CN209383618U - 一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统；包括沼气罐、沼气与燃煤发电单元、沼液预处理单元、小球藻生产单元和猪场；所述沼气罐、沼气与燃煤发电单元、小球藻生产单元和猪场按照工艺顺序依次连接，所述猪场与沼气罐连接形成回路系统；所述沼液预处理单元连接在所述沼气罐和小球藻生产单元之间；所述沼气与燃煤发电单元利用沼气和燃煤进行发电，产生的尾气用作所述小球藻生产单元的外加碳源，所述沼液预处理单元将沼液处理后排入到小球藻生产单元进行小球藻的培养。本实用新型提供的系统利用小球藻处理沼液废水，吸收电厂的碳排放，并将净化后的沼气与燃煤联合循环发电，不仅降低成本，还具有巨大的经济效益和生态效应。

Description

一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统

技术领域

本实用新型涉及环境保护领域，具体是一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统。

背景技术

小球藻是一种球形单细胞淡水藻类，是一种高效的光合植物，以光合自养生长繁殖。其细胞内的蛋白质、脂肪和碳水化合物含量都很高，又有多种维生素，可食用和作为饵料，同时小球藻易于培养，不仅能光能自养，还能在异养条件下利用有机碳源进行生长、繁殖；并且生长繁殖速度快，是地球上动植物中唯一能在20h增长4倍的生物，具有很高的应用价值。

随着人们生活水平达到提高人们对于猪肉的需求量日益上升，同时也导致了大量猪粪废水的产生，目前国内猪场基本都采用厌氧发酵的方式处理猪粪废水，发酵后的猪粪废水大部分有机物得以去除，同时产生大量沼气，但是发酵后的产生的沼液中COD、以及N、P元素的含量较高，难以处理。

当前，发电企业都面临着购买碳排放权的问题，即控排企业需要依法取得向大气排放温室气体的权利和总量。当企业实际排放量较多时，超出部分需花钱购买；而当企业实际排放较少，结余部分则可在碳交易市场上出售。电厂作为碳排放大户，高碳排放量无疑是其沉重的负担。所述需要有效处理猪场沼液以及降低电厂碳排放，在降低企业运行成本的同时，也可以带来巨大的经济效益和环保效益。

专利文件CN103396950A公开了一种基于微藻养殖的沼液生态净化方法，包括如下步骤：(1)沼液预处理；(2)自养型微藻的驯化培养，获得能够在70％-100％沼液中快速生长的藻株；(3)种子液的制备；(4)微藻生长耦合沼液净化方法：经驯化后的藻种经扩培后接种到开放式光生物反应器中培养，采用半连续培养方法和补料流加培养等优化的方法手段，获得高密度生长的小球藻生物量，同时净化沼液；(5)微藻细胞的生化破壁：将微藻细胞引入生化破壁池，投放淡水鱼，获得破壁的藻浆；(6)采收微藻细胞并回收利用沼液。所述方法不仅为沼液净化提供了方法，且收获的藻细胞和沼液可以回收利用，实现了沼液的生态化处理，在改善环境的同时产生经济和社会效益。

专利文件CN108485931A公开了一种基于小球藻处理发酵沼液的连续处理系统，包括沼液预处理单元、小球藻培养单元和小球藻采收单元，沼液预处理单元包括发酵罐、沼液调节池、微电解罐、Fenton氧化罐、中和沉淀池、以及脱色沼液罐，小球藻培养单元包括若干管式光生物反应器，该反应器包括三个进料口，分别用于输入小球藻培养液、经脱色沼液罐排出的清洁液、以及气体，小球藻采收单元包括离心机，离心机与管式光生物反应器的出料口连通，经离心机处理后得到小球藻藻浆和小球藻净化后的过滤液。本发明预处理后的沼液用于培养小球藻，小球藻光生物反应器能够有效处理发酵沼液，结合人工湿地处理可达到农田灌溉水质标准，而且培养的小球藻具有显著的经济价值。

