CN101914572A - 二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法。它包括(1)原料收集和预处理;(2)厌氧发酵制氢和氢气净化;(3)沼气发酵和沼气发电;(4)沼液处理和微藻固定二氧化碳;(5)沼渣加工和能源草种植;(6)余热回收利用。本发明方法适合处理各种类型的有机废弃物,可应用于农业有机废弃物、工业有机废弃物、生活有机垃圾、污泥等的处理以及新能源开发等行业,通过该发明方法的应用,能够落实循环经济的具体应用示范,在消除环境污染的同时获取清洁能源,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。

Description

二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法
技术领域
本发明属于废弃物处理和清洁能源开发领域,具体涉及一种二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法。
技术背景
石化燃料的过渡开发和利用造成全球气候变暖、酸雨和生态环境破坏和退化已经是不争的事实,而且石化燃料也正面临耗竭的处境,因此基于环境和能源考虑,人类迫切需要一种没有污染的可再生能源。氢能是一种理想的清洁可再生替代燃料,它燃烧后只生成水,没有其它温室气体,可以通过燃料电池直接高效地转化为电能。从环境的角度来考虑,利用各种有机废弃物进行厌氧发酵制氢是近几年的一大研究热点,并被认为是最有可能率先实现商业化应用生物制氢技术。
厌氧发酵制氢的生化机理决定了能够进行厌氧发酵产氢的有机物质主要是糖类、淀粉和纤维素类等碳水化合物原料,蛋白质和脂类较难进行厌氧发酵产氢;而且,碳水化合物发酵产氢的同时伴随各种小分子有机酸和醇类等副产物的形成,不能完全转化为氢。以上两个原因造成有机废弃物厌氧发酵制氢的能源回收效率和有机质利用率较低。为此,通常采用厌氧发酵联产氢气和甲烷的工艺来提高能源回收效率,首先利用有机废弃物进行厌氧发酵产氢,再利用产氢剩余物(包括蛋白质、各种氨基酸、脂类,以及有机酸、醇等碳水化合物的产氢副产物)进行厌氧发酵产甲烷,即传统的沼气发酵。
当沼气作为最终利用形式(如直接燃烧)时,严格意义上来讲,它不是清洁能源,因为即使提纯后的沼气(甲烷)在燃烧利用后仍然会向大气排放二氧化碳。因此,最清洁的利用方式是将沼气转化为电能进行利用。然而,无论是厌氧发酵制氢,还是沼气发酵+沼气发电,都伴随二氧化碳的产生,从整个有机废弃物的能源化利用过程来看,只有将二氧化碳吸收、固定、再利用,才是真正意义上的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用方法。
除了氢气和沼气,有机废弃物厌氧发酵的产物还有沼渣和沼液。沼渣通常作为肥料进行利用,当施用于食用植物(粮食作物、果园、蔬菜等)时,需要进行深加工以去除沼渣中的有毒物质(尤其是重金属),此时沼渣的处理成本较高。如果将沼渣作为非食用植物(如能源草)的肥料时,无需进行深加工可直接使用,但是,目前还没有沼渣用作能源草种植肥料的相关研究报道。沼液通常用作液体肥或农业灌溉用水,但是沼液中含有丰富的氮、磷、金属元素等物质,而单位面积土地对这些物质的接纳能力是有限的,当没有足够的土地接纳沼液时,过量的沼液排放反而会污染当地环境。另一方面,微藻在利用二氧化碳作为碳源进行光合生长时,需要氮、磷、钾、微量元素、维生素等营养物质,而这些物质正是沼液的主要成份,因此,可以将沼液处理和微藻固定二氧化碳结合起来,但是,目前还没有沼液处理和微藻固定二氧化碳(来自于有机废弃物厌氧发酵)耦合的相关研究报道。
目前,国内外只有单独的有机废弃物厌氧发酵制氢研究、单独的有机废弃物沼气发酵+沼气发电技术、单独的二氧化碳吸收、固定、再利用研究(微藻固定空气或火电厂烟道气中的二氧化碳)。将厌氧发酵制氢、沼气发酵、二氧化碳吸收、微藻固定二氧化碳、沼液处理、能源草种植等多项技术集合起来的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用方法,且该方法能够同时获得氢和电两种清洁能源,这样的方法目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法。该方法能在处理有机废弃物的同时,获得氢气和电两种清洁能源,且不向外界排放二氧化碳。
为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,包括以下步骤:
(1)原料收集和预处理:收集各种有机废弃物分别贮存于原料储存池,利用预处理装置对各种有机废弃物进行除杂、破碎、粉碎、除砂等预处理,破碎至粒径≤20mm;
(2)厌氧发酵制氢和氢气净化:将预处理后的各种有机废弃物、产氢接种物和水进行混配,保证进入厌氧产氢反应器的物料总固体浓度(TS)≤30%;控制厌氧发酵制氢反应的温度为30~56℃,pH为4.5~6.5,物料停留时间为2~5天;在厌氧产氢反应器内,有机废弃物在水解产氢产酸菌的作用下发酵生成H2和CO2,产氢剩余物进入后续沼气发酵工艺;产生的H2和CO2气体混合物经CO2吸收液及气水分离器分别脱除CO2和水后获得纯氢;达到饱和的CO2吸收液通过加热和空气吹脱双重处理获得再生,从吸收液中逸出的CO2与空气的混合物经气水分离器脱水后贮存于二氧化碳储罐,以便被后续工艺中的微藻进行生物固定;
