微藻水热液化工艺废水处理与其产业化进程

微藻是一种生长快、光合作用效率高、处理污水效果好、油脂等有机物含量高、不与粮争地、不与人争食的能源作物。近年来,微藻水热液化(其典型工艺流程如下图所示)因具有无需干化生物质直接加工产生物油的优势,逐步获得研究者与产业界的青睐。

 水热液化工艺流程
水热液化工艺流程

但是目前为止,水热液化生物质能产业化依然仍重而道远。其中一个日益凸显的问题是,水热液化加工湿生物质产生物油后产生大量工艺废水。该工艺废水组成为湿生物质中的水、反应产水及反应产生的水溶性物质混合物,生物质水热液化过程中,超过20%的碳、50%的氮及大量营养物质均进入了该工艺废水,废水中的COD、氨氮等含量极高,同时伴随有苯酚、碳氮杂环类物质、重金属等微藻抑制因子进入废水。

微藻水热液化工艺废水性质
微藻水热液化工艺废水性质(来自论文Leng et al., 2018, Use of microalgae to recycle nutrients in aqueous phase derived from hydrothermal liquefaction process)

若将微藻水热液化工艺废水作为废水采用传统方法(如活性污泥法)进行处理,既浪费了水热水相中的营养物质,又增大了运行成本,极不利于微藻水热产能工艺的发展。将该废水的处理与微藻培养相结合近几年成为水热水相资源化的主流热点研究方向。废水处理与微藻培养相结合使微藻产能体系具有高效处理废水、节约培养微生物所需营养、固定二氧化碳和生产富油生物质等多重优势。但由于该废水组成复杂,营养成分(如氨氮)和毒性因子(酚类等)含量偏高等原因,水热水相对于微藻的生长抑制作用比较明显。

其中,结合微藻与可絮凝分离的微藻、真菌或细菌协同处理水热液化工艺废水有望实现水热液化工艺废水高效处理,同时实现微藻高效采收。这不仅提供了微藻培养营养来源,并高效处理了水热液化工艺废水、生产了微藻生物质原材料,处理后的净化水可用于水热水相的稀释,从而得到适宜微生物生长的水热液化工艺废水中营养物质(污染物)含量范围。该系统通过接种藻、菌种,输入光照、CO2等即可获得氧气、生物油、水热炭等产物。

微藻水热液化产能循环体系
微藻水热液化产能循环体系(来自网页https://sciencetrends.com/closing-the-loop-for-bio-oil-production-from-microalgae-by-hydrothermal-liquefaction/)

 

结合水热液化条件调控、水热水相预处理、微藻种属选择与驯化及基因工程等多种综合技术手段将使该系统更加完善、高效!

该系统的建立将极大加快微藻水热液化生物质能产业的发展!!

微藻水热液化工艺废水培养微藻过程中的主要抑制作用与解除抑制作用的策略
微藻水热液化工艺废水培养微藻过程中的主要抑制作用与解除抑制作用的策略(来自论文Leng et al., 2018, Use of microalgae to recycle nutrients in aqueous phase derived from hydrothermal liquefaction process)

 

 

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