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连续生产微藻的方法

阅读:173发布:2024-02-29

专利汇可以提供连续生产微藻的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种连续生产微藻的方法,主要解决 现有技术 中 硝酸 废液再利用率低、微藻产品生产效率低的问题。本发明通过采用一种连续生产微藻的方法,采用光 生物 反应塔在养殖微藻的同时又处理硝酸废液,再过滤-离心-干燥制得微藻产品,硝酸废液也实现达标排放和“零排放”,同时设置二套相互切换的光生物反应系统,使培养微藻工业过程连续化进行的技术方案较好地解决了上述问题,可用于续生产微藻中。,下面是连续生产微藻的方法专利的具体信息内容。

1.一种连续生产微藻的方法,包括如下步骤:
a)来自石油化工工艺装置的硝酸废液(1)收集在硝酸废液储罐(8)中,通过稀释储罐(10)进行稀释处理,中和储罐(11)进行中和处理后,与来自界外含葡萄糖磷酸盐以及锌、微量元素的营养溶液(2)合并,再与来自界外并收集在藻种储罐(9)中的藻种子液(3)合并,三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应系统;
b)光生物反应系统设置并联2台光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17),其中:光生物反应塔A(16)上下游设置第一控制(12)和第三控制阀门(14),光生物反应塔B(17)上下游设置第二控制阀门(13)和第四控制阀门(15);当第一控制阀门(12)和第三控制阀门(14)打开时,光生物反应塔A(16)为运行工况,硝酸废液(1)和营养溶液(2)以及藻种子液(3)三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应塔A(16),在LED光照和空气曝气条件下,微藻种子发生光合作用,使微藻能够适应在高浓度硝酸废液的环境中快速吸收硝酸废液中的硝态氮,微藻能够迅速发酵培养;也使微藻能够吸收硝酸废液中残余的硝态氮,使硝酸废液处理能够彻底完成,微藻能够进一步反应生长;此时第二控制阀门(13)和第四控制阀门(15)关闭,光生物反应塔B(17)为消毒工况,高温蒸汽通入光生物反应塔B(17)进行消毒杀菌操作;通过控制阀门开关,切换光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)的操作工况,以保证微藻养殖培育的连续进行;
c)完成养殖培育步骤的微藻溶液被依次送入过滤器(18)和离心机(19),经过滤器(18)产生的过滤清液(5)和经离心机(19)产生的离心清液(6)经离心清液储罐(20)合并,二股返回物料被再次送入光生物反应系统参与微藻的养殖培育;经过滤器(18)和离心机(19)的微藻溶液送入干燥器(21)干燥,最终得到微藻粉末产品(7)。
2.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于待处理的硝酸废液处理量为
0.1~2000L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为0.1~100g/L。
3.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)配有曝气设备和LED光源设备,以保证微藻的光合作用;曝气设备输入空气流量为1~20000Nm3/hr,LED光源设备照度为50~450lx。
4.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)配有高温蒸汽管线,以保证消毒杀菌操作;高温蒸汽温度为110~200℃,蒸汽消毒杀菌时间为15~45min。
5.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于光生物反应塔,在运行工况时,操作压为0.12~0.26MPaA,操作温度为20~40℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=6.5~10.0,搅拌转速为50~450rpm,微藻培养周期为12~144h,运行周期为2~18天。
6.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于过滤器(18)入口操作压力为
0.40~0.60MPaA,出口操作压力为0.35~0.55MPaA,操作温度为20~40℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为20000~500000,过滤后的浓藻液干物质固含量为10~50g/L。
7.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于离心机(19)入口操作压力为
0.30~0.50MPaA,出口操作压力为0.25~0.45MPaA,操作温度为20~40℃,离心后的浓藻液干物质固含量为100~350g/L。
8.根据权利要求1所述连续生产微藻的方法,其特征在于干燥器的操作压力为0.10~
0.40MPaA,操作温度为20~40℃,微藻粉末产品产量为0.07~1408kg/d。

说明书全文

连续生产微藻的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续生产微藻的方法,将环保处理硝酸废液与养殖培育微藻产品结合起来,并在工艺流程中设置二套相互切换的光生物反应系统,使培养微藻的工业过程能够连续化进行,可用于处理硝酸废液中。

