本发明属于超临界水处理技术领域，特别涉及一种用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统及方法。
背景技术：
随着我国经济水平的高速发展和人口数量的大幅增长，产生了很多难处理的污染物，如污泥、有机物等各类浆体，严重危害生态环境。以极难处理的城镇污泥和工业污泥为例，据统计，每年全国仅上述两种污泥总产量已超7000万吨(含水率80％)。污泥中还含有诸多盐类、重金属、难降解的有毒有机污染物、细菌及寄生虫卵等病原生物体，普遍具有恶臭气味，会造成污泥堆放处的空气、水、土壤的严重污染。而常规方法，如浓缩、脱水、填埋、堆肥、焚烧等处理方法无法对其实现彻底的无害化。随着我国对环保问题的越发重视，对污染物的无害化处理和资源化利用已经迫在眉睫。
国内外研究及部分工业实践已经证明，利用超临界水(指温度和压力分别高于374.15℃、22.12mpa的特殊状态水)的独特性质，完全溶解在超临界水中的污泥有机质与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氮元素绝大多数转化成氮气，而氯、硫、磷等元素则转化成相应的无机盐，实现污泥的彻底无害化处理及资源化利用。
然而，超临界水处理系统是一种连续运行的高温高压系统，成本较高，严重制约了此先进技术的大规模推广和应用。通过对超临界水处理系统的研究，我们发现超临界水处理系统产生的废气主要成分是二氧化碳，产生的废水其主要成分是部分难降解有机物，产生的废渣其主要成分是金属盐类。而微藻具有生长速度快、固碳能力强、光合作用效率高、能源产品产率高等诸多优点，但由于其生长需要大量的营养物质和盐类，所以其培养成本高昂，严重制约其大规模的应用。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统及方法，以期实现污染物的无害化处理和资源化利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统，包括依次连接的：
物料储罐1，提供超临界水处理原料；
超临界水处理系统2，以物料储罐1提供的原料进行超临界水处理反应；
微藻培养系统3，以超临界水处理系统2反应所得废气和废水进行微藻培养；
微藻收集系统4，收集所述微藻培养系统3培养的微藻；
微藻亚/超临界水转化系统5，以微藻收集系统4的浓缩液为原料进行微藻亚/超临界水转化。
进一步地，所述物料储罐1的出口通过输送系统ⅰ8连接超临界水处理系统2的进口，超临界水处理系统2的废气出口通过废气输送系统ⅰ9连接微藻培养系统3的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅰ10连接微藻培养系统3的进液口，废渣出口通过废渣输送系统ⅰ30连接后续废渣处理系统31的进口，微藻培养系统3的出口通过输送系统ⅱ11连接微藻收集系统4的进口，微藻收集系统4的浓缩液出口通过输送系统ⅲ13连接微藻亚/超临界水转化系统5的进口，微藻亚/超临界水转化系统5的废渣出口通过废渣输送系统ⅱ16连接后续废渣处理系统ⅱ32，出液口通过输送系统ⅳ17连接液化产品储存系统6，出气口通过输送系统ⅴ18连接气化产品储存系统7，其中，微藻收集系统4的出水口通过废水回用系统12回接微藻培养系统3的进液口，微藻亚/超临界水转化系统5的废气出口通过废气输送系统ⅱ14回接微藻培养系统3的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅱ15回接微藻培养系统3的进液口，所述微藻培养系统3连接光照系统33和营养元素补充系统34。