(3)沼气发酵和沼气发电:产氢剩余物和产甲烷接种物混合后进入厌氧产甲烷反应器,在产甲烷菌的作用下生成沼气(主要成分为CH4和CO2),控制沼气发酵的温度为30~56℃,pH为6.5~7.8,停留时间10~30天;完成沼气发酵的残余物经固液分离后分为沼渣和沼液;产生的沼气经过脱硫后进行沼气发电,沼气发电后排放出的烟道气(主要为二氧化碳、空气、水蒸汽)经冷凝脱水后贮存于二氧化碳储罐,以便被后续工艺中的微藻进行生物固定;
(4)沼液处理和微藻固定二氧化碳:经固液分离后的沼液含有溶解性氮、磷、硫、无机盐、微量元素、维生素等营养成分,直接作为微藻的全营养培养基,沼液和接种藻液混合后进入光生物反应器,利用来自于二氧化碳储罐的CO2为碳源,进行以光合自养生长固定CO2方式的微藻培养,控制微藻培养的温度为20~40℃,光照强度为1000~8000Lux,太阳或人造光源连续24小时光照,并调节空气比例控制进气中CO2浓度为1%~40%;经过2~4周的培养后,将藻液进行气浮处理,浓度较高的微藻浆作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池;浓度较低的稀藻液作为接种藻液;
(5)沼渣加工和能源草种植:经固液分离后的沼渣,沼渣含有氮、磷、硫、无机盐、微量元素、维生素等植物生长所需的营养成分,进行烘干、粉碎处理后输送到能源草种植基地作为固体有机肥施用,待进入收割期,收割能源草并作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池;
(6)余热回收利用:通过余热回收系统回收步骤(3)沼气发电产生的大量余热,并用于厌氧产氢反应器增温保温、厌氧产甲烷反应器增温保温、光生物反应器增温保温、以及沼渣烘干。
所述的步骤(5)中对沼渣进行烘干,是使沼渣含水率为20%~35%,用这种沼渣作为能源草的固体有机肥施用。能源草经过2~6个月的生长期后,收割能源草并作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池;
所述的有机废弃物为农业有机废弃物、畜禽养殖废弃物、工业有机废弃物、生活有机垃圾、污泥等。
所述的产氢接种物为热处理厌氧活性污泥,其中热处理温度为80~115℃,热处理时间为15~60min。
所述的产甲烷接种物为来自于沼气池、池塘、污水处理厂等处的厌氧活性污泥。
所述的CO2吸收液可为水、Selexol(主要成份为二甲基聚乙烯乙二醇)、单乙醇胺溶液、二乙醇胺溶液、三乙醇胺溶液、碱溶液(NaOH、KOH、Ca(OH)2),优选为Selexol和单乙醇胺溶液。
所述的步骤(3)的固液分离优选为挤压式螺旋分离、卧式离心分离、高速离心、过滤、微滤、超滤的一种或多种组合。
所述的微藻主要为绿藻门的小球藻(Chlorella)、栅藻(Scenedesmus)、衣藻(Chlamydo monas)、绿球藻(Chlorococcum)、扁藻(Playtmonas),蓝藻门的颤藻(Oscillatoria)、螺旋藻(S pirulina)、集胞藻(Synechocystis)、聚球藻(Synechococcus)以及红藻门的紫球藻(Porphyridium)。例如,普通小球藻(Chlorella vulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、耐热性小球藻(Chlorella sorokiniana)、Chlorella miniata、Chlorella kessleri、斜生栅藻Scenedesmus obliquus)、四尾栅藻(Scenedesmus Quadricauda)、莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)、海洋绿球藻(Chlorococcum littorale)、亚心形扁藻(Playtmonas subcordiformis)、钝顶螺旋藻(Sp irulina platensis)、Porphyridium cruentum等,上述微藻可从野外淡水或海水环境中筛选得到,也可于各大藻种保藏中心或市售获得,可单独藻类纯培养,也可多种藻类共培养。
所述的能源草为杂交狼尾草、象草、芦苇、荻草、皇草、玉米草或黑麦草等。
本发明的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,与现有技术相比,其有益效果是:
本发明将厌氧发酵制氢、沼气发酵、CO2吸收、微藻固定CO2、沼液处理、能源草种植等多项技术有机的结合起来,使上述各项技术相互支持、相互依存,形成二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,该方法以有机废弃物作为原料通过厌氧发酵技术和沼气发电技术获得氢气和电两种清洁能源;同时以沼液作为微藻的全营养培养基,利用微藻将伴随氢气和电产生的CO2进行原位固定,并将藻类生物质作为产能原料;将沼渣作为能源草的肥料进行使用,并将能源草作为产能原料,实现了整个系统的资源循环利用产能,且不向外排放CO2温室气体。与单独厌氧发酵制氢技术相比,厌氧发酵联产氢和甲烷工艺大幅提高了能源回收效率;与单独沼气发电技术相比,沼气发电+CO2微藻固定工艺避免了CO2温室气体排放;与单独微藻固定CO2技术相比,沼液处理+CO2微藻固定工艺降低了微藻培养成本,因为利用了沼液作为微藻培养的全营养培养基。
