[0001] 本实用新型涉及一种生物质水热产能工艺装置，具体属于废水处理及生物质产能技术领域。

[0002] 技术背景

[0003] 水热水相废水是水热反应产能技术中产生量最大的副产物，该废水富含碳、氮、磷等营养元素，有机污染物浓度高、种类繁多，还含有生物难降解有机化合物（如酚类、呋喃、碳-氮杂环物质）等，成分复杂难以处理；如果加强碱或吸附剂处理，不但提高水热反应产能系统的成本，而且导致严重的能源浪费。因此，加强水热水相废水资源化利用成为当前研究的热点。专利201810307976.1提出一种把废水中氮元素通过重氮化反应还原为氮气去除，2-
加Ba(OH)2或NaOH调节pH沉淀去除SO4 ，回用含碳和氢元素的水热废水作为水热反应的水溶剂，从而回收废水中碳、氢有机元素的方法。回用除氮后的水热废水作为反应溶剂可有效回收废水中的碳氢元素，但水热反应的原料无需干燥本身含水，因此回用的水热废水处理量有限，不适合用于处理大量水热废水。特别要指出的是，加入Ba(OH)2或NaOH调节pH生成沉淀需要再次处理不能随意排放。中科院大连化学物理研究所徐云鹏等人（专利号：
CN201210566119.6）提出一种利用水热废水作为微藻培养液，微藻循环养殖并联生物油生产的方法。启东市三江建筑机械有限公司（专利号：CN101549932A）提出了一种通过厌氧生化技术处理有机污水和废渣，再对污水与沼液进行好氧生化处理后耦合养藻炼油的生产方法。回收利用水热废水中的营养元素用于微藻培养，所得微藻生物质作为原料生产生物燃料，可达到水相废水资源化处理的目的，但废水中含有大量有毒有害化合物，会严重抑制微藻生长，使微藻产率较低，水热废水处理周期较长。中国农业大学卢海凤等人（专利号：
201510266963.0）提出一种通过光合细菌和微藻联合回收废水中营养元素的设备和方法。
通过先在水热废水中培养光合细菌，利用光合细菌有机负荷耐受力高、对酚类及其他含氮的多环芳烃类物质的吸收转化能力较强的特点降解部分有机污染物和营养元素，通过超滤膜分离后再继续培养微藻的方法回收废水中的营养元素，提高碳氮磷元素的去除效率。但需要指出的是使用超滤膜分离水中的光合细菌和微藻，将增加水热废水资源化处理过程的成本，对水热反应产能技术不经济。

[0004] 目前，微藻被称为第三代能源物料，水热反应技术不仅可以将微藻体内的脂质转化为生物油，也可以将蛋白质、多糖等物质转化为生物油，但微藻细胞体积小，采收成本高。用离心机等传统方法采收微藻，虽然采收效率高，但其成本约占微藻商业化成本的50%以上。因此，在水热废水用于微生物养殖并联产生物油的方法中，有必要结合微藻采收系统，开发新的综合回收水热废水营养元素培养微藻生产生物燃料，微藻高效低耗采收的水热反应循环产能系统。

[0005] 真菌是一种不含叶绿素，寄生或腐生异养型微生物，处理污水能力突出，大量研究表明，真菌对难降解有机物、重金属等污染物去除能力好，对有机物耐受能力高。以玫烟色棒束孢为例，其可在含5%微藻水热废水的培养液中正常生长，生物量随废水含量增加而增大；以烟曲霉为例，20%麦秆水解液对微藻生长抑制明显，但其对烟曲霉生长并无抑制作用。丝状真菌自絮凝成球易与水分离，还可协同微藻絮凝成球采收，南昌大学周文广等人（专利号：CN201110329213.5）提出的一种真菌介导的微藻采收方法，通过真菌微藻混合培养可获得的大颗粒菌藻共生体，简单过滤后就能采收。真菌微藻混合培养时，其可分泌胞外酶纤维素酶、木聚糖酶，这些酶对微藻细胞具有预处理功能，可提高微藻的生化降解性能。菌藻共生体可作为共水热反应的原料生产生物燃料。两种或两种以上生物质混合协同水热反应，生物质中的不同生化成分如蛋白质与碳水化合物间及其各自的中间产物之间可相互协同，有利于提高生物油产率与油品品质。

