CN114084960A - 一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化碳固碳技术领域，尤其是涉及一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用。水生体系用二氧化碳固碳系统包括固碳装置、水生养殖系统以及水力循环系统；水生体系用二氧化碳固碳系统可以对水体中高浓度二氧化碳进行固定和转化，降低水体中二氧化碳浓度的同时将水体进行净化回用。本发明具有工艺流程简单、充分利用水生养殖产生的二氧化碳、系统内水体循环利用以及能耗低等优点，可满足水生养殖减碳排放需要，同时为固碳生物养殖提供优质的碳源。

Description

一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用

技术领域

本发明涉及二氧化碳固碳技术领域，尤其是涉及一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用，可以对水产养殖水体中高浓度二氧化碳进行固定和转化，降低水体中二氧化碳浓度的同时将水体进行净化回用。

背景技术

气候变暖是21世纪以来人们倍受关注的自然环境问题之一。在2016年全球签订的《巴黎协定》中明确指出了气候变暖对人类造成的危害。导致全球变暖的因素有许多，其中二氧化碳的排放成为近几年的焦点，工业源排放的二氧化碳已经逐渐得到重视，但是水产养殖业的碳排放量常常被忽视。因此研发一类高效的水产养殖固碳系统，能够有效地减轻养殖业碳排放压力，同时提高水体的回收利用率。

目前水生养殖废水处理方式一般通过生化法处理废水，该废水处理方式存在明显缺陷，大多不考虑二氧化碳的固定效果，容易造成水体中高浓度的二氧化碳返回到大气中，造成碳排放的增加。专利“一种微藻固碳及污水生态处理系统”(201720740629.9)提供的系统包括，包括微藻固碳系统和微藻污水处理系统；所述微藻固碳系统包括碳源和微藻生长繁殖装置；所述微藻污水处理系统包括污水源；所述微藻污水处理系统利用微藻生长繁殖装置进行污水的处理。该专利提供的处理系统能够在固碳的同时高效处理污水，能够实现微藻固碳和污水处理的产业化运行。但该工艺中由于使用工业生活等污水为原料水，尽管可以为微生物提供必要的营养物质和碳源，但是由于废水中物质成分比较复杂，无法保证固碳菌种生产环境稳定，稳定性较差，而且整个系统建设非常复杂，固碳成本较高。

专利“一种微藻固碳的光生物反应装置”(202021537399.4)提供包括壳体，所述壳体位于底座上，所述壳体四周呈透明状、且壳体四周外包裹有聚光体，所述聚光体采用透光玻璃制作，聚光体的外侧布满单凸透状单元、其内侧呈圆柱状贴合于壳体外；所述壳体内中央安装有转轴，所述转轴侧面每隔90度通过支撑架固定有竖向刮板，所述竖向刮板贴合于壳体内壁。该专利利用聚光体增加反应装置内部微藻培养液的光照强度，利用自动刮板清理挂壁微藻，进而提高微藻固碳效率。该专利可增加尾气余热对物料的热脱附处理过程，但过程中设备没有水体过滤净化功能，在水体交换过程中也会带来微生物的损失，且菌种在繁殖过程中没有混合功能，容易造成菌种受光不均匀，降低菌种固碳能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用。水生体系用二氧化碳固碳系统包括固碳装置，水生养殖系统以及水力循环系统，可以对水产养殖水体中高浓度二氧化碳进行固定和转化，降低水体中二氧化碳浓度的同时将水体进行净化回用。本发明具有工艺流程简单，充分利用水生养殖产生的二氧化碳，系统内水体循环利用以及能耗低等优点，可满足水生养殖减碳排放需要，同时为固碳生物养殖也提供了优质的碳源。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种水生体系用二氧化碳固碳系统，包括固碳装置、水生养殖系统和水力循环系统；

所述固碳装置包括装置筒体、过滤管、中空旋转轴、旋转驱动，所述装置筒体内用于容纳待处理的水以及用于装填固碳生物，所述过滤管位于装置筒体内，所述过滤管为中空管，所述过滤管的外侧为进液侧，所述过滤管的内部为出液侧，所述中空旋转轴位于装置筒体内，且所述中空旋转轴的内部与过滤管的内部相连通，所述旋转驱动位于装置筒体外，且与中空旋转轴连接，用于驱动中空旋转轴及过滤管旋转，

所述水生养殖系统的出水口通过水力循环系统与所述装置筒体连通，所述固碳装置用于对所述水生养殖系统的出水进行固碳净化，所述中空旋转轴的下端作为所述固碳装置的出液口回流连接至所述水生养殖系统。