本发明方法适合处理各种类型的有机废弃物,可应用于农业有机废弃物、工业有机废弃物、生活有机垃圾、污泥等的处理以及新能源开发等行业,通过该发明方法的应用,能够落实循环经济的具体应用示范,在消除环境污染的同时获取清洁能源,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。
附图说明
图1是本发明的工作流程图
附图标记说明:1-原料储存池,2-预处理装置,3-产氢调节池,4-厌氧产氢反应器,5-产甲烷调解池,6-厌氧产甲烷反应器,7-固液分离设备,8-沼液调节池,9-混匀池,10-光生物反应器,11-气浮罐,12-藻种扩培罐,13-二氧化碳吸收塔,14-吸收液再生塔,151-第一气水分离器,152-第二气水分离器,16-二氧化碳储罐,17-氢气储罐,18-沼气脱硫塔,19-沼气贮柜,20-沼气发电机组,21-冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示,本实施例的有机废弃物为畜禽粪便(猪粪)和农作物秸秆(稻秆),预处理装置为秸秆破碎机,微藻为耐热性小球藻(Chlorella sorokiniana),能源草为杂交狼尾草。其步骤如下:
(1)原料收集和预处理:将猪粪和稻秆分别收集并贮存于原料储存池1,利用秸秆破碎机2将秸秆破碎至粒径≤20mm;
(2)厌氧发酵制氢和氢气净化:采集沼气池的厌氧活性污泥,在80℃下加热60min作为产氢接种物,破碎后的秸秆和猪粪转移至产氢调节池3,根据秸秆和猪粪总质量的20%添加产氢接种物,并加水调节混合物料总固体浓度(TS)为30%;将上述混合物输送到厌氧产氢反应器4进行产氢发酵,控制发酵温度56℃,pH范围4.5~6.5,经过5天的产氢发酵后将剩余物输送到产甲烷调节池5;厌氧发酵产生的H2和CO2气体混合物输送到二氧化碳吸收塔13,以Selexol作为吸收液吸收混合气体中的CO2,剩余H2经过第一气水分离器151脱水后贮存于氢气储罐17;吸收液经过一段时间后达到饱和,此时将其泵到吸收液再生塔14进行再生,在煮沸条件下利用空气从再生塔14底部吹脱吸收液将CO2携带出从而使吸收液得到再生,CO2和空气的混合物经第二气水分离器152脱水后贮存于二氧化碳储罐16,以便被后续工艺中的微藻进行生物固定;
(3)沼气发酵和沼气发电:采集来自于沼气池的厌氧活性污泥作为产甲烷接种物,按产氢剩余物总质量的20%将其添加到产甲烷调节池5中并混合均匀,将混合物输送到厌氧产甲烷反应器6进行沼气发酵,控制发酵温度为56℃,pH为6.5~7.8,经过30天的沼气发酵后,利用固液分离设备7对残余物进行固液分离;产生的沼气(主要为CH4和CO2)经过沼气脱硫塔18脱硫后贮存于沼气贮柜19,随即通过沼气发电机组20进行发电,沼气发电后排放出的烟道气(主要为二氧化碳、空气、水蒸汽)经冷凝器21脱水后贮存于二氧化碳储罐16,以便被后续工艺中的微藻进行生物固定;
(4)沼液处理和微藻固定二氧化碳:经固液分离后的沼液含有溶解性氮、磷、硫、无机盐、微量元素、维生素等营养成分,可直接作为耐热性小球藻(Chlorella sorokiniana)的全营养培养基;将耐热性小球藻在藻种扩培罐12培养1周后作为接种藻液输送到混匀池9与经沼液调节池8调节的沼液充分混合,并将混合液泵入到光生物反应器10;来自二氧化碳储罐16的CO2+空气混合物从光生物反应器10的进气口进入,控制光生物反应器10温度为20℃,光照强度为1000~2000Lux,太阳或人造光源(阴天和夜晚时使用)连续24小时光照,并调节进气中CO2浓度为1%;耐热性小球藻在光生物反应器10内分别利用沼液、光和CO2作为营养源、能源和碳源进行光合自养生长固定CO2并生成藻类生物质;经过4周的培养后,将藻液从光生物反应器10输送到气浮罐11进行气浮处理,气浮罐11上部微藻浓度较高的微藻浆作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料输送到原料储存池1;气浮罐11下部的稀藻液回流到混匀池9作为下一培养批次的接种藻液;
(5)沼渣加工和能源草种植:经固液分离设备7产生的沼渣含有氮、磷、硫、无机盐、微量元素、维生素等植物生长所需的营养成分,在肥料加工场内进行烘干、粉碎后运输到杂交狼尾草种植基地作为固体有机肥施用,确保烘干后的沼渣含水率为20%~35%,经过6个月的生长期后进行收割并作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池1;
(6)余热回收利用:利用换热器回收步骤(3)中沼气发电时产生的大量余热,并将回收得到的热能用于厌氧产氢反应器4增温保温、厌氧产甲烷反应器6增温保温、光生物反应器10增温保温、以及沼渣烘干。
