一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法转让专利
申请号 : CN201310037965.3
文献号 : CN103112993B
文献日 : 2013-12-25
发明人 : 张建 , 王海峰 , 丁慧 , 孙广领 , 贾建昌 , 张磊
申请人 : 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司 , 山东赛瑞石油科技发展有限公司
摘要 :
一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，将含有原油低于10mg/L，TOC小于40mg/L，COD小于100mg/L的油田污水用于微藻养殖固碳，直接向污水中通入CO2，根据通入CO2后油田污水的水质筛选具有抗逆性强、高含油脂、高降解石油烃功能的微藻，将微藻大规模的培养与污水处理结合起来，采用5个阶梯式微藻处理池连接建立大规模培养系统，调节水温20℃-35℃。采用碳化硅微滤膜进行采收，采收藻株的10%-20%作为藻种进行下一批的藻液培养，70%-90%的用于制生物柴油。通过控制新鲜污水的量来控制最适合藻类生长的污水温度，实现油田污水处理和固定CO2系统全年稳定、连续运行。
权利要求 :
1.一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，是指利用微藻处理油田污水、吸收固定CO2和制取生物柴油耦合处理的方法，其方法步骤如下：a、首先对油田污水进行检测，用于微藻养殖的油田污水中含有的原油低于10 mg/L，污水中的TOC小于40 mg/L，COD小于100 mg/L；b、CO2气体直接通入油田污水中，CO2气体中非CO2成分与油田污水中的部分污染物发生化学或物理反应，对油田污水和CO2气体进行初步净化；
c、加入适合油田污水处理的具有高含油脂、高抗逆性、高降解石油烃功能的藻株，藻株利用油田污水中的污染物和CO2进行生长，实现油田污水净化与CO2固定；
d、微藻的收割期为5天，建立5个容量一样的阶梯式微藻处理池，将5个微藻处理池连接起来组成一个靠液位差流动的体系，实现大规模污水处理和藻类养殖，利用油田污水水温，根据投加藻株种类的不同，调节新鲜污水量控制水温在20 ℃-35 ℃；
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e、微藻生长期为5天，产率为30 g-60 g/m，采用碳化硅微滤膜进行采收，采收藻株含量的10 %-30 %作为藻种进行下一批的藻液培养，70 %-90 %的藻株用于制生物柴油；
f、通过控制碳化硅微滤膜的收率，控制培养液的浓度，通过控制新鲜污水的量来调节冬季和夏季温度的变化，实现全年连续藻株培养和油田污水处理及CO2的固定。
2.根据权利要求1所述的利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，其特征在于气水初步混合池至碳化硅微滤膜采收系统之间的微藻处理池的高度设为由高到低的阶梯式。
3.根据权利1所述的利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，其特征在于碳化硅微滤膜微藻采收系统向一级微藻处理池和微藻制生物柴油系统输送藻株依靠碳化硅微滤膜系统的动力，无需增加动力系统，而净化的油田污水采用升压管道输送向回注系统。
说明书 :
一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理技术与新生物质能源领域，特别涉及一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法。
背景技术
[0002] 温室效应是 21 世纪全人类所面临的最大环境问题。工业发展导致大量CO2排放到大气中，只有最大限度的吸收转化CO2才能协调好经济发展与环境间问题。目前 CO2的固定减排技术可以分为物理处理、化学处理及生物固定三类。 其中生物固定方法中，微藻可在光合作用下，可利用CO2合成大量的生物物质，如蛋白质、淀粉、维生素及脂质。且微藻具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强、处理效率高以及易与其它工程技术集成等优点，可应用于CO2的固定。
