專利名稱：一種利用化工廠副產(chǎn)CO₂、NH₃及廢水生產(chǎn)微藻的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微藻エ業(yè)化養(yǎng)殖領(lǐng)域，尤其涉及ー種利用化工廠副產(chǎn)C02、NH3及廢水生產(chǎn)微藻的方法及裝置。
背景技術(shù)：
社會經(jīng)濟的發(fā)展需要消耗大量的化石能源，而化石能源的使用往往帶來大量污染物及CO2的排放。在人類利用煤、石油、天然氣等化石能源生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品的過程中，伴隨產(chǎn)生了大量的CO2及含NH3-N較高的エ業(yè)廢水排放。排放的大量CO2將導致全球氣候變暖和對生態(tài)環(huán)境造成影響；排放的エ業(yè)廢水造成水源的富營養(yǎng)化，常常導致重大的環(huán)境災難發(fā)生。微藻是ー種微小生物，也是世界上生長繁殖速度最快，利用光合作用吸收ニ氧化碳最有效的植物。它們能夠有效利用陽光，將水和ニ氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物和油脂，微藻固碳產(chǎn)生的藻體可以用于生產(chǎn)食物、化學產(chǎn)品和生物質(zhì)能源。此外，微藻在光自養(yǎng)培養(yǎng)過程中可利用廢水中的氮、磷等營養(yǎng)成分，從而降低水體的富營養(yǎng)化，起到凈化工廠排放廢水的目的。目前的微藻養(yǎng)殖方法均無法達到エ業(yè)化大規(guī)模養(yǎng)殖的要求。專利CN101555455提供了一種微藻的培養(yǎng)/收獲方法和系統(tǒng)，它能有效提高微藻培養(yǎng)時對CO2的利用率，提高微藻產(chǎn)量，在微藻收獲時減少了微藻的收獲步驟和成本，但是它采用的生物光合反應器生產(chǎn)效率較低，無法做到大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，并且利用CO2時，仍舊是采用直接通入CO2氣泡供微藻生長的方法，CO2氣泡不易擴散至水中，大部分無法被吸收即擴散至大氣，因此CO2利用率仍不夠理想，此外它采用的微藻收獲方法需要添加NaOH溶液，適用范圍較窄，只適用于部分種類藻類。而現(xiàn)有技術(shù)中，微藻的其他主要收獲技術(shù)，如離心法、過濾法、絮凝法也存在諸多問題離心法生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)規(guī)模小，無法適用大規(guī)模エ業(yè)生產(chǎn)；過濾法容易堵塞過濾網(wǎng)，操作人員勞動強度大，無法連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)；絮凝法需要使用絮凝劑，可能對微藻產(chǎn)生破壞，在后續(xù)加工過程中還要分離出絮凝劑，流程復雜。

發(fā)明內(nèi)容
化工廠尤其是以煤為原料的化工廠，在浄化裝置產(chǎn)生大量高濃度CO2氣體，如不加以利用將直接排放大氣。部分裝置如煤氣化裝置、氨合成裝置將生成氨水，經(jīng)濃縮后產(chǎn)生濃度約10-15%的氨水，除用于鍋爐的排放煙氣脫硫處理外也無太多用途。同時全廠產(chǎn)生大量含NH3-N較高的エ業(yè)廢水，水中NH3-N濃度為300-800mg/l，pH值為8_10，排放到環(huán)境當中將造成水源的富營養(yǎng)化。本發(fā)明要解決的問題是提供ー種利用化工廠副產(chǎn)C02、NH3及廢水生產(chǎn)微藻的方法及裝置，該方法利用化工廠副產(chǎn)的C02、NH3及排放的含NH3-N較高的エ業(yè)廢水作為原料生產(chǎn)微藻，解決微藻養(yǎng)埴的エ業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，提高養(yǎng)埴效率，降低養(yǎng)埴成本，實現(xiàn)微藻生物能、源的產(chǎn)業(yè)化，獲得微藻可用于生產(chǎn)生物柴油或作為動物飼料，同時解決了化工生產(chǎn)過程中大量溫室氣體及エ業(yè)廢水的排放問題，經(jīng)濟效益良好。