在本发明的一个实施方式中，所述过滤管设置多个，且放置在与中空旋转轴相固定的结构中，与中空旋转轴同步旋转；

所述过滤管的上下端分别与中空旋转轴固定，且过滤管的内部与中空旋转轴的内部连通；所述过滤管的管壁上设置有孔径小于固碳生物体积粒度的过滤孔。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体内还设置有搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括上桨叶和下桨叶两部分，上桨叶和下桨叶分别位于靠近装置筒体上下两端的位置，且上桨叶和下桨叶分别固定在中空旋转轴的外侧，中空旋转轴旋转时，搅拌桨叶随同旋转。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体上方连接有装置上盖，所述装置筒体下方连接有装置底座，所述装置底座下方设置机封总承，所述旋转驱动连接在机封总承下方，所述中空旋转轴的上端固定连接在装置上盖上，所述中空旋转轴的下端贯穿装置底座、机封总承和旋转驱动以后连接滤液出口；所述滤液出口回流连接至所述水生养殖系统。

在本发明的一个实施方式中，所述装置上盖上设置有与水力循环系统相连通的进液口，以及用于向装置筒体内装填固碳生物和营养液的物质交换口。

在本发明的一个实施方式中，所述装置底座上设置有用于将装置筒体内固碳生物排出的排料口。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体为透明结构，所述装置筒体外设置有用于向装置筒体提供照明的照明装置。

在本发明的一个实施方式中，所述照明装置为可提供光源的日光灯或者LED灯带。

在本发明的一个实施方式中，所述水生养殖系统内部设置有液体均布口，所述液体均布口为单管或多管结构，管上设置有喷孔；所述固碳装置的滤液出口回流连接至液体均布口。

本发明的第二个目的是提供一种上述水生体系用二氧化碳固碳系统的应用，包括以下步骤：

(S1)工艺准备：根据工艺要求，对固碳生物的体积粒度分布情况进行测试，选择出孔径合适的过滤管，并连接好管路；

(S2)固碳生物培养操作：将固碳生物和营养液通过物质交换口加入到固碳装置中，并调节好水体pH及营养液浓度，在养殖过程中根据养殖需要打开照明装置，打开旋转驱动带动中空旋转轴、搅拌桨叶以及过滤管，对内部固碳生物进行均匀搅拌，使固碳生物均匀吸收光照；

(S3)水体交换：当固碳装置水体中二氧化碳浓度下降时，关闭物质交换口，开启水力循环系统和旋转驱动，中空旋转轴带动搅拌桨叶以及过滤管，将水体通过过滤管输送至中空旋转轴，然后通过滤液出口、液体均布口进入水生养殖系统中；水生养殖系统中二氧化碳含量高的水体通过水力循环系统进入到进液口中；

(S4)卸料操作：当水体中固碳生物需要更换时关闭水力循环系统，打开物质交换口和排料口，根据情况适当开启旋转驱动，将固碳生物排出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明可以将水生养殖水体净化脱碳后返回到水生养殖系统中，实现水体内循环，减少水资源的浪费。该装置简单、稳定，工艺链较短，处理效率高。

(2)本发明工艺流程简单，可以充分利用水生养殖产生的二氧化碳，能够实现系统内水体循环利用，且能耗低，可满足水生养殖减碳排放需要，同时为固碳生物养殖也提供了优质的碳源。

(3)本发明固碳过程中可实现水体内固碳生物的充分旋转均匀受光；在水体交换过程中，过滤管的旋转也可减少水体中颗粒和藻类在过滤管表面的吸附和架桥作用，保证水体循环通量，提高过滤管使用周期。

附图说明

图1为实施例1中一种水生体系用二氧化碳固碳系统及应用流程示意图；

图2为实施例1中一种水生体系用二氧化碳固碳系统中过滤管、搅拌桨叶、中空旋转轴安装及排布示意；

图3为实施例1中一种水生体系用二氧化碳固碳系统的固碳装置俯视图；

图中标号：1、物质交换口；2、装置上盖；3、搅拌桨叶；4、过滤管；5、中空旋转轴；6、排料口；7、机封总承；8、旋转驱动；9、滤液出口；10、进液口；11、装置筒体；12、照明装置；13、液体均布口；14、水生养殖系统；15、水力循环系统；16、装置底座。

