CN101643699B - 一种利用废水养殖微藻的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废水养殖微藻的系统，该系统包括：水源热泵、温控装置、热交换管道、废水处理装置，水源热泵用于从输入的废水中获得热能并存储，通过获得废水热能将输入水进行制热或制冷；温控装置用于检测微藻养殖室的环境温度和水源热泵的出水温度；热交换管道用于接收所述水源热泵输出的水，并同所述微藻养殖室进行热交换；废水处理装置用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道和/或水帘处流出的废水进行进一步处理，并输入给每一个光生物反应器。本发明实现了利用废水控制微藻养殖的适宜温度范围以及利用废水提供微藻养殖培养液的问题。

Description

一种利用废水养殖微藻的系统

技术领域

本发明涉及微藻养殖技术，尤其涉及一种利用废水养殖微藻的系统。

背景技术

在微藻的养殖过程中需要大量的水源。一方面，微藻的培养液需要消耗很大一部分的水源，另一方面，由于微藻的养殖需要合适的温度，在高温天气时，需要将大量热水通入到微藻养殖室的供暖装置中，在低温天气时，又需要将大量冷水通入到微藻养殖室的制冷装置处，通过同微藻养殖室进行热交换以保持微藻养殖的适宜温度范围。

为了解决微藻养殖培养液需要消耗很大一部分水源的问题，已有利用废水作为微藻养殖培养液的水源来进行微藻养殖的技术。专利US20080135474介绍了利用一种带有转轮的污水处理设备进行微藻养殖的方法。由于转轮的作用可把藻体适度暴露于液体表面接受日光照射，而且微藻可吸收污水中的氮、磷等无机盐用于自身的生长，所以利用该技术既可净化污水还节约微藻养殖成本。但是，该专利仅仅公开了将废水作为微藻养殖培养液水源的问题。

目前控制微藻养殖的适宜温度范围的方法通常为，在冬季时采用空调、锅炉供暖等方式，在夏季时采用水帘降温度等手段。现有技术控制微藻养殖的适宜温度范围的方法，不仅要消耗大量的水源还消耗大量的能源，加大了微藻养殖成本。

发明内容

本发明提供了一种利用废水养殖微藻的系统，用以实现利用废水控制微藻养殖的适宜温度范围以及利用废水提供微藻养殖培养液的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种利用废水养殖微藻的系统，包括：设置在微藻养殖室中的至少一个光生物反应器，用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻，还包括：

水源热泵，通过取水管道获得废水，从一部分废水中获得热能后存储所述热能，以及根据温度检测单元检测的环境温度，通过存储的热能将另一部分废水制热到第一设定温度后从第一出水口输出，并将热能被获取后温度降到第二设定温度的废水从所述第二出水口输出，所述第一设定温度高于第二设定温度；

温控装置，用于检测所述微藻养殖室的环境温度和水源热泵的第一出水口的出水温度，并控制水源热泵的第一出水口以第一流速输出第一设定温度的水；

热交换管道，铺设到微藻养殖室中，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述第一出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第一出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

废水处理装置，所述废水处理装置的出水口通过出水管道连接每一个光生物反应器的入水口，并通过回灌管道连接所述水源热泵的第二出水口，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道处流出的废水进行进一步处理，并通过废水处理装置的出水管道输入给每一个光生物反应器。

一种利用废水养殖微藻的系统，包括：设置在微藻养殖室中的至少一个光生物反应器，用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻，还包括：

水源热泵，通过取水管道获得废水，从一部分废水中获得热能后存储所述热能，以及根据温度检测单元检测的环境温度，通过存储的热能将另一部分废水制热到第一设定温度后从第一出水口输出，并将热能被获取后温度降到第二设定温度的废水从所述第二出水口输出，所述第一设定温度高于第二设定温度；

温控装置，用于检测所述微藻养殖室的环境温度和水源热泵的出水口的出水温度，并控制水源热泵的第二出水口以第二流速从所述第二出水口输出第二设定温度的水；

热交换管道，铺设到微藻养殖室中，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述第二出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第二出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