但是上述发明中均没有利用沼气为锅炉点火或者助燃，利用沼气与燃煤联合发电，此外也没有将小球藻的处理与电厂尾气中的废气处理联系起来，而本申请通过沼气罐、沼气与燃煤发电单元、小球藻生产单元和猪场连接形成的回路系统，资源整合利用沼液、电厂余热和电厂尾气生产小球藻，获得高价值的小球藻产品。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，利用小球藻处理沼液废水，净化沼气，吸收电厂的碳排放，并将沼气与燃煤联合循环发电，不仅降低成本，还具有巨大的经济效益和生态效应。

本实用新型实现实用新型目的采用如下技术方案：

一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，包括沼气罐、沼气与燃煤发电单元、沼液预处理单元、小球藻生产单元和猪场；所述沼气罐、沼气与燃煤发电单元、小球藻生产单元和猪场按照工艺顺序依次连接，所述猪场与沼气罐连接形成回路系统；所述沼液预处理单元连接在所述沼气罐和小球藻生产单元之间；所述沼气与燃煤发电单元利用沼气和燃煤进行发电，产生的尾气用作所述小球藻生产单元的外加碳源，所述沼液预处理单元将沼液处理后排入到小球藻生产单元进行小球藻的培养。

进一步地，所述沼气与燃煤发电单元包括脱硫塔、变压吸附塔、冷凝水箱、沼气存储罐、电厂燃烧发电系统、尾气净化装置和尾气储气罐，所述脱硫塔进气口与沼气罐相连，所述脱硫塔出气口与变压吸附塔进气口相连，所述变压吸附塔出气口与冷凝水箱进气口相连，所述冷凝水箱出气口与沼气存储罐相连，所述沼气存储罐与电厂燃烧发电系统、尾气净化装置和尾气储气罐依次相连，所述尾气储气罐与小球藻生产单元相连。

进一步地，所述沼液预处理单元包括表面接触氧化池、沉淀池和调节池，其中，所述表面接触氧化池的进水口与沼气罐相连，出水口与沉淀池的进水口相连，所述沉淀池出水口与调节池的进水口相连，所述调节池的出水口与小球藻生产单元相连。

进一步地，所述表面接触氧化池连接有鼓风机。

进一步地，所述小球藻生产单元包括小球藻光生物反应器、絮凝沉淀池和小球藻浓缩液储池；所述小球藻光生物反应器包括一个进气口，一个进水口和两个出水口，其中进气口与尾气储气罐相连，进水口与调节池的出水口相连，两个出水口其中一个与絮凝沉淀池相连，另一个出水口排出部分小球藻产品；所述絮凝沉淀池的出水口与小球藻浓缩液储池的进水口相连，所述小球藻浓缩液储池出水口与猪场相连。

进一步地，所述沼气与燃煤发电单元包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统分别与所述电厂燃烧发电系统和所述小球藻光生物反应器相连，连接的管道内水循环流动。

进一步地，所述系统包括回水单元，所述回水单元包括消毒池和储水池，其中，所述消毒池的进水口与絮凝沉淀池出水口相连，所述消毒池的出水口与储水池进水口相连，所述储水池设置有两个出水口，其中一个出水口与猪场相连，另一个出水口用于出水。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果体现在：

1、使用沼气与燃煤联合发电，利用沼气为锅炉点火或者助燃，降低电厂运行成本；

2、利用小球藻在光照条件下，高效的氮、磷利用率以及快速生长的特性，可以处理猪场产生的大量的富含高浓度的COD、以及N、P元素的沼液；使用小球藻处理猪场沼液，解决了猪场沼液处理难的问题，降低了猪场的污水处理成本，提升了猪场出水水质；