此外，本發(fā)明還提供了ー種微藻收獲方法，與其他收獲方式相比具有處理能力大，投資抵、消耗低的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種大規(guī)模連續(xù)化微藻生產(chǎn)方法，包括如下步驟(I)在養(yǎng)埴池中添加微藻及微藻所需的培養(yǎng)液；所述培養(yǎng)液由如下方法制得在NH3-N濃度為300-800mg/L、pH值為8_10的エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水中，通入富含ニ氧化碳的エ業(yè)廢氣得到NH4HCO3溶液，以該NH4HCO3溶液為主要原料，添加植物生長促進劑以及所選微藻生長所需的其他營養(yǎng)成分，配制成微藻生長過程中所需的培養(yǎng)液；(2)含有微藻的培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池、過濾飽和池和濾液儲罐之間循環(huán)流動，實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的連續(xù)化操作； (3)在過濾飽和池中添加NH3-N濃度為300-800mg/L、pH值為8_10的エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水，作為微藻生產(chǎn)過程的補水；所述過濾飽和池的底部設(shè)有若干根過濾管，過濾管外壁過濾孔孔徑為O. Ol-Imm ；所述過濾管至少分為兩組，兩組交替進行過濾和通CO2氣體操作；當藻液進入到過濾飽和池時pH值超出微藻的生長pH范圍，富含ニ氧化碳的エ業(yè)廢氣通過過濾管通入到過濾飽和池中，藻液的pH值降至微藻適宜生長的PH值范圍；當進行過濾時，過濾飽和池中的未成熟微藻伴隨藻液流入濾液儲罐，成熟微藻無法通過過濾孔而留在過濾飽和池中，藻液得到濃縮。優(yōu)選的，過濾管過濾藻液及通CO2的交替操作由PLC控制系統(tǒng)進行自動控制；(4)在濾液儲罐的藻液中，補充此前消耗的微藻生長必須養(yǎng)料，然后由濾液泵加壓后送至養(yǎng)殖池；(5)當過濾飽和池中的微藻濃度達到收獲要求時，停止藻液進入過濾飽和池，同時使過濾管均進行過濾操作；最初濾液依靠重力進入濾液儲罐，當觀察到過濾飽和池液位下降緩慢時，對濾液儲罐抽真空，當濾液儲罐的入口管路上所設(shè)的濾液流量計流量降至設(shè)定值時，停止抽真空，此時過濾飽和池中的濃縮藻液由濃縮藻液泵加壓后外送。本發(fā)明在エ業(yè)廢水、副產(chǎn)氨水中通入CO2氣體，使エ業(yè)廢水中的NH3與CO2反應形成NH4HCO3溶液，同時添加植物生長促進劑、K3P04等微藻生長必須的營養(yǎng)元素配制成培養(yǎng)液。使用該培養(yǎng)液養(yǎng)殖微藻，隨著微藻不斷進行光合作用消耗C02，培養(yǎng)液中的NH4HCO3不斷分解釋放出C02，維持培養(yǎng)液中較高的CO2濃度。NH4HCO3不斷轉(zhuǎn)化為(NH4) 2C03,培養(yǎng)液的pH值逐漸升高不再適合藻類生長，此時將培養(yǎng)液返回再通CO2氣體使(NH4)2CO3轉(zhuǎn)化為NH4HCO3,待PH值降低后可繼續(xù)培養(yǎng)藻類。主要化學反應如下
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..> + - エ業(yè)廢水中的NH3大大提高了培養(yǎng)液中的CO2含量，促進了微藻對CO2氣體的吸收。以往生產(chǎn)方法均為直接通入CO2氣泡供微藻生長，CO2氣泡不易擴散至水中，大部分無法被吸收即擴散至大氣，因此CO2利用率較低。本發(fā)明CO2以離子形式存在于水中，性質(zhì)穩(wěn)定，利用化學平衡反應為微藻生長提供CO2,易于被微藻吸收，因此大大提高了 CO2的利用效率。本發(fā)明中的養(yǎng)殖池為池塘式養(yǎng)殖池、賽道式養(yǎng)殖池或其它類型的養(yǎng)殖池，在養(yǎng)殖池中，微藻憑借培養(yǎng)液中的nh3、CO2及其它營養(yǎng)物質(zhì)通過光合作用不斷進行生長、繁殖。為實現(xiàn)エ業(yè)化養(yǎng)殖，優(yōu)先選擇賽道式養(yǎng)殖池，養(yǎng)殖池寬度為I. 5-2. 8米，長度為80-200米，養(yǎng)殖池平行排列，80-150個構(gòu)成一組，每組用溢流渠連接在一起，溢流渠中設(shè)置有閘門，可以通過閘門開、關(guān)控制不同養(yǎng)殖池的收獲時間。優(yōu)選的，為提高養(yǎng)埴池中微藻的光照強度，使微藻均勻接受陽光照射，本發(fā)明在養(yǎng)殖池中設(shè)置擾流擋板，使培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池中流動的過程中不斷上下擾動，使養(yǎng)殖池底層的微藻也能夠浮于頂層接受陽光照射。每組擾流擋板由一塊下缺ロ擾流板和一塊上缺ロ擾流板組成，板間距為O. 3-0. 5米，每隔5-10米設(shè)置ー組擾流擋板。優(yōu)選的，為減少微藻產(chǎn)品中的灰分含量，在養(yǎng)殖池和過濾飽和池間還設(shè)有沉砂池，含有微藻的培養(yǎng)液(藻液)在養(yǎng)殖池、沉砂池、過濾飽和池和濾液儲罐之間循環(huán)流動。養(yǎng)殖池中的藻液沿著溢流渠依靠重力自流進入沉砂池。溢流渠為連接一組養(yǎng)殖池與沉砂池之間的溝渠，寬度為O. 5-1米。