具体实施方式

本发明提供一种水生体系用二氧化碳固碳系统，包括固碳装置、水生养殖系统和水力循环系统；

所述固碳装置包括装置筒体、过滤管、中空旋转轴、旋转驱动，所述装置筒体内用于容纳待处理的水以及用于装填固碳生物，所述过滤管位于装置筒体内，所述过滤管为中空管，所述过滤管的外侧为进液侧，所述过滤管的内部为出液侧，所述中空旋转轴位于装置筒体内，且所述中空旋转轴的内部与过滤管的内部相连通，所述旋转驱动位于装置筒体外，且与中空旋转轴连接，用于驱动中空旋转轴及过滤管旋转；

所述水生养殖系统的出水口通过水力循环系统与所述装置筒体连通，所述固碳装置用于对所述水生养殖系统的出水进行固碳净化，所述中空旋转轴的下端作为所述固碳装置的出液口回流连接至所述水生养殖系统。

在本发明的一个实施方式中，所述过滤管设置多个，且放置在与中空旋转轴相固定的结构中，与中空旋转轴同步旋转；

所述过滤管的上下端分别与中空旋转轴固定，且过滤管的内部与中空旋转轴的内部连通；所述过滤管的管壁上设置有孔径小于固碳生物体积粒度的过滤孔。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体内还设置有搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括上桨叶和下桨叶两部分，上桨叶和下桨叶分别位于靠近装置筒体上下两端的位置，且上桨叶和下桨叶分别固定在中空旋转轴的外侧，中空旋转轴旋转时，搅拌桨叶随同旋转。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体上方连接有装置上盖，所述装置筒体下方连接有装置底座，所述装置底座下方设置机封总承，所述旋转驱动连接在机封总承下方，所述中空旋转轴的上端固定连接在装置上盖上，所述中空旋转轴的下端贯穿装置底座、机封总承和旋转驱动以后连接滤液出口；所述滤液出口回流连接至所述水生养殖系统。

在本发明的一个实施方式中，所述装置上盖上设置有与水力循环系统相连通的进液口，以及用于向装置筒体内装填固碳生物和营养液的物质交换口。

在本发明的一个实施方式中，所述装置底座上设置有用于将装置筒体内固碳生物排出的排料口。

在本发明的一个实施方式中，所述装置筒体为透明结构，所述装置筒体外设置有用于向装置筒体提供照明的照明装置。

在本发明的一个实施方式中，所述照明装置为可提供光源的日光灯或者LED灯带。

在本发明的一个实施方式中，所述水生养殖系统内部设置有液体均布口，所述液体均布口为单管或多管结构，管上设置有喷孔；所述固碳装置的滤液出口回流连接至液体均布口。

本发明提供一种上述水生体系用二氧化碳固碳系统的应用，包括以下步骤：

(S1)工艺准备：根据工艺要求，对固碳生物的体积粒度分布情况进行测试，选择出孔径合适的过滤管，并连接好管路；

(S2)固碳生物培养操作：将固碳生物和营养液通过物质交换口加入到固碳装置中，并调节好水体pH及营养液浓度，在养殖过程中根据养殖需要打开照明装置，打开旋转驱动带动中空旋转轴、搅拌桨叶以及过滤管，对内部固碳生物进行均匀搅拌，使固碳生物均匀吸收光照；

(S3)水体交换：当固碳装置水体中二氧化碳浓度下降时，关闭物质交换口，开启水力循环系统和旋转驱动，中空旋转轴带动搅拌桨叶以及过滤管，将水体通过过滤管输送至中空旋转轴，然后通过滤液出口、液体均布口进入水生养殖系统中；水生养殖系统中二氧化碳含量高的水体通过水力循环系统进入到进液口中；

(S4)卸料操作：当水体中固碳生物需要更换时关闭水力循环系统，打开物质交换口和排料口，根据情况适当开启旋转驱动，将固碳生物排出。

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

本实施例提供一种水生体系用二氧化碳固碳系统。

如图1-图3所示，一种水生体系用二氧化碳固碳系统，包括固碳装置、水生养殖系统14和水力循环系统15；

固碳装置包括装置筒体11、过滤管4、中空旋转轴5、旋转驱动8；装置筒体11内用于容纳待处理的水以及用于装填固碳生物；

过滤管4设置多个，并于装置筒体11内，过滤管4为中空管，过滤管4的管壁上设置有孔径小于固碳生物粒径的过滤孔，过滤管4的外侧为进液侧、内部为出液侧；且放置在与中空旋转轴5相固定的结构中，与中空旋转轴5同步旋转；过滤管4材质选自塑料、金属、陶瓷，材料的截留精度可以对固碳生物进行有效截留。