应用本实施例的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,在消除有机废弃物的同时获取了清洁能源H2和电能,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。
实施例2
本实施例的步骤与具体实施例1相同,只是其中有机废弃物为污泥(污水处理厂污泥)和生活有机垃圾(果蔬废弃物),微藻为Chlorella kessleri,能源草为象草。且:
步骤(2)中,厌氧活性污泥在100℃下加热30min作为产氢接种物,调节混合物料总固体浓度(TS)为15%,控制产氢发酵的发酵温度为38℃,产氢发酵时间为3天;步骤(3)中,控制发酵温度为38℃,沼气发酵时间为20天;步骤(4)中,控制光生物反应器温度为30℃,光照强度为4000~5000Lux,调节进气中CO2浓度为20%,微藻培养时间为3周;步骤(5)中,经过4个月的生长期进行收割。
应用本实施例的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,在消除有机废弃物的同时获取了清洁能源H2和电能,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。
实施例3
本实施例的步骤与具体实施例1相同,只是其中有机废弃物为污泥(造纸污泥)和生活有机垃圾(餐厨垃圾),微藻为Chlorococcum littorale,能源草为皇草。且:
步骤(2)中,厌氧活性污泥在115℃下加热15min作为产氢接种物,调节混合物料总固体浓度(TS)为8%,控制产氢发酵的发酵温度为30℃,产氢发酵时间为2天;步骤(3)中,控制发酵温度为30℃,沼气发酵时间为10天;步骤(4)中,控制光生物反应器温度为40℃,光照强度为7000~8000Lux,调节进气中CO2浓度为40%,微藻培养时间为2周;步骤(5)中,经过2个月的生长期进行收割。
应用本实施例的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,在消除有机废弃物的同时获取了清洁能源H2和电能,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。
实施例4
本实施例的步骤与具体实施例1相同,只是其中有机废弃物为农村有机垃圾,包括畜禽粪便(猪粪、牛粪、鸡粪)、农作物秸秆(稻秆、麦秆)、生活有机垃圾(餐厨垃圾、果蔬废弃物);微藻为混合藻,包括斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、四尾栅藻(Scenedesmus Quadricauda)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)、颤藻(Oscillatoria sp.),能源草为皇草。且:
步骤(1)中,厌氧活性污泥在100℃下加热20min作为产氢接种物,调节混合物料总固体浓度(TS)为16%,控制产氢发酵的发酵温度为35℃,产氢发酵时间为2天;步骤(3)中,控制发酵温度为35℃,沼气发酵时间为24天;步骤(4)中,控制光生物反应器温度为30℃,光照强度为5000~6000Lux,调节进气中CO2浓度为5%,微藻培养时间为4周;步骤(5)中,经过2个月的生长期进行收割。
应用本实施例的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,在消除有机废弃物的同时获取了清洁能源H2和电能,且在此过程中无温室气体排放,能够实现废弃物处理、清洁可再生能源生产、二氧化碳减排的三重效果。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然,本发明不限于以上实施例子,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)原料收集和预处理:收集各种有机废弃物分别贮存于原料储存池,利用预处理装置对各种有机废弃物进行除杂、破碎、粉碎、除砂等预处理,破碎至粒径≤20mm;
(2)厌氧发酵制氢和氢气净化:将预处理后的各种有机废弃物、产氢接种物和水进行混配,保证进入厌氧产氢反应器的物料总固体浓度≤30%;控制厌氧发酵制氢反应的温度为30~56℃,pH为4.5~6.5,物料停留时间为2~5天;在厌氧产氢反应器内,有机废弃物在水解产氢产酸菌的作用下发酵生成H2和CO2,产氢剩余物进入后续沼气发酵工艺;产生的H2和CO2气体混合物经CO2吸收液及气水分离器分别脱除CO2和水后获得纯氢;达到饱和的CO2吸收液通过加热和空气吹脱双重处理获得再生,从吸收液中逸出的CO2与空气的混合物经气水分离器脱水后贮存于二氧化碳储罐;
(3)沼气发酵和沼气发电:产氢剩余物和产甲烷接种物混合后进入厌氧产甲烷反应器,在产甲烷菌的作用下生成沼气,控制沼气发酵的温度为30~56℃,pH为6.5~7.8,停留时间10~30天;完成沼气发酵的残余物经固液分离后分为沼渣和沼液;产生的沼气经过脱硫后进行沼气发电,沼气发电后排放出的烟道气经冷凝脱水后贮存于二氧化碳储罐;