沉砂池寬度為3-5米，長度為4-6米，培養(yǎng)液中攜帶的泥沙將依靠重力沉降落到沉砂池底部，可以減少微藻產(chǎn)品中的灰分含量。當泥沙積累到一定深度后利用檢修時間進行清理。沉砂池中的藻液可以溢流至過濾飽和池中，在溢流ロ設(shè)置濾網(wǎng)，過濾藻液中漂浮的落葉、雜草、塑料袋等雜物。溢流ロ設(shè)置2-3個，互為備用，當一個濾網(wǎng)堵塞后使用備用溢流ロ。對于密閉式養(yǎng)殖池，本發(fā)明中沉砂池可以省略。優(yōu)選的，所述過濾飽和池的寬度為8-15米，長度為30-50米，底部平行鋪設(shè)若干根過濾管，管徑為DN25 DN100。 本發(fā)明的過濾管可以為不銹鋼管、塑膠管、PVC管等，過濾管外壁過濾孔孔徑為O. 01-1_，根據(jù)養(yǎng)殖微藻種類不同選擇不同孔徑的過濾管。過濾管可以單層鋪設(shè)也可多層鋪設(shè)，根據(jù)需要處理的藻液量計算過濾管根數(shù)。本發(fā)明使用過濾管替代濾布，解決了大規(guī)模養(yǎng)殖過濾面積不足的問題，可通過增加過濾管的根數(shù)滿足過濾面積的要求。過濾管依次相間隔連接到兩根主管，兩根主管交替通過濾液及CO2氣體，完成過濾管過濾藻液及通CO2氣體降低藻液pH值的過程。所述主管分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有閥門，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接；另ー支管上同樣設(shè)有閥門，該支管通過濾液流量計與濾液儲罐連接，所有閥門以及濾液流量計均與所述PLC控制系統(tǒng)電連接。具體來說，一根主管分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有Vl閥門，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接，另ー支管上設(shè)有V3閥門，與濾液流量計連接。另ー主管同樣分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有V2閥門，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接，另ー支管上設(shè)有V4閥門，與濾液流量計連接，所述Vl閥門、V2閥門、V3閥門和V4閥門、濾液流量計均與所述PLC控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明的過濾管過濾藻液及通CO2氣體降低藻液pH值的交替過程為自動控制過程，通過PLC編程控制閥門Vl、V2、V3、V4的開啟、關(guān)閉，過程的切換根據(jù)濾液流量計流量或操作時間進行自動調(diào)整。優(yōu)選的，所述過濾管還設(shè)置有自動反吹操作，過程的切換由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)濾液流量計流量或操作時間進行自動調(diào)整；當ニ氧化碳氣體無法對過濾管上的過濾孔完全反吹吋，將ニ氧化碳氣體切換成壓縮空氣，通入過濾管中。由于進入過濾飽和池中的藻液pH值較高，已經(jīng)不適合藻類繼續(xù)生長，此時通入CO2氣體以降低藻液的PH值，具體操作過程為開啟閥門V4、VI，關(guān)閉閥門V2、V3，在一根主管中通入CO2氣體，CO2氣體從過濾管的過濾孔冒出，主要完成三個目的第一，通CO2氣體使(NH4) 2C03轉(zhuǎn)化為NH4HCO3,使pH值降低至合適數(shù)值；第二，通CO2氣體可對過濾孔進行反吹，將堵塞在過濾孔的灰塵顆粒吹出，為下ー步過濾操作做好準備；第三，利用CO2氣泡表面的吸附作用，使藻液中的微藻被吸附在汽泡表面并隨汽泡一起上升，降低底層藻液微藻含量，利于進行過濾操作。與此同時，在另ー根主管中，藻液利用液位壓差經(jīng)過閥門V4流入濾液儲罐中，液位差將濾液壓入過濾管微孔，體積較大的成熟微藻無法通過過濾孔被留在過濾飽和池中，還沒有成熟的微藻及生成的NH4HCO3將進入濾液儲罐并最終返回養(yǎng)殖池。過濾過程中，藻液中的灰塵顆粒將不斷堵塞過濾孔，濾液流量逐漸減少，當濾液流量計測得的流量 降低至設(shè)定值時，對兩根主管進行切換操作關(guān)閉閥門V4、V1，開啟閥門V2、V3，使用經(jīng)過反吹操作的過濾管進行過濾，并對有所堵塞的過濾管進行反吹。以上兩個步驟交替進行，實現(xiàn)了藻液的連續(xù)穩(wěn)定過濾，并使藻液pH值降低至合適數(shù)值。經(jīng)過一段時間后，過濾管的阻力降將有所増加，主要是因為CO2氣體壓カ較低，無法做到對過濾孔的完全反吹，仍有部分堵塞，此時切換壓カ更高的壓縮空氣，能夠?qū)⒍氯^濾孔的殘余灰塵吹除干凈。本發(fā)明中含有未成熟微藻及NH4HCO3的濾液依靠重力作用進入濾液儲罐，濾液儲罐用于緩沖過濾管切換過程中濾液的波動，過濾飽和池中未成熟微藻隨濾液返回養(yǎng)殖池進行光合作用繼續(xù)生長，成熟微藻因無法通過過濾孔被留在過濾飽和池中，因此起到了藻液的提濃作用。