一种微藻固碳装置及固碳方法

技术领域

本申请涉及生物固碳技术领域，尤其涉及一种微藻固碳装置及固碳方法。

背景技术

电厂循环冷却水耗水量大，该系统的排污水具有水量大，水质一般，回用标准要求不高等特点，与脱硫废水相比循环冷却水系统节水节能的潜力更大，处理难度相对较低。火电厂的各用水系统中，循环水系统用水量最大占全厂用水量的70％～85％。使用中水作为循环水系统水源对火电厂的节水与废水治理工作具有积极作用。中水的综合利用是缓解地表水和地下水短缺危机的有效途径。但城市中水存在水质波动大、微生物多、高氯离子、高氨氮等问题。一些污水处理厂的生化处理造成严重影响，导致氨氮、氯离子等污染物含量飙升，这些高盐份污染物进入循环冷却水系统，会对凝汽器造成严重的腐蚀、黏泥附着、结垢等现象。

传统的污水处理系统主要用混凝沉淀、活性污泥、硝化-反硝化和化学除磷等工艺去除固体悬浮物和降低COD等，对有机污染物和无机污染物分解能力有限，当废水中存在重金属、外来生物等污染负荷时，导致耗氧和污染废水对水生生物产生毒性，传统生物降解过程可能受阻或无效，造成生态系统环境问题。传统污水处理存在能耗高、处理效果不稳定、过程长、剩余污泥量大等缺点，和污水处理可持续发展与低碳理念不统一，因此有必要选择高效、绿色、经济的废水处理技术。

微藻具有生长速度快，CO

因此如何将微藻处理电厂循环水/中水和微藻进行固碳进行偶联，在净化并利用电厂循环水/中水的同时强化微藻固碳效果是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种微藻固碳装置及固碳方法，将微藻处理电厂循环水/中水和微藻进行固碳进行偶联，在净化并利用电厂循环水/中水的同时强化微藻固碳效果。

为达到上述目的，根据的第一个方面提出了一种微藻固碳装置，包括

光生物反应器；其包括罐体，所述罐体内容置有循环水用于培养微藻；

供气射流组件；其包括沿竖直方向设置且位于所述罐体内的射流管以及与所述射流管的底部连通的供气组件；所述射流管上开设多个沿竖直方向排列的气孔，以使所述射流管与所述罐体连通并使得所述射流管内充满循环水；所述供气组件向所述射流管的底部通入含CO

调控组件，其包括控制器和调节件；其中调节件包括光源件、温度调节器、pH调节件；所述控制器分别与所述光源、所述温度调节器、所述pH调节件以及所述供气组件电连接，进行监测控制。

在一些实施例中，还包括微藻采收件，其设置在所述罐体内底部，当微藻培养结束后，将所述罐体内的循环水通过所述罐体下方的排水口排出，而微藻则被截留在所述微藻采收件上。

在一些实施例中，所述微藻采收件包括过滤板以及设置在所述过滤板上的过滤膜。

在一些实施例中，所述光源件包括多个围设在透光的所述罐体外的灯管以及调光器；所述灯管可发出具有多种波长的光；所述调光器对所述灯管发射的灯光进行调整。

在一些实施例中，所述温度调节器包括恒温水槽和设置在所述恒温水槽内的加热件以及温度检测器，其中所述恒温水槽设置在所述罐体内，其与罐体相通的同时隔绝所述罐体内的微藻；所述加热件用于加热所述恒温水槽内的循环水，所述温度检测器用于对循环水测温。

在一些实施例中，所述pH调节件包括用于检测循环水酸碱度的pH电极棒和用于添加酸碱缓冲液的加药器，在所述pH电极棒检测到循环水的pH值超过设定值时，通过所述加药器添加酸碱缓冲液，调节循环水的pH值。

在一些实施例中，所述供气组件包括进气管和与所述进气管连通的气升管；所述气升管上设置气体净化器，且所述气升管的出口连接所述射流管的底部，所述进气管中充入含CO

根据本申请的第二方面提出了一种微藻固碳方法，利用上述任一实施例中所述的微藻固碳装置进行微藻固碳，包括：

将强化吸收剂与基础培养基混合后生成强化培养基；微藻利用所述强化培养基驯化设定时间后，接种到容置有循环水的光生物反应器中培养；驯化后的所述微藻初始接种浓度为0.1-0.3g/L、接种pH为8.6-9.5，温度25-35℃、光照/黑暗周期为10-15h、光强为2000-8000lux；

