一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统技术方案

本发明专利技术涉及基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池依次连接，浓缩池的液体输出端连接光生物脱盐电池的脱盐室，阴极室的藻液输出端连接浓缩池的入口；浓缩池的藻体输出端、固态垃圾预处理装置及污水预处理装置均连接至浆化混合器进行混合，浆化混合器的出口连接超临界水氧化反应系统中反应器的物料入口；超临界水氧化反应系统的超临界蒸汽出口连接蒸发器的热蒸汽入口，超临界水氧化反应系统的浓盐水出口及光生物脱盐电池的浓缩液出口连接蒸发器的冷水入口。本发明专利技术耦合光生物反应器、光合微生物脱盐电池、超临界水氧化反应处理垃圾和废水多套工艺，使各工艺的产物及能量能够进行内循环，有效去除氮磷。

A multi technology coupled purification of high salinity water system based on microalgae

The invention relates to a coupling technique of microalgae purification system based on its high salinity, high salt water pretreatment device, photobioreactor, concentration tank are sequentially connected, the output of liquid concentrated pool connecting ends of the optical biological cell desalination desalination chamber, the output end of the algae liquid cathode chamber entrance connecting concentrated pool; algae output concentrated pool in the end, solid waste pretreatment device and sewage pretreatment device are connected to the mixer for mixing slurry, slurry mixer is connected to the outlet of the reactor of supercritical water oxidation in the system of material entrance; supercritical water oxidation reaction system of supercritical steam outlet is connected with the evaporator heat steam entrance, concentrated liquid outlet brine the export of supercritical water oxidation system and optical biodesalination battery is connected with the evaporator water entrance. The invention of light coupling bioreactor, photosynthetic microbial desalination cell, supercritical water oxidation treatment of landfill and wastewater process, make the products and energy of every process can effectively remove nitrogen and phosphorus in the cycle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统
本专利技术涉及一种高盐水淡化及多种废水处理的系统，特别是一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统。
技术介绍
高盐水净化主要是指对海水的淡化处理，由于淡水资源短缺问题正日益影响国民经济和社会的可持续发展，海水淡化是解决沿海地区水资源短缺问题的有效途径。目前工业上广泛应用的海水淡化方法主要分为膜法(反渗透RO)和热法(多级闪蒸MSF与低温多效MED)两类。海水淡化的水回收率是影响其成本的主要因素，传统反渗透海水淡化工程的系统回收率一般为30％-40％；热法海水淡化工程的系统回收率一般为15-40％；回收率是RO系统设计中一个非常关键的参数，决定着进水处理系统(取水、预处理系统和高压泵)的尺寸和占地面积，回收率也是热法海水淡化装置设计中的关键参数之一。提高系统回收率，意味着能够降低进水系统的处理水量、降低耗电量和化学药品的用量，最终降低成本。但RO系统回收率的提高一般需要较高的操作压力，由此带来较快的膜污染和频繁的膜元件清洗与更换，而热法淡化系统回收率的提高需要较高的操作温度，由此带来换热管壁的结垢和换热效率的下降。同时上述两种方法的能耗也相当大，增加了运行成本，降低海水淡化的收益率，甚至投入高于效益，限制了海水淡化的使用。除此之外，RO系统仅起到过滤浓缩的作用，向外排出大量的高含盐、高富氧化的浓水，浓水的排放又会导致二次污染、出水氮磷等营养盐含量高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合光生物反应器、光合微生物脱盐电池、超临界水氧化反应处理垃圾和废水多套工艺，使各工艺的产物加入其它工艺中作为反应材料，使整套系统的能量能够进行内循环、有效去除氮磷、无二次污染的基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统。