3、利用小球藻处理电厂尾气中的CO₂，降低了电厂碳排放，省去了培养小球藻的外加碳源；

4、通过资源整合利用沼液、电厂余热和电厂尾气生产小球藻，获得高价值的小球藻产品。

附图说明

图1是本实用新型的流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。

一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，包括沼气罐1、沼气与燃煤发电单元2、沼液预处理单元3、小球藻生产单元4和猪场5；所述沼气罐1、沼气与燃煤发电单元2、小球藻生产单元4和猪场5按照工艺顺序依次连接，所述猪场5与沼气罐1连接形成回路系统；所述沼液预处理单元3连接在所述沼气罐1和小球藻生产单元4之间；所述沼气与燃煤发电单元2利用沼气和燃煤进行发电，产生的尾气用作所述小球藻生产单元4的外加碳源，所述沼液预处理单元3将沼液处理后排入到小球藻生产单元4进行小球藻的培养；

所述沼气与燃煤发电单元2包括脱硫塔21、变压吸附塔22、冷凝水箱23、沼气存储罐24、电厂燃烧发电系统25、尾气净化装置26和尾气储气罐27，所述脱硫塔21进气口与沼气罐1相连，所述脱硫塔21出气口与变压吸附塔22进气口相连，所述变压吸附塔22出气口与冷凝水箱23进气口相连，所述冷凝水箱23出气口与沼气存储罐24相连，所述沼气存储罐24与电厂燃烧发电系统25、尾气净化装置26和尾气储气罐27依次相连，所述尾气储气罐27与小球藻生产单元4相连。

所述沼液预处理单元3包括表面接触氧化池31、沉淀池32和调节池33，其中，所述表面接触氧化池31的进水口与沼气罐1相连，出水口与沉淀池32的进水口相连，所述沉淀池32出水口与调节池33的进水口相连，所述调节池33的出水口与小球藻生产单元4相连。

所述表面接触氧化池31连接有鼓风机311。

所述小球藻生产单元4包括小球藻光生物反应器41、絮凝沉淀池42和小球藻浓缩液储池43；所述小球藻光生物反应器41包括一个进气口，一个进水口和两个出水口，其中进气口与尾气储气罐27相连，进水口与调节池33的出水口相连，两个出水口其中一个与絮凝沉淀池42相连，另一个出水口排出部分小球藻产品；所述絮凝沉淀池42的出水口与小球藻浓缩液储池43的进水口相连，所述小球藻浓缩液储池43出水口与猪场5相连。

所述沼气与燃煤发电单元2包括冷却水循环系统28，所述冷却水循环系统28分别与所述电厂燃烧发电系统25和所述小球藻光生物反应器41相连，连接的管道内水循环流动。

作为比较手段，所述系统还包括回水单元6，所述回水单元6包括消毒池61和储水池62，其中，所述消毒池61的进水口与絮凝沉淀池42出水口相连，所述消毒池61的出水口与储水池62进水口相连，所述储水池62设置有两个出水口，其中一个出水口与猪场5相连，另一个出水口用于出水。

这种系统的工作方式为：

沼气罐1内产生的沼气进入沼气与燃煤发电单元2，沼气罐1内产生的沼液排放到沼液预处理单元3，然后利用沼气与燃煤发电单元2产生的余热和尾气以及沼液预处理单元3处理后的沼液输入到小球藻处理单元用于小球藻的生产，生产后的小球藻可以收集用作饲料用于养猪，猪场5产生猪粪废水回收进入沼气罐1中进行产气发酵实现了系统的循环。

更为具体的步骤包括：

沼气与燃烧发电单元通过脱硫塔21将沼气罐1产生的沼气脱硫，然后排入到变压吸附塔22内，去除沼气中的CO₂，然后沼气排入冷凝水箱23冷凝去除水蒸气，再用沼气存储罐24储存沼气用以输入到电厂燃烧发电系统25和燃煤联合循环发电；所述电厂燃烧发电系统25所产生的尾气经过尾气净化装置26净化后排入到小球藻光生物反应器41作为其外加碳源，小球藻吸收CO₂的同时对尾气中的NO_x进一步利用；所述电厂燃烧发电系统25燃煤电厂所产生的废热以及尾气中的废热由冷却水循环系统28回收。

所述脱硫塔21使用干法氧化铁脱硫工艺去除沼气中的H₂S；所述变压吸附塔22使用变压吸附的方法去除沼气中的CO₂；所述冷凝水箱23采用冷凝器除去沼气中的水蒸气；所述燃煤电厂使用沼气与燃煤联合循环发电方式，利用沼气为锅炉点火或者助燃。