废水处理装置，出水口通过出水管道连接每一个光生物反应器的入水口，并通过回灌管道连接所述水源热泵的第一出水口，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道处流出的废水进行进一步处理，并通过废水处理装置的出水管道输入给每一个光生物反应器。

本发明通过利用废水热能生成热水或冷水对微藻养殖室进行供热或供冷，并进一步利用废水作为微藻养殖培养液的水源，从而充分利用废水的资源，既有利于环保，又极大的节省了微藻养殖的水源和能源，降低了微藻养殖的成本。

附图说明

图1为本发明实施例中利用废水养殖微藻的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中温控装置组成示意图；

图3为本发明实施例中用于提供微藻养殖培养液水源的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的方法与装置进行说明。附图仅用于帮助理解实施例的方案，在各种实现中可以不限于附图所示的形式。

在本发明实施例中使用的废水为化工厂废水。化工厂(特别是煤化工厂)排出的工业废水通常出水温度为30-35℃，并且含有大量的氮、磷等无机盐。采用本发明技术方案，既可以利用废水的热能，又可利用废水中的氮、磷等无机盐进行微藻养殖，从而在降低微藻养殖成本的同时还有利于环保。

微藻的养殖是在微藻养殖室105内进行，微藻养殖室中至少有一个光生物反应器106，该光生物反应器用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻。本发明通过采用水源热泵获取废水的热能。水源热泵的种类很多，根据水源热泵的不同，对微藻养殖室所进行的温度调控实施方式也会有所不同。参考图1为本发明实施例中利用废水养殖微藻的系统的结构示意图。本发明实施例中的废水养殖微藻系统，包括：

废水预处理装置102，用于对工业废水进行过滤、除杂、脱盐后输出给水源热泵，通过取水管同水源热泵连接111；

水源热泵104，通过取水管道获得经过废水预处理的废水，从一部分废水中获得热能后存储所述热能，以及根据温度检测单元检测的环境温度，通过存储的热能将另一部分废水制热到第一设定温度后从第一出水口输出，并将热能被获取后温度降到第二设定温度的废水从所述第二出水口输出，所述第一设定温度高于第二设定温度；

温控装置110，用于检测所述微藻养殖室的环境温度和水源热泵的出水温度，并控制水源热泵的第一出水口以第一流速从所述第一出水口输出第一设定温度的水；或控制水源热泵的第二出水口以第二流速从所述第二出水口输出第二设定温度的水；

热交换管道107，当外界环境为低温时，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述第一出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第一出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；当外界环境为高温时，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述第二出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第二出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

水帘108，放置于微藻养殖室的一侧，所述水帘的入水口通过管道同水源热泵的第二出水口连接，所述水帘的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第二出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

废水处理装置109，所述废水处理装置的出水口通过出水管道连接每一个光生物反应器的入水口，并通过回灌管道112连接所述水源热泵的第一出水口或第二出水口，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道处流出的废水进行进一步处理，并通过废水处理装置的出水管道113输入给每一个光生物反应器；

入水电气比例阀103，设置在在取水管道上，用于控制流入水源热泵的进水流速。

为了更好的理解本实施例中水源热泵对废水的处理过程，下面通过水源热泵加热废水和水源热泵冷却废水两个部分进行详细阐述，本实施例中涉及的废水温度及水量可根据具体情况发生变化。