本专利技术决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：包括高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池、光生物脱盐电池、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置、超临界水氧化反应系统；所述超临界水氧化反应系统包括反应器、浆化混合器；所述高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池依次连接；在光生物反应器内接种耐盐微藻，在浓缩池中设置介电电泳膜；所述光生物脱盐电池包括阴极室、阳极室、脱盐室和槽体，所述阴极室、阳极室及脱盐室均设置于槽体内，相互之间通过阳极膜进行间隔，所述脱盐室位于阴极室与阳极室之间，所述浓缩池的液体输出端连接光生物脱盐电池的脱盐室；所述阳极室内部添加胞外产电细菌，并在其中插入阳极电极；所述阴极室内部添加微藻并插入涂有催化剂涂层的阴极电极；所述脱盐室中设置一组由电容极板构成的电容组，所述电容极板分为正电容极板和负容电容极板，正电容极板与负电容极板穿插放置，相邻的两电容极板间放置绝缘层，负电容极板与所述阳极电极连接，正电容极板与所述阴极电极连接所述阴极室的藻液输出端连接浓缩池的入口；浓缩池的藻体输出端、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置均连接至所述浆化混合器，浆化混合器的出口连接所述反应器的物料入口。所述阴极室中产生O2，阳极室中产生CO2、电子和质子，所述质子穿过所述阳极膜到达所述阴极室,在催化剂的作用下，与微藻光合作用释放的O2发生电化学作用形成稳定氧化物；所述质子为H+，反应化学式包括：阳极：C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e-(1)阴极：O2+4H++4e-→2H2O(2)。所述反应器的超临界蒸汽出口连接所述蒸发器的热蒸汽入口，浓盐水出口和所述光生物脱盐电池的浓缩液出口连接蒸发器的冷水入口，蒸发得到无机盐结晶后回收，产出的水蒸气作为纯水回收；光生物脱盐电池的脱盐室的产水出口连接过滤装置的入水口，所得过滤水可作为工业用水排出。所述超临界水氧化反应系统的超临界蒸汽经过蒸发器换热转换成低温含水气体，后连接至压力能回收装置及气液分离装置，经压力能回收及气液分离之后输出纯水和CO2，CO2与所述经蒸发器结晶的无机盐一同加入至光生物反应器中参与藻类培养，蒸发器剩余热量输送至光生物反应器。所述的浓缩池为设置有介电电泳膜系统的浓缩池，介电电泳膜系统包括多个介电电泳膜元件，每个介电电泳膜元件包括两片膜片，及两膜片之间的产水腔中设置的介电电泳电极组，介电电泳电极组分为分别连接电源的不同输出端的两组电极，不同组的电极间隔设置；所述光生物脱盐电池的阳极电极和阴极电极之间连接浓缩池介电电泳电极组的两组电极，为浓缩池进行供电。所述的光生物反应器为柱式、管式、板式、气升式、开放池或它们的组合，内置底部多点式曝气装置；所述耐盐微藻为驯化后的耐盐小球藻、螺旋藻、栅藻、杜氏盐藻中的一种或几种。所述光生物脱盐电池的阳极电极由碳纤维和钛丝制成，所述光生物脱盐电池的阴极电极上覆盖涂抹碳铂催化剂的导电碳布。所述的光生物脱盐电池的电容极板为活性碳布纤维电容极板。所述光生物脱盐电池的脱盐室的电容组四周留有能使阳极室中产生的质子流动至阴极室中参与氧化还原反应的空间。所述的阴极室的体积为阳极室的1.5～2倍。所述的阴极室、阳极室、脱盐室的体积比为1.55：1.0：0.9。所述光生物脱盐电池的阳极室的胞外产电细菌为脱硫弧菌类、普通变形杆菌、假单胞菌属、梭菌属、土杆菌属、泥弧菌属、西瓦、硫酸盐还原菌、还原脱硫光敏斑菌等中的一种或几种。所述阳极膜采用两张阳离子交换膜交叠，阳离子交换膜为透过率不小于90％的工业用电渗析阳离子交换膜，厚度为0.2～0.5mm，爆破强度不小于0.3Mpa，所述绝缘层采用两层塑料网交叠。所述的光生物脱盐电池内部的反应过程为：1)在阴极室、阳极室中通入富养废水，高盐水经前期预处理及微藻净化后输入至脱盐室；将电容组的负电容极板通过阳极导线连接阳极电极，电容组的正电容极板通过阴极导线连接阴极电极；2)阴极室中投放微藻藻种，在阳极室中投放胞外产电细菌；3)微藻在阴极室中吸收富养废水中的大部分N、P及小部分可被利用的小分子碳源等营养物质，并进行光合作用产生O2；4)阴极室中污水采取连续化处理，通过停留时间的控制，保证大部分N、P得以去除，藻液浓度趋于稳定，对排出藻液进行藻细胞搜集及获取，出水进入阳极室；5)在阳极室中，有机污染物及残余微藻在胞外产电细菌的作用下氧化分解为CO2、电子和H+质子，H+质子和CO2通过阳极膜和脱盐室进入阴极室，电子则通过阴极导线传递到电容组中储能；6)阴极室中H+质子与O2在催化剂的作用下结合，生成稳定的氧化产物；7)脱盐室中高盐废水的正负离子分别富集在电容组的负电容极板及正电容极板表面；8)在正电容极板与负电容极板吸附的离子接近饱和时，将负电容极板连接阴极电极，正电容极板连接阳极电极，使电容极板上吸附的离子脱附进入溶液中排出。本专利技术的优点和有益效果为：1、本专利技术的基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，在光生物反应器内对耐盐微藻的驯化培养，克服了原生生物、细菌等在藻类培养中的污染问题，实现了微藻生物量的累积并显著降低了出水氮磷值，提升了出水水质，采用光合电容脱盐微生物脱盐电池在脱盐的同时，产生的电能通过变压器为介电电泳膜系统持续供电；浓缩藻液同有机垃圾、污泥及其他生物质经过研磨粉碎后进入进入超临界水氧化系统，为其处理COD值较低的难降解废水做热量补充，超临界水氧化系统产生的多余热量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：包括高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池、光生物脱盐电池、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置、超临界水氧化反应系统；所述超临界水氧化反应系统包括反应器、浆化混合器；所述高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池依次连接；在光生物反应器内接种耐盐微藻，在浓缩池中设置介电电泳膜；所述光生物脱盐电池包括阴极室、阳极室、脱盐室和槽体，所述阴极室、阳极室及脱盐室均设置于槽体内，相互之间通过阳极膜进行间隔，所述脱盐室位于阴极室与阳极室之间，所述浓缩池的液体输出端连接光生物脱盐电池的脱盐室；所述阳极室内部添加胞外产电细菌，并在其中插入阳极电极；所述阴极室内部添加微藻并插入涂有催化剂涂层的阴极电极；所述脱盐室中设置一组由电容极板构成的电容组，所述电容极板分为正电容极板和负容电容极板，正电容极板与负电容极板穿插放置，相邻的两电容极板间放置绝缘层，负电容极板与所述阳极电极连接，正电容极板与所述阴极电极连接所述阴极室的藻液输出端连接浓缩池的入口；浓缩池的藻体输出端、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置均连接至所述浆化混合器，浆化混合器的出口连接所述反应器的物料入口。...