當微藻濃度達到收獲要求后，進行真空過濾操作。關(guān)閉溢流渠中的閘門，使藻液停止進入過濾飽和池中，關(guān)閉閥門V1、V2，打開閥門V3、V4，使所有過濾管進行過濾操作，濾液經(jīng)濾液泵加壓后送至養(yǎng)殖池。待過濾飽和池中液位下降緩慢時，僅依靠液位差已經(jīng)不能繼續(xù)過濾,此時開啟真空泵對濾液儲罐抽真空,利用大氣壓力對過濾飽和池中的藻液進行繼續(xù)過濾。維持濾液儲罐一定的真空度，當濾液流量計流量降低至設(shè)定值時關(guān)閉真空泵。此時，藻液濃度較高，已經(jīng)可作為產(chǎn)品外送。優(yōu)選的，當濃縮藻液需要制成藻粒時，使用真空過濾機進行最終的過濾。開啟濃縮藻液泵及真空過濾機，濃縮藻液泵將過濾飽和池中的濃縮藻液送至真空過濾機，經(jīng)真空過濾獲得藻泥，濾液自流入濾液儲罐。藻泥經(jīng)過陽光照曬或干燥機干燥后可制得藻粒。優(yōu)選的，過濾飽和池池底具有5°的傾斜，并且在低點設(shè)計傾斜5°的集液溝，保證全部藻液能夠經(jīng)濃縮藻液泵外送。本發(fā)明中的微藻可以為各種藻類，可通過控制培養(yǎng)液中的NH3-N含量為藻類生長提供合適的PH值。藻類可以為綠藻、藍藻、紅藻、硅藻等，優(yōu)選含油量較高的藻類，如小球藻、葡萄藻等，用于生產(chǎn)生物柴油，具有較高的經(jīng)濟價值。本發(fā)明還提供了ー種微藻收獲方法，在用于容納藻液以及培養(yǎng)藻液中微藻的過濾飽和池中設(shè)置過濾系統(tǒng)，藻液經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾后的濾液流向濾液儲罐；當藻液中微藻濃度達到收獲要求時，首先依靠過濾飽和池中藻液與濾液儲罐的液位差，將藻液中的大部分水分過濾除去；然后通過對濾液儲罐抽真空，利用壓差對過濾飽和池內(nèi)的藻液繼續(xù)過濾，得到濃縮藻液；最后用真空過濾機對過濾飽和池內(nèi)的濃縮藻液進ー步過濾，得到藻泥，完成微藻收獲。本發(fā)明還提供了ー種微藻養(yǎng)殖裝置，包括PLC控制系統(tǒng)、依次連接的養(yǎng)殖池、沉砂池、過濾飽和池、濾液儲罐和濾液泵。所述過濾飽和池設(shè)有エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水的補水管路；所述過濾飽和池的底部平行鋪設(shè)數(shù)根過濾管，管徑為DN25 DN100，過濾管外壁過濾孔孔徑為O. Ol-Imm ;所述過濾管分為兩組，依次相間隔連接到兩根主管，所述主管分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有閥門，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接；另 一支管上同樣設(shè)有閥門，該支管通過濾液流量計與濾液儲罐連接，所有閥門以及濾液流量計均與所述PLC控制系統(tǒng)電連接。所述PLC控制系統(tǒng)用于控制過濾管過濾藻液及通入CO2的交替操作；所述過濾飽和池還設(shè)有濃縮藻液泵，濃縮藻液泵的進料ロ探至過濾飽和池底部；所述濾液儲罐還連接有真空泵，濾液儲罐通過濾液泵與養(yǎng)殖池連接。優(yōu)選的，還包括真空過濾機，所述真空過濾機與濃縮藻液泵相連。優(yōu)選的，所述過濾飽和池的寬度為8-15米，長度為30-50米；優(yōu)選的，所述過濾飽和池池底具有5°的傾斜，并且在低點設(shè)計傾斜5°的集液溝，濃縮藻液泵的進料ロ設(shè)于集液溝內(nèi)。優(yōu)選的，所述養(yǎng)殖池是池塘式養(yǎng)殖池或賽道式養(yǎng)殖池；優(yōu)選賽道式養(yǎng)殖池，所述賽道式養(yǎng)殖池寬度為I. 5-2. 8米，長度為80-200米，養(yǎng)殖池平行排列，80-150個構(gòu)成ー組，每組用溢流渠連接在一起，所述溢流渠與沉砂池連通，溢流渠中設(shè)置有閘門。優(yōu)選的，所述養(yǎng)殖池中設(shè)置有擾流擋板，每組擾流擋板由一塊下缺ロ擾流板和一塊上缺ロ擾流板組成，板間距為O. 3-0. 5米，每隔5-10米設(shè)置ー組擾流擋板。優(yōu)選的，所述沉砂池寬度為3-5米，長度為4-6米，沉砂池中設(shè)有溢流ロ，溢流ロ上設(shè)有濾網(wǎng)。本發(fā)明的微藻生產(chǎn)方法適合大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn),其優(yōu)點在于以下幾個方面I、原料為化工廠副產(chǎn)產(chǎn)品及排放廢水，生產(chǎn)成本低。2、本發(fā)明微藻在光自養(yǎng)培養(yǎng)過程中可利用廢水中的氮、磷等營養(yǎng)成分，從而降低水體的富營養(yǎng)化，起到凈化工廠排放廢水的目的。