻浓缩液收成子池，所述微
藻收成子池与微藻浓缩液收成子池之间不连通；
形成的微藻培养液通过微藻培养池102后端开设的与微藻收成池103相连
通的孔流入微藻收成子池；
微藻离心机104抽取微藻收成子池内的微藻培养液进行离心处理，得到微
藻浓缩液以及离心水，所述微藻浓缩液排出至微藻浓缩液收成子池内进行后续
处理，所述离心水经收集后用于农业灌溉。
本发明实施例中，较佳地，预先对流入废水曝气处理池101内的粪污废水
进行预处理，该利用动物粪尿水养殖微藻的系统可以进一步包括：
废水预处理池106，用于对动物粪污废水进行固液分离或厌氧酸化处理或耗
氧曝气处理，并将处理得到的液态粪污水排入废水曝气处理池101。
本发明实施例中，微藻是一类以淡水水域为生且能进行光合作用的微生物，
生长繁殖迅速，生物量大，能利用光能自养，可持续供应生物质资源。本发明
实施例中，由于粪尿水具有丰富的氮、磷、铵盐、硝酸盐，磷酸盐、微量金属
元素以及二氧化碳等营养物质，因而，可以利用微藻能够进行光合自养，可以
快速高效地从粪尿水中吸取氮、磷、铵盐、硝酸盐，磷酸盐、微量金属元素以
及二氧化碳等营养物质，并将其转化成有机化合物，使得利用粪尿水养殖微藻，
可以实现生物质低成本工业化生产和废水排放资源化，能够有效且低成本地去
除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质，具有广阔的应用前景；进一步地，
在动物粪尿水中养殖微藻可以有效降低成本，且利用粪尿水养殖微藻的再生能
源技术具有环保经济的独特优势；此外，微藻富含油脂、蛋白质、碳水化合物、
微量元素及其它生物活性物质，可作为饵料，食品和生物能源的主要来源之一。
其中，饵料可以为水产饵料，供鱼苗、虾苗、蟹苗等使用。
作为一可选实施例，预处理后的液态粪尿水，其COD值介于2000～4000
毫克/升后才引入所述废水曝气处理池，通过粪污废水入水口注入废水曝气处理
池101内，再经废水曝气处理池101内的曝气处理后，为微藻提供生长繁殖的
营养源。
作为一可选实施例，利用动物粪尿水养殖微藻的系统中的废水曝气处理池
101以及微藻培养池102可建为地上或地下池体，依据现场状况需求设置。
作为一可选实施例，预定的天数按粪污废水1:10～20设计，即液态粪尿水
在废水曝气处理池101以及微藻培养池102内的总停留天数10～20天，该停留
天数也是微藻在微藻培养池102以及废水曝气处理池101内的滞留天数。
较佳地，预先设置的的微藻浓度(藻细胞数)为104～105个/毫升。本发明实
施例中，通过控制流入废水曝气处理池101内的粪污废水流量或流速，使得注
入的粪污废水从注入废水曝气处理池101至流出微藻培养池102所停留的天数
为10～20天，可以使得注入微藻培养池102内的微藻在该时间段内，能够达到
一个较佳的动态平衡，即能达到104～105个/毫升。
作为再一可选实施例，如果微藻培养池102内的微藻浓度(藻细胞数)未
达到104～105个/毫升，可通过微藻培养液入口再次注入微藻浓缩液，以维持微藻
培养系统(利用动物粪污废水养殖微藻的系统)的稳定。这样，该系统还可以
进一步包括：
显微微藻细胞计数器107，用于对流出微藻培养池102的微藻培养液进行检
测，如果检测得到的微藻浓度小于预先设置的微藻浓度，提示通过微藻培养液
入口注入微藻浓缩液。
实际应用中，微藻离心机104包括但不限于：碟片式离心机以及管道式离
心机。通过微藻离心机104对微藻培养液进行离心处理，可得到藻细胞数达
1x107～5x108个/毫升的微藻浓缩液。
本发明实施例中，利用铺设在废水曝气处理池101以及微藻培养池102底
部的打气管道，通过空压机105分别对废水曝气处理池101以及微藻培养池102
