专利名称：基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统及方法
技术领域：
本发明涉及环保能源领域，尤其涉及一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统及方法。
背景技术：
在大米产区的生物质电厂，稻壳可以占到燃料总量的90%以上，稻壳燃烧后有两种产物，即烟气和稻壳灰。电厂烟气中约有12-20%含量的CO2，稻壳灰的主要成分是二氧化硅，而(X)2和二氧化硅都可以作为碳化法生产白炭黑的原料，图1是利用生物质电厂的烟气和稻壳灰生产白炭黑的工艺流程示意图；如图1所示，在白炭黑生产过程中需要对电厂烟气进行降温除尘处理以利用其中的CO2,而二氧化硅经处理利用之后，则产生碳酸钠和碳酸氢钠混合废液。但是，发明人在实施本发明的过程中发现，如果单纯用上述生物质电厂的烟气和稻壳灰采用碳化法生产白炭黑，生产成本较高，经济性较差，且还是需要排出大量废水废气，破坏环境资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，该系统可对白炭黑生产系统的废水、废气实现有效利用，并显著降低培养螺旋藻的成本，达到变废为宝、节能减排的良好效果。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，包括设置有营养元素进入口的培养池，所述营养元素进入口包括有废气养分进入口和废水养分进入口，其特征在于，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道引出一分支管道连接到所述废气养分进入口，而所述废水养分进入口则通过废水管道与所述白炭黑生产系统的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口相连。优选地，所述分支管道从所述废弃养分进入口伸入所述培养池的底部，且该分支管道伸入培养池内部分的表面上分布有用于使二氧化碳气体鼓出的通孔。优选地，在所述混合废液排出口与废水养分进入口之间设置有一与清水管道连接的混水池，而所述混合废液排出口通过一增压泵连接到所述混水池。其中，所述分支管道和废水管道上均设置有阀门和流量计。其中，所述培养池为开放式养殖池、或者封闭式反应容器，所述白炭黑生产系统为碳化法白炭黑生产系统。优选地，所述碳化法白炭黑生产系统为以稻壳为燃料的生物质电厂的白炭黑生产系统。优选地，所述分支管道伸入的培养池部分以连续的U型塑料管或钢管在其底部铺设，且所述底部的分支管道上通孔设置间隔为4-6cm，通孔直径为Φ2-4πιπι。相应地，本发明还提供了一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻培养方法，包括
废气输送步骤，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道中将二氧化碳气体分流引入培养池中；废液输送步骤，将从白炭黑生产系统的含碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口排出的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液引入培养池中；螺旋藻培育步骤，将所述二氧化碳气体释放到所述培养池内包括有所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的培养液中，保持其培养液的PH值在一个预设范围内，培育螺旋藻。优选地，所述废气输送步骤中二氧化碳输入管道中的二氧化碳是通过以下步骤得到降温除尘步骤，将生物质电厂的稻壳燃烧产生的烟气通过水沫降温除尘，使烟气温度下降到30-50°C后，将得到的二氧化碳气体送入二氧化碳输入管道；增压步骤，将所述二氧化碳输入管道内的气压增加到0. 4-0. 6MPa。优选地，所述废液输送步骤具体包括混水步骤，将所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液通过增压泵输送到混水池内，与自来水进行混合后，加入尿素，得到培养液；消毒步骤，往所述混水池中通入生物质电厂产生的未经降温的烟气，对所述培养液进行消毒；输送步骤，打开废水养分进入口，将消毒后的培养液输送到培养池中。其中，上述各步骤的参数如下所述废液输送步骤的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液中，碳酸氢钠的质量百分含量保持在3 8%之间；所述混水步骤中废液与清水混合的比例为1 5-10，加入尿素的质量百分比为 0. 5-1. 5%o ；所述消毒步骤的消毒时间为10-50分钟；所述螺旋藻培育步骤中碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的量占所述培养液总量的 10-20%，培养液的pH值维持在9 11之间，连续培育螺旋藻6-8天后收获。优选地，上述各参数可具体取值如下所述增压步骤的气压增加到0. 5MPa ；所述废液输送步骤的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液中，碳酸氢钠的质量百分含量保持为5% ；所述混水步骤中废液与清水混合的比例为1 5，加入尿素的的质量百分比为
