一种基于丝状刚毛藻吸收CO2的装置和方法

：本发明涉及河湖生态修复领域，尤其涉及一种基于丝状刚毛藻吸收co2的装置和方法。

背景技术

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背景技术：

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2、目前控制二氧化碳气体排放，减少大气中二氧化碳含量的途径主要有三种:①提高能源效率，研发节能技术；②开发利用清洁能源；③二氧化碳的固定与转化。目前co2的固定方法大致可分为物理固定法、化学固定法和生物固定法三大类。生物co2固定法在碳循环中具有重要作用，可用于固定二氧化碳的生物主要为高等植物、光合细菌、藻类等。其中，由于高等植物缓慢的生长速率导致其只能吸收全球3％～6％的co2，而藻类由于其光合速率高、繁殖快等特点，通过光合作用每年可固定约3.2×1010吨co2，约占生物固碳总量的40％左右。同时燃煤电厂烟气对微藻固碳几乎无影响，因此，经过预处理后非常适合作为藻类的优质碳源。

3、目前国内外利用藻类吸收co2的研究大多停留在利用微藻吸收co2，不管从处理效果或是收割回收处理上都存在一定的局限性，利用丝状刚毛藻吸收co2不仅可有效吸收水体中氮磷营养盐,而且对可能形成水华的蓝藻有很好的抑制作用,刚毛藻适应能力强,广泛存在于浅水湖泊及河道中，在处理污水和富营养化湖泊水试验研究中显示出了优良的作用,同时对cu、fe、zn和hg等重金属有一定的去除作用，且丝状刚毛藻作为大型丝状藻，不易随水流失，此外，可对其进行收割处理变为干物质具有经济价值，所以利用丝状刚毛藻作为吸收co2的首选物种，对减碳及河湖生态修复具有一定应用价值。

4、生物质能作为一种可再生能源，具有可再生性，对环境污染小等优点。刚毛藻具有较高的脂类，可溶性多糖和蛋白质等组分，刚毛藻的光能利用率高且刚毛藻以水体为生长环境，不占用耕地，不会因收割而破坏植被，因此利用刚毛藻作为生物质原料，获得焦炭，油，氢气等燃料再利用，可有效缓解能源危机，具有一定的经济价值。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种基于丝状刚毛藻吸收co2的方法，旨在利用城市污水尾水培养丝状刚毛藻，利用刚毛藻作为藻种用于吸收co2，每隔一段时间对生长到一定阶段的刚毛藻进行收割，经过处理作为生物质原料生产高附加值产物。

2、本发明另一个目的在于提供了一种基于丝状刚毛藻吸收co2的装置，利用刚毛藻作为藻种，构建co2吸收装置，以城市生活污水尾水为培养丝状刚毛藻提供营养物质，生物质燃烧发电厂所产生的电厂烟气废气提供碳源。

3、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种基于丝状刚毛藻吸收co2的方法，包括如下步骤：

5、1、使用绿藻门中的刚毛藻作为藻种，经曝气器处理后的电厂烟气废气为刚毛藻提供碳源；

6、2、连续不断补充定量城市生活污水尾水，维持刚毛藻所需营养盐使其生长稳定；3、每隔一段时间(6-10天)将刚毛藻及时清理至剩余一层绿色薄膜后，重新放回水中，使刚毛藻继续生长，直至下一次清理。

7、通过上述几个步骤的技术措施，关键在于使用绿藻门中易于收割的刚毛藻作为藻种进行固碳，解决了以往微藻固碳回收利用成本高等问题，且刚毛藻高耐盐，生长能力强，对高浓度co2具有耐受性；利用电厂烟气作为碳源，一方面解决了烟气直接排放造成的温室效应加剧，另一方面解决了刚毛藻生长所需碳源供应问题；以城市生活污水尾水培养刚毛藻，为其生长提供营养盐的同时利用刚毛藻净化水质，解决了城市生活污水尾水再处理(三级处理)成本高，二次污染等问题；该培养模式不仅可大幅度降低培养成本,同时具有显著的环境效应，利用丝状刚毛藻将光合作用固定co2的可再生过程与生产高附加值生物活性化合物结合起来，如脂质、蛋白质、维生素和类胡萝卜素等，可用于食品、饲料、生物燃料和医药产品等，从而降低了固碳成本，这些独特的优势使得丝状刚毛藻成为可持续低碳经济框架下co2减排的潜在候选者。

8、该技术将电厂烟气，城市污水尾水与刚毛藻培养相结合，作为利用者的同时更是处理者，实现固碳净水绿色环境经济双赢。相较于现有微藻固碳而言，克服了其在回收利用成本高，生物质采收能量散失，微藻培养环境要求高(特别是ph环境因素)，以及筛选耐高co2浓度微藻突变体等困难，使刚毛藻作为生物固碳的首选理想藻种。同时微藻固碳生长场所(光生物反应器)结构复杂，占地面积大，以刚毛藻作为固碳藻种不仅克服了设备上的复杂性和操作困难性而且还减少了二次污染以及成本高等问题。