背景技术

[0002] 石油化工工艺装置在生产过程中产生的含硝酸以及硝酸根离子的硝酸废液,大多采用汽提法、膜处理法、离子交换法和蒸发冷凝以及中和等方法进行环保处理。但是,这些物理或化学方法都存在无法实现进一步削减和循环再利用硝酸废液的目的。
[0003] 微藻是一类非常原始的生物资源,体积微小、结构简单、分布广泛,没有器官分化,而且微藻具有光合作用效率高、生长速度快、生物产量大、易于品种改良、环境适应性强的特点,并且与高等植物相比,它们的脂类、淀粉蛋白质等有效成分的含量更高。微藻的传统商业应用领域十分广泛,包括将它们用作食品添加剂、保健品添加剂、医药添加剂和农牧业饲料产养殖业饲料以及化学工业的原料。
[0004] 现有技术中的专利申请号为CN 200610102052.5硝酸铵废水处理方法,公开了一种利用多效蒸发法处理含硝酸铵废水的处理方法,适用于高浓度硝酸进料的加压中和工艺过程废水的处理,也适用于其它类似工艺,如:硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等非挥发性组分的废水处理。专利申请号为CN 03128138.9一种微藻工业化生产用光合生物反应器系统,公开了一种采用封闭式管道微藻工业化生产用光合生物反应器系统,其双反应塔流程实现了微藻养殖的连续操作;该发明培育微藻产品采用二原料,还涉及废水处理与微藻养殖相结合的工业化工艺。专利申请号为CN 200810201116.6微藻培养耦合生物柴油炼制的生产方法,公开了一种将生物柴油炼制与微藻培养耦合工业化的方法;该方法利用二氧化碳工业废气和富营养化工业废水为主要原料养殖含油微藻,同时实现二氧化碳的减排、污染水体的治理以及生物柴油的清洁生产的三大目标。
[0005] 现有技术中的专利申请号为CN 200610102052.5仅仅采用物理方法处理石化装置产生的硝酸铵、高浓度硝酸等硝酸废液,未涉及采用生物化学方法处理硝酸废液,由此硝酸废液环保处理过程中存在工程投资高、运行成本高、检修费用高、硝酸废液再利用率低的问题。
[0006] 专利申请号为CN 03128138.9和专利申请号为CN 200810201116.6都采用二氧化碳作为原料进行培育和养殖微藻产品,但是未涉及含硝酸废液或硝酸根盐废水的环保处理与综合利用的技术方案,存在无法同时环保处理硝酸废液与养殖培育微藻产品相结合、微藻产品生产效率低的问题。
[0007] 近年来,随着生物化学技术的不断发展,将环保处理硝酸废液与养殖培育微藻产品结合起来的技术方案,既可以降低微藻产品的培养成本,又可以实现硝酸废液污染物的减排,实现硝酸废液达标排放和“零排放”的要求。由此,将利用硝酸废液连续生产微藻的方法用于处理硝酸废液中,将产生更大的经济效益与环保效益。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题是现有技术中硝酸废液再利用率低、微藻产品生产效率低的问题,提供一种新的连续生产微藻的方法,具有硝酸废液再利用率高、微藻产品生产效率高的优点。
[0009] 为解决上述问题,本发明采用的技术方案如下:一种连续生产微藻的方法,包括如下步骤:
[0010] a)来自石油化工工艺装置待处理的硝酸废液(1)收集在硝酸废液储罐(8)中,通过稀释储罐(10)进行稀释处理,中和储罐(11)进行中和处理后,与来自界外含葡萄糖、磷酸盐以及锌、微量元素的营养溶液(2)合并,再与来自界外并收集在藻种储罐(9)中的藻种子液(3)合并,三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应系统;
[0011] b)光生物反应系统设置并联2台光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17),其中:光生物反应塔A(16)上下游设置第一控制(12)和第三控制阀门(14),光生物反应塔B(17)上下游设置第二控制阀门(13)和第四控制阀门(15);当第一控制阀门(12)和第三控制阀门(14)打开时,光生物反应塔A(16)为运行工况,硝酸废液(1)和营养溶液(2)以及藻种子液(3)三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应塔A(16),在LED光照和空气曝气条件下,微藻种子发生光合作用,使微藻能够适应在高浓度硝酸废液的环境中快速吸收硝酸废液中的硝态氮,微藻能够迅速发酵培养;也使微藻能够吸收硝酸废液中残余的硝态氮,使硝酸废液处理能够彻底完成,微藻能够进一步反应生长;此时第二控制阀门(13)和第四控制阀门(15)关闭,光生物反应塔B(17)为消毒工况,高温蒸汽通入光生物反应塔B(17)进行消毒杀菌操作;通过控制阀门开关,切换光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)的操作工况,以保证微藻养殖培育的连续进行;
