本發(fā)明屬于廢水、固廢處理及能源循環(huán)系統(tǒng)及方法，特別涉及利用菌藻提高低COD廢水熱值的超臨界系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)溫度和壓力分別超過373.946℃、22.064MPa時，水將達(dá)到超臨界態(tài)，對應(yīng)狀態(tài)下的水稱為超臨界水。超臨界水具有常溫水所不具備的獨(dú)特性質(zhì)，如非極性，低粘度、低密度和高擴(kuò)散系數(shù)，氧氣和多種有機(jī)物質(zhì)在水體系中形成均一相，消除傳質(zhì)阻力，使本來發(fā)生在液相、固相、氣相之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在SCW中的均相氧化反應(yīng)，反應(yīng)速率更快，停留時間更短。而且大多不需使用催化劑，氧化效率很高，大部分有機(jī)物的去除率可達(dá)99％以上。另外，無機(jī)組分與鹽類在SCW中溶解度很低，幾乎可以完全沉淀析出，使反應(yīng)過程中鹽的分離變得容易。

現(xiàn)有技術(shù)中通常利用超臨界水氧化技術(shù)處理富含有機(jī)物的液態(tài)廢水或垃圾滲濾液，在溫度、壓力高于水的臨界溫度和壓力的條件下以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，使廢水中的有機(jī)物與氧化劑發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，最后徹底氧化成CO₂、N₂、H₂O以及鹽類等無毒小分子化合物。

當(dāng)進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器的廢水COD值高于2-3萬mg/L時，才能達(dá)到超臨界水氧化反應(yīng)的反應(yīng)條件，否則系統(tǒng)的超臨界水氧化反應(yīng)不能夠自我維持。因此現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)廢水COD較低時，需在廢水中投放碳源來提高廢水的COD值。一方面投放碳源為廢水處理增加了反應(yīng)成本，另一方面超臨界水氧化反應(yīng)的產(chǎn)物CO₂無法即時即地利用，也不能直接排放至環(huán)境中，需要進(jìn)行收集處理。上述產(chǎn)生的雙重費(fèi)用為低COD廢水的無害化處理增加了普及難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有廢水處理技術(shù)中低COD廢水處理費(fèi)用高、產(chǎn)物難于利用的問題，提出了一種將超臨界水氧化系統(tǒng)輸出的CO₂通入培養(yǎng)對氮磷去除率高的微藻的光生物反應(yīng)器進(jìn)行光合固碳，并將回收的熱能和壓力能用于溫度調(diào)控，來克服微藻生長的季節(jié) 性限制；由光生物反應(yīng)器輸出的微藻作為碳源參與超臨界水氧化反應(yīng)的利用生物碳源處理低COD廢水的系統(tǒng)，及實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的利用生物碳源處理低COD廢水的方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用菌藻提高低COD廢水熱值的超臨界系統(tǒng)，其特征在于：它包括預(yù)處理池、光生物反應(yīng)器、超臨界水氧化系統(tǒng)、二氧化碳回用系統(tǒng)和環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述預(yù)處理池、光生物反應(yīng)器和超臨界水氧化系統(tǒng)依次連接；

所述預(yù)處理池用于去除對系統(tǒng)有害的物質(zhì)、調(diào)節(jié)廢水的進(jìn)水量、氮磷比、pH值；

所述光生物反應(yīng)器為相互連通的兩級或兩級以上的培養(yǎng)單元串聯(lián)組合，所述二氧化碳回用系統(tǒng)為每個所述培養(yǎng)單元提供二氧化碳，所述環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)將所述培養(yǎng)單元的溫度控制在適宜菌藻共生系統(tǒng)的溫度范圍之內(nèi)；第一級培養(yǎng)單元中設(shè)置菌藻添加裝置，用于形成菌藻和廢水的混合液，所述混合液在各培養(yǎng)單元之間具備一定流動性；

所述超臨界水氧化系統(tǒng)包括氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)、物料輸入系統(tǒng)、超臨界水氧化反應(yīng)器、壓力能回收系統(tǒng)和氣液分離系統(tǒng)，其中氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)連接所述超臨界反應(yīng)器的氧化劑入口，最后一級培養(yǎng)單元的輸出端通過物料輸入系統(tǒng)連接所述超臨界反應(yīng)器的物料入口；所述超臨界反應(yīng)器的超臨界蒸汽出口分別連接氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)、物料輸入系統(tǒng)和環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱交換器的外管入口，熱交換器的外管出口依次連接壓力能回收系統(tǒng)和氣液分離系統(tǒng)；