进一步地，所述废气输送系统ⅰ9的管路上设置废气ⅰ进口阀门19，废水输送系统ⅰ10的管路上设置废水ⅰ进口阀门20，废水输送系统ⅱ15的管路上设置废水ⅱ进口阀门21，废气输送系统ⅱ14的管路上设置废气ⅱ进口阀门22，输送系统ⅱ11的管路上设置微藻收集进口阀门23，废水回用系统12的管路上设置废水回用进口阀门24，输送系统ⅲ13的管路上设置微藻亚/超临界水转化进口阀门25，输送系统ⅳ17的管路上设置液化产品储存进口阀门26，输送系统ⅴ18的管路上设置气化产品储存进口阀门27，光照系统33的管路上设置微藻培养光照进口阀门28，营养元素补充系统34的管路上设置微藻培养营养元素补充进口阀门29，所述微藻培养系统3上设置有微藻培养参数控制仪表ic1001，微藻收集系统4上设置有微藻收集参数控制仪表ic1002，微藻亚/超临界水转化系统5上设置有微藻亚/超临界水转化参数控制仪表ic1003，液化产品储存系统6上设置有液化产品储存参数控制仪表ic1004，气化产品储存系统7上设置有气化产品储存参数控制仪表ic1005。
本发明还提供了基于所述用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统的微藻固碳及能源化利用方法，包括如下步骤，
步骤1，关闭微藻收集系统4进口和各出口，打开微藻培养系统3的各进口；
步骤2，启动微藻收集系统4，打开微藻收集系统4的进口和各出口，将微藻培养系统3中的微藻输送至微藻收集系统4；
步骤3，启动微藻亚/超临界水转化系统5，打开微藻亚/超临界水转化系统5进口，将微藻收集系统4产生的浓缩液输送到微藻亚/超临界水转化系统5；
步骤4，将微藻亚/超临界水转化系统5的废气出和废水回送至微藻培养系统3；
步骤5，将微藻亚/超临界水转化系统5的液化产品和气化产品分别输送至液化产品储存系统6和气化产品储存系统7。
进一步地，本发明为微藻培养系统3投入控制联锁，即，根据微藻的实时生长情况，自动控制对应的废气输送量、废水输送量、光照、营养物质补充量在合适范围，且光照、营养物质补充量的调节优先级高于废气输送量、废水输送量的调节。
进一步地，本发明为微藻收集系统4投入控制联锁，即，控制输送量，以与前后相连接系统输送量进行匹配，保持微藻收集系统4运行参数在设定范围，且进口的控制优先级高于出口。
进一步地，本发明为微藻亚/超临界水转化系统5投入控制联锁，即，控制输送量，以与前后相连接系统输送量进行匹配，保持微藻亚/超临界水转化系统5运行参数在设定范围。
进一步地，本发明为液化产品储存系统6和气化产品储存系统7投入控制联锁，即，根据藻亚/超临界水转化系统5的输出控制二者的选择性使用和相应的输送量，以与微藻亚/超临界水转化系统5的液化产品和气化产品输出量进行匹配，保持液化产品储存系统6和气化产品储存系统7运行参数在设定范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过微藻培养系统、微藻收集系统、微藻亚/超临界水转化系统、液化/气化产品储存系统的优化设置，不仅能够实现二氧化碳的高效捕集，而且充分利用富含营养物质的超临界水处理系统和微藻亚/超临界水转化系统产生的废气、废水以及微藻收集系统中回用的营养液，同时实现了微藻的高效培养和转化，最后生产出高值的能源产品。本发明不仅能用于超临界水处理系统工艺的后续处理，彻底实现污染物的无害化处理和资源化利用，而且也能大幅度降低微藻培养、浓缩和转化成本，实现从微藻到能源产品的高效转化。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明一种用于超临界水处理工艺的微藻固碳及能源化利用系统，主要包括物料储罐1、超临界水处理系统2、微藻培养系统3、微藻收集系统4、微藻亚/超临界水转化系统5、液化产品储存系统6以及气化产品储存系统7。