微藻养殖的适宜温度范围根据微藻类型而不同。本实施例中一种微藻的养殖适宜温度为25℃左右，因此在低温环境下需要对微藻养殖室进行供暖。化工厂101排出的工业废水的水温约为35℃，由于此时的废水含有大量的无机盐类、淤泥、污染物(例如COD、BOD、NH3-N)等，需要首先进入到废水预处理装置中进行过滤、除杂、脱盐处理，避免废水腐蚀、堵塞管路等设备的现象发生。经过过滤、除杂、脱盐工序后的废水温度约为30℃，经取水管道流入到水源热泵中。取水管道上设置有入水电气比例阀用于控制流入水源热泵的进水流速。以一个中等化工厂每日排废水量100吨/每日，水源热泵每小时处理4吨废水为例，通过热泵机组的工作，水源热泵每小时可获取3吨10℃的热能，将该3吨10℃的热能转移给1吨30℃的废水，约20-30分钟后获得了3吨10℃的热能的1吨30℃废水即可被制热到第一设定温度60℃，而被提取了10℃热能的3吨30℃废水则变为3吨20℃的废水。1吨60℃的废水从水源热泵的第一出水口处流出经连接水源热泵和热交换管道的管道进入到热交换管道中，而3吨20℃的废水则经第二出水口通过回灌管道进入到废水处理装置中。由于这种热能的转换过程是连续的，所以会持续的有60℃废水从水源热泵的出水管道处流出并进入到热交换管道中。采用水源热泵技术获得的废水热能将输入水制热，同传统的加热方法相比，利用极少的高品位能源(本实施例中为电源)即可获取大量的低品位热源(本实施例中为30℃废水)，极大的节省了能源。通常水源热泵消耗1KW的电能，可以得到4KW以上的热量。而锅炉供热只能将90％的电能或70％～90％的燃料内能转化为热量，因此水源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。

在高温环境时，例如在夏季，微藻养殖室的温度可高达40℃，远远超过了微藻养殖的适宜温度范围，必须要降低室内的温度。本实施例是采用向水帘和热交换管道连续提供20℃的冷水，通过热交换的方式，带走室内热量，降低温度，从而控制微藻养殖室的温度为25℃。具体采用水源热泵降进行制冷的过程为：经过过滤、除杂、脱盐工序后的化工厂废水温度约为30℃，经取水管道流入到水源热泵中。在所述取水管道上设置有入水电气比例阀用于控制流入所述水源热泵的进水流速。以一个中等化工厂每日排废水量100吨/每日，热泵每小时处理4吨废水为例，水源热泵每小时获取3吨10℃的热能，将该3吨10℃的热能转移给1吨30℃的废水，约20-30分钟后获得了3吨10℃的热能的1吨30℃废水即可提升到60℃，而被提取了3吨10℃热能的3吨30℃废水则制冷为第二设定温度，即3吨20℃的废水。3吨20℃的废水从水源热泵的第二出水口流出，通过管道进入到热交换管道和水帘中，而1吨60℃的废水则经第一出水口通过回灌管道进入到废水处理装置中。由于这种热能的转换过程是连续的，所以会持续的有20℃废水从水源热泵处流出并进入到热交换管道中。采用水源热泵技术将输入水制冷到第二设定温度，同传统的加热方法相比，利用极少的高品位能源(本实施例中为电源)即可获取大量的低品位热源(本实施例中为30℃废水)，极大的节省了能源。

在对微藻养殖室进行供暖时，从热泵处的出水管道流出的水温并不是恒定为60℃，而是通过具体的环境温度发生变化的。参考图2为本发明实施例中温控装置组成示意图。该温控装置包括：

至少一个用于检测微藻养殖室环境温度的第一检测单元203，设置在微藻养殖室中206；

至少一个用于检测水源热泵的出水管道处的出水温度的第二检测单元201，设置在连接水源热泵205和热交换管道的管道上；

出水电气比例阀202，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上，用于调节水源热泵的出水流速；

温度控制单元204，用于根据所述第一检测单元和第二检测单元检测到的温度，控制水源热泵将输入水制热到第一设定温度，并根据第一流速控制出水电气比例阀；或者控制水源热泵将输入水制冷到第二设定温度，并根据第二流速控制出水电气比例阀。