[0017] 实施例1

[0018] 一种生物质水热产能工艺装置由外来水热水相废水进水口（1）、真菌生物反应器（2）、1号过滤器（3-1）、2号过滤器（3-2）、微藻生物反应器（4）、真菌菌丝体储料箱（5-1）、藻菌储料箱（5-2）、储液池（6）、循环水泵（7）、水热反应釜（8）、加压机（9）、储气瓶（10）、固液分离器（11）、储碳瓶（12）、离心机（13）、储油瓶（14）、冷却器（15）、水箱（16）、待处理水热水相废水进水管（17）、混合气室（18）、1号进气管（19-1）、2号进气管（19-2）、1号曝气盘（20-1）、2号曝气盘（20-2）、真菌接种入口（21）、微藻接种入口（22）、1号加药口（23-1）、2号加药口（23-2）、空压机（24）、光源（25）、反应釜进料管（26）、1号气体流量计（27-1）、2号气体流量计（27-2）、3号气体流量计（27-3）和CO2气罐（28）、1号保温层（29-1）、2号保温层（29-2）构成；

[0019] 真菌生物反应器（2）的侧面自上而下分别连接有带阀门的外来水热水相废水进水口（1）、真菌接种入口（21）和1号加药口（23-1）；真菌生物反应器（2）的底部分别连接有2号进气管（19-2）和待处理水热水相废水进水管（17），待处理水热水相废水进水管（17）的另一端与水箱（16）的出料管道连接；2号进气管（19-2）的另一端通过阀门和流量计（27-3）出气管道相连；流量计（27-3）进气管道与带阀门的2号气体流量计（27-2）进气管道并联后，与空压机（24）出气管道相连；真菌生物反应器（2）的另一侧面底部出料管道经阀门与1号过滤器（3-1）的进料管道相连；1号过滤器（3-1）顶部的出料管道与真菌菌丝体储料箱（5-1）进料管道相连，真菌菌丝体储料箱（5-1）出料管道与微藻生物反应器（4）连接；真菌生物反应器（2）内部的底部设有1号曝气盘（20-1），外部设有保温层（29-2）；

[0020] 微藻生物反应器（4）的侧面设置有微藻接种入口（22）和2号加药口（23-2），另一侧面出料管道经阀门与2号过滤器（3-2）进料管道连接；2号过滤器（3-2）出料管道经阀门与藻菌储料箱（5-2）进料管道相连，藻菌储料箱（5-2）出料管道经阀门与反应釜进料管（26）连接后，与水热反应釜（8）相通；2号过滤器（3-2）的底部出料管道经阀门分别与循环水泵（7）进料管道、储液池（6）进料管道相连；循环水泵（7）的出料管道与离心机（13）的出料管道并联后，再与冷却器（15）的进料管道连接；冷却器（15）的出料管道通过阀门与水箱（16）的进料管道相连；微藻生物反应器（4）底部进气管道与混合气室（18）出气管道相连；混合气室（18）一侧进气管道与2号气体流量计（27-2）出气管道连接，另一侧进气管道与1号气体流量计（27-1）出气管道连接，1号气体流量计（27-1）进气管道经阀门与储气瓶（10）和CO2气罐（28）出气管道相连；微藻生物反应器（4）内部的底部设有2号曝气盘（20-2），外部设有保温层（29-2）；

[0021] 水热反应釜（8）的出料管道与固液分离器（11）进料管道连接，固液分离器（11）的一个出料管道经阀门与储碳瓶（12）进料管道相连，另一个出料管道经过管道与离心机（13）进料管道连接；离心机（13）的一出料管道经阀门与储油瓶（14）进料管道相连，另一出料管道与循环水泵（7）的出料管道并联；水热反应釜（8）的出气管道经阀门与加压机（9）进气管道相连后，再通过管道与储气瓶（10）进气管道相通；储气瓶（10）的出气管道经阀门与1号气体流量计（27-1）的进气管道相连。