[0003] 为了实现产业化的微藻CO2固定，国内外众多企业和研究机构进行了许多有益的尝试。早在1990年，日本国际贸易和工业部就曾资助一项名为“地球研究更新技术计划”的项目，利用微藻吸收火力发电厂烟气中的二氧化碳来生产生物质能源。该项计划共有大约20多个私人公司和政府的研究机构参与，10年间共投资约25亿美元，在减排藻种筛选、光合生物反应器开发、微藻生物质能源生产等方面的工作都卓有成效；美国绿色燃料技术公司(GreenFuel)和亚利桑那公共服务公司于2007年12月在西班牙西南部开展的微藻减排项目，利用水泥厂工业废气中的CO2进行微藻培养并开发高附加值的食品、饲料和2
燃料，目前已建立100m 的培养温室以垂直薄膜光生物反应器进行微藻培养，并计划扩大
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到1000m 规模；美国UOP公司于2010年3月获美国能源部150万美元的资助，开展通过微藻生长捕集CO2及用于生产生物燃料和能源的系统验证，该系统将从霍尼韦尔公司位于弗吉尼亚州Hopewell的制造装置排放的烟气中捕集CO2，然后从培养的微藻中提取生物燃料，微藻残渣则转化成热解油用于电力再生；工业气体巨头德国林德集团与美国 Algenol Biofuels LLC公司也于2010年合作发展一种捕获、存储、运输及供给二氧化碳的技术，应用于Algenol生产第三代(3G)生物燃料。该公司所拥有的这项专利技术是利用二氧化碳、海水以及藻类生物中提取生物燃料。AlgaeLink NV公司是欧洲可替代燃料业界的领头羊之一，2007年底，宣布开发出世界上第一个不用预制管制造、而是用特制UV防护透明薄片做成的专利海藻光生物反应器系统（photobioreactor systems for algae）。此光反应系统可以很容易地自动折叠收入一个坚固耐用、直径为64cm的圆形管中，这个管子能自动将水封紧。应用这一技术，运费成本将减少90%。AlgaeLink NV公司在开发此项技术的三年中，在藻类科学的研究、微藻生产系统设计操作等方面也都取得了极大的进展。
燃料，目前已建立100m 的培养温室以垂直薄膜光生物反应器进行微藻培养，并计划扩大
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到1000m 规模；美国UOP公司于2010年3月获美国能源部150万美元的资助，开展通过微藻生长捕集CO2及用于生产生物燃料和能源的系统验证，该系统将从霍尼韦尔公司位于弗吉尼亚州Hopewell的制造装置排放的烟气中捕集CO2，然后从培养的微藻中提取生物燃料，微藻残渣则转化成热解油用于电力再生；工业气体巨头德国林德集团与美国 Algenol Biofuels LLC公司也于2010年合作发展一种捕获、存储、运输及供给二氧化碳的技术，应用于Algenol生产第三代(3G)生物燃料。该公司所拥有的这项专利技术是利用二氧化碳、海水以及藻类生物中提取生物燃料。AlgaeLink NV公司是欧洲可替代燃料业界的领头羊之一，2007年底，宣布开发出世界上第一个不用预制管制造、而是用特制UV防护透明薄片做成的专利海藻光生物反应器系统（photobioreactor systems for algae）。此光反应系统可以很容易地自动折叠收入一个坚固耐用、直径为64cm的圆形管中，这个管子能自动将水封紧。应用这一技术，运费成本将减少90%。AlgaeLink NV公司在开发此项技术的三年中，在藻类科学的研究、微藻生产系统设计操作等方面也都取得了极大的进展。
[0004] 利用微藻进行CO2气体固定减排虽然在理论上已日趋成熟，也有众多企业和机构也都进行了有益的尝试，但要真正实现规模化应用仍有不少困难，原因主要在于成本太高和大规模养殖技术的不成熟。所以微藻CO2气体固定减排技术的发展趋势是通过优良藻种（耐烟气，抗逆性强）的筛选和大型反应器技术的开发实现低成本、高效率的微藻养殖。同时微藻CO2气体固定减排和生物柴油、废水处理、生物活性物质开发等其他技术偶合起来进行综合利用，在获得其他高附加值产品的同时减少成本。
发明内容
