[发明专利]一种废气和废水耦合低碳排能源化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源化的方法和装置。

背景技术

化石能源短缺、水源危机及温室效应成为阻碍人类社会发展的难题，可再生且环境友好型替代能源日益受到人们的关注。我国能源短缺现象更为严重，同时，大量化石燃料的燃烧导致温室效应加剧，我国解决能源短缺与CO₂排放量大的形式更为严峻。

污水的能源化工艺可回收利用污水中的有机物，包括污水发酵产氢产甲烷技术、微生物燃料电池（MFC）技术和微藻生物柴油技术。

污水发酵能源化技术主要有两种，一是发酵生物制氢，二是发酵产甲烷。发酵生物制氢是通过厌氧菌对富含碳水化合物底物的水解发酵来制取氢气，其生产的气体为混合气体，含有H₂、CO₂和少量的CH₄、CO以及H₂O等，目前正在实验室研究成果向工业生产的转化过程。发酵产甲烷又称沼气发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体（沼气）的复杂的生物化学过程。沼气作为能源利用已有很长的历史，我国的沼气最初主要为农村户用沼气池，大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。目前，中国沼气池的推广应用规模居世界首位。

微生物燃料电池（Microbial fuel cells，MFCs)是一种能够直接将污水中有机物通过微生物的作用转化为电能的电化学装置。

微藻生物柴油是一种具有较大发展潜力的可再生能源，与动、植物为原料制备的生物柴油相比，它有不占用耕地、产油效率高等优点。目前，微藻生物柴油在国内外都有很大发展，产业化的进程也在逐步推进。藻类中小球藻、葡萄藻和多胞蓝藻等细胞中碳氢化合物或脂类物质含量较高，适于作为生产生物能源的原料，小球藻的培养方式灵活，既可以进行光合自养，也可以在有机碳源存在的情况下，进行异养生长。收获的藻类可以用于高营养价值产品的生产也可用作生物燃料的原料。由于石化燃料燃烧所释放的CO₂被视为温室效应的主要原因，因此生物燃料的使用可以减少CO₂向大气中排放量。目前国内新奥能源公司利用藻类生产生物柴油的研究已经取得中试成功。

微藻作为分布最广的微生物种类之一，具有光合效率高，易培养，生长速度快，分布广，种类多等优点。不仅可以通过光合作用固定CO₂，而且部分微藻种类还拥有较高的脂含量，可以用于生物柴油的制备，因此，微藻被认为是未来重要的生物能源原料之一。含CO₂的废气可以被用于微藻的规模化培养，既减少了的CO₂排放量，又促进了微藻的生长。同时，人类生活会产生大量废水，造成了严重的环境问题，部分藻类可以利用废水中的有机物进行异养生长，因此，利用市政废水及含有CO₂的废气培养微藻，既能实现废气和废水耦合低碳排，又能收集微藻的油脂作为生物柴油的原料实现能源化，从而降低微藻生物柴油的成本，并实现了废水废气的资源化。

发明内容

本发明是为了解决生活污水处理过程中碳回收率低、CO₂固定率低和微藻油脂成本高的问题，而提供了一种废气和废水耦合低碳排能源化的方法和装置。

一种废气和废水耦合低碳排能源化的方法按以下步骤实现：

一、取污水处理厂一级处理后的废水进行灭菌预处理，然后导入反应器中，将微藻以体积比为10％~50％的接种量接种于反应器中的废水中，得混合液；

二、将废气通入混合液中，进行培养微藻，同时将反应器内培养微藻过程中的余气排出并且收集；

三、将步骤二中收集的余气与进气混合后重新通入反应器中的混合液中，当微藻培养至OD₆₅₈值基本稳定即进入稳定期后，将混合液排出，并收集混合液中的微藻，将收集得到的微藻脱水至微藻恒重后，对微藻进行油脂提取，即完成废气和废水耦合低碳排能源化。

一种废气和废水耦合低碳排能源化的方法所利用的一种废气和废水耦合低碳排能源化的装置是由反应器主体、进液管、出液管、盖、进气管、布气装置、出气管和热传感器构成，其中进液管设置在反应器主体下端，在与进液管相对的反应器主体下端设有出液口，在反应器主体的顶部设有盖，盖上部设进气管和出气管，进气管与设置在反应器主体底部的布气装置连接，在反应器主体内设置热传感器。