[发明专利]一种菌藻协同处理温室气体的膜生物反应系统

说明书

本发明公开了一种菌藻协同处理温室气体的膜生物反应系统，包括反应器、生物膜系统和光照装置，生物膜系统设置于反应器内部，将其内部空间分隔为甲烷氧化菌反应室和微藻反应室，生物膜系统包括微藻生物膜、甲烷氧化菌生物膜，微藻生物膜和甲烷氧化菌生物膜之间设有一层微孔滤膜，光照装置设置在微藻反应室正前方。本发明的菌藻协同处理温室气体的膜生物反应系统中，微藻光合固碳产生的氧气和被甲烷氧化菌生化转化产生的二氧化碳可分别被甲烷氧化菌和微藻利用，菌藻代谢过程相耦合，转化过程清洁，产物供细胞生长代谢，且吸附式培养节能高效，可实现协同处理温室气体和提高生物质产量的目的。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种菌藻协同处理温室气体的膜生物反应系统。

背景技术

微藻是指那些在显微镜下才能观察到的单细胞微小藻类的统称，作为一种最具有潜力的新型可再生生物质能源，具有光合效率高、零净碳值、易培养、生长周期短、油脂含量高、环境适应性强等优点。微藻能通过光合作用将太阳能转化为化学能，合成碳水化合物、蛋白质、脂类等，同时吸收空气中的CO₂，放出O₂，实现CO₂减排，即：6CO₂+6H₂O+光→C₆H₁₂O₆+6O₂，并可利用微藻生产生物柴油、保健食品、饲料、天然肥料等。微藻的培养方式可分为悬浮式培养和固定化培养，悬浮式微藻培养维护困难，生物量产率低，收集需要对微藻培养液进行离心、过滤或絮凝等操作，增加微藻作为生物能源物质的生产成本，微藻的吸附式固定化培养技术可有效提高单位体积生物量，并且具有操作稳定性高、生物量密度大、采收方便、节能等优点，相比于悬浮态微藻培养技术具有更大优势。

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，但是甲烷促使气候变暖的潜力要比二氧化碳大25～30倍，煤矿、油田和垃圾填埋场等都会产生甲烷气体，目前，甲烷治理采用的通常是绝热氧化等物理化学方法，但由于其存在装置要求苛刻，操作过程复杂，成本价格高昂等缺点，因此并不利于大规模工业化应用，利用生化转化技术进行甲烷的回收处理具有成本低、无污染、效果好等特点。在生化转化过程中，甲烷为甲烷氧化菌提供唯一的碳源和生长所需的能源，氧气作为生化反应所需的氧化剂，甲烷被甲烷氧化菌体内的各种酶催化氧化，最终产物是CO₂和H₂O，即：CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O，并可利用甲烷氧化菌生产单细胞蛋白，甲烷的生化转化过程拥有很好的潜在商业价值和广阔应用前景。

中国专利申请CN109136082A公开了一种微藻和甲烷氧化菌共生强化沼气制取生物油脂的膜生物反应器和菌藻共生体系，在反应器中建立了甲烷氧化菌和微藻的共生体系，但是甲烷氧化菌和微藻同在液相室中，微藻甲烷氧化菌共生生物膜，不能分开处理不同来源的温室气体，如煤矿瓦斯和烟气，处理效率低，也不易分别收集负载的微藻和甲烷氧化菌两种不同的生物质。

发明内容

本发明的目的是提供一种菌藻协同处理温室气体的膜生物反应系统，甲烷氧化菌和微藻分离，能够分别处理不同来源的温室气体，处理效果高，且能够分别收集负载的微藻和甲烷氧化菌两种不同的生物质。