(4)沼液处理和微藻固定二氧化碳:经固液分离后的沼液,直接作为微藻的全营养培养基,沼液和接种藻液混合后进入光生物反应器,利用来自于二氧化碳储罐的CO2为碳源,进行以光合自养生长固定CO2方式的微藻培养,控制微藻培养的温度为20~40℃,光照强度为1000~8000Lux,太阳或人造光源连续24小时光照,并调节空气比例控制进气中CO2浓度为1%~40%;经过2~4周的培养后,将藻液进行气浮处理,浓度较高的微藻浆作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池;浓度较低的稀藻液作为接种藻液;
(5)沼渣加工和能源草种植:经固液分离后的沼渣,进行烘干、粉碎处理后输送到能源草种植基地作为固体有机肥施用,待进入收割期,收割能源草并作为厌氧发酵制氢和沼气发酵的原料贮存于原料储存池;
(6)余热回收利用:通过余热回收系统回收步骤(3)沼气发电产生的大量余热,并用于厌氧产氢反应器增温保温、厌氧产甲烷反应器增温保温、光生物反应器增温保温、以及沼渣烘干。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的步骤(5)中烘干沼渣,是使烘干后的沼渣含水率为20%~35%。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中的有机废弃物为农业有机废弃物、畜禽养殖废弃物、工业有机废弃物、生活有机垃圾或污泥。
4.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的产氢接种物为热处理厌氧活性污泥,其中热处理温度为80~115℃,热处理时间为15~60min。
5.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的产甲烷接种物为来自于沼气池、池塘或污水处理厂的厌氧活性污泥。
6.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的CO2吸收液为水、Selexol、单乙醇胺溶液、二乙醇胺溶液、三乙醇胺溶液或碱溶液。
7.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的步骤(3)中的固液分离为挤压式螺旋分离、卧式离心分离、高速离心、过滤、微滤、超滤的一种或多种组合。
8.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的微藻为绿藻门的小球藻(Chlorella)、栅藻(Scenedesmus)、衣藻(Chlamydomonas)、绿球藻(Chlorococcum)、扁藻(Playtmonas),蓝藻门的颤藻(Oscillatoria)、螺旋藻(Spirulina)、集胞藻(Synechocystis)、聚球藻(Synechococcus)或红藻门的紫球藻(Porphyridium)。
9.根据权利要求1或2所述的二氧化碳零排放型有机废弃物能源化利用的方法,其特征在于,所述的能源草为杂交狼尾草、象草、芦苇、荻草、皇草、玉米草或黑麦草。
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Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102068890A (zh) * 2010-12-24 2011-05-25 环境保护部华南环境科学研究所 复杂工业有机废气处理方法及装置
CN102284467A (zh) * 2011-05-17 2011-12-21 北京能源投资(集团)有限公司 等离子垃圾处理系统及方法
CN102337302A (zh) * 2011-09-26 2012-02-01 复旦大学 一种沼气生物净化及其废弃物资源化循环利用方法
CN102392052A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 复旦大学 一种利用沼液培养自养型淡水微藻提纯沼气的方法
CN102388741A (zh) * 2011-08-24 2012-03-28 中国科学院广州能源研究所 杂交狼尾草的种植方法及利用其作为原料联合生产沼气的方法
CN102559221A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 杭州鑫伟低碳技术研发有限公司 一种狼尾草生物碳的生产和储存及利用方法
CN102701801A (zh) * 2012-05-16 2012-10-03 上海交通大学 由无机肥制备有机肥或复合肥同时生产沼气能源的方法
CN102960147A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 云南农业大学 一种以沸石替代钾肥施肥用的三七育苗方法
CN103013603A (zh) * 2012-12-17 2013-04-03 复旦大学 一种多级串联式沼气品位提升系统
CN103255180A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 同济大学 一种以城镇污水厂污泥促进植物降解及释放溶解性有机物的方法