[0012] c)完成养殖培育步骤的微藻溶液被依次送入过滤器(18)和离心机(19),经过滤器(18)产生的过滤清液(5)和经离心机(19)产生的离心清液(6)经离心清液储罐(20)合并,二股返回物料被再次送入光生物反应系统参与微藻的养殖培育;经过滤器(18)和离心机(19)的微藻溶液送入干燥器(21)干燥,最终得到微藻粉末产品(7)。
[0013] 上述技术方案中,优选地,待处理的硝酸废液处理量为0.1~2000L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为0.1~100g/L。
[0014] 上述技术方案中,优选地,光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)配有曝气设备和LED光源设备,以保证微藻的光合作用;曝气设备输入空气流量为1~20000Nm3/hr,LED光源设备照度为50~450lx。
[0015] 上述技术方案中,优选地,光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)配有高温蒸汽管线,以保证消毒杀菌操作;高温蒸汽温度为110~200℃,蒸汽消毒杀菌时间为15~45min。
[0016] 上述技术方案中,优选地,光生物反应塔,在运行工况时,操作压为0.12~0.26MPaA,操作温度为20~40℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=6.5~10.0,搅拌转速为50~450rpm,微藻培养周期为12~144h,运行周期为2~18天。
[0017] 上述技术方案中,优选地,过滤器(18)入口操作压力为0.40~0.60MPaA,出口操作压力为0.35~0.55MPaA,操作温度为20~40℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为20000~500000,过滤后的浓藻液干物质固含量为10~50g/L。
[0018] 上述技术方案中,优选地,离心机(19)入口操作压力为0.30~0.50MPaA,出口操作压力为0.25~0.45MPaA,操作温度为20~40℃,离心后的浓藻液干物质固含量为100~350g/L。
[0019] 上述技术方案中,优选地,干燥器的操作压力为0.10~0.40MPaA,操作温度为20~40℃,微藻粉末产品产量为0.07~1408kg/d。
[0020] 本发明涉及一种利用硝酸废液连续生产微藻的方法,就是要解决硝酸废液再利用率低、微藻产品生产效率低的问题。本发明将石化工艺装置产生的硝酸废液环保处理与微藻产品养殖培育相结合,并将微藻产品养殖培育由间歇的实验室规模放大到连续的工业化商业运行规模。同时设置二台光生物反应塔,通过控制阀门开关,将一台光生物反应塔进行环保处理硝酸废液与养殖培育微藻产品的操作,另一台光生物反应塔进行消毒杀菌操作,以实现利用硝酸废液连续生产微藻产品的工业化商业运行。本发明涉及一种利用硝酸废液连续生产微藻的方法,首先采用光生物反应塔在进行微藻养殖培育的同时又进行硝酸废液环保处理,然后再利用过滤分离-离心分离-粉末干燥等步骤制得微藻粉末产品,硝酸废液也实现了达标排放和“零排放”。同时,设置二套可以相互切换的光生物反应系统,使培养微藻的工业过程连续化进行。由此以HNO3计,本发明能够处理硝酸浓度为0.1~100g/L的硝酸废液,并获得产量为0.07~1408kg/d的高附加值微藻粉末产品,取得了较好的技术效果和环保效益。附图说明
[0021] 图1为本发明所述方法的流程示意图。
[0022] 图1中,1、硝酸废液;2、营养溶液;3、藻种子液;4、混合种子液;5、过滤清液;6、离心清液;7、微藻粉末产品;8、硝酸废液储罐;9、藻种储罐;10、稀释储罐;11、中和储罐;12、第一控制阀门;13、第二控制阀门;14、第三控制阀门;15、第四控制阀门;16、光生物反应塔A;17、光生物反应塔B;18、过滤器;19、离心机;20、离心清液储罐;21、干燥器。
[0023] 下面通过实施例对本发明作进一步的阐述,但不仅限于本实施例。