【技术特征摘要】
1.一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：包括高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池、光生物脱盐电池、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置、超临界水氧化反应系统；所述超临界水氧化反应系统包括反应器、浆化混合器；所述高盐水预处理装置、光生物反应器、浓缩池依次连接；在光生物反应器内接种耐盐微藻，在浓缩池中设置介电电泳膜；所述光生物脱盐电池包括阴极室、阳极室、脱盐室和槽体，所述阴极室、阳极室及脱盐室均设置于槽体内，相互之间通过阳极膜进行间隔，所述脱盐室位于阴极室与阳极室之间，所述浓缩池的液体输出端连接光生物脱盐电池的脱盐室；所述阳极室内部添加胞外产电细菌，并在其中插入阳极电极；所述阴极室内部添加微藻并插入涂有催化剂涂层的阴极电极；所述脱盐室中设置一组由电容极板构成的电容组，所述电容极板分为正电容极板和负容电容极板，正电容极板与负电容极板穿插放置，相邻的两电容极板间放置绝缘层，负电容极板与所述阳极电极连接，正电容极板与所述阴极电极连接所述阴极室的藻液输出端连接浓缩池的入口；浓缩池的藻体输出端、固态垃圾预处理装置、污水预处理装置均连接至所述浆化混合器，浆化混合器的出口连接所述反应器的物料入口。2.如权利要求1所述的一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：所述阴极室中产生O2，阳极室中产生CO2、电子和质子，所述质子穿过所述阳极膜到达所述阴极室,在催化剂的作用下，与微藻光合作用释放的O2发生电化学作用形成稳定氧化物；所述质子为H+，反应化学式包括：阳极：C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e-(1)阴极：O2+4H++4e-→2H2O(2)。3.如权利要求1或2所述的一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：所述反应器的超临界蒸汽出口连接所述蒸发器的热蒸汽入口，浓盐水出口和所述光生物脱盐电池的浓缩液出口连接蒸发器的冷水入口，蒸发得到无机盐结晶后回收，产出的水蒸气作为纯水回收；光生物脱盐电池的脱盐室的产水出口连接过滤装置的入水口，所得过滤水可作为工业用水排出。4.根据权利要求1所述的基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：所述超临界水氧化反应系统的超临界蒸汽经过蒸发器换热转换成低温含水气体，后连接至压力能回收装置及气液分离装置，经压力能回收及气液分离之后输出纯水和CO2，CO2与所述经蒸发器结晶的无机盐一同加入至光生物反应器中参与藻类培养，蒸发器剩余热量输送至光生物反应器。5.根据权利要求1所述的基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征在于：所述的浓缩池为设置有介电电泳膜系统的浓缩池，介电电泳膜系统包括多个介电电泳膜元件，每个介电电泳膜元件包括两片膜片，及两膜片之间的产水腔中设置的介电电泳电极组，介电电泳电极组分为分别连接电源的不同输出端的两组电极，不同组的电极间隔设置；所述光生物脱盐电池的阳极电极和阴极电极之间连接浓缩池介电电泳电极组的两组电极，为浓缩池进行供电。6.根据权利要求1所述的基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统，其特征...

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