进行曝气。较佳地，废水曝气处理池101曝气30～50分钟/小时，微藻培养池102
曝气5～15分钟/小时。
本发明实施例中，微藻可以是具有除污特性、含油脂高、二氧化碳耐受能
力强及氮磷去除率高的微藻，例如，小球藻、微拟球藻、布朗葡萄藻、
纤细角毛藻、海绿球藻、球等鞭金藻、新月菱形藻、三角褐指藻、杜氏藻、棱
形藻中的一种或几种等。
本发明实施例中，针对现有畜牧养殖难处理的粪污废水处理问题，将微藻
与经固液分离后调节酸化的粪污废水混合培养，培养比例为10～20：1，培养天
数为10～20天，利用动物粪尿水养殖微藻的系统(培养系统)采用连通池体设
计，系统前端为污水进水口，并经过曝气以建立初期培养系统，应用微藻浓缩
液为藻种种源，并注入系统中端的微藻培养池，并使注入的微藻浓缩液在微藻
培养池中生长、繁殖，最终使得流出微藻培养池的微藻浓度(藻细胞数)达到
104～105个/毫升，后续中，通过循序批次引进酸化的粪污水，按照上述培养比例
逐日培养，该培养方式可使微藻渐进式适应粪污废水浓度，从而发挥微藻白天
自营增殖，夜晚异营消耗水中有机质，能够达到粪污废水中的化学需氧量(COD，
ChemicalOxygenDemand)去除率88～98％，生化需氧量(BOD，Biochemical
OxygenDemand)去除率85～95％。其中，COD表示在强酸性条件下，利用重铬
酸钾氧化一升污水中有机物所需的氧量，以所需氧的毫克/升表示，COD可大
致表示污水中的有机物量。
本发明实施例中，较佳地，从前端注入的经酸化处理的粪污废水的COD介
于2000～4000毫克/升后才引入所述废水曝气处理池，pH5～8，在前端的废水曝
气处理池内曝气30～50分钟/小时，中端的微藻培养池内曝气5～15分钟/小时，
然后，经由连续批次式10～20天的培养滞留周期，最终通过溢流收成出口流出
至微藻收成池进行微藻培养液收集，应用微藻离心机，对收集的微藻培养液进
行离心处理，可以得到藻细胞数达1x107～5x108个/毫升的微藻浓缩液。
本发明实施例中，得到的微藻浓缩液(浓缩藻液)应用价值高，可直接供
给轮虫、鱼苗、虾苗、蟹苗当作饵料，从而增添水产养殖水体藻色，还可以起
到为观赏鱼增色的效果。
本发明实施例利用粪尿水中含有的营养源，通过酸化及曝气处理，将粪尿
水调整至合适的碳氮比，采开放式池体养殖，利用自然光及粪尿水中的营养源，
进行微藻培养得到微藻培养液，使微藻与其他微生物达成平衡状态，加速污水
净化功能，并将培养后的微藻培养液进行离心处理后，离心后的藻水的COD能
在150以下，且能获得额外的微藻收益，从而彻底改变现有的污水处理不能自
负盈亏的缺点，构建先进的畜牧废弃物绿能转换系统。相比于现有密闭式微藻
养殖系统，不需额外添加营养元素，通过将大池体分隔为数个小池，并利用特
殊孔洞流通设计，使得利用动物粪尿水进行微藻养殖过程中所产生的悬浮物
(SS，SuspendedSubstance)沉积后，不会流通到微藻收成池，确保微藻的连续
式养殖及粪尿水在微藻池中的停留处理时间，在系统稳定运行后，经过实际测
试，最终离心得到的分流水能达到农田灌溉标准(GB5084～92)；进一步地，
本发明实施例的利用动物粪尿水养殖微藻的系统不会造成二次化学物质污染，
得到的浓缩藻液还能再次利用。
图2为本发明实施例利用动物粪污废水养殖微藻的方法流程示意图。参见
图2，该流程包括：
步骤201，构建包括废水曝气处理池、微藻培养池、微藻离心机、微藻收成
池以及空压机的系统，其中，废水曝气处理池与微藻培养池通过连通管连通，
废水曝气处理池以及微藻培养池分别被分隔为多个子池，每一子池之间通过开
设在子池上的上下交错排列的孔连通，在废水曝气处理池以及微藻培养池的各