显然，物料储罐1用于提供超临界水处理原料；超临界水处理系统2则以物料储罐1提供的原料进行超临界水处理反应；微藻培养系统3以超临界水处理系统2反应所得废气和废水进行微藻培养；微藻收集系统4用于收集所述微藻培养系统3培养的微藻；微藻亚/超临界水转化系统5以微藻收集系统4的浓缩液为原料进行微藻亚/超临界水转化，液化产品储存系统6和气化产品储存系统7分别接收储存微藻亚/超临界水转化系统5的液化产品和气化产品。
流程如下：
物料储罐1中的物料进入超临界水处理系统2中，经超临界水处理后，产生的废气、废水进入微藻培养系统3，供给微藻生长用，超临界水处理系统2中产生的废渣进入废渣处理系统经处理后用于建筑材料；微藻培养系统3中的微藻达到一定规模后进入微藻收集系统4，经微藻收集系统4处理后，其废水回到微藻培养系统3用于微藻培养，浓缩后的微藻进入微藻亚/超临界水转化系统5进行转化利用，微藻亚/超临界水转化系统5产生的废气、废水进入微藻培养系统3，供给微藻生长使用，微藻亚/超临界水转化系统5中产生的废渣进入废渣处理系统经处理后用于建筑材料，微藻亚/超临界水转化系统5产生的液化产品进入液化产品储存系统6、气化产品进入气化产品储存系统7。
其具体连接关系如下：
物料储罐1的出口通过输送系统ⅰ8连接超临界水处理系统2的进口，超临界水处理系统2的废气出口通过废气输送系统ⅰ9连接微藻培养系统3的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅰ10连接微藻培养系统3的进液口，废渣出口通过废渣输送系统ⅰ30连接后续废渣处理系统31的进口，微藻培养系统3的出口通过输送系统ⅱ11连接微藻收集系统4的进口，微藻收集系统4的浓缩液出口通过输送系统ⅲ13连接微藻亚/超临界水转化系统5的进口，微藻亚/超临界水转化系统5的废渣出口通过废渣输送系统ⅱ16连接后续废渣处理系统ⅱ32，出液口通过输送系统ⅳ17连接液化产品储存系统6，出气口通过输送系统ⅴ18连接气化产品储存系统7，其中，微藻收集系统4的出水口通过废水回用系统12回接微藻培养系统3的进液口，微藻亚/超临界水转化系统5的废气出口通过废气输送系统ⅱ14回接微藻培养系统3的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅱ15回接微藻培养系统3的进液口，微藻培养系统3连接光照系统33和营养元素补充系统34。
废气输送系统ⅰ9的管路上设置废气ⅰ进口阀门19，废水输送系统ⅰ10的管路上设置废水ⅰ进口阀门20，废水输送系统ⅱ15的管路上设置废水ⅱ进口阀门21，废气输送系统ⅱ14的管路上设置废气ⅱ进口阀门22，输送系统ⅱ11的管路上设置微藻收集进口阀门23，废水回用系统12的管路上设置废水回用进口阀门24，输送系统ⅲ13的管路上设置微藻亚/超临界水转化进口阀门25，输送系统ⅳ17的管路上设置液化产品储存进口阀门26，输送系统ⅴ18的管路上设置气化产品储存进口阀门27，光照系统33的管路上设置微藻培养光照进口阀门28，营养元素补充系统34的管路上设置微藻培养营养元素补充进口阀门29，所述微藻培养系统3上设置有微藻培养参数控制仪表ic1001，微藻收集系统4上设置有微藻收集参数控制仪表ic1002，微藻亚/超临界水转化系统5上设置有微藻亚/超临界水转化参数控制仪表ic1003，液化产品储存系统6上设置有液化产品储存参数控制仪表ic1004，气化产品储存系统7上设置有气化产品储存参数控制仪表ic1005。
