一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，它包括预处理池、光生物反应器、超临界水氧化系统、二氧化碳回用系统和环境温度调节系统，其中所述预处理池、光生物反应器和超临界水氧化系统依次连接。本发明专利技术涉及一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统的方法。本发明专利技术的系统及方法通过将超临界水氧化系统输出的CO2通入培养对氮磷去除率高的微藻的光生物反应器进行光合固碳，并将回收的热能和压力能用于温度调控，来克服微藻生长的季节性限制；由光生物反应器输出的微藻作为碳源参与超临界水氧化反应的利用生物碳源处理低COD废水，使低COD废水能达到超临界水氧化反应的反应条件，使系统的超临界水氧化反应能够自我维持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废水、固废处理及能源循环系统及方法，特别涉及利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统及方法。
技术介绍
当温度和压力分别超过373.946℃、22.064MPa时，水将达到超临界态，对应状态下的水称为超临界水。超临界水具有常温水所不具备的独特性质，如非极性，低粘度、低密度和高扩散系数，氧气和多种有机物质在水体系中形成均一相，消除传质阻力，使本来发生在液相、固相、气相之间的多相反应转化为在SCW中的均相氧化反应，反应速率更快，停留时间更短。而且大多不需使用催化剂，氧化效率很高，大部分有机物的去除率可达99％以上。另外，无机组分与盐类在SCW中溶解度很低，几乎可以完全沉淀析出，使反应过程中盐的分离变得容易。现有技术中通常利用超临界水氧化技术处理富含有机物的液态废水或垃圾渗滤液，在温度、压力高于水的临界温度和压力的条件下以超临界水作为反应介质，使废水中的有机物与氧化剂发生强烈的氧化反应，最后彻底氧化成CO2、N2、H2O以及盐类等无毒小分子化合物。当进入超临界水氧化反应器的废水COD值高于2-3万mg/L时，才能达到超临界水氧化反应的反应条件，否则系统的超临界水氧化反应不能够自我维持。因此现有技术中当废水COD较低时，需在废水中投放碳源来提高废水的COD值。一方面投放碳源为废水处理增加了反应成本，另一方面超临界水氧化反应的产物CO2无法即时即地利用，也不能直接排放至环境中，需要进行收集处理。上述产生的双重费用为低COD废水的无害化处理增加了普及难度。
技术实现思路
针对现有废水处理技术中低COD废水处理费用高、产物难于利用的问题，提出了一种将超临界水氧化系统输出的CO2通入培养对氮磷去除率高的微藻的光生物反应器进行光合固碳，并将回收的热能和压力能用于温度调控，来克服微藻生长的季节性限制；由光生物反应器输出的微藻作为碳源参与超临界水氧化反应的利用生物碳源处理低COD废水的系统，及实现该系统的利用生物碳源处理低COD废水的方法。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：它包括预处理池、光生物反应器、超临界水氧化系统、二氧化碳回用系统和环境温度调节系统，其中所述预处理池、光生物反应器和超临界水氧化系统依次连接；所述预处理池用于去除对系统有害的物质、调节废水的进水量、氮磷比、pH值；所述光生物反应器为相互连通的两级或两级以上的培养单元串联组合，所述二氧化碳回用系统为每个所述培养单元提供二氧化碳，所述环境温度调节系统将所述培养单元的温度控制在适宜菌藻共生系统的温度范围之内；第一级培养单元中设置菌藻添加装置，用于形成菌藻和废水的混合液，所述混合液在各培养单元之间具备一定流动性；所述超临界水氧化系统包括氧化剂供应系统、物料输入系统、超临界水氧化反应器、压力能回收系统和气液分离系统，其中氧化剂供应系统连接所述超临界反应器的氧化剂入口，最后一级培养单元的输出端通过物料输入系统连接所述超临界反应器的物料入口；所述超临界反应器的超临界蒸汽出口分别连接氧化剂供应系统、物料输入系统和环境温度调节系统的热交换器的外管入口，热交换器的外管出口依次连接压力能回收系统和气液分离系统；所述压力能回收系统连接发电装置，所述发电装置为所述环境温度调节系统供电；所述气液分离系统的气体出口连接所述二氧化碳回用系统。