3、本發(fā)明在養(yǎng)殖池中設(shè)置擾流擋板，使培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池中流動的過程中不斷上下擾動，使養(yǎng)殖池底層的微藻也能夠浮于頂層接受陽光照射。4、進ー步的，本發(fā)明設(shè)置沉砂池，對于西部風沙較大地區(qū)能夠有效減少藻液中的灰分，減小過濾操作時灰塵對過濾孔的堵塞。5、使用過濾管替代過濾布，大大提高了過濾能力。過濾管設(shè)置自動反吹操作，實現(xiàn)過濾操作的連續(xù)、穩(wěn)定運行，減少操作人員的勞動強度。6、微藻收獲方法采用三級過濾收獲方式，首先采用重力過濾將大部分濾液除去，不需消耗能量；ー級真空過濾利用過濾管的巨大過濾面積，處理能力大而消耗較低；ニ級真空過濾機過濾處理負荷已經(jīng)大大減少，能夠較好控制含水量得到濃度較高的藻泥。三級過濾收獲方式只需要根據(jù)藻類大小選擇具有合適孔徑的過濾管，與其他收獲方式相比具有處理能力大，投資抵、消耗低的優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明利用化工廠副產(chǎn)C02、NH3及廢水生產(chǎn)微藻的流程示意圖。圖2是微藻生產(chǎn)裝置的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是過濾飽和池結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是賽道式養(yǎng)殖池擾流板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、養(yǎng)殖池 2、沉砂池3、過濾飽和池4、濾液儲罐 5、濾液泵6、真空泵7、濃縮藻液泵 8、真空過濾機9、溢流渠10、閘門 11、濾網(wǎng)12、集液溝13、過濾管 14、濾液流量計15、PLC控制系統(tǒng)16、Vl 閥門 17、V2 閥門18、V3 閥門19、V4 閥門 20、V5 閥門21、V6 閥門22、下缺ロ擾流板 23、上缺ロ擾流板
具體實施例方式實施例I如圖I-圖4所示，ー種利用化工廠副產(chǎn)C02、NH3及廢水生產(chǎn)微藻的養(yǎng)殖裝置，包括養(yǎng)殖池I、沉砂池2、過濾飽和池3、濾液儲罐4、濾液泵5、真空泵6、真空過濾機8、濃縮藻液 泵7和PLC控制系統(tǒng)15 ;養(yǎng)殖池I、沉砂池2、過濾飽和池3、濾液儲罐4和濾液泵5依次連接。含有微藻的培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池I、沉砂池2、過濾飽和池3和濾液儲罐4之間循環(huán)流動，實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的連續(xù)化操作。濃縮藻液泵7的進料ロ探至過濾飽和池3底部，所述真空過濾機8與濃縮藻液泵7相連；所述濾液儲罐4的入ロ管路上設(shè)有濾液流量計14，濾液流量計14與PLC控制系統(tǒng)15連接；所述濾液儲罐4與真空泵6相連，濾液儲罐4通過濾液泵5與養(yǎng)殖池I連接。所述養(yǎng)殖池I為賽道式養(yǎng)殖池。在養(yǎng)埴池I中添加微藻及微藻所需的培養(yǎng)液。所述培養(yǎng)液由如下方法制得在NH3-N濃度為300-800mg/L、pH值為8_10的エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水中，通入富含 ニ氧化碳的エ業(yè)廢氣得到NH4HCO3溶液，以該NH4HCO3溶液為主要原料，添加植物生長促進劑以及所選微藻生長所需的其他營養(yǎng)成分，配制成微藻生長過程中所需的培養(yǎng)液。含有微藻的培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池I、沉砂池2和過濾飽和池3之間循環(huán)流動，實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的連續(xù)化操作。所述過濾飽和池3設(shè)有エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水的補水管路。在過濾飽和池3中添加工業(yè)廢水及副產(chǎn)氨水，水中NH3-N濃度為300-800mg/l，pH值為8_10，作為微藻生產(chǎn)過程的補水。自浄化裝置而來的CO2氣體經(jīng)管道輸送至微藻生產(chǎn)界區(qū)，通過過濾管13以鼓泡的形式通入到過濾飽和池3中，CO2在上升的過程中與堿性培養(yǎng)液反應，被培養(yǎng)液所吸收，pH值降低為6-7。過濾飽和池3寬度為10米，長度為40米，深度2米，底部平行鋪設(shè)1000根過濾管13,過濾管13為DN25不銹鋼管,過濾管13外壁過濾孔孔徑為O. 01-0. 5mm。