[0022] 实施例2

[0023] 生物质水热产能装置的真菌生物反应器（2）的侧面自上而下分别连接有外来水热水相废水进水口（1）、真菌接种入口（21）和1号加药口（23-1）；真菌生物反应器（2）的底部分别连接有2号进气管（19-2）和待处理水热水相废水进水管（17）；2号进气管（19-2）的另一端经阀门与流量计（27-3）出气管道连接，流量计（27-3）的进气管道与带阀门的2号气体流量计（27-2）进气管道并联后，与空压机（24）出气管道相连；2号进气管（19-2）的管内气体借助曝气盘（20-1）实现对真菌生物反应器（2）的曝气；真菌生物反应器（2）的另一侧面底部出料管道经阀门与1号过滤器（3-1）进料管道相连；1号过滤器（3-1）采收的真菌菌丝体经管道进入真菌菌丝体储料箱（5-1），过滤后的第一阶段净化水经过管道进入微藻生物反应器（4）；待处理水热水相废水进水管（17）的另一端与水箱（16）出料管道连接，将待处理水热水相废水送入真菌生物反应器（2）中；

[0024] 微藻生物反应器（4）的侧面设置有微藻接种入口（22）和2号加药口（23-2），另一侧面出料管道经阀门与2号过滤器（3-2）进料管道连接；真菌菌丝体储料箱（5-1）中的真菌菌丝体、1号过滤器（3-1）产生的第一阶段净化水分别通过管道进入微藻生物反应器（4）中；微藻生物反应器（4）的底部通过管道与混合气室（18）相连，来自空压机（24）的空气与来自1号气体流量计（27-1）的水热废气和CO2的混合气在混合气室（18）中混合后，再经管道进入微藻生物反应器（4），通过2号曝气盘（20-2）进行曝气；微藻生物反应器（4）为有机玻璃材质，顶部及四周能透光，接受光源（25）照射；

[0025] 2号过滤器（3-2）过滤后的藻菌生物质通过出料管道经阀门进入藻菌储料箱（5-2），过滤剩余的第二阶段净化水通过出料管道和阀门分别进入储液池（6）、循环水泵（7）；进入储液池（6）的第二阶段净化水外排，进入循环水泵（7）中的第二阶段净化水在管道中与来自离心机（13）的待处理水热水相废水合并，一同进入冷却器（15）冷却后，再通过管道进入水箱（16）中；

[0026] 藻菌储料箱（5-2）中的藻菌生物质通过阀门和反应釜进料管（26）进入水热反应釜（8）进行水热反应，产物经固液分离器（11）分离，得到的固相水热碳通过管道和阀门进入储碳瓶（12），液相通过管道进入离心机（13），再经分离得到的生物油进入储油瓶（14）收集，剩余的待处理水热水相废水在管道中与第二阶段净化水汇集后进入冷却器（15）；水热反应过程产生的水热气经管道进入加压机（9），加压后进入储气瓶（10）；储气瓶（10）收集的水热废气在管道中与CO2气罐（28）释放的CO2气汇集，再经管道并通过1号气体流量计（27-1）进入混合气室（18）中。

[0027] 实施例3

[0028] 采用本实用新型工艺装置，以小球藻粉为原料，在300℃，7.5-8 MPa条件下进行水热碳化反应，反应时间为30分钟，产物为生物油、水热碳、水热气、水热水相废水。生物油的产率为35.5%，水相产量为97.4%，水热碳的产率为2.4%，水热气忽略不计。水热水相废水水质情况为：氨氮浓度5710 mg/L、总氮浓度 7826 mg/L、化学需氧量浓度为75000 mg/L、总磷 684 mg/L、pH值是8.75±0.25。

[0029] 水热水相废水稀释10倍，先接种真菌培养，培养8天后，接种微藻处理，处理结果为：总氮去除率为52.85 %，总磷去除率为98.53%，COD去除率为58.62%，氨氮去除率为45.21%。真菌菌丝体协同微藻采收率达90%以上，水热水相废水藻菌生物质产率约为0.80g/L。