其中，物料储罐1中的物料，包括但不限于油砂、污泥、有机质等各类浆体、污染物。超临界水处理系统2，包括但不限于超临界水氧化处理系统、超临界水气化系统、超临界水液化系统等各类利用超临界水性质进行转化的系统。各输送系统包括但不限于流量控制系统、称重系统，只要起到计量和输送作用的设备、系统均在本发明的保护范围之内。微藻培养系统3的进口阀门和输送系统包括但不限于当前图1所示数量，只要具有控制、输送作用的设备、系统均在本发明的保护范围之内。微藻培养系统3所用微藻，包括但不限于各类藻，所有类型的微藻、大藻、水生植物等均在本发明的保护范围之内。微藻培养系统3包括但不限于开放式或封闭式培养系统，只要起到培养微藻作用的系统均在本发明的保护范围之内。微藻收集系统4，包括但不限于过滤、蒸发等方法，只要起到提高微藻藻液浓度的设备、系统均在本发明的保护范围之内。微藻亚/超临界水转化系统5，包括但不限于亚/超临界水液化系统、亚/超临界水气化系统等各类利用亚/超临界水性质进行转化的系统。液化/气化产品储存系统中的能源产品，包括但不限于气体能源、液体能源、固体能源，只要属于能源产品均在本发明的保护范围之内。液化/气化产品储存系统中的储存系统，包括但不限于整体储存、散装储存等，只要起到储存作用的相关设备、系统均在本发明的保护范围之内。阀门的类型包括但不限于截止阀、闸阀、球阀等。
废气ⅰ进口阀门19、废水ⅰ进口阀门20、废水ⅱ进口阀门21、废气ⅱ进口阀门22、废水回用进口阀门24、微藻培养光照进口阀门28以及微藻培养营养元素补充进口阀门29均与微藻培养参数控制仪表ic1001联锁，控制微藻各培养参数在设定范围。
微藻收集进口阀门23和废水回用进口阀门24均与微藻收集参数控制仪表ic1002联锁，控制其运行参数在设定范围，且微藻收集进口阀门23的联锁控制优先级高于废水回用进口阀门24的联锁控制。
微藻亚/超临界水转化进口阀门25与微藻亚/超临界水转化参数控制仪表ic1003联锁，控制微藻亚/超临界水转化系统5的运行参数在设定范围。
液化产品储存进口阀门26与液化产品储存参数控制仪表ic1004联锁，气化产品储存进口阀门27与气化产品储存参数控制仪表ic1005联锁，控制液化产品储存系统6、气化产品储存系统7运行参数在设定范围。
本发明方法流程具体包括如下步骤，
步骤1，关闭微藻收集进口阀门23、废水回用进口阀门24、微藻亚/超临界水转化进口阀门25，开启废气ⅰ进口阀门19、废水ⅰ进口阀门20、微藻培养光照进口阀门28以及微藻培养营养元素补充进口阀门29，设定微藻培养系统3的各控制参数所在范围，同时投入废气ⅰ进口阀门19、废水ⅰ进口阀门20、废水ⅱ进口阀门21、废气ⅱ进口阀门22、废水回用进口阀门24、微藻培养光照进口阀门28以及微藻培养营养元素补充进口阀门29开度与微藻培养参数控制仪表ic1001联锁，控制各参数如废气输送量、废水输送量、光照、营养物质等在设定范围；且光照、营养物质补充量的调节优先级高于废气输送量、废水输送量的调节。
步骤2，当微藻培养参数控制仪表ic1001满足微藻收集系统4进料要求后，首先启动微藻收集系统4，然后开启微藻收集进口阀门23、废水回用进口阀门24同时投入微藻收集进口阀门23、废水回用进口阀门24与微藻收集参数控制仪表ic1002联锁，控制微藻收集系统4运行参数在设定范围，然后启动输送系统ⅱ11，将微藻培养系统3中的微藻输送至微藻收集系统4；
步骤3，当微藻收集系统4运行参数达到设定范围后，首先启动微藻亚/超临界水转化系统5，然后打开微藻亚/超临界水转化进口阀门25，同时投入微藻亚/超临界水转化参数控制仪表ic1003与微藻亚/超临界水转化进口阀门25开度的联锁，通过控制其开度，来控制微藻亚/超临界水转化系统5始终维持在设定运行参数范围，然后启动输送系统ⅲ13，将微藻收集系统4出口的浓缩液输送到微藻亚/超临界水转化系统5；