過濾管13依次相間隔連接到兩根主管，對兩組交替進行過濾及通CO2氣體操作。其中一根主管分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有Vl閥門16，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接，另ー支管上設(shè)有V3閥門18，與濾液流量計14連接；另一主管同樣分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有V2閥門17，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接，另ー支管上設(shè)有V4閥門19，與濾液流量計14連接，所述Vl閥門16、V2閥門17、V3閥門18和V4閥門19、濾液流量計14均與所述PLC控制系統(tǒng)15電連接。過濾管13過濾藻液及通CO2的交替操作由PLC控制系統(tǒng)15進行自動控制。通過PLC編程控制Vl閥門16、V2閥門17、V3閥門18、V4閥門19的開啟、關(guān)閉，過程的切換根據(jù)濾液流量計14流量進行自動調(diào)整。當一組過濾管13進行通C02氣體操作時，另ー組進行過濾操作。過濾操作時，成熟微藻無法穿過過濾孔而留在過濾飽和池3中，起到了增加微藻濃度的作用。以上兩個步驟交替進行，實現(xiàn)了藻液的連續(xù)穩(wěn)定過濾，并使藻液PH值降低至合適數(shù)值。過濾過程中，藻液中的灰塵顆粒將不斷堵塞過濾孔，濾液流量逐漸減少，當濾液流量計14測得的流量降低至設(shè)定值，即初始過濾流量的80%時，對兩根主管進行切換操作 關(guān)閉V4閥門19、Vl閥門16，開啟V2閥門17、V3閥門18，使用經(jīng)過反吹操作的過濾管13進行過濾，并對有所堵塞的過濾管13進行反吹。經(jīng)過一段時間后，過濾管13的阻カ將有所增カロ，主要是因為CO2氣體壓カ較低，無法做到對過濾孔的完全反吹，仍有部分堵塞，此時切換壓カ更高的壓縮空氣，能夠?qū)⒍氯^濾孔的殘余灰塵吹除干凈。ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路切換由PLC編程通過設(shè)置在ニ氧化碳進氣管路的V5閥門20和設(shè)置在壓縮空氣進氣管路的V6閥門21進行控制。含有未成熟微藻及NH4HCO3的濾液依靠重力作用進入濾液儲罐4，濾液儲罐4中，補充此前消耗的微藻生長必須養(yǎng)料，如氮肥、磷肥、鉀肥等微藻生長所需要的營養(yǎng)液，配制成微藻生長所需的培養(yǎng)液，培養(yǎng)液經(jīng)濾液泵5加壓后送至養(yǎng)埴池I中，未成熟微藻在養(yǎng)埴池I中進行光合作用繼續(xù)生長。每個養(yǎng)殖池I寬度為2米，長度為200米，深度為O. 5米，養(yǎng)殖池I平行排列，120個構(gòu)成一組，每組用溢流渠9連接在一起，流渠中設(shè)置有閘門10。在養(yǎng)殖池I中設(shè)置擾流擋板，每組擾流擋板由一塊下缺ロ擾流板22和一塊上缺ロ擾流板23組成，板間距為O. 3米，每隔6米設(shè)置ー組擾流擋板。培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池I中流動的過程中，受擾流板作用不斷上下擾動，使養(yǎng)殖池I底層的微藻也能夠浮于頂層接受陽光照射。隨著微藻不斷進行光合作用消耗C02，培養(yǎng)液中的NH4HCO3不斷分解釋放出C02，維持培養(yǎng)液中較高的CO2濃度。NH4HCO3不斷轉(zhuǎn)化為(NH4) 2C03,培養(yǎng)液的pH值逐漸升高不再適合藻類生長，離開養(yǎng)殖池I的藻液PH值升高為8-9，沿著溢流渠9依靠重力自流進入沉砂池2，溢流渠9寬度為O. 5米，深度為O. 2米。沉砂池2寬度為5米，長度為6米，培養(yǎng)液中攜帶的泥沙依靠重力沉降落到沉砂池2底部。沉砂池2中的藻液溢流至過濾飽和池3中，在溢流ロ設(shè)置濾網(wǎng)11，過濾藻液中漂浮的落葉、雜草、塑料袋等雜物，濾網(wǎng)11為40-60目。溢流ロ設(shè)置2-3個,互為備用，當一個濾網(wǎng)11堵塞后使用備用溢流ロ。當藻液溢流至過濾飽和池3后就形成ー個養(yǎng)殖微藻的循環(huán)系統(tǒng)。過濾飽和池3中未成熟微藻隨濾液返回養(yǎng)殖池I，成熟微藻因無法通過過濾孔被留在過濾飽和池3中，因此起到了藻液的提濃作用。24-48小時后，微藻濃度達到收獲要求，進行過濾操作。關(guān)閉溢流渠9中的閘門10，使藻液停止進入過濾飽和池3中，關(guān)閉Vl閥門16、V2閥門17，打開V3閥門18、V4閥門19，使所有過濾管13進行過濾操作，濾液經(jīng)濾液泵5加壓后送至養(yǎng)殖池I。待過濾飽和池3中液位下降緩慢時，開啟真空泵6對濾液儲罐4抽真空，利用大氣壓カ對過濾飽和池3中的藻液進行繼續(xù)過濾。維持濾液儲罐4的真空度為50-60kPa，當濾液流量計14流量降低至5m3/h時關(guān)閉真空泵6。此時，藻液濃度較高，使用濃縮藻液泵7加壓后作為產(chǎn)品外送。實施例2