[0005] 本发明的目的是一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，通过微藻固碳制生物柴油与油田污水处理结合起来，通过筛选高含油脂、高抗逆性、高降解石油污染物的藻株用于固碳，通过采用碳化硅微滤膜实现微藻的采收并为规模化培养提供藻种，提供一种处理油田污水和固定CO2的方法，实现油田污水处理、CO2固定和制取生物柴油耦合起来进行综合利用。
[0006] 本发明的技术方案是通过以下方式实现的：
[0007] 一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，是指利用微藻处理油田污水、吸收固定的CO2和制取生物柴油耦合处理的方法，其方法步骤如下：
[0008] a）首先对油田污水的检测，用于微藻养殖的油田污水中含有的原油低于10 mg/L，污水中的TOC小于40 mg/L，COD小于100 mg/L。
[0009] b）将CO2气体直接通入油田污水中，CO2气体中的非CO2成分与油田污水中的部分污染物发生化学或物理反应，一部分对微藻生长产生影响的污染物得到去除，水质稳定指示后进入后续的阶梯式微藻培养污水处理池。
[0010] c）测定通入CO2气体后油田污水的水质，加入适合油田污水处理的具有高含油脂、高抗逆性、高降解石油烃功能的藻株，藻株利用油田污水中的污染物和二氧化碳进行生长，同时实现油田污水净化与微藻固碳。
[0011] d）微藻的大规模培养与污水处理相结合，建立5个容量一样的阶梯式微藻处理池，将5个微藻处理池连接起来组成一个流动的体系，实现大规模污水处理和藻类养殖。该处理系统利用油田污水水温，根据所采用藻种的不同，可以调节新鲜污水量控制水温在20 ℃-35 ℃，微藻的采收周期为5天。
[0012] e）采用碳化硅微滤膜进行采收微藻，微藻产率在30 g-60 g/m2，采收藻株含量的20 %用于作为藻种进行下一批的藻液培养，省去传统的放大培养池，80 %用于制生物柴油。
[0013] f）通过控制碳化硅微滤膜的收率，控制培养液的浓度，通过控制新鲜污水的量来调节冬季和夏季温度的变化，实现全年连续藻株培养和油田污水处理及CO2的固定。
附图说明
[0014] 图1-本发明的流程示意图；
[0015] 1、气水初步混合池，2、混合水质稳定池、3、一级微藻处理池，4、二级微藻处理池，5、三级微藻处理池，6、四级微藻处理池，7五级微藻处理池，8、碳化硅微滤膜藻采收系统，9、油田污水深度处理系统，10、微藻制生物柴油系统
具体实施方式
[0016] 为进一步公开本发明的技术方案，下面结合说明书附图通过实施例作详细说明：
[0017] 实施过程如下：
[0018] 一种利用微藻处理油田污水和固定CO2的方法，首先对油田污水的检测；确保油田污水中含有的原油低于10 mg/L，污水中的TOC小于40 mg/L，COD小于100 mg/L。然后进行如下操作：
[0019] （1）将CO2气体直接通入气水初步混合池1的新鲜油田污水中，CO2气体的非CO2成分与油田污水中的部分污染物发生化学或物理反应，对微藻生长产生影响的污染物得到去除，气水混合后进入混合水质稳定池2中进行水质稳定。
[0020] （2）将在混合水质稳定池2中稳定后的污水自动流入一级微藻处理池3，微藻处理系统初次启动时，将已选定的适合油田污水处理的高含油脂、高抗逆性、高降解石油烃功能的藻株投加入一级微藻处理池，在此放大培养，微藻达到一定密度，将污水继续自动流入二级微藻处理池4，依次逐渐放大到三级微藻处理池5、四级微藻处理池6、五级微藻处理池7，同时向各级通入CO2气体，根据微藻长势和微藻最适生长的pH值确定通入CO2气体的量。
[0021] （3）将3，4，5，6，7级微藻处理池连接起来组成一个流动的体系，实现大规模污水处理和藻类养殖。根据所采用藻种的不同，可以调节控制水温在20 ℃-35 ℃，大规模培养的采收周期为5天。
[0022] （4）采用碳化硅微滤膜采收系统8进行微藻采收与污水净化处理，采收藻株的10%-30%输往一级微藻处理池3，将回用的藻株与污水按1：4-8的比例进行混合用于下一轮的微藻培养与新鲜污水处理。碳化硅微滤膜过滤出水进入9油田污水深度处理系统处理后进行回注或实现污水资源化处理。80%采收藻株进入微藻制生物柴油系统10用于制生物柴油。
[0023] （5）通过控制碳化硅微滤膜浓缩藻种的倍数来控制浓缩藻液与新鲜污水的比例，作为藻种的浓缩藻液体积：新鲜污水体积=1：4-10，通过调节新鲜污水的量来控制污水的温度在20 ℃-35 ℃，实现油田污水处理和CO2固定的全年稳定、连续运行。