CN103359877A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 沈阳航空航天大学 高浓度污水多级硅藻生态处理系统
CN103589755A (zh) * 2013-11-15 2014-02-19 中聚天冠生物能源有限公司 一种沼气发电的工艺
CN103757058A (zh) * 2014-01-28 2014-04-30 福建农林大学 一种利用能源草和大型海藻共同发酵制备生物燃气的方法
CN104478183A (zh) * 2014-11-13 2015-04-01 中国科学院广州能源研究所 一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
CN104651412A (zh) * 2015-02-05 2015-05-27 昆明理工大学 一种二氧化碳和氢气生物甲烷化的方法
WO2015176281A1 (zh) * 2014-05-19 2015-11-26 广东启智生物科技有限公司 一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺
CN105695310A (zh) * 2016-04-18 2016-06-22 中国矿业大学 有机废弃物梯级转化产能系统及方法
CN106167301A (zh) * 2016-06-03 2016-11-30 高节义 城市生活垃圾处理与畜禽养殖业粪便水处理与城市生活污水处理结合的设施
CN106269799A (zh) * 2016-08-28 2017-01-04 北海生巴达生物科技有限公司 一种有效利用生物质的方法
CN106747695A (zh) * 2015-12-17 2017-05-31 厚利农公司 用于禽畜废弃物厌氧消化的系统及方法
CN106811227A (zh) * 2017-01-20 2017-06-09 福建农林大学 一种利用能源草沼渣制备生物油的方法
CN106982676A (zh) * 2017-03-14 2017-07-28 新奥泛能网络科技股份有限公司 一种供能系统
CN107142197A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 四川省天惠能源科技有限公司 一种沼气‑微藻联合生态处理系统及其应用
CN107460216A (zh) * 2016-06-05 2017-12-12 中国石油化工股份有限公司 一种利用烟气生产微藻油脂的方法
CN108291239A (zh) * 2015-11-18 2018-07-17 拜瑞威有限责任公司 通过共培养从二氧化碳产生甲烷的方法
CN108440033A (zh) * 2018-04-26 2018-08-24 东北农业大学 利用微藻吸收堆肥中co2并循环利用的方法
CN108728335A (zh) * 2018-06-04 2018-11-02 杭州中纽生物科技有限公司 一种利用生物质的联合生产方法
CN109530093A (zh) * 2018-11-05 2019-03-29 西安交通大学 一种以mea富液为浮选剂的煤泥浮选方法
CN109799457A (zh) * 2018-12-29 2019-05-24 北京建筑大学 一种燃料电池水管理监测系统及其工作方法
CN110422969A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 四川拓璞环保科技有限公司 液晶显示材料生产废水处理系统及方法
CN113072177A (zh) * 2021-03-10 2021-07-06 南京理工大学 利用原位藻同步处理污泥消化液和生物气的装置和方法
CN113912263A (zh) * 2021-10-11 2022-01-11 句容市茅山风景区福清畜禽养殖场 一种猪沼果藻鱼生态循环处理方法
CN114368838A (zh) * 2022-01-11 2022-04-19 苏州科特环保股份有限公司 一种氮磷废水的处理方法
CN114695934A (zh) * 2022-04-07 2022-07-01 国网江苏电力设计咨询有限公司 利用可再生资源制氢及发电双模系统
CN114908126A (zh) * 2022-06-15 2022-08-16 中国科学院广州能源研究所 一种厌氧发酵-热解耦合联产高品质气炭清洁循环利用产品的工艺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3043331B1 (fr) * 2015-11-06 2019-11-22 Suez Environnement Puits de carbone urbain

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009086307A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Core Intellectual Properties Holdings, Llc Methods and systems for biomass recycling and energy production