9、为证实装置方法可靠性，结合具体实施例对本发明的具体实现结果进行表述：

10、经本装置处理后，污水尾水tp(总磷量),tn(各种形态无机和有机氮的总量)去除情况如附图12所示；

11、经本装置和方法处理后，刚毛藻每日相对生长速率如图13所示；

12、经本装置和方法处理后，刚毛藻日均固碳率如图14所示；

13、经本装置和方法处理后，刚毛藻回收生产生物燃料(柴油)量如图15所示。

14、本发明还涉及一种基于丝状刚毛藻吸收co2的装置，包括曝气器，透光玻璃缸，聚乙烯孔网，基质沸石，led光源培藻灯，水泵，集水箱。透光玻璃缸底部内放置多个膜片式微孔曝气器，所述膜片式微孔曝气器的曝气管通过纤维膜微孔和玻璃缸外部相连，经膜片式微孔曝气器处理后的电厂烟气以气泡形式进入玻璃缸内为丝状刚毛藻提供碳源；透光玻璃缸内固定聚乙烯孔网，孔网上置有填料沸石，填料沸石上接种丝状刚毛藻，透光玻璃缸上方和底部侧面分别开设一个小孔便于进水和出水；集水箱与出水管和水泵相连，城市污水尾水由出水口流出，经出水管进入集水箱，水泵用于调节水压，便于城市污水尾水快速进入集水箱。

15、所述透光玻璃缸规格10m×5m×5m，六面均透光，促使丝状刚毛藻受光均匀，且顶部固定led光源培藻灯，补充光源，以12h:12h调节光暗比，所述透光玻璃缸底部内放置多个(3－6个)膜片式微孔曝气器，所述膜片式微孔曝气器的曝气管通过纤维膜微孔和玻璃缸外部相连，电厂烟气废气气体由曝气管进入经纤维膜微孔以气泡形式排出，扩散至容器内，为丝状刚毛藻提供碳源。

16、所述曝气器为lxb-2纤维膜片微孔曝气器(购于市场)，曝气尺寸为φ260mm，膜片孔径为80μm，曝气孔径为28μm，经曝气器处理后的电厂烟气废气以气泡形式通过纤维膜的微孔排出进入玻璃缸反应器内为丝状藻提供碳源，控制电厂烟气废气中co2浓度在600-1200ppm。

17、所述电厂烟气废气为生物质燃烧发电厂排放产生，其中的污染物成分包括co2、少量水蒸气、so2、co、nox、烟尘，电厂烟气经冷却降温处理后进入曝气器；

18、所述聚乙烯孔网卡设在透光玻璃缸中间，孔直径100mm，孔间距100mm；

19、所述基质沸石铺设于聚乙烯孔网上，粒径3-5mm；

20、所述培藻灯为led光源，包括灯管，固定架，220v电源装置，玻璃缸上方两侧各固定一根，为藻类生长提供光源；

21、所述水泵型号为25lg3-10x3，流量为3m3/h，电机功率为1.1kw，水泵与出水管相连，每隔6-10天将处理后的尾水抽至集水箱；

22、所述集水箱为聚乙烯材质，规格3m3，用于收集经丝状刚毛藻处理后的污水尾水，收集后的污水尾水可用于农田灌溉和水产养殖，实现二次利用；

23、所述丝状藻为绿藻门中的刚毛藻作为藻种，丝状刚毛藻的接种量控制在3kg-4kg左右。

24、本发明的一种利用丝状刚毛藻吸收co2的方法，包括以下步骤：

25、丝状刚毛藻的固定及管理：将所述的丝状刚毛藻藻种固定在聚乙烯孔网上的基质沸石上，使其附着于基质上生长，每天固定时间向膜片式微孔曝气器进气口通电厂烟气废气，控制电厂烟气废气中co2浓度在600-1200ppm；以及连续不断补充城市污水尾水，促使丝状刚毛藻生长；

26、丝状刚毛藻营养盐的补充：每天连续不断向玻璃缸上方小孔补充2000l-2500l城市污水尾水为藻类提供营养盐，提供城市污水尾水各指标均控制在刚毛藻适宜生长范围内(水温控制在20-25℃，ph控制在6-9，光强控制在8000lx-12000lx，营养盐磷浓度控制在0.5mg/l，氮浓度控制在15mg/l，尾水补充流速控制在8cm/s)。

27、丝状刚毛藻的清理及检测：每隔6-10天取出聚乙烯孔网，更换聚乙烯孔网上的基质沸石，以及对丝状藻进行收割处理，留下部分附着藻丝的沸石，以供继续生长；收割的刚毛藻观察其生长状况，根据生长的藻量计算固定的co2量；

28、丝状刚毛藻的回收：将生长到一定阶段的刚毛藻进行收割，留下部分藻种继续生长，收割后的丝状刚毛藻进行预处理干燥后采用生物热解技术使藻类转化为生物质原料生产高附加值产物；

29、污水尾水的再利用：每隔6-10天收集经丝状刚毛藻处理后的污水尾水，收集后的污水尾水经水质指标检测达标后(一般需达到ⅲ类)可用于农田灌溉和水产养殖，实现二次利用；

30、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下明显有益效果：

31、1、本发明利用城市污水尾水中丰富的氮磷营养盐，促进丝状刚毛藻的快速生长，藻体绵长可以多次收割，不断移除藻体，以此降低水体中氮磷含量，实现氮磷控制净化水质，无二次污染，过程简单易操作，成本可控；

32、2、本发明利用电厂烟气废气中的co2作为藻类生长所需碳源，结合城市污水尾水为藻类提供营养盐；另一方面利用丝状刚毛藻构建co2吸收装置，且对生长到一定阶段的刚毛藻进行收割处理转化为生物质原料，生产高附加值产物，变多种废为宝，实现多种资源的低成本再利用。