中空旋转轴5位于装置筒体11内，且中空旋转轴5的内部与过滤管4的内部相连通，即：过滤管4的上下端分别与中空旋转轴5固定，且过滤管4的内部与中空旋转轴5的内部连通；中空旋转轴5利用耐腐蚀金属(不锈钢、有色金属等)加工而成。

旋转驱动8位于装置筒体11外，且与中空旋转轴5连接，用于驱动中空旋转轴5及过滤管4旋转，旋转驱动8可变频调节转速。

装置筒体11内还设置有搅拌桨叶3，搅拌桨叶3包括上桨叶和下桨叶两部分，上桨叶和下桨叶分别位于靠近装置筒体11上下两端的位置，且上桨叶和下桨叶分别固定在中空旋转轴5的外侧，中空旋转轴5旋转时，搅拌桨叶3随同旋转；搅拌桨叶3可根据要求，调换桨叶旋转角度，桨叶旋转方向可以相同，也可以不同。

装置筒体11为透明结构，装置筒体11外设置有用于向装置筒体11提供照明的照明装置12，照明装置12为可提供光源的日光灯或者LED灯带；

装置筒体11上方连接有装置上盖2，下方连接有装置底座16；装置上盖2上设置有与水力循环系统15相连通的进液口10，以及用于向装置筒体11内装填固碳生物和营养液的物质交换口1；装置底座16上设置有用于将装置筒体11内固碳生物排出的排料口6；装置底座16下方设置机封总承7，旋转驱动8连接在机封总承7下方，中空旋转轴5的上端固定连接在装置上盖2上，中空旋转轴5的下端贯穿装置底座16、机封总承7和旋转驱动8以后连接滤液出口9；滤液出口9为旋转接头，材质选自不锈钢或者有色金属等材料，上部与中空旋转轴5连接，下部与水生养殖系统14相连；

水生养殖系统14内部设置有液体均布口13，液体均布口13为单管或多管结构，管上设置有喷孔，负责将滤液分散均匀喷出，减少对水体环境影响；水生养殖系统14内主要养殖各种鱼类，水体中二氧化碳含量较高；水生养殖系统14的出水口通过水力循环系统15与固碳装置的进液口10连通，固碳装置用于对水生养殖系统14的出水进行固碳净化，中空旋转轴5的下端的滤液出口9回流连接至水生养殖系统14的液体均布口13，以此实现水体的循环以及碳源的交换。

实施例2

本实施例提供一种水生体系用二氧化碳固碳系统的应用，包括以下步骤：

(1)工艺准备

根据工艺要求，对需要养殖的固碳生物粒度进行测试，发现其最小当量粒径为0.8微米，水产养殖水体中固体颗粒最小粒径为4.1微米。根据该情况选择了截留精度为0.5微米的过滤管4，装置筒体11总容积约100升，连接好系统。

(2)固碳生物培养操作

固碳生物和营养液通过物质交换口1(养殖过程中该交换口根据固碳生物需要打开或者关闭)进入到固碳装置中并调节水体pH为7，在养殖过程中根据养殖需要打开了照明装置12为工业用LED照明灯，并打开旋转驱动8调整转速为10转/分钟带动不锈钢材料加工而成的中空旋转轴5进行旋转，可对内部固碳生物进行均匀搅拌，使固碳生物吸收光照均匀。

(3)水体交换

约2小时后当水体中二氧化碳浓度下降时，关闭装置上盖2上的物质交换口1阀门，开启水力循环系统15，将旋转驱动8的转速调整为80转/分钟，带动搅拌桨叶3以及过滤管4的旋转。将固碳装置中的低二氧化碳浓度水通过过滤管4输送至中空旋转轴5，然后通过滤液出口9排到液体均布口13，其中液体均布口13是一个长度为1米的不锈钢金属管，管壁上均布30个直径为10毫米的排水孔。最后返回到水生养殖系统14中，水生养殖系统14通过水力循环系统15将二氧化碳浓度高的水体通过进液口10输送至固碳装置，从而实现水体循环流动以及碳源的交换。整个液体交换过程用时约5分钟。

(4)卸料操作

上述过程约一周时间完成，关闭水力循环系统15，打开物质交换口1和排料口6，开启旋转驱动8并调节转速为20转/分钟，将固碳生物全部排出，并开展下一批次工作。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，包括固碳装置、水生养殖系统(14)和水力循环系统(15)；