由第一检测单元、第二检测单元、出水电气比例阀和温度控制单元组成的温控装置是通过电脑自动数据控制来进行，可精确的调节水源热泵的出水管道处的出水温度及出水流速。例如，当室温检测仪检测到外界环境为5℃的情况下，温控装置自动调节水源热泵的出水温度，即第二检测单元检测到的温度为55℃，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上的出水电气比例阀为全部开启状态；当第一检测单元检测到外界环境为15℃的情况下，温控装置自动控制水源热泵的第一出水口处的出水温度，即第二检测单元检测到的温度为45℃，设置在水源热泵出水管道处的出水电气比例阀为部分开启状态从而保持微藻养殖室的室温为25℃。而当第一检测单元检测到外界环境为高温的情况下，温控装置自动控制水源热泵的第二出水口处的出水温度为20℃，设置在水源热泵出水管道处的出水电气比例阀根据微藻养殖室的温度自动调节开启程度以保持微藻养殖室的室温为25℃。

当室温检测仪检测到外界环境为高温时，从水源热泵的第二出水口处流出的温度为第二设定温度的水不仅经管道流入到热交换管道中，还有一部分流入到水帘中。水帘设置于微藻养殖室的一侧，它的对侧设置有风扇，风扇转动时形成负压，从而提高水帘对室内的降温作用。所以在高温情况下为了保持微藻养殖室的温度为25℃需要采用向水帘和热交换管道两处通入温度为第二温度的水的方法以达到降低室内温度的目的。

无论外界环境是高温还是低温从热交换管道或水帘处流出的废水都约为25℃。流出的废水继续流入到废水处理装置中同从水源热泵通过回灌管道排出的废水以及从热交换管道和/或水帘处流出的废水一同进行进一步的废水净化处理使之达到微藻养殖培养液的标准。

进一步的废水净化处理的过程为：首先将经过预处理的废水通入到沉淀池，进行固液分离；然后调节固液分离后液体部分的PH值；接下来将进行PH值调节后的废水通入到生物曝气池，继而通入到过滤池。

经过废水处理装置处理过的废水经过水质检测仪的检测，达到微藻养殖培养液的标准后可以用作微藻培养液。此时的废水中去除了其他有害杂质并含有丰富的氮、磷，非常适合微藻的养殖。当光生物反应器中的培养液缺少时，采用经过废水处理装置处理过的废水作为培养液。参考图3为本发明实施例中用于提供微藻养殖培养液水源的装置结构示意图。包括：

废水处理装置303，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道及水帘处流出的废水进行处理，并通过废水处理装置的出水管道输入给每一个光生物反应器。

至少一个光生物反应器304，用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻；

液位传感器302，设置在每一个光生物反应器的上部，用于监测所述光生物反应器的液位；

培养液液量电气比例阀301，设置在废水处理装置的出水管道上，所述废水处理装置的出水管道连通废水处理装置和每一个光生物反应器，用于根据所述液位传感器检测到的液位控制输入光生物反应器的废水量。

当液位传感器检测到光生物反应器中的培养液的液面偏低需要补充水源时，液位传感器把检测到的数据传输给培养液液量电气比例阀，培养液液量电气比例阀根据预先编制好的控制算法打开阀门，用作微藻养殖培养液的废水从废水处理装置处经废水处理装置的出水管道流入到光生物反应器中；当液位传感器检测到光生物反应器中的培养液的液面处于正常位置时，液位传感器把检测到的数据传输给培养液液量电气比例阀，培养液液量电气比例阀根据预先编制好的控制算法关闭阀门。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种利用废水养殖微藻的装置，包括：设置在微藻养殖室中的至少一个光生物反应器，用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻，其特征在于，还包括：

水源热泵，通过取水管道获得废水，从一部分废水中获得热能后存储所述热能，以及根据温度检测单元检测的微藻养殖室的环境温度，通过存储的热能将另一部分废水制热到第一设定温度后从第一出水口输出，并将热能被获取后温度降到第二设定温度的废水从所述第二出水口输出，所述第一设定温度高于第二设定温度；

