[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

一種生物質水熱產能工藝及裝置，所述工藝具體包括水熱水相廢水稀釋、接種真菌培養、微藻采收、藻菌生物質水熱產能、凈化水回用和循環產能步驟，形成半封閉循環模式的生物質水熱產能工藝。所述裝置由真菌和微藻生物反應器、過濾器、水熱反應釜、儲氣瓶、儲碳瓶、儲油瓶、混合氣室、光源和CO₂氣罐等構成。本發明首次提出絲狀真菌與微藻聯合回收水熱水相廢水營養元素并回用水資源的方法，建立一種基于水熱工藝的生物質半封閉循環產能裝置，集生物質轉化、水熱水相廢水處理、水資源回收、微藻培養、藻菌采收為一體，減少了整個產能工藝成本，特別減少了微藻培養和藻菌采收的投入，為生物質精煉系統工業化應用提出了新思路。

技術領域

本發明涉及一種生物質水熱產能工藝及裝置，具體屬于廢水處理及生物質產能技術領域。

技術背景

水熱水相廢水是水熱反應產能技術中產生量最大的副產物，該廢水富含碳、氮、磷等營養元素，有機污染物濃度高、種類繁多，還含有生物難降解有機化合物（如酚類、呋喃、碳-氮雜環物質）等，成分復雜難以處理；如果加強堿或吸附劑處理，不但提高水熱反應產能系統的成本，而且導致嚴重的能源浪費。因此，加強水熱水相廢水資源化利用成為當前研究的熱點。專利201810307976.1提出一種把廢水中氮元素通過重氮化反應還原為氮氣去除，加Ba(OH)₂或NaOH調節pH沉淀去除SO₄^2-，回用含碳和氫元素的水熱廢水作為水熱反應的水溶劑，從而回收廢水中碳、氫有機元素的方法。回用除氮后的水熱廢水作為反應溶劑可有效回收廢水中的碳氫元素，但水熱反應的原料無需干燥本身含水，因此回用的水熱廢水處理量有限，不適合用于處理大量水熱廢水。特別要指出的是，加入Ba(OH)₂或NaOH調節pH生成沉淀需要再次處理不能隨意排放。中科院大連化學物理研究所徐云鵬等人（專利號：CN201210566119.6）提出一種利用水熱廢水作為微藻培養液，微藻循環養殖并聯生物油生產的方法。啟東市三江建筑機械有限公司（專利號：CN101549932A）提出了一種通過厭氧生化技術處理有機污水和廢渣，再對污水與沼液進行好氧生化處理后耦合養藻煉油的生產方法。回收利用水熱廢水中的營養元素用于微藻培養，所得微藻生物質作為原料生產生物燃料，可達到水相廢水資源化處理的目的，但廢水中含有大量有毒有害化合物，會嚴重抑制微藻生長，使微藻產率較低，水熱廢水處理周期較長。中國農業大學盧海鳳等人（專利號：201510266963.0）提出一種通過光合細菌和微藻聯合回收廢水中營養元素的設備和方法。通過先在水熱廢水中培養光合細菌，利用光合細菌有機負荷耐受力高、對酚類及其他含氮的多環芳烴類物質的吸收轉化能力較強的特點降解部分有機污染物和營養元素，通過超濾膜分離后再繼續培養微藻的方法回收廢水中的營養元素，提高碳氮磷元素的去除效率。但需要指出的是使用超濾膜分離水中的光合細菌和微藻，將增加水熱廢水資源化處理過程的成本，對水熱反應產能技術不經濟。

目前，微藻被稱為第三代能源物料，水熱反應技術不僅可以將微藻體內的脂質轉化為生物油，也可以將蛋白質、多糖等物質轉化為生物油，但微藻細胞體積小，采收成本高。用離心機等傳統方法采收微藻，雖然采收效率高，但其成本約占微藻商業化成本的50%以上。因此，在水熱廢水用于微生物養殖并聯產生物油的方法中，有必要結合微藻采收系統，開發新的綜合回收水熱廢水營養元素培養微藻生產生物燃料，微藻高效低耗采收的水熱反應循環產能系統。