[發明專利]一種生物質水熱產能工藝及裝置

在審

• 申請號: 202011066819.X
• 申請日: 2020-10-03
• 公開（公告）號: CN112028414A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 周文廣;陳杰;冷立健;嚴玉平;魏鋒;黎俊;李晶晶;黃嘉欣
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C10L1/02;C12N1/14;C12N1/12;C12P7/64;C12M1/00;C12R1/645;C12R1/89
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 夏材祥

1.一種生物質水熱產能工藝，其特征在于：所述的工藝采用絲狀真菌與微藻聯合處理水熱水相廢水，將廢水中的營養元素轉化成水熱碳和生物油，實現廢水的處理；

所述的工藝具體包括以下步驟：

步驟1：水熱水相廢水稀釋

將外來水熱水相廢水稀釋0～100倍，調節pH值至5-8；外來水熱水相廢水的水質：COD濃度45000～125000mg/L、TN濃度5400～11000mg/L、TP濃度650～2100mg/L、NH₃-N濃度1600～5500mg/L、pH為7.5～8.0，含有吲哚、吡嗪、嘧啶、醋酸、醇類、酚類及含氮有機物；

步驟2：接種真菌培養

將稀釋后的外來水熱水相廢水全部接種絲狀真菌，培養1～30天后經過濾，得到絲狀真菌菌絲體和第一階段凈化水；

真菌菌絲體培養條件：初始孢子接種量為1*10²～1*10⁹，溫度為25～40℃，曝空氣，氣速0.2～0.6 L/min；

步驟3：接種微藻培養

在第一階段凈化水中接種微藻，接種量為0.1～10g/L干重，白天通入CO₂與空氣的混合氣體培養，連續培養7～30天后，得到藻液廢水；

微藻培養條件：溫度25～28℃，光照強度50～200μmol·m^?2·s^?1，光暗周期比為24∶0，在光照時間通入空氣與CO₂混合氣體，其中CO₂含量為體積百分比1%~4%；

步驟4：微藻采收

步驟3藻液廢水調節pH至4-6，添加步驟2的真菌菌絲體，培養至微藻采收率達98%以上，經過濾分離，收獲含真菌菌絲體與微藻的藻菌生物質以及第二階段凈化水；所述的藻菌生物質的含固率為質量百分比5%-30%；第二階段凈化水主要用作步驟6的稀釋用水，剩余部分達標外排；

其中培養條件為：真菌菌絲體與微藻添加的質量比例為2∶1或1∶2，溫度為25～40℃，曝氣氣速0.2～0.6 L/min，培養時間0.5～48h；

步驟5：藻菌生物質水熱產能

將步驟4的藻菌生物質作為原料投加到水熱反應釜中，通過水熱反應，產物經分離，得到水熱碳、生物油和待處理水熱水相廢水，反應過程產生的水熱氣用作微藻培養的曝氣氣源；待處理水熱水相廢水的水質：COD為20000～75000mg/L，TN濃度為1500～7500mg/L，TP濃度為150～1000mg/L，NH₃-N濃度為800～5500mg/L，pH為4.9～9.5；