微藻養(yǎng)殖及藻液濃縮過程與實施例I相同。如果需要制成藻粒產(chǎn)品，開啟濃縮藻液泵7及真空過濾機8，濃縮藻液泵7將過濾飽和池3中的濃縮藻液送至真空過濾機8，經(jīng)真空過濾機8過濾獲得藻泥，濾液自流入濾液儲罐4。藻泥經(jīng)過陽光照曬或干燥機干燥后可制得藻粒。過濾飽和池3池底具有5°的傾斜，并且在低點設(shè)計傾斜5°的集液溝12，濃縮藻液泵7的進料ロ設(shè)于集液溝12內(nèi)，保證全部藻液經(jīng)濃縮藻液泵7送至真空過濾機8過濾。以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種大規(guī)模連續(xù)化微藻生產(chǎn)方法，其特征在干 (1)在養(yǎng)埴池中添加微藻及微藻所需的培養(yǎng)液；所述培養(yǎng)液由如下方法制得在NH3-N濃度為300-800mgL、pH值為8_10的エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水中，通入富含ニ氧化碳的エ業(yè)廢氣得到NH4HCO3溶液，以該NH4HCO3溶液為主要原料，添加植物生長促進劑以及所選微藻生長所需的其他營養(yǎng)成分，配制成微藻生長過程中所需的培養(yǎng)液； (2)含有微藻的培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池、過濾飽和池和濾液儲罐之間循環(huán)流動，實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的連續(xù)化操作； (3)在過濾飽和池中添加NH3-N濃度為300-800mgL、pH值為8_10的エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水，作為微藻生產(chǎn)過程的補水； 所述過濾飽和池的底部設(shè)有若干根過濾管，過濾管外壁過濾孔孔徑為O. Ol-Imm ； 所述過濾管至少分為兩組，兩組交替進行過濾和通CO2氣體操作； 當藻液進入到過濾飽和池時PH值超出微藻的生長pH范圍，富含ニ氧化碳的エ業(yè)廢氣通過過濾管通入到過濾飽和池中，藻液的PH值降至微藻適宜生長的pH值范圍； 當進行過濾時，過濾飽和池中的未成熟微藻伴隨藻液流入濾液儲罐，成熟微藻無法通過過濾孔而留在過濾飽和池中，藻液得到濃縮； 優(yōu)選的，過濾管過濾藻液及通CO2的交替操作由PLC控制系統(tǒng)進行自動控制； 優(yōu)選的，所述過濾管還設(shè)置有自動反吹操作，過程的切換由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)濾液流量計流量或操作時間進行自動調(diào)整；當ニ氧化碳氣體無法對過濾管上的過濾孔完全反吹吋，將ニ氧化碳氣體切換成壓縮空氣，通入過濾管中； 優(yōu)選的，所述過濾飽和池的寬度為8-15米，長度為30-50米，底部平行鋪設(shè)若干根過濾管，管徑為DN25 DN100 ； 優(yōu)選的，所述過濾飽和池池底具有5°的傾斜，并且在低點設(shè)計傾斜5°的集液溝，保證全部濃縮藻液能夠經(jīng)濃縮藻液泵外送； (4)在濾液儲罐的藻液中，補充此前消耗的微藻生長必須養(yǎng)料，然后由濾液泵加壓后送至養(yǎng)殖池； (5)當過濾飽和池中的微藻濃度達到收獲要求時，停止藻液進入過濾飽和池，同時使過濾管均進行過濾操作；最初濾液依靠重力進入濾液儲罐，當觀察到過濾飽和池液位下降緩慢時，對濾液儲罐抽真空，當濾液儲罐的入口管路上所設(shè)的濾液流量計流量降至設(shè)定值時，停止抽真空，此時過濾飽和池中的濃縮藻液由濃縮藻液泵加壓后外送。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述養(yǎng)殖池是池塘式養(yǎng)殖池或賽道式養(yǎng)殖池；優(yōu)先選擇賽道式養(yǎng)殖池，所述賽道式養(yǎng)殖池寬度為I. 5-2. 8米，長度為80-200米，養(yǎng)殖池平行排列，80-150個構(gòu)成一組，每組用溢流渠連接在一起，溢流渠中設(shè)置有閘門；所述溢流渠與沉砂池連通；更優(yōu)選的，所述養(yǎng)殖池中設(shè)置擾流擋板，每組擾流擋板由一塊下缺ロ擾流板和ー塊上缺ロ擾流板組成，板間距為O. 3-0. 