所述沼液预处理单元3的通过表面接触氧化池31对沼液进行曝气，曝气后的沼液排入沉淀池32，经沉淀后沼液上清液排入调节池33，进行水质调节，然后排入到小球藻光生物反应器41用于小球藻的养殖；所述冷却水循环系统28由循环水回收的热量用于保持小球藻光生物反应器41的外界环境温度恒定；所述尾气净化装置26连接小球藻光生物反应器41，利用尾气中的CO₂和NO_x为小球藻的生长提供外加碳源和氮源；所述小球藻光生物反应器41所产出的小球藻藻浆一部分直接作为小球藻产品销售，多余的小球藻藻浆排入到絮凝沉淀池42内后，在加入壳聚糖作为絮凝剂的条件下达到上清液和浓缩液分离的目的，浓缩液排入到小球藻浓缩液储池43用于养猪；

作为比较手段，系统中还包括回水单元6，小球藻光生物反应器41中得到的上清液排入储水池62作为猪场5回用水；其中，上清液流入消毒池61中利用紫外光消毒。

其中，沼气罐1发酵产生的沼气由约65％CH₄、约28％CO₂、约6％N₂、约0.4％的H₂、小于0.4％的O₂与0.1％～3％H₂S等气体组成，沼气先经脱硫塔21脱硫，脱硫塔21设置为三塔变压吸附装置，设置参数为：工作压力0.7Mpa，降压点为0.1Mpa，流量为25L/min，吸附时间设置为220s，均压时间设置8s，抽真空时间设置为520s，充压时间230s，并且使用氧化铁作为脱硫剂每隔70h换一次填料。

脱硫后的沼气排入到变压吸附塔22，使用活性炭作为吸附剂，首先将吸附塔内的压力升到0.8MPa，然后保持0.8MPa压力不变，进行气液分离，除去CO₂，然后从出口端将气体降压到0.15MPa排入到缓冲罐中，再进行逆向充压设置压力为0.01MPa可以将吸附剂吸附的杂质去除，CH₄从变压吸附塔22上部排出，经净化后的沼气中甲烷的含量可由60％增加到92％，品质得以极大提升。除去CO₂的沼气排入冷凝水箱23冷凝去除水蒸气，再用沼气存储罐24储存沼气用以输入到电厂燃烧发电系统25和燃煤联合循环发电。循环发电方式采用沼气为锅炉点火或者直接与燃煤一起燃烧发电。

在实施例中，电厂燃烧发电系统25所产生的尾气经过尾气净化装置26净化后排入到小球藻光生物反应器41作为其外加碳源，同时对尾气中的NO_x进一步利用；电厂燃烧发电系统25燃煤电厂所产生的废热以及尾气中的废热由冷却水循环系统28回收。

在实施例中，沼气罐1产生的沼液水质COD约11600mg/L、氨氮浓度约833mg/L、总氮浓度约2790mg/L、总磷浓度约120mg/L，排入到表面接触氧化池31进行曝气，曝气后的沼液COD约4600mg/L、氨氮浓度约200mg/L、总氮浓度约800mg/L、总磷浓度约50mg/L，然后沼液排入沉淀池32，经沉淀后沼液上清液排入调节池33，使用硫酸调节pH6-8范围，然后排入到小球藻光生物反应器41用于小球藻的养殖，其中设置小球藻藻液和沼液进液量体积比为3:1。同时冷却水循环系统28连接小球藻光生物反应器41，利用循环水将电厂燃烧发电系统25产生的余热回收，高温循环水用于加热小球藻光生物反应器41，保持小球藻光生物反应器41的外界环境温度恒定在25-27℃；用尾气净化装置26去除电厂燃烧发电系统25产生的粉尘及SO_x、NO_x、N₂O、CO₂和CO等，净化后的尾气存储在尾气储气罐27内，然后连接小球藻光生物反应器41，利用尾气中的CO₂和NO_x为小球藻的生长提供碳源和氮源，利用小球藻去除尾气中的NO_x和CO₂。经过三天的培养，小球藻光生物反应器41内的水质可以达到COD约50mg/L、氨氮浓度约0.8mg/L、总氮浓度约4.5mg/L、总磷浓度约0.05mg/L，水质达到《污水排放综合标准》(GB8978-1996)一级标准。