配制含CO

在一些实施例中，所述强化吸收剂包括主吸收剂，所述主吸收剂包括钠盐、钾盐、醇胺溶剂和聚乙二醇二甲醚；其中所述钠盐的浓度为15-20mM；所述钾盐的浓度为5-8mM；所述醇胺溶剂的浓度为0.3-3mmol/L；所述聚乙二醇二甲醚的浓度为0.5-5mmol/L。

在一些实施例中，所述强化吸收剂还包括补充剂；其包括浓度分别为20-25g/L的偏钒酸铵、45-50g/L的硫酸镍、15-20g/L的钨酸钠、35-45g/L的硫酸钛以及2-5g/L的硝酸钴。

在一些实施例中，所述钠盐包含氯化钠；所述钾盐包含硫酸钾；所述醇胺溶剂包含三乙胺；所述基础培养基包括BG-11培养基、扎鲁克培养基或SE培养基中的一种。

在一些实施例中，所述强化培养基中，所述强化吸收剂与所述基础培养基的体积比为0.01。

在一些实施例中，微藻利用所述强化培养基驯化为10-12天。

在一些实施例中，所述微藻接种到所述循环水中培养15-20天；且在此过程中在所述微藻的延滞期添加2-8mmol/L的所述强化吸收剂，所述微藻的对数前期补加1-3mmol/L的所述强化吸收剂，所述微藻的对数后期补加1-3mmol/L的所述强化吸收剂。

在一些实施例中，含CO

本申请相较于相关技术，利用强化吸收剂与基础培养基混合后生成强化培养基；微藻利用强化培养基驯化设定时间后，接种到循环水中培养且在培养过程中定期向循环水中补充强化培养基和通入含CO

附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的微藻固碳装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的微藻固碳装置的结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的微藻固碳装置的结构示意图；

图4是本申请一实施例提出的微藻固碳的方法流程图；

附图说明：1、灯管；2、罐体；3、注水口；4、碱液加入口；5、酸液加入口；6、加热件；7、pH电极棒；8、射流管；9、气孔；10、气升管；11、气体净化器；12、进气管；13、控制器；14、过滤板；15、排水口。

具体实施方式

为使的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照实施例，对进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于保护的范围。

其中本实施例中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

为达到上述目的，一种微藻固碳装置包括光生物反应器、供气射流组件和调控组件；其中光生物反应器包括罐体2，罐体2内容置有循环水用于培养微藻。可理解的罐体2为具有一定容积，且用于盛纳循环水，其开设有用于充入循环水的注水口3和释放循环水并位于罐体2下方的排水口15。示例的罐体2为透光的有机玻璃制成的结构，其沿竖直方向延伸且内部充有一定液位的循环水，其中注水口3位于顶部，排水口15通过管道连通位于罐体2的下方。

供气射流组件包括沿竖直方向设置且位于罐体2内的射流管8以及与射流管8的底部连通的供气组件；射流管8上开设多个沿竖直方向排列的气孔9，以使射流管8与罐体2连通并使得射流管8内充满循环水；供气组件向射流管8的底部通入含CO

换言之，供气射流组件包括射流管8和供气组件；其中射流管8和供气组件连通，射流管8至少为一个并设置在罐体2内，其沿竖直方向延伸，其中射流管8的底部与供气组件连接。射流管8上布设多个沿其延伸方向设置的气孔9，即射流管8上开设多个沿竖直方向排列的气孔9，使得射流管8与罐体2连通，即循环水充满射流管8内。因此当供气组件中充入气体时，气体进入射流管8的底部并将其中的循环水通过多个气孔9射流而出，形成搅拌。

示例的如图1所示，供气组件为一个，其包括进气管12和与进气管12连通的气升管10；且气升管10为折线状，其先沿竖直方向延伸至罐体2的顶部后再返折回罐体2的底部，其出口连接射流管8的底部。进气管12为塑胶管，其入口处通过各种二通或三通接头连接二氧化碳钢瓶和空气压缩机，并采用转子流量计控制气体流量，实现充入含CO

此外在一些方案中如图3所示，气升管10上设置气体净化器11，气升管10内充入含CO

调控组件包括控制器13和调节件；其中调节件包括光源件、温度调节器、pH调节件；控制器13分别与光源、温度调节器、pH调节件以及供气组件电连接，进行监测控制。

其中调节件包括光源件、温度调节器、pH调节件，顾名思义光源件为本装置中微藻固碳提供光源的器件，温度调节器为调节罐体2内循环水温度的器件，pH调节件调节罐体2内循环水温度的器件，控制器13采用塑料材质电箱，内部安装控制电路并设置在罐体2的外部，其分别与光源、温度调节器、pH调节件以及供气组件电连接，可对各控制器13件进行监测，并收集各控制器13件中的数据，如温度数据、pH值数据、光照强度数据等。