所述光生物反应器为密闭式光生物反应器，所述发电装置为光所述生物反应器提供光源。最后一级培养单元与物料输入系统之间设置膜浓缩池，所述膜浓缩池的浓水出口连接所述物料输入系统，所述气液分离系统的液体出口和所述膜浓缩池的产水出口连接储水池的入水口。所述膜浓缩池中设置多个介电电泳膜元件，所述介电电泳膜元件包括两片膜构成的封闭的产水腔，以及所述产水腔中设置的介电电泳电极组；介电电泳电极组包括一列或一列以上的叉指电极。当所述超临界反应器为蒸发壁式反应器时，其包括在筒体内部同心设置的蒸发壁，所述蒸发壁与筒体之间有环状封闭的狭隙；所述储水池的出水口通过换热器连接所述狭隙的入水口，所述换热器的外管入口连接所述超临界蒸汽出口，外管出口连接所述压力能回收系统。所述超临界反应器的筒体底部设置放净口，所述放净口旁边连接一个或一个以上的液相出口；所述液相出口为一伸入筒体内部的竖管，在筒体内部液相出口的端口高于放净口的端口。液相出口的端口与放净口的端口高度差为30mm-150mm。一种实现如权利要求1-7所述的利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统的方法，其步骤包括：1)废水预处理：废水通入预处理池，去除废水中对系统有害的物质、调节进水量、废水中的氮磷比例、pH值；2)废水中培养微藻：设置由多级相互连通的培养单元串联构成的光生物反应器，并在其中建立菌藻共生系统，在第一级培养单元中将菌藻与废水混合形成混合液，混合液在各级培养单元之间保持一定的流动性；3)对最后一级培养单元输出的含大量微藻的高热值混合液进行膜浓缩，浓缩后的产水进入储水池，浓水进行研磨形成浆化物料；4)进行超临界水氧化反应：在超临界反应器启动之初，对氧化剂增压、预热，向超临界反应器提供高温高压的氧化剂；对浆化物料增压、预热，向超临界反应器提供高温高压的浆化物料；5)产物回用：i)热能回用：超临界反应器稳定工作后，自超临界反应器输出超临界蒸汽，直接利用超临界蒸汽与氧化剂和浆化物料进行换热；并利用超临界蒸汽提高培养单元中的环境温度；ii)压力能回用：经过多路换热后的低温高压蒸汽汇入压力能回收系统回收压力能；将压力能转化为电能，驱动调温装置将培养单元的环境温度控制在适宜菌藻增殖的温度范围内；iii)CO2回用：对回收压力能后的低温低压蒸汽进行气液分离，将分离出的含CO2的气体提供给光生物反应器；iv)水回用：气液分离出的水进入储水池中，作为蒸发壁水回用。所述藻种为小球藻、栅藻、螺旋藻中的一种或一种以上的混合物。所述步骤5)中还包括无机盐回用：对超临界反应器产出的无机盐进行分离，将菌藻共生系统能够利用的无机盐回用到所述步骤1)中。本专利技术的优点和有益效果为：1、本专利技术可实现处理低COD含量的含盐废水：利用微藻中富含脂类和甘油、热值高、环境适应能力强、繁殖速度快、培养设备占地面积小等特点，将微藻作为碳源提高废水的热值，使低COD废水也能够进行超临界水氧化反应并实现自维持甚至产出富裕的能量，实现零污染排放。同时，微藻的生长过程利用了废水中的氮磷盐类，实现了部分重金属离子的富集，对废水进行了初次净化。2、本专利技术可实现有效固碳：由于充足的光照、CO2、适宜的氮磷比及温度有利于微藻的快速生长和繁殖，而超临界水氧化反应产物中的CO2和水，因此可将CO2通入光生物反应器中，利用微藻将CO2固定下来，使CO2以不同的能量形式在系统中循环，减少碳排放。3、本专利技术可实现无机盐回用：超临界水氧化反应产出的无机盐通过分离后，磷等微藻需要的营养元素再加入到预处理池中，补充废水的营养，同时减少了无机盐的排放。4、本专利技术可实现能量利用：本专利技术通过超临界水氧化反应输出的超临界蒸汽与氧化剂、浆化物料的热交换，实现整个系统在低COD的情况下也能够实现自维持运行。