步骤4，当微藻亚/超临界水转化系统5满足液化产品储存系统6和气化产品储存系统7的设定要求后，同时打开废水ⅱ进口阀门21和废气ⅱ进口阀门22，同时投入其开度与微藻培养参数控制仪表ic1001联锁，控制各参数在设定范围；
步骤5，当步骤4完成后，首先启动液化产品储存系统6和气化产品储存系统7，然后打开液化产品储存进口阀门26与气化产品储存进口阀门27，同时投入其开度与与微藻亚/超临界水转化系统5以及与液化产品储存参数控制仪表ic1004和气化产品储存参数控制仪表ic1005的联锁，通过液化产品储存进口阀门26与气化产品储存进口阀门27的开关来协同控制微藻亚/超临界水转化系统5运行参数在设定范围，同时通过控制液化产品储存进口阀门26与气化产品储存进口阀门27开度来控制液化产品储存系统6和气化产品储存系统7运行参数在设定范围，然后启动输送系统ⅳ17和输送系统ⅴ18，将微藻亚/超临界水转化系统5的产品输送至液化产品储存系统6和气化产品储存系统7，系统进入正常运行阶段。
在正常运行状态下，本发明同时实现了二氧化碳的高效捕集、污染物的无害化处理和资源化利用。如有系统运行参数的改变，无需停机即可在线调控。
本发明可根据当地具体情况进行合理、灵活的选择和配置，极大的提高超临界水处理系统的环境友好性、适用性和经济性，有力地促进了各类浆体、污染物等在超临界水处理技术领域的推广和应用。
综上，本发明通过充分利用超临界水处理的各相产物用于微藻培养，不仅能实现温室气体二氧化碳的高效捕集，也能充分利用超临界水处理系统的营养物质和盐类，在实现超临界水处理系统产物的无害化处理和资源化利用的同时，还可大幅度降低超临界水处理系统和微藻培养的成本，极大提高系统的经济性和适用范围。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均在本发明权利要求书的保护范围之内。
1.一种用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统，其特征在于，包括依次连接的：
物料储罐(1)，提供超临界水处理原料；
超临界水处理系统(2)，以物料储罐(1)提供的原料进行超临界水处理反应；
微藻培养系统(3)，以超临界水处理系统(2)反应所得废气和废水进行微藻培养；
微藻收集系统(4)，收集所述微藻培养系统(3)培养的微藻；
微藻亚/超临界水转化系统(5)，以微藻收集系统(4)的浓缩液为原料进行微藻亚/超临界水转化。
2.根据权利要求1所述用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统，其特征在于，所述物料储罐(1)的出口通过输送系统ⅰ(8)连接超临界水处理系统(2)的进口，超临界水处理系统(2)的废气出口通过废气输送系统ⅰ(9)连接微藻培养系统(3)的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅰ(10)连接微藻培养系统(3)的进液口，废渣出口通过废渣输送系统ⅰ(30)连接后续废渣处理系统(31)的进口，微藻培养系统(3)的出口通过输送系统ⅱ(11)连接微藻收集系统(4)的进口，微藻收集系统(4)的浓缩液出口通过输送系统ⅲ(13)连接微藻亚/超临界水转化系统(5)的进口，微藻亚/超临界水转化系统(5)的废渣出口通过废渣输送系统ⅱ(16)连接后续废渣处理系统ⅱ(32)，出液口通过输送系统ⅳ(17)连接液化产品储存系统(6)，出气口通过输送系统ⅴ(18)连接气化产品储存系统(7)，其中，微藻收集系统(4)的出水口通过废水回用系统(12)回接微藻培养系统(3)的进液口，微藻亚/超临界水转化系统(5)的废气出口通过废气输送系统ⅱ(14)回接微藻培养系统(3)的进气口，废水出口通过废水输送系统ⅱ(15)回接微藻培养系统(3)的进液口，所述微藻培养系统(3)连接光照系统(33)和营养元素补充系统(34)。