具体实施方式

[0024] 【比较例1】
[0025] 现有技术光生物反应塔A运行周期12天,停车消毒保养4天;光生物反应塔B运行周期12天,停车消毒保养4天;微藻粉末产品产量为264kg/d。
[0026] 【实施例1】
[0027] 采用本发明利用硝酸废液连续生产微藻的方法,如图1所示,以光生物反应塔A(16)运行工况和光生物反应塔B(17)消毒工况为例:来自石油化工工艺装置的硝酸废液(1)收集在硝酸废液储罐(8)中,通过稀释储罐(10)进行稀释处理,中和储罐(11)进行中和处理后,与来自界外含葡萄糖、磷酸盐、锌、铜等微量元素的营养溶液(2)合并,再与来自界外并收集在藻种储罐(9)中的藻种子液(3)合并,三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应系统。光生物反应系统设置并联的二台光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17),当第一控制阀门(12)和第三控制阀门(14)打开时,光生物反应塔A(16)为运行工况,硝酸废液(1)和营养溶液(2)以及藻种子液(3)三股物料和二股返回物料合并为混合种子液(4)进入光生物反应塔A(16),在LED光照和空气曝气条件下,微藻种子发生光合作用,使微藻能够适应在高浓度硝酸废液的环境中快速吸收硝酸废液中的硝态氮,微藻能够迅速发酵培养;也使微藻能够吸收硝酸废液中残余的硝态氮,使硝酸废液处理能够彻底完成,微藻能够进一步反应生长。此时第二控制阀门(13)和第四控制阀门(15)关闭,光生物反应塔B(17)为消毒工况,高温蒸汽通入光生物反应塔B(17)进行消毒杀菌操作。通过控制阀门开关,可以切换光生物反应塔A(16)和光生物反应塔B(17)的操作工况,以保证微藻养殖培育的连续进行。c)完成养殖培育步骤的微藻溶液被依次送入过滤器(18)和离心机(19),经过滤器(18)产生的过滤清液(5)和经离心机(19)产生的离心清液(6)经离心清液储罐(20)合并,二股返回物料被再次送入光生物反应系统参与微藻的养殖培育。经过滤器(18)和离心机(19)的微藻溶液送入干燥器(21)干燥,最终得到微藻粉末产品(7)。
[0028] 待处理的硝酸废液处理量500L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为68g/L。在运行工况3
时,光生物反应塔A(16)曝气设备输入空气流量为5000Nm/hr,LED光源设备照度为110lx,操作压力为0.20MPaA,操作温度为33℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=8.6,搅拌转速为130rpm,微藻培养周期为42h,运行周期为12天。在消毒工况时,光生物反应塔B(17)高温蒸汽温度为170℃,蒸汽消毒杀菌时间为38min。过滤器(18)入口操作压力为0.52MPaA,出口操作压力为0.47MPaA,操作温度为33℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为82000,过滤后的浓藻液干物质固含量为42g/L。离心机(19)入口操作压力为0.42MPaA,出口操作压力为0.37MPaA,操作温度为33℃,离心后的浓藻液干物质固含量为215g/L。干燥器的操作压力为0.32MPaA,操作温度为33℃,微藻粉末产品产量为352kg/d。与【比较例1】264kg/d相比,微藻粉末产品产量增加33.3%。
[0029] 【比较例2】
[0030] 现有技术光生物反应塔A运行周期12天,停车消毒保养4天;光生物反应塔B运行周期12天,停车消毒保养4天;微藻粉末产品产量为0.05kg/d。
[0031] 【实施例2】
[0032] 工艺操作条件同【实施例1】,仅仅待处理的硝酸废液处理量改变。采用本发明利用硝酸废液连续生产微藻的方法,待处理的硝酸废液处理量0.1L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为68g/L。在运行工况时,光生物反应塔A(16)曝气设备输入空气流量为1Nm3/hr,LED光源设备照度为110lx,操作压力为0.20MPaA,操作温度为33℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=8.6,搅拌转速为130rpm,微藻培养周期为42h,运行周期为12天。在消毒工况时,光生物反应塔B(17)高温蒸汽温度为170℃,蒸汽消毒杀菌时间为38min。过滤器(18)入口操作压力为0.52MPaA,出口操作压力为0.47MPaA,操作温度为33℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为82000,过滤后的浓藻液干物质固含量为42g/L。离心机(19)入口操作压力为0.42MPaA,出口操作压力为0.37MPaA,操作温度为33℃,离心后的浓藻液干物质固含量为