在一些实施例中，还包括微藻采收件，其设置在罐体2内底部，当微藻培养结束后，将罐体2内的循环水通过罐体2下方的排水口15排出，而微藻则被截留在微藻采收件上。

其中，微藻固碳装置还包括微藻采收件，其设置在罐体2内的底部，例如如图2所示微藻采收件包括过滤板14以及设置在过滤板14上的过滤膜，其目的是为进行藻类采收，即当微藻培养结束后，将罐体2内的循环水通过罐体2下方的排水口15排出，循环水可通过过滤膜，并通过排水口15排出，但是循环水中的微藻则被截留在过滤膜上，从而实现藻类采收。

在一些实施例中，光源件包括多个围设在罐体2外的灯管1以及调光器；灯管1可发出具有多种波长的光；调光器对灯管1发射的灯光进行调整。

其中光源件包括多个灯管1以及调光器，其中灯管1为LED灯，多个LED灯源围设在罐体2的外部形成周侧环绕。LED灯为多波长组合光源，其中配套时间定时器用于调节光暗周期。其中调光器可控制LED灯发射的光波长，例如在一些实施例中LED灯与调光器一一对应设置，通过调光器对LED灯发射的光波长进行调节，以实现藻类的快速生长。

在一些实施例中，温度调节器包括恒温水槽和设置在恒温水槽内的加热件6以及温度检测器，其中恒温水槽设置在罐体2内，其与罐体2相通的同时隔绝罐体2内的微藻；加热件6用于加热恒温水槽内的循环水，温度检测器用于对循环水测温。

其中温度调节器包括恒温水槽、加热件6和温度检测器，其中恒温水槽设置在罐体2内并与罐体2内相通，但是可以隔绝罐体2内的微藻进入恒温水槽内。加热件6和温度检测器均设置在恒温水槽内，在温度检测器检测到恒温水槽内的循环水温度较低时，可启动加热件6对循环水进行加热，加热件6可理解为加热棒，其自动加热温度范围10-40℃，控制温度波动在±1度内，以实现藻类的快速生长。

在一些实施例中，pH调节件包括用于检测循环水酸碱度的pH电极棒7和用于添加酸碱缓冲液的加药器，在pH电极棒7检测到循环水的pH值超过设定值时，通过加药器添加酸碱缓冲液，调节循环水的pH值。

pH调节件包括pH电极棒7和加药器，其中pH电极棒7用于检测循环水酸碱度即循环水的pH值，当循环水的pH值较低，低于设定值时，可通过加药器的碱液加入口4中输入碱缓冲液对循环水进行调节，当循环水的pH值较高，高于设定值时，可通过加药器的酸液加入口5中输入酸缓冲液对循环水进行调节，始终维持罐体2中的循环水在一定的pH值范围内，为藻类的培养提供健康环境。

根据本申请的第二方面提出了一种微藻固碳方法，利用上述任一实施例中的微藻固碳装置进行微藻固碳如图4所示，包括：

S1：将强化吸收剂与基础培养基混合后生成强化培养基；微藻利用强化培养基驯化设定时间后，接种到容置有循环水的光生物反应器中培养；驯化后的微藻初始接种浓度为0.1-0.3g/L、接种pH为8.6-9.5，温度25-35℃、光照/黑暗周期为10-15h、光强为2000-8000lux；

S2：配制含CO

其中S1步骤中，强化吸收剂包括主吸收剂，主吸收剂包括钠盐、钾盐、醇胺溶剂和聚乙二醇二甲醚；其中钠盐的浓度为15-20mM；钾盐的浓度为5-8mM；醇胺溶剂的浓度为0.3-3mmol/L；聚乙二醇二甲醚的浓度为0.5-5mmol/L。

主吸收剂包括浓度为15-20mM的钠盐，其中钠盐可为氯化钠(NaCl)，氯化钠的浓度为15mM、17mM、18mM、19mM、20mM或其区间内的任意值，其中钠盐的主要作用为，钠盐作为微藻生长所必须的营养盐；当在本实施例的主吸收剂中，其浓度较高如高于20mM，则当营养盐的含量超过藻类生长所需阈值会抑制藻类的生长；当在本实施例的主吸收剂中，其浓度较低如低于15mM，则不足以支持藻类的生长。