1%ο ；所述消毒步骤的消毒时间为半小时；所述螺旋藻培育步骤中碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的量占所述培养液总量的 15%，培养液的pH值维持在9. 5，连续培育螺旋藻7天后收获。优选地，所述废气输送步骤在有光照的情况下进行。实施本发明，具有如下有益效果本发明的实施例通过综合利用生物质电厂稻壳燃烧产生的烟气以及稻壳灰制造白炭黑过程中产生的含碳酸钠和碳酸氢钠的废水，将其通入螺旋藻培养池中作为培育螺旋藻的营养原料来培育螺旋藻，从而使生物质电厂烟气得到了更充分的利用，又减少了白炭黑生产系统废水的排放，同时还能降低培育螺旋藻的总体成本，实现了废水、废气的有效利用，达到了变废为宝、节能减排的良好效果。
图1是现有的一种碳化法白炭黑生产系统的生产程序示意图；图2是本发明基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面参考图2详细描述本发明的基于白炭黑生产系统的螺旋藻培植系统的一个实施例。如图2所示，本实施例主要包括有设置有营养元素进入口的培养池31，所述营养元素进入口包括有废气养分进入口和废水养分进入口，从所白炭黑生产系统20的二氧化碳输入管道21弓丨出一分支管道32连接到所述废气养分进入口，而所述废水养分进入口则通过废水管道与所述白炭黑生产系统 20的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口 22相连。其中，所述分支管道32从所述废弃养分进入口伸入所述培养池31的底部，且该分支管道伸入培养池31内部分的表面上分布有用于使二氧化碳气体鼓出的通孔(图中未示出)，二氧化碳气体从通孔中鼓出，还可起到搅拌、混合的作用。具体实现时，分支管道32伸入的培养池31内部分以连续的U型塑料管在其底部铺设，且所述底部的分支管道32上通孔的密度和大小可根据实际实施时培养池31的大小进行调节，一般情况下，通孔设置间隔可设置为4-6cm、优选为5cm，通孔直径可设置为2_4mm、优选为3mm。另外，在所述混合废液排出口 22与废水养分进入口之间还设置有一与清水管道道连接的混水池33，而所述混合废液排出口通过一增压泵(图中未示出)连接到所述混水池33。另外，所述分支管道和废水管道上均设置有分别使气体和液体流量可控的阀门和流量计(图中未示出)。本实施例的白炭黑生产系统20，是碳化法白炭黑生产系统，具体地，是以稻壳为燃料的生物质电厂10的白炭黑生产系统。具体实现时，所述培养池31可采用开放式养殖池，也可以采用封闭式反应容器。下面详细描述本发明的基于白炭黑生产系统的螺旋藻培植方法的一个实施例。具体实现时，本实施例实现一次螺旋藻培植流程包括以下步骤在废气输送步骤中，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道中将二氧化碳气体分流引入培养池中；在废液输送步骤中，将从白炭黑生产系统的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口排出的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液引入培养池中；在螺旋藻培育步骤中，将所述二氧化碳气体释放到所述培养池内包括有所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的培养液中，保持其培养液的PH值在一个预设范围内，培育螺旋藻。具体实现时，所述废气输送步骤中二氧化碳输入管道中的二氧化碳是通过以下步骤得到降温除尘步骤，将生物质电厂的稻壳燃烧产生的烟气通过水沫降温除尘，使烟气温度下降到30-50°C后，将得到的二氧化碳气体送入二氧化碳输入管道；增压步骤，将所述二氧化碳输入管道内的气压增加到0. 4-0. 6MPa。具体实现时，所述废液输送步骤可具体包括混水步骤，将所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液通过增压泵输送到混水池内，与清水以1 5-10比例进行混合后，加入尿素，得到培养液；消毒步骤，往所述混水池中通入生物质电厂产生的未经降温的烟气(140°C左右)，对所述培养液进行消毒；输送步骤，打开废水养分进入口，将消毒后的培养液输送到培养池中。