215g/L。干燥器的操作压力为0.32MPaA,操作温度为33℃,微藻粉末产品产量为0.07kg/d。
与【比较例2】0.05kg/d相比,微藻粉末产品产量增加40.0%。
[0033] 【比较例3】
[0034] 现有技术光生物反应塔A运行周期12天,停车消毒保养4天;光生物反应塔B运行周期12天,停车消毒保养4天;微藻粉末产品产量为1056kg/d。
[0035] 【实施例3】
[0036] 工艺操作条件同【实施例1】,仅仅待处理的硝酸废液处理量改变。采用本发明利用硝酸废液连续生产微藻的方法,待处理的硝酸废液处理量2000L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为68g/L。在运行工况时,光生物反应塔A(16)曝气设备输入空气流量为20000Nm3/hr,LED光源设备照度为110lx,操作压力为0.20MPaA,操作温度为33℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=8.6,搅拌转速为130rpm,微藻培养周期为42h,运行周期为12天。在消毒工况时,光生物反应塔B(17)高温蒸汽温度为170℃,蒸汽消毒杀菌时间为38min。过滤器(18)入口操作压力为0.52MPaA,出口操作压力为0.47MPaA,操作温度为33℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为82000,过滤后的浓藻液干物质固含量为42g/L。离心机(19)入口操作压力为
0.42MPaA,出口操作压力为0.37MPaA,操作温度为33℃,离心后的浓藻液干物质固含量为
215g/L。干燥器的操作压力为0.32MPaA,操作温度为33℃,微藻粉末产品产量为1408kg/d。
与【比较例3】1056kg/d相比,微藻粉末产品产量增加33.3%。
[0037] 【比较例4】
[0038] 现有技术光生物反应塔A运行周期2天,停车消毒保养1天;光生物反应塔B运行周期2天,停车消毒保养1天;微藻粉末产品产量为141kg/d。
[0039] 【实施例4】
[0040] 待处理的硝酸废液处理量同【实施例1】,仅仅工艺操作条件改变。采用本发明利用硝酸废液连续生产微藻的方法,待处理的硝酸废液处理量500L/周期,以HNO3计,硝酸浓度为0.1g/L。在运行工况时,光生物反应塔A(16)曝气设备输入空气流量为5000Nm3/hr,LED光源设备照度为50lx,操作压力为0.12MPaA,操作温度为20℃,恒温运行,温度波动范围为±0.5℃,pH=6.5,搅拌转速为50rpm,微藻培养周期为12h,运行周期为2天。在消毒工况时,光生物反应塔B(17)高温蒸汽温度为110℃,蒸汽消毒杀菌时间为45min。过滤器(18)入口操作压力为0.40MPaA,出口操作压力为0.35MPaA,操作温度为20℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为20000,过滤后的浓藻液干物质固含量为10g/L。离心机(19)入口操作压力为
0.30MPaA,出口操作压力为0.25MPaA,操作温度为20℃,离心后的浓藻液干物质固含量为
100g/L。干燥器的操作压力为0.10MPaA,操作温度为20℃,微藻粉末产品产量为212kg/d。与【比较例4】141kg/d相比,微藻粉末产品产量增加50.4%。
[0041] 【比较例5】
[0042] 现有技术光生物反应塔A运行周期18天,停车消毒保养5天;光生物反应塔B运行周期18天,停车消毒保养5天;微藻粉末产品产量为191kg/d。
[0043] 【实施例5】
[0044] 待处理的硝酸废液处理量同【实施例1】,仅仅工艺操作条件改变。采用本发明利用硝酸废液连续生产微藻的方法,待处理的硝酸废液处理量500L/周期,以HNO3计,硝酸浓度3
为100g/L。在运行工况时,光生物反应塔A(16)曝气设备输入空气流量为5000Nm/hr,LED光源设备照度为450lx,操作压力为0.26MPaA,操作温度为40℃,恒温运行,温度波动范围为±
0.5℃,pH=10.0,搅拌转速为450rpm,微藻培养周期为144h,运行周期为18天。在消毒工况时,光生物反应塔B(17)高温蒸汽温度为200℃,蒸汽消毒杀菌时间为15min。过滤器(18)入口操作压力为0.60MPaA,出口操作压力为0.55MPaA,操作温度为40℃,滤膜组件截留微藻的相对分子量为500000,过滤后的浓藻液干物质固含量为50g/L。离心机(19)入口操作压力为
0.50MPaA,出口操作压力为0.45MPaA,操作温度为40℃,离心后的浓藻液干物质固含量为
350g/L。干燥器的操作压力为0.40MPaA,操作温度为40℃,微藻粉末产品产量为244kg/d。与【比较例5】191kg/d相比,微藻粉末产品产量增加27.7%。
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