3.根据权利要求2所述用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统，其特征在于，所述废气输送系统ⅰ(9)的管路上设置废气ⅰ进口阀门(19)，废水输送系统ⅰ(10)的管路上设置废水ⅰ进口阀门(20)，废水输送系统ⅱ(15)的管路上设置废水ⅱ进口阀门(21)，废气输送系统ⅱ(14)的管路上设置废气ⅱ进口阀门(22)，输送系统ⅱ(11)的管路上设置微藻收集进口阀门(23)，废水回用系统(12)的管路上设置废水回用进口阀门(24)，输送系统ⅲ(13)的管路上设置微藻亚/超临界水转化进口阀门(25)，输送系统ⅳ(17)的管路上设置液化产品储存进口阀门(26)，输送系统ⅴ(18)的管路上设置气化产品储存进口阀门(27)，光照系统(33)的管路上设置微藻培养光照进口阀门(28)，营养元素补充系统(34)的管路上设置微藻培养营养元素补充进口阀门(29)，所述微藻培养系统(3)上设置有微藻培养参数控制仪表(ic1001)，微藻收集系统(4)上设置有微藻收集参数控制仪表(ic1002)，微藻亚/超临界水转化系统(5)上设置有微藻亚/超临界水转化参数控制仪表(ic1003)，液化产品储存系统(6)上设置有液化产品储存参数控制仪表(ic1004)，气化产品储存系统(7)上设置有气化产品储存参数控制仪表(ic1005)。
4.基于权利要求1所述用于超临界水处理的微藻固碳及能源化利用系统的微藻固碳及能源化利用方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，关闭微藻收集系统(4)进口和各出口，打开微藻培养系统(3)的各进口；
步骤2，启动微藻收集系统(4)，打开微藻收集系统(4)的进口和各出口，将微藻培养系统(3)中的微藻输送至微藻收集系统(4)；
步骤3，启动微藻亚/超临界水转化系统(5)，打开微藻亚/超临界水转化系统(5)进口，将微藻收集系统(4)产生的浓缩液输送到微藻亚/超临界水转化系统(5)；
步骤4，将微藻亚/超临界水转化系统(5)的废气出和废水回送至微藻培养系统(3)；
步骤5，将微藻亚/超临界水转化系统(5)的液化产品和气化产品分别输送至液化产品储存系统(6)和气化产品储存系统(7)。
5.根据权利要求4所述微藻固碳及能源化利用方法，其特征在于，为微藻培养系统(3)投入控制联锁，即，根据微藻的实时生长情况，自动控制对应的废气输送量、废水输送量、光照、营养物质补充量在合适范围，且光照、营养物质补充量的调节优先级高于废气输送量、废水输送量的调节。
6.根据权利要求4所述微藻固碳及能源化利用方法，其特征在于，为微藻收集系统(4)投入控制联锁，即，控制输送量，以与前后相连接系统输送量进行匹配，保持微藻收集系统(4)运行参数在设定范围，且进口的控制优先级高于出口。
7.根据权利要求4所述微藻固碳及能源化利用方法，其特征在于，为微藻亚/超临界水转化系统(5)投入控制联锁，即，控制输送量，以与前后相连接系统输送量进行匹配，保持微藻亚/超临界水转化系统(5)运行参数在设定范围。
8.根据权利要求4所述微藻固碳及能源化利用方法，其特征在于，为液化产品储存系统(6)和气化产品储存系统(7)投入控制联锁，即，根据藻亚/超临界水转化系统(5)的输出控制二者的选择性使用和相应的输送量，以与微藻亚/超临界水转化系统(5)的液化产品和气化产品输出量进行匹配，保持液化产品储存系统(6)和气化产品储存系统(7)运行参数在设定范围。
技术总结