通过以上实施例，将猪场5产生的沼气与燃煤联合循环发电，降低发电成本；使用电厂尾气作为小球藻生长的碳源可以降低电厂的碳排放量，节省碳排放指标购买成本；回用电厂余热为小球藻培养提供合适的环境温度，减少了小球藻光照反应器的运行成本；小球藻光生物反应器41产出的小球藻具有极大的经济效益和生态效应。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，包括沼气罐(1)、沼气与燃煤发电单元(2)、沼液预处理单元(3)、小球藻生产单元(4)和猪场(5)；所述沼气罐(1)、沼气与燃煤发电单元(2)、小球藻生产单元(4)和猪场(5)按照工艺顺序依次连接，所述猪场(5)与沼气罐(1)连接形成回路系统；所述沼液预处理单元(3)连接在所述沼气罐(1)和小球藻生产单元(4)之间；所述沼气与燃煤发电单元(2)利用沼气和燃煤进行发电，产生的尾气用作所述小球藻生产单元(4)的外加碳源，所述沼液预处理单元(3)将沼液处理后排入到小球藻生产单元(4)进行小球藻的培养。

2.根据权利要求1所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述沼气与燃煤发电单元(2)包括脱硫塔(21)、变压吸附塔(22)、冷凝水箱(23)、沼气存储罐(24)、电厂燃烧发电系统(25)、尾气净化装置(26)和尾气储气罐(27)，所述脱硫塔(21)进气口与沼气罐(1)相连，所述脱硫塔(21)出气口与变压吸附塔(22)进气口相连，所述变压吸附塔(22)出气口与冷凝水箱(23)进气口相连，所述冷凝水箱(23)出气口与沼气存储罐(24)相连，所述沼气存储罐(24)与电厂燃烧发电系统(25)、尾气净化装置(26)和尾气储气罐(27)依次相连，所述尾气储气罐(27)与小球藻生产单元(4)相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述沼液预处理单元(3)包括表面接触氧化池(31)、沉淀池(32)和调节池(33)，其中，所述表面接触氧化池(31)的进水口与沼气罐(1)相连，出水口与沉淀池(32)的进水口相连，所述沉淀池(32)出水口与调节池(33)的进水口相连，所述调节池(33)的出水口与小球藻生产单元(4)相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述表面接触氧化池(31)连接有鼓风机(311)。

5.根据权利要求3所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述小球藻生产单元(4)包括小球藻光生物反应器(41)、絮凝沉淀池(42)和小球藻浓缩液储池(43)；所述小球藻光生物反应器(41)包括一个进气口，一个进水口和两个出水口，其中进气口与尾气储气罐(27)相连，进水口与调节池(33)的出水口相连，两个出水口其中一个与絮凝沉淀池(42)相连，另一个出水口排出部分小球藻产品；所述絮凝沉淀池(42)的出水口与小球藻浓缩液储池(43)的进水口相连，所述小球藻浓缩液储池(43)出水口与猪场(5)相连。

6.根据权利要求5所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述沼气与燃煤发电单元(2)包括冷却水循环系统(28)，所述冷却水循环系统(28)分别与所述电厂燃烧发电系统(25)和所述小球藻光生物反应器(41)相连，连接的管道内水循环流动。

7.根据权利要求6所述的一种基于小球藻光生物反应器的沼液净化及碳减排系统，其特征在于，所述系统包括回水单元(6)，所述回水单元(6)包括消毒池(61)和储水池(62)，其中，所述消毒池(61)的进水口与絮凝沉淀池(42)出水口相连，所述消毒池(61)的出水口与储水池(62)进水口相连，所述储水池(62)设置有两个出水口，其中一个出水口与猪场(5)相连，另一个出水口用于出水。