CN101549932A (zh) * 2009-05-14 2009-10-07 蔡志武 有机污水废渣处理耦合养藻炼油的生产方法
KR100949314B1 (ko) * 2009-08-28 2010-03-23 한밭대학교 산학협력단 유기성폐기물의 혐기성 소화액을 이용한 조류생산 장치
CN101760432A (zh) * 2008-12-17 2010-06-30 新奥科技发展有限公司 微藻两步法生产生物能源

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009086307A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Core Intellectual Properties Holdings, Llc Methods and systems for biomass recycling and energy production
CN101760432A (zh) * 2008-12-17 2010-06-30 新奥科技发展有限公司 微藻两步法生产生物能源
CN101549932A (zh) * 2009-05-14 2009-10-07 蔡志武 有机污水废渣处理耦合养藻炼油的生产方法
KR100949314B1 (ko) * 2009-08-28 2010-03-23 한밭대학교 산학협력단 유기성폐기물의 혐기성 소화액을 이용한 조류생산 장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《International Journal of Hydrogen Energy》 20080827 Chun-Feng Chu 等 A pH- and temperature-phased two-stage process for hydrogen and methane production from food waste 4739-4746 1-9 第33卷, 第18期 2 *
《Water Research》 20060630 Dawei Liu 等 Hydrogen and methane production from household solid waste in the two-stage fermentation process 2230-2236 1-9 第40卷, 第11期 2 *

Cited By (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102068890B (zh) * 2010-12-24 2013-04-03 环境保护部华南环境科学研究所 复杂工业有机废气处理方法及装置
CN102068890A (zh) * 2010-12-24 2011-05-25 环境保护部华南环境科学研究所 复杂工业有机废气处理方法及装置
CN102284467A (zh) * 2011-05-17 2011-12-21 北京能源投资(集团)有限公司 等离子垃圾处理系统及方法
CN102388741A (zh) * 2011-08-24 2012-03-28 中国科学院广州能源研究所 杂交狼尾草的种植方法及利用其作为原料联合生产沼气的方法
CN102392052A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 复旦大学 一种利用沼液培养自养型淡水微藻提纯沼气的方法
CN102337302A (zh) * 2011-09-26 2012-02-01 复旦大学 一种沼气生物净化及其废弃物资源化循环利用方法
CN102559221A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 杭州鑫伟低碳技术研发有限公司 一种狼尾草生物碳的生产和储存及利用方法
CN102701801B (zh) * 2012-05-16 2014-02-19 上海交通大学 由无机肥制备有机肥或复合肥同时生产沼气能源的方法
CN102701801A (zh) * 2012-05-16 2012-10-03 上海交通大学 由无机肥制备有机肥或复合肥同时生产沼气能源的方法
CN102960147A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 云南农业大学 一种以沸石替代钾肥施肥用的三七育苗方法
CN102960147B (zh) * 2012-11-16 2014-05-07 云南农业大学 一种以沸石基质代替钾肥施用的三七育苗方法
CN103013603A (zh) * 2012-12-17 2013-04-03 复旦大学 一种多级串联式沼气品位提升系统
CN103255180A (zh) * 2013-05-07 2013-08-21 同济大学 一种以城镇污水厂污泥促进植物降解及释放溶解性有机物的方法
CN103359877A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 沈阳航空航天大学 高浓度污水多级硅藻生态处理系统