在上述各步骤中，参数可在如下范围内设置所述废液输送步骤的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液中，碳酸氢钠的质量百分含量保持在3 8%。之间；所述混水步骤中废液与清水混合的比例为1 5-10，加入尿素的质量百分比为 0. 5-1. 5%o ；所述消毒步骤的消毒时间为10-50分钟；所述螺旋藻培育步骤中碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的量占所述培养液总量的 10-20%，培养液的pH值维持在9 11之间，连续培育螺旋藻6-8天后收获。而作为一个较佳的实例，上述各参数可具体取值如下所述增压步骤的气压增加到0. 5MPa ；所述废液输送步骤的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液中，碳酸氢钠的质量百分含量保持为5% ；所述混水步骤中废液与清水混合的比例为1 5，加入尿素的的质量百分比为 0. 5%o ；所述消毒步骤的消毒时间为半小时；所述螺旋藻培育步骤中碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的量占所述培养液总量的 50%，培养液的pH值维持在9. 5，连续培育螺旋藻7天后收获。另外，所述螺旋藻培育步骤还可具体包括在培养液中添加其他满足螺旋藻养殖生长需要的矿质养分，培育过程中，在线检测营养液的PH值，并通过控制二氧化碳的通入量，使PH值保持在9-11之间，如果PH值低于9，则补充碳酸钠和碳酸氢钠废液，如果PH值超过11，则补充C02。具体实现时，所述废气输送步骤在有光照的情况下进行，即在有光时持续通入 CO2，晚上则停止补充。下面详细描述本发明实施例的实施原理。螺旋藻培养的成本构成中主要为培养基和能耗，培养基中碳酸氢钠的消耗是最大的部分，一般实验室中培养基的碳酸氢钠浓度为16. 8g/L，因此，养殖螺旋藻需要大量的碳酸氢钠；另外，需要不断的搅拌防止螺旋藻沉降，并补充C02。作为一种光合藻类，螺旋藻通过光合作用固定太阳能，并把CO2转化为有机物。因此，通过循环经济系统设计，将生物质电厂白炭黑生产中的CO2、碳酸钠和碳酸氢钠混合废液利用起来，能显著降低螺旋藻的成本，并起到节能降耗、减排(X)2的作用。在螺旋藻的常规培养方法中，培养液中需添加大量碳酸氢钠，为降低生产成本并提高螺旋藻的单位产量，国内外学者提出利用废水来培养螺旋藻。据报道，多种性质不同的废水、废弃物经过适当预处理后，都可用于培养螺旋藻。例如，利用糖蜜发酵废水、制碱工业废水等，都可用于养殖螺旋藻，并取得较高产量。这些废水和废弃物不仅给螺旋藻生长提供了廉价的营养源，如含有丰富的直接利用的碳、氮、磷及微量元素营养，而且，螺旋藻利用这些营养的同时，还能对这些废水和废弃物起到了净化作用。本发明基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统及方法，与其他利用废水废气进行螺旋藻养殖的方案所不同的是，本发明所利用的废气、碳酸钠和碳酸氢钠废液都由白炭黑生产系统提供，无需进行处理，可直接作为营养原料进行添加，二氧化碳能够显著促进藻类的生长，因此通过增压接入，为螺旋藻养殖提供了很好的(X)2原料。不但如此，稻壳灰处理后产生的碳酸钠和碳酸氢钠混合液体不含其它杂质，完全符合卫生要求，因而操作更方便， 成本更低，大大改善了整个碳化法白炭黑生产系统的经济性，使碳化法生产白炭黑进入商业化成为可能；并且，提高了全系统的能量利用效率，提高了产出，并进一步降低了二氧化碳的排放，围绕以稻壳为主要原料的生物质电厂，形成了良好的低碳循环经济模式。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，包括设置有营养元素进入口的培养池，所述营养元素进入口包括有废气养分进入口和废水养分进入口，其特征在于，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道上引出一分支管道连接到所述废气养分进入口，而所述废水养分进入口则通过废水管道与所述白炭黑生产系统的含有碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口相连。
2.如权利要求1所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于所述分支管道从所述养分进入口伸入所述培养池的底部，且伸入培养池中的该分支管道的表面上分布有用于使二氧化碳气体鼓出的通孔。
3.如权利要求2所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于，在所述混合废液排出口与废水养分进入口之间设置有一与清水管道连接的混水池，而所述混合废液排出口通过一增压泵连接到所述混水池。