同时本实施例中主吸收剂包括浓度为5-8mM的钾盐，其中钾盐可为硫酸钾(K

本实施例中主吸收剂包括浓度为0.3-3mmol/L的醇胺溶剂，其中醇胺溶剂可为三乙胺(TEA，C

本实施例中主吸收剂包括浓度为0.5-5mmol/L的聚乙二醇二甲醚(NHD，H

在一些实施例中，强化吸收剂还包括补充剂；其包括浓度分别为20-25g/L的偏钒酸铵、45-50g/L的硫酸镍、15-20g/L的钨酸钠、35-45g/L的硫酸钛以及2-5g/L的硝酸钴。

强化吸收剂还包括补充剂，其中主吸收剂为TEA/NHD组成的化学吸收剂、补充剂为物理物理吸收剂，本实施例中将主吸收剂和补充剂复配，形成强化吸收剂。其中主吸收剂中的各组分的作用参考上述内容，补充剂中包括浓度为20-25g/L的偏钒酸铵，其浓度示例为20g/L、21g/L、22g/L、23g/L、24g/L、25g/L或其区间内的任意值。同理可理解的本实施例补充剂中包括浓度为45-50g/L的硫酸镍，其浓度示例为45g/L、47g/L、48g/L、49g/L、50g/L或其区间内的任意值。本实施例补充剂中包括浓度为15-20g/L的钨酸钠，其浓度示例为15g/L、17g/L、18g/L、19g/L、20g/L或其区间内的任意值。本实施例补充剂中包括浓度为35-45g/L的硫酸钛，其浓度示例为35g/L、37g/L、38g/L、39g/L、40g/L、45g/L或其区间内的任意值。本实施例补充剂中包括浓度为2-5g/L的硝酸钴，其浓度示例为2g/L、3g/L、4g/L、5g/L或其区间内的任意值。

本实施例中补充剂的添加目的是为补充各种微量元素，微量元素在微藻生命活动中常以酶系中的辅基形式起着重要作用，若添加过少，会影响藻细胞生长；若添加过多，反而会出现藻细胞蛋白质变性、酶系失活、代谢障碍、引起生长抑制等毒害现象，微量元素的生理作用主要在酶的催化功能和细胞分化、维持细胞的完整机能等方面。因此本实施例中的补充剂可提供各种水解离子，可促进微藻加速吸收循环水中氨氮、氯离子等这些高盐份污染物，防止循环水进入循环冷却水系统造成的腐蚀、黏泥附着、结垢等现象。此外本实施例中的藻类为螺旋藻、浮游藻、绿藻等。

在一些实施例中，强化培养基中，强化吸收剂与基础培养基的体积比为0.01。

强化培养基中强化吸收剂与基础培养基的体积比为0.01；基础培养基包括BG-11培养基、扎鲁克培养基或SE培养基中的一种，其中BG-11培养基、扎鲁克培养基或SE培养基均为本领域技术人员可市购产品，具有广泛来源。

在一些实施例中，微藻利用强化培养基驯化为10-12天。

微藻利用强化培养基驯化为10-12天。驯化后的微藻接种到废水中，其中废水为电厂循环冷却水或中水，本实施例以电厂循环冷却水为例，其中电厂循环冷却水以下成为循环水，微藻的初始接种浓度为0.1-0.3g/L、接种pH为8.6-9.5，温度25-35℃、光照/黑暗周期为10-15h、光强为2000-8000lux，培养15-20天；且在此过程中在微藻的延滞期添加2-8mmol/L的强化吸收剂，微藻的对数前期补加1-3mmol/L的强化吸收剂，微藻的对数后期补加1-3mmol/L的强化吸收剂。本实施例采用补料模式，通过在延滞期、对数前期及对数后期补加强化吸收剂，不仅可以补充微藻生长所必需的营养元素，延长微藻的生长周期且不会产生任何其他负面效应，可以使微藻在最佳补料模式下生长速度快、生物质浓度高,可以短时间内获得大量微藻生物质。通过机动地调节补料速度,可精确控制有机物浓度在设定的范围内,从而避免底物浓度过高对微藻生长的抑制作用。

在一些实施例中，含CO

可配制含CO

实施例1

培养基以扎鲁克培养基作为基础培养基，加入体积比1％的强化吸收剂，强化吸收剂包括浓度分别为18mM的NaCl、6mM的K

此外，实施例2-6以及对比例1-5中的按照表格2中的数据和条件调整，其他技术特征均与实施例1相同，不再赘述。

表2实施例2-6以及对比例1-5中实验条件。

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在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。