同时多余的热量还可来调节光生物反应器内的温度，克服微藻生长的季节性限制；换热后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：它包括预处理池、光生物反应器、超临界水氧化系统、二氧化碳回用系统和环境温度调节系统，其中所述预处理池、光生物反应器和超临界水氧化系统依次连接；所述预处理池用于去除对系统有害的物质、调节废水的进水量、氮磷比、pH值；所述光生物反应器为相互连通的两级或两级以上的培养单元串联组合，所述二氧化碳回用系统为每个所述培养单元提供二氧化碳，所述环境温度调节系统将所述培养单元的温度控制在适宜菌藻共生系统的温度范围之内；第一级培养单元中设置菌藻添加装置，用于形成菌藻和废水的混合液，所述混合液在各培养单元之间具备一定流动性；所述超临界水氧化系统包括氧化剂供应系统、物料输入系统、超临界水氧化反应器、压力能回收系统和气液分离系统，其中氧化剂供应系统连接所述超临界反应器的氧化剂入口，最后一级培养单元的输出端通过物料输入系统连接所述超临界反应器的物料入口；所述物料输入系统中包括浓缩设备和研磨设备；所述超临界反应器的超临界蒸汽出口分别连接氧化剂供应系统、物料输入系统和环境温度调节系统的热交换器的外管入口，热交换器的外管出口依次连接压力能回收系统和气液分离系统；所述压力能回收系统连接发电装置，所述发电装置为所述环境温度调节系统供电；所述气液分离系统的气体出口连接所述二氧化碳回用系统。...

【技术特征摘要】
1.一种利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：它包括预处理池、光生物反应器、超临界水氧化系统、二氧化碳回用系统和环境温度调节系统，其中所述预处理池、光生物反应器和超临界水氧化系统依次连接；所述预处理池用于去除对系统有害的物质、调节废水的进水量、氮磷比、pH值；所述光生物反应器为相互连通的两级或两级以上的培养单元串联组合，所述二氧化碳回用系统为每个所述培养单元提供二氧化碳，所述环境温度调节系统将所述培养单元的温度控制在适宜菌藻共生系统的温度范围之内；第一级培养单元中设置菌藻添加装置，用于形成菌藻和废水的混合液，所述混合液在各培养单元之间具备一定流动性；所述超临界水氧化系统包括氧化剂供应系统、物料输入系统、超临界水氧化反应器、压力能回收系统和气液分离系统，其中氧化剂供应系统连接所述超临界反应器的氧化剂入口，最后一级培养单元的输出端通过物料输入系统连接所述超临界反应器的物料入口；所述物料输入系统中包括浓缩设备和研磨设备；所述超临界反应器的超临界蒸汽出口分别连接氧化剂供应系统、物料输入系统和环境温度调节系统的热交换器的外管入口，热交换器的外管出口依次连接压力能回收系统和气液分离系统；所述压力能回收系统连接发电装置，所述发电装置为所述环境温度调节系统供电；所述气液分离系统的气体出口连接所述二氧化碳回用系统。2.如权利要求1所述的利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：所述光生物反应器为密闭式光生物反应器，所述发电装置为光所述生物反应器提供光源。3.如权利要求1所述的利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：最后一级培养单元与物料输入系统之间设置膜浓缩池，所述膜浓缩池的浓水出口连接所述物料输入系统，所述气液分离系统的液体出口和所述膜浓缩池的产水出口连接储水池的入水口。4.如权利要求3所述的利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特征在于：所述膜浓缩池中设置多个介电电泳膜元件，所述介电电泳膜元件包括两片膜构成的封闭的产水腔，以及所述产水腔中设置的介电电泳电极组；介电电泳电极组包括一列或一列以上的叉指电极。5.如权利要求3或4所述的利用菌藻提高低COD废水热值的超临界系统，其特
\t征在于：当所述超临界反应器为蒸发壁式反应器时，其包括在筒体内部同心设置的蒸发壁，所述蒸发壁与筒体之间有环状封闭的狭隙；所述储水池的出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰，马英霞，郭仕鹏，
申请(专利权)人：王冰，
类型：发明
国别省市：辽宁;21