所述固碳装置包括装置筒体(11)、过滤管(4)、中空旋转轴(5)、旋转驱动(8)，所述装置筒体(11)内用于容纳待处理的水以及用于装填固碳生物，所述过滤管(4)位于装置筒体(11)内，所述过滤管(4)为中空管，所述过滤管(4)的外侧为进液侧，所述过滤管(4)的内部为出液侧，所述中空旋转轴(5)位于装置筒体(11)内，且所述中空旋转轴(5)的内部与过滤管(4)的内部相连通，所述旋转驱动(8)位于装置筒体(11)外，且与中空旋转轴(5)连接，用于驱动中空旋转轴(5)及过滤管(4)旋转，

所述水生养殖系统(14)的出水口通过水力循环系统(15)与所述装置筒体(11)连通，所述固碳装置用于对所述水生养殖系统(14)的出水进行固碳净化，所述中空旋转轴(5)的下端作为所述固碳装置的出液口回流连接至所述水生养殖系统(14)。

2.根据权利要求1所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述过滤管(4)设置多个，且放置在与中空旋转轴(5)相固定的结构中，与中空旋转轴(5)同步旋转；

所述过滤管(4)的上下端分别与中空旋转轴(5)固定，且过滤管(4)的内部与中空旋转轴(5)的内部连通；所述过滤管(4)的管壁上设置有孔径小于固碳生物体积粒度的过滤孔。

3.根据权利要求1所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述装置筒体(11)内还设置有搅拌桨叶(3)，所述搅拌桨叶(3)包括上桨叶和下桨叶两部分，上桨叶和下桨叶分别位于靠近装置筒体(11)上下两端的位置，且上桨叶和下桨叶分别固定在中空旋转轴(5)的外侧，中空旋转轴(5)旋转时搅拌桨叶(3)随同旋转。

4.根据权利要求1所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述装置筒体(11)上方连接有装置上盖(2)，所述装置筒体(11)下方连接有装置底座(16)，所述装置底座(16)下方设置机封总承(7)，所述旋转驱动(8)连接在机封总承(7)下方，所述中空旋转轴(5)的上端固定连接在装置上盖(2)上，所述中空旋转轴(5)的下端贯穿装置底座(16)、机封总承(7)和旋转驱动(8)以后连接滤液出口(9)；所述滤液出口(9)回流连接至所述水生养殖系统(14)。

5.根据权利要求4所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述装置上盖(2)上设置有与水力循环系统(15)相连通的进液口(10)，以及用于向装置筒体(11)内装填固碳生物和营养液的物质交换口(1)。

6.根据权利要求4所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述装置底座(16)上设置有用于将装置筒体(11)内固碳生物排出的排料口(6)。

7.根据权利要求1所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述装置筒体(11)为透明结构，所述装置筒体(11)外设置有用于向装置筒体(11)提供照明的照明装置(12)。

8.根据权利要求7所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述照明装置(12)为可提供光源的日光灯或者LED灯带。

9.根据权利要求1所述的一种水生体系用二氧化碳固碳系统，其特征在于，所述水生养殖系统(14)内部设置有液体均布口(13)，所述液体均布口(13)为单管或多管结构，管上设置有喷孔；所述固碳装置的滤液出口(9)回流连接至液体均布口(13)。

10.一种如权利要求1所述的水生体系用二氧化碳固碳系统的应用，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)工艺准备：根据工艺要求，对固碳生物的体积粒度分布情况进行测试，选择出孔径合适的过滤管(4)，并连接好管路；

(S2)固碳生物培养操作：将固碳生物和营养液通过物质交换口(1)加入到固碳装置中，并调节好水体pH及营养液浓度，在养殖过程中根据养殖需要打开照明装置(12)，打开旋转驱动(8)带动中空旋转轴(5)、搅拌桨叶(3)以及过滤管(4)，对内部固碳生物进行均匀搅拌，使固碳生物均匀吸收光照；

(S3)水体交换：当固碳装置水体中二氧化碳浓度下降时，关闭物质交换口(1)，开启水力循环系统(15)和旋转驱动(8)，中空旋转轴(5)带动搅拌桨叶(3)以及过滤管(4)，将水体通过过滤管(4)输送至中空旋转轴(5)，然后通过滤液出口(9)、液体均布口(13)进入水生养殖系统(14)中；水生养殖系统(14)中二氧化碳含量高的水体通过水力循环系统(15)进入到进液口(10)中；

(S4)卸料操作：当水体中固碳生物需要更换时关闭水力循环系统(15)，打开物质交换口(1)和排料口(6)，将固碳生物排出。

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