4.如权利要求3所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于，所述分支管道和所述废水管道上均设置有阀门和流量计。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于，所述培养池为开放式养殖池、或者封闭式反应容器，所述白炭黑生产系统为碳化法白炭黑生产系统。
6.如权利要求5所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于，所述碳化法白炭黑生产系统为以稻壳为燃料的生物质电厂的白炭黑生产系统。
7.如权利要求2所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，其特征在于，所述分支管道伸入的培养池部分以连续的U型塑料管或钢管在其底部铺设，且所述底部的分支管道上通孔设置间隔为4-6cm，通孔直径为Φ2-4πιπι。
8.一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法，其特征在于，该方法包括以下步骤废气输送步骤，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道中将二氧化碳气体分流引入培养池中；废液输送步骤，将从白炭黑生产系统的含碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口排出的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液引入培养池中；螺旋藻培育步骤，将所述二氧化碳气体释放到所述培养池内包括有所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的培养液中，保持其培养液的PH值在一个预设范围内，培育螺旋藻。
9.如权利要求8所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法，其特征在于，所述废气输送步骤中二氧化碳输入管道中的二氧化碳是通过以下步骤得到降温除尘步骤，将生物质电厂的稻壳燃烧产生的烟气通过水沫降温除尘，使烟气温度下降到30-50°C后，将得到的二氧化碳气体送入二氧化碳输入管道；增压步骤，将所述二氧化碳输入管道内的气体增压到0. 4-0. 6MPa。
10.如权利要求8或9所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法，其特征在于，所述废液输送步骤具体包括混水步骤，将所述碳酸钠和碳酸氢钠混合废液通过增压泵输送到混水池内，与自来水进行混合后，加入尿素，得到培养液；消毒步骤，往所述混水池中通入生物质电厂产生的未经降温的烟气，对所述培养液进行消毒；输送步骤，打开废水养分进入口，将消毒后的培养液输送到培养池中。
11.如权利要求10所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法，其特征在于，上述各步骤的参数范围如下所述废液输送步骤的碳酸钠和碳酸氢钠混合废液中，碳酸氢钠的质量百分含量保持在 3 8%之间；所述混水步骤中废液与清水混合的比例为1 5-10，加入尿素的质量百分比为 0. 5-1. 5%0 ；所述消毒步骤的消毒时间为10-50分钟；所述螺旋藻培育步骤中碳酸钠和碳酸氢钠混合废液的量占所述培养液总量的 10-20%，培养液的pH值维持在9 11之间，连续培育螺旋藻6-8天后收获。
12.如权利要求12所述的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法，其特征在于，所述废气输送步骤在有光照的情况下进行。
全文摘要
本发明公开了一种基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖系统，包括设置有营养元素进入口的培养池，所述营养元素进入口包括有废气养分进入口和废水养分进入口，从白炭黑生产系统的二氧化碳输入管道上引出一分支管道连接到所述废气养分进入口，而所述废水养分进入口则通过废水管道与所述白炭黑生产系统的含碳酸钠和碳酸氢钠混合废液排出口相连。本发明还公开了相应的基于白炭黑生产系统的螺旋藻养殖方法。采用本发明，可对白炭黑生产系统的废水、废气实现有效利用，并显著降低培养螺旋藻的成本，达到变废为宝、节能减排的良好效果。
文档编号C12M1/08GK102304463SQ20111025677
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者李江川, 罗志相, 陈卫文, 龚豪 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司