CN103589755A (zh) * 2013-11-15 2014-02-19 中聚天冠生物能源有限公司 一种沼气发电的工艺
CN103589755B (zh) * 2013-11-15 2015-08-19 中聚天冠生物能源有限公司 一种沼气发电的工艺
CN103757058A (zh) * 2014-01-28 2014-04-30 福建农林大学 一种利用能源草和大型海藻共同发酵制备生物燃气的方法
WO2015176281A1 (zh) * 2014-05-19 2015-11-26 广东启智生物科技有限公司 一种资源化、无害化、减量化的餐厨废弃物处理工艺
CN104478183B (zh) * 2014-11-13 2016-01-20 中国科学院广州能源研究所 一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
CN104478183A (zh) * 2014-11-13 2015-04-01 中国科学院广州能源研究所 一种利用能源草和厌氧发酵技术联合处理市政污泥的方法
CN104651412A (zh) * 2015-02-05 2015-05-27 昆明理工大学 一种二氧化碳和氢气生物甲烷化的方法
CN108291239A (zh) * 2015-11-18 2018-07-17 拜瑞威有限责任公司 通过共培养从二氧化碳产生甲烷的方法
CN106747695A (zh) * 2015-12-17 2017-05-31 厚利农公司 用于禽畜废弃物厌氧消化的系统及方法
CN105695310A (zh) * 2016-04-18 2016-06-22 中国矿业大学 有机废弃物梯级转化产能系统及方法
CN106167301A (zh) * 2016-06-03 2016-11-30 高节义 城市生活垃圾处理与畜禽养殖业粪便水处理与城市生活污水处理结合的设施
CN107460216B (zh) * 2016-06-05 2019-12-13 中国石油化工股份有限公司 一种利用烟气生产微藻油脂的方法
CN107460216A (zh) * 2016-06-05 2017-12-12 中国石油化工股份有限公司 一种利用烟气生产微藻油脂的方法
CN106269799A (zh) * 2016-08-28 2017-01-04 北海生巴达生物科技有限公司 一种有效利用生物质的方法
CN106811227A (zh) * 2017-01-20 2017-06-09 福建农林大学 一种利用能源草沼渣制备生物油的方法
CN106982676A (zh) * 2017-03-14 2017-07-28 新奥泛能网络科技股份有限公司 一种供能系统
CN107142197A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 四川省天惠能源科技有限公司 一种沼气‑微藻联合生态处理系统及其应用
CN108440033A (zh) * 2018-04-26 2018-08-24 东北农业大学 利用微藻吸收堆肥中co2并循环利用的方法
CN108728335A (zh) * 2018-06-04 2018-11-02 杭州中纽生物科技有限公司 一种利用生物质的联合生产方法
CN109530093A (zh) * 2018-11-05 2019-03-29 西安交通大学 一种以mea富液为浮选剂的煤泥浮选方法
CN109799457A (zh) * 2018-12-29 2019-05-24 北京建筑大学 一种燃料电池水管理监测系统及其工作方法
CN110422969A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 四川拓璞环保科技有限公司 液晶显示材料生产废水处理系统及方法
CN113072177A (zh) * 2021-03-10 2021-07-06 南京理工大学 利用原位藻同步处理污泥消化液和生物气的装置和方法
CN113072177B (zh) * 2021-03-10 2022-12-09 南京理工大学 利用原位藻同步处理污泥消化液和生物气的装置和方法
CN113912263A (zh) * 2021-10-11 2022-01-11 句容市茅山风景区福清畜禽养殖场 一种猪沼果藻鱼生态循环处理方法
CN114368838A (zh) * 2022-01-11 2022-04-19 苏州科特环保股份有限公司 一种氮磷废水的处理方法
CN114695934A (zh) * 2022-04-07 2022-07-01 国网江苏电力设计咨询有限公司 利用可再生资源制氢及发电双模系统
CN114908126A (zh) * 2022-06-15 2022-08-16 中国科学院广州能源研究所 一种厌氧发酵-热解耦合联产高品质气炭清洁循环利用产品的工艺

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CN101914572B (zh) 2012-07-25

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