[发明专利]一种实现太阳能利用的生物化工新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体地说，涉及的是一种实现太阳能利用的生物化工新工艺。 

背景技术

在过去几十年中，化石燃料对于世界经济和工业化过程起到了重要的推动作用，然而，供应短缺和价格上涨开始使其成为制约发展的反作用力。与此同时，大量化石燃料的使用产生了严重的环境问题，其中大气中CO₂浓度急剧升高导致了威胁人类生存的气候变化。在此背景下，寻找和开发可再生能源成为世界各国的一项重要战略。 

在可再生能源领域中，光伏发电是率先进入可再生能源产业化的一项新技术，虽然前景广阔，但是仍存在许多现实问题。目前，光伏发电的固定投资和运行成本分别是常规火电的5倍和3倍以上，成本太高是其规模化发展的重大阻碍。光伏发电还存在着严重的高能耗和高污染问题，国际和国内能耗分别为130～150kWh/kg和200～300kWh/kg，且依当前的技术水平解决污染问题仍需相当高的投入。 

专利CN102701801A公开了一种由无机肥制备有机肥或复合肥同时生产沼气能源的方法。该方法包括以下步骤：将无机肥投入接种有微藻的光生物反应器中，在该光生物反应器中微藻在无机肥的作用下快速生长，当微藻的浓度达到0.5g/L～50g/L时，将微藻从光生物反应器中分离出来，并置于沼气发酵器中，发酵3～45天，生成沼气、沼液和沼渣，沼液回流至光生物反应器重新利用，沼气用作能源，沼渣用作有机肥或复合肥。但是，该方法将微藻分离出来再进行厌氧发酵，导致工程复杂性大幅增加，运行成本难以接受。而且，沼渣的外排，致使自动化控制难以实现，增加人力管理成本，还会造成营养元素的系统外流，大大增加其补充量，从而增大系统的运行成本。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现太阳能利用的生物化工新工艺。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种实现太阳能利用的生物化工新工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤： 

（1）水中的微藻在太阳光照射条件下通过光合作用将无机物二氧化碳、水和营养元素合成自身的有机质，从而将太阳光能转变成生物化学能，以有机质的形态储存起来，得到含微藻的悬浮液； 

（2）将步骤（1）所得含微藻的悬浮液在避光条件下，通过微藻自身的呼吸作用除去水中的溶解氧，得到除去溶解氧的微藻悬浮液； 

（3）将步骤（2）所得微藻悬浮液不经分离直接进行厌氧发酵，得到可燃性生物气作为能源进行收集、储存和备用； 

（4）将步骤（3）厌氧发酵后的酵液进行好氧生物氧化，所得产物返回步骤（1）循环利用。 

步骤（1）所述的微藻在太阳光照射下生长，当其浓度达到0.5g/L～10g/L时，将其中10～90wt%的含微藻的悬浮液进行下一步骤，剩余部分作为藻种用于下一循环的光合作用。 

步骤（1）所述的微藻是在光生物反应器中进行生长增殖，生物反应器中补入的营养元素包括氮、磷或硫等元素。 

步骤（2）避光条件是指将含微藻的悬浮液置于避光的容器，或者直接将步骤（1）中进行光合作用的光生物反应器遮光；当所述微藻悬浮液的氧化还原电位小于-0.2V时进入下一步骤。 

步骤（3）所述的厌氧发酵是在厌氧发酵器中发酵0.5小时～5天，厌氧微生物含量为0.5～60kgVSS/m³，微藻在无光无氧的条件下无法代谢而死亡，厌氧微生物将死亡的微藻进行分解和降解，生成可燃性生物气和简单的有机物如甲酸、乙酸或乙醇等；所述的可燃性生物气为产甲烷发酵生成以甲烷和二氧化碳为主的可燃性气体，或者为产氢发酵生成以氢和二氧化碳为主的可燃性气体。 

步骤（3）所述的厌氧发酵后的酵液进行沉降处理，酵液全部进入下一步骤，无酵渣排出；或者不经沉降处理，将酵液的10～90wt%输入下一步骤，剩余部分作为厌氧菌种用于下一循环的厌氧发酵。 

步骤（4）所述的好氧生物反应是在好氧生物反应器中停留0.5小时～12小时，好氧微生物在有氧条件下将酵液中简单的有机物氧化成二氧化碳和水，同时将营养元素矿化至微藻可利用的无机形态，好氧生物反应器中的好氧微生物含量为0.5～15kgVSS/m³；所述的好养生物反应器单独设立或者与光生物反应器耦合设立。