5米，每隔5-10米設(shè)置ー組擾流擋板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于在養(yǎng)殖池和過濾飽和池間還設(shè)有沉砂池，含有微藻的培養(yǎng)液在養(yǎng)殖池、沉砂池、過濾飽和池和濾液儲罐之間循環(huán)流動，養(yǎng)殖池中的藻液先流入沉砂池中，通過沉砂池除去藻液中攜帶的泥沙后,藻液再流入過濾飽和池；優(yōu)選的，所述沉砂池寬度為3-5米，長度為4-6米，沉砂池中設(shè)有溢流ロ，溢流口上設(shè)有濾網(wǎng)，藻液經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后流入過濾飽和池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于當濃縮藻液需要制成藻粒時，濃縮藻液經(jīng)濃縮藻液泵送至過真空過濾機中，經(jīng)真空過濾得到藻泥，濾液流回濾液儲罐，藻泥經(jīng)過干燥制備得到藻粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于所述微藻類為綠藻、藍藻、紅藻或硅藻，優(yōu)選含油量較高的藻類，更優(yōu)選小球藻或葡萄藻。
6.ー種微藻收獲方法，其特征在于在用于容納藻液以及培養(yǎng)藻液中微藻的過濾飽和池中設(shè)置過濾系統(tǒng)，藻液經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾后的濾液 流向濾液儲罐；當藻液中微藻濃度達到收獲要求時，首先依靠過濾飽和池中藻液與濾液儲罐的液位差，將藻液中的大部分水分過濾除去；然后通過對濾液儲罐抽真空，利用壓差對過濾飽和池內(nèi)的藻液繼續(xù)過濾，得到濃縮藻液；最后用真空過濾機對過濾飽和池內(nèi)的濃縮藻液進ー步過濾,得到藻泥,完成微藻收獲。
7.ー種微藻養(yǎng)殖裝置，其特征在于包括PLC控制系統(tǒng)、依次連接的養(yǎng)殖池、沉砂池、過濾飽和池、濾液儲罐和濾液泵； 所述過濾飽和池設(shè)有エ業(yè)廢水以及化工廠的副產(chǎn)品氨水的補水管路；所述過濾飽和池的底部平行鋪設(shè)數(shù)根過濾管，管徑為DN25 DN100，過濾管外壁過濾孔孔徑為O. Ol-Imm ;所述過濾管分為兩組，依次相間隔連接到兩根主管，所述主管分支成兩根支管，其中一根支管上設(shè)有閥門，該支管分別與ニ氧化碳進氣管路和壓縮空氣進氣管路連接；另一支管上同樣設(shè)有閥門，該支管通過濾液流量計與濾液儲罐連接，所有閥門以及濾液流量計均與所述PLC控制系統(tǒng)電連接； 所述過濾飽和池還設(shè)有濃縮藻液泵，濃縮藻液泵的進料ロ探至過濾飽和池底部； 所述濾液儲罐還連接有真空泵，濾液儲罐通過濾液泵與養(yǎng)殖池連接； 優(yōu)選的，還包括真空過濾機，所述真空過濾機與濃縮藻液泵相連； 優(yōu)選的，所述過濾飽和池的寬度為8-15米，長度為30-50米； 優(yōu)選的，所述過濾飽和池池底具有5°的傾斜，并且在低點設(shè)計傾斜5°的集液溝，濃縮藻液泵的進料ロ設(shè)于集液溝內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微藻養(yǎng)殖裝置，其特征在于所述養(yǎng)殖池是池塘式養(yǎng)殖池或賽道式養(yǎng)殖池；優(yōu)選賽道式養(yǎng)殖池，所述賽道式養(yǎng)殖池寬度為I. 5-2. 8米，長度為80-200米，養(yǎng)殖池平行排列，80-150個構(gòu)成ー組，每組用溢流渠連接在一起，所述溢流渠與沉砂池連通，溢流渠中設(shè)置有閘門； 優(yōu)選的，所述養(yǎng)殖池中設(shè)置有擾流擋板，每組擾流擋板由一塊下缺ロ擾流板和ー塊上缺ロ擾流板組成，板間距為O. 3-0. 5米，每隔5-10米設(shè)置ー組擾流擋板。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微藻養(yǎng)殖裝置，其特征在于所述沉砂池寬度為3-5米，長度為4-6米，沉砂池中設(shè)有溢流ロ，溢流ロ上設(shè)有濾網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用化工廠副產(chǎn)CO2、NH3及廢水生產(chǎn)微藻的方法及裝置，該方法利用化工廠副產(chǎn)的CO2、NH3及排放的含NH3-N較高的工業(yè)廢水作為原料生產(chǎn)微藻，獲得微藻可用于生產(chǎn)生物柴油或作為動物飼料，同時解決了化工生產(chǎn)過程中大量溫室氣體及工業(yè)廢水的排放問題。本發(fā)明還提供了一種用于上述微藻生產(chǎn)的裝置。本發(fā)明的方法適合大規(guī)模、低成本養(yǎng)殖微藻，并且三級微藻收獲的方法與其他收獲方式相比，具有處理能力大，投資抵、消耗低的優(yōu)點，本發(fā)明具有良好的社會經(jīng)濟效益。
文檔編號C12N1/12GK102676391SQ20121016777
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者杜曉丹, 王軍, 耿萌, 賈光偉, 陸峰, 高志輝 申請人:中國天辰工程有限公司, 天津天辰綠色能源工程技術(shù)研發(fā)有限公司