温控装置，用于检测所述微藻养殖室的环境温度和水源热泵的第一出水口的出水温度，并控制水源热泵的第一出水口以第一流速输出第一设定温度的水；

热交换管道，铺设到微藻养殖室中，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述水源热泵的第一出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的第一出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

废水处理装置，所述废水处理装置的出水口通过出水管道连接每一个光生物反应器的入水口，并通过回灌管道连接所述水源热泵的第二出水口，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道处流出的废水进行进一步处理，并通过废水处理装置的出水管道输入给每一个光生物反应器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

所述废水预处理装置，用于对工业废水进行过滤、除杂、脱盐后输出给所述水源热泵。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：入水电气比例阀，设置在取水管道上，用于控制流入所述水源热泵的进水流速。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控装置包括：

至少一个用于检测微藻养殖室环境温度的第一检测单元，设置在微藻养殖室中；

至少一个用于检测水源热泵出水温度的第二检测单元，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上；

出水电气比例阀，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上，用于调节水源热泵的出水流速；

温度控制单元，用于根据所述第一检测单元和第二检测单元检测到的温度，控制水源热泵将输入水制热到第一设定温度，并根据第一流速控制所述出水电气比例阀。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

液位传感器，设置在每一个光生物反应器的上部，用于监测所述光生物反应器的液位；

培养液液量电气比例阀，设置废水处理装置的出水管道上，用于根据所述液位传感器检测到的液位控制输入光生物反应器的废水量。

6.一种利用废水养殖微藻的装置，包括：设置在微藻养殖室中的至少一个光生物反应器，用于容纳微藻养殖培养液以及培养在所述微藻养殖培养液中的微藻，其特征在于，还包括：

水源热泵，通过取水管道获得废水，从一部分废水中获得热能后存储所述热能，以及根据温度检测单元检测的微藻养殖室的环境温度，通过存储的热能将另一部分废水制热到第一设定温度后从第一出水口输出，并将热能被获取后温度降到第二设定温度的废水从所述第二出水口输出，所述第一设定温度高于第二设定温度；

温控装置，用于检测所述微藻养殖室的环境温度和水源热泵的出水口的出水温度，并控制水源热泵的第二出水口以第二流速输出第二设定温度的水；

热交换管道，铺设到微藻养殖室中，所述热交换管道的入水口通过管道连接所述水源热泵的第二出水口，所述热交换管道的出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第二出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置；

废水处理装置，所述废水处理装置的出水口通过出水管道连接每一个光生物反应器的入水口，并通过回灌管道连接所述水源热泵的第一出水口，用于根据微藻养殖培养液的标准对从所述水源热泵、热交换管道处流出的废水进行进一步处理，并通过废水处理装置的出水管道输入给每一个光生物反应器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

所述废水预处理装置，用于对工业废水进行过滤、除杂、脱盐后输出给所述水源热泵。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：入水电气比例阀，设置在取水管道上，用于控制流入所述水源热泵的进水流速。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述温控装置包括：

至少一个用于检测微藻养殖室环境温度的第一检测单元，设置在微藻养殖室中；

至少一个用于检测水源热泵出水温度的第二检测单元，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上；

出水电气比例阀，设置在连接水源热泵和热交换管道的管道上，用于调节水源热泵的出水流速；

温度控制单元，用于根据所述第一检测单元和第二检测单元检测到的温度，控制水源热泵将输入水制冷到第二设定温度，并根据第二流速控制所述出水电气比例阀。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

液位传感器，设置在每一个光生物反应器的上部，用于监测所述光生物反应器的液位；

培养液液量电气比例阀，设置于废水处理装置的出水管道上，用于根据所述液位传感器检测到的液位控制输入光生物反应器的废水量。

11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：水帘，放置于微藻养殖室的一侧，入口通过管道同水源热泵的第二出水口连接，出水口通过管道连接废水处理装置的入水口，用于接收从所述水源热泵的所述第二出水口输出的水，并将同所述微藻养殖室进行热交换后的水输入废水处理装置。

Images