水熱反應條件為：反應溫度180～380℃，時間0.05~4h，壓力1.0～25Mpa；

步驟6：凈化水回用

步驟5所產生的待處理水熱水相廢水經第二階段凈化水稀釋后，并與外來水熱水相廢水合并，繼續重復步驟2～步驟4，循環收獲其中的藻菌生物質；

步驟7：循環產能系統

將步驟6收獲的藻菌生物質作為原料，進行水熱反應，重復步驟5~步驟6，形成半封閉循環模式的生物質水熱產能工藝。

2.根據權利要求1所述的一種生物質水熱產能工藝，其特征在于：所述的絲狀真菌包括但不限于青霉菌、黑曲霉、毛霉屬、里氏木霉、米根霉、白腐真菌、黃孢平革菌或雙孢蘑菇。

3.一種生物質水熱產能裝置，其特征在于：所述的裝置由外來水熱水相廢水進水口（1）、真菌生物反應器（2）、1號過濾器（3-1）、2號過濾器（3-2）、微藻生物反應器（4）、真菌菌絲體儲料箱（5-1）、藻菌儲料箱（5-2）、儲液池（6）、循環水泵（7）、水熱反應釜（8）、加壓機（9）、儲氣瓶（10）、固液分離器（11）、儲碳瓶（12）、離心機（13）、儲油瓶（14）、冷卻器（15）、水箱（16）、待處理水熱水相廢水進水管（17）、混合氣室（18）、1號進氣管（19-1）、2號進氣管（19-2）、1號曝氣盤（20-1）、2號曝氣盤（20-2）、真菌接種入口（21）、微藻接種入口（22）、1號加藥口（23-1）、2號加藥口（23-2）、空壓機（24）、光源（25）、反應釜進料管（26）、1號氣體流量計（27-1）、2號氣體流量計（27-2）、3號氣體流量計（27-3）、CO₂氣罐（28）、1號保溫層（29-1）、2號保溫層（29-2）構成；

真菌生物反應器（2）的側面自上而下分別連接有外來水熱水相廢水進水口（1）、真菌接種入口（21）和1號加藥口（23-1）；真菌生物反應器（2）的底部分別連接有2號進氣管（19-2）和待處理水熱水相廢水進水管（17）；2號進氣管（19-2）的另一端經閥門與流量計（27-3）出氣管道連接，流量計（27-3）的進氣管道與帶閥門的2號氣體流量計（27-2）進氣管道并聯后，與空壓機（24）出氣管道相連；2號進氣管（19-2）的管內氣體借助曝氣盤（20-1）實現對真菌生物反應器（2）的曝氣；真菌生物反應器（2）的另一側面底部出料管道經閥門與1號過濾器（3-1）進料管道相連；1號過濾器（3-1）采收的真菌菌絲體經管道進入真菌菌絲體儲料箱（5-1），過濾后的第一階段凈化水經過管道進入微藻生物反應器（4）；待處理水熱水相廢水進水管（17）的另一端與水箱（16）出料管道連接，將待處理水熱水相廢水送入真菌生物反應器（2）中；

微藻生物反應器（4）的側面設置有微藻接種入口（22）和2號加藥口（23-2），另一側面出料管道經閥門與2號過濾器（3-2）進料管道連接；真菌菌絲體儲料箱（5-1）中的真菌菌絲體、1號過濾器（3-1）產生的第一階段凈化水分別通過管道進入微藻生物反應器（4）中；微藻生物反應器（4）的底部通過管道與混合氣室（18）相連，來自空壓機（24）的空氣與來自1號氣體流量計（27-1）的水熱廢氣和CO₂的混合氣在混合氣室（18）中混合后，再經管道進入微藻生物反應器（4），通過2號曝氣盤（20-2）進行曝氣；微藻生物反應器（4）為有機玻璃材質，四周及頂部能透光，接受光源（25）照射；

2號過濾器（3-2）過濾后的藻菌生物質通過出料管道經閥門進入藻菌儲料箱（5-2），過濾剩余的第二階段凈化水通過出料管道和閥門分別進入儲液池（6）、循環水泵（7）；進入儲液池（6）的第二階段凈化水外排，進入循環水泵（7）中的第二階段凈化水在管道中與來自離心機（13）的待處理水熱水相廢水合并，一同進入冷卻器（15）冷卻后，再通過管道和閥門進入水箱（16）中；

藻菌儲料箱（5-2）中的藻菌生物質通過閥門和反應釜進料管（26）進入水熱反應釜（8）進行水熱反應，產物經固液分離器（11）分離，得到的固相水熱碳通過管道和閥門進入儲碳瓶（12），液相通過管道進入離心機（13），再經分離得到的生物油進入儲油瓶（14）收集，剩余的待處理水熱水相廢水在管道中與第二階段凈化水匯集后進入冷卻器（15）；水熱反應過程產生的水熱氣經管道和閥門進入加壓機（9），加壓后進入儲氣瓶（10）；儲氣瓶（10）收集的水熱廢氣在管道中與CO₂氣罐（28）釋放的CO₂氣匯集，再經管道并通過1號氣體流量計（27-1）進入混合氣室（18）中。