子池底部，布设有曝气管线，所述曝气管线与空压机相连，在与废水曝气处理
池相连通的微藻培养池前端上方，设置有微藻培养液入口，在微藻培养池后端，
开设有用于与微藻收成池相连通的孔，微藻收成池被分隔为微藻收成子池以及
微藻浓缩液收成子池，所述微藻收成子池与微藻浓缩液收成子池之间不连通；
步骤202，通过废水曝气处理池上开设的粪污废水入水口向废水曝气处理池
内注入粪污废水，并通过废水曝气处理池内各子池开设的上下交错排列的孔，
流经各子池后通过与微藻培养池相连通的连通管流入微藻培养池；
步骤203，调节流入废水曝气处理池内的粪污废水流量或流速，使注入所述
废水曝气处理池内的粪污废水量在所述废水曝气处理池以及微藻培养池内停留
预定的天数，以使后续流出微藻培养池的微藻浓度达到预先设置的微藻浓度阈
值；
步骤204，在微藻养殖初始期，微藻浓缩液通过所述微藻培养液入口注入微
藻收成池内，所述微藻浓缩液在微藻收成池的各子池内，随粪污废水的流动生
长、繁殖，形成微藻培养液，在微藻养殖稳定期，关闭所述微藻培养液入口；
步骤205，收集通过微藻培养池后端开设的与微藻收成池相连通的孔流入微
藻收成子池内的微藻培养液；
步骤206，利用微藻离心机抽取微藻收成子池内的微藻培养液进行离心处
理，得到微藻浓缩液以及离心水，所述微藻浓缩液排出至微藻浓缩液收成子池
内进行后续处理，所述离心水经收集后用于农业灌溉。
本发明实施例中，在通过废水曝气处理池上开设的粪污废水入水口向废水
曝气处理池内注入预处理得到的液态粪污废水之前，该方法还可以进一步包括：
对动物粪污废水进行固液分离或厌氧酸化处理或耗氧曝气处理，并将预处
理得到的液态粪污水排入所述废水曝气处理池。
本步骤中，较佳地，处理得到的液态粪污水化学需氧量值介于2000～4000
毫克/升后才引入所述废水曝气处理池，pH5～8。
本发明实施例中，所述预定的天数为10～20天，系统按粪污废水1:10～20
设计，即液态粪污废水在废水曝气处理池以及微藻培养池内的总停留天数10～20
天。
作为一可选实施例，该方法还可以进一步包括：
对流出微藻培养池的微藻培养液进行检测，如果检测得到的微藻浓度小于
预先设置的微藻浓度，提示通过微藻培养液入口注入微藻浓缩液，所述预先设
置的的微藻浓度为104～105个/毫升。
本发明实施例中，所述微藻离心机包括碟片式离心机以及管道式离心机，
所述微藻浓缩液的微藻浓度为1x107～5x108个/毫升。通过调节微藻离心机的参数，
可得到满足要求的微藻浓缩液，得到的微藻浓缩液，可进行商业利用，例如，
供给轮虫、鱼苗、虾苗当作饵料，或制成有机食品。
较佳地，空压机对废水曝气处理池曝气30～50分钟/小时，所述微藻培养池
曝气5～15分钟/小时。
较佳地，所述微藻包括：小球藻、微拟球藻、布朗葡萄藻、纤细
角毛藻、海绿球藻、球等鞭金藻、新月菱形藻、三角褐指藻、杜氏藻、棱形藻
中的一种或任意组合。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，
是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算
机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read～OnlyMemory，
ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，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
的变化或替换，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
应以权利要求的保护范围为准。