所述壓力能回收系統(tǒng)連接發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置為所述環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電；所述氣液分離系統(tǒng)的氣體出口連接所述二氧化碳回用系統(tǒng)。

所述光生物反應(yīng)器為密閉式光生物反應(yīng)器，所述發(fā)電裝置為光所述生物反應(yīng)器提供光源。

最后一級培養(yǎng)單元與物料輸入系統(tǒng)之間設(shè)置膜濃縮池，所述膜濃縮池的濃水出口連接所述物料輸入系統(tǒng)，所述氣液分離系統(tǒng)的液體出口和所述膜濃縮池的產(chǎn)水出口連接儲水池的入水口。

所述膜濃縮池中設(shè)置多個介電電泳膜元件，所述介電電泳膜元件包括兩片膜構(gòu)成的封閉的產(chǎn)水腔，以及所述產(chǎn)水腔中設(shè)置的介電電泳電極組；介電電泳電極組包括一列或一列以上的叉指電極。

當(dāng)所述超臨界反應(yīng)器為蒸發(fā)壁式反應(yīng)器時，其包括在筒體內(nèi)部同心設(shè)置的蒸發(fā)壁，所述蒸發(fā)壁與筒體之間有環(huán)狀封閉的狹隙；所述儲水池的出水口通過換熱器連接所述狹隙的入水口，所述換熱器的外管入口連接所述超臨界蒸汽出口，外管出口連接 所述壓力能回收系統(tǒng)。

所述超臨界反應(yīng)器的筒體底部設(shè)置放凈口，所述放凈口旁邊連接一個或一個以上的液相出口；所述液相出口為一伸入筒體內(nèi)部的豎管，在筒體內(nèi)部液相出口的端口高于放凈口的端口。

液相出口的端口與放凈口的端口高度差為30mm-150mm。

一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7所述的利用菌藻提高低COD廢水熱值的超臨界系統(tǒng)的方法，其步驟包括：

1)廢水預(yù)處理：廢水通入預(yù)處理池，去除廢水中對系統(tǒng)有害的物質(zhì)、調(diào)節(jié)進(jìn)水量、廢水中的氮磷比例、pH值；

2)廢水中培養(yǎng)微藻：設(shè)置由多級相互連通的培養(yǎng)單元串聯(lián)構(gòu)成的光生物反應(yīng)器，并在其中建立菌藻共生系統(tǒng)，在第一級培養(yǎng)單元中將菌藻與廢水混合形成混合液，混合液在各級培養(yǎng)單元之間保持一定的流動性；

3)對最后一級培養(yǎng)單元輸出的含大量微藻的高熱值混合液進(jìn)行膜濃縮，濃縮后的產(chǎn)水進(jìn)入儲水池，濃水進(jìn)行研磨形成漿化物料；

4)進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)：在超臨界反應(yīng)器啟動之初，對氧化劑增壓、預(yù)熱，向超臨界反應(yīng)器提供高溫高壓的氧化劑；對漿化物料增壓、預(yù)熱，向超臨界反應(yīng)器提供高溫高壓的漿化物料；

5)產(chǎn)物回用：

i)熱能回用：超臨界反應(yīng)器穩(wěn)定工作后，自超臨界反應(yīng)器輸出超臨界蒸汽，直接利用超臨界蒸汽與氧化劑和漿化物料進(jìn)行換熱；并利用超臨界蒸汽提高培養(yǎng)單元中的環(huán)境溫度；

ii)壓力能回用：經(jīng)過多路換熱后的低溫高壓蒸汽匯入壓力能回收系統(tǒng)回收壓力能；將壓力能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動調(diào)溫裝置將培養(yǎng)單元的環(huán)境溫度控制在適宜菌藻增殖的溫度范圍內(nèi)；

iii)CO₂回用：對回收壓力能后的低溫低壓蒸汽進(jìn)行氣液分離，將分離出的含CO₂的氣體提供給光生物反應(yīng)器；

iv)水回用：氣液分離出的水進(jìn)入儲水池中，作為蒸發(fā)壁水回用。

所述藻種為小球藻、柵藻、螺旋藻中的一種或一種以上的混合物。

所述步驟5)中還包括無機(jī)鹽回用：對超臨界反應(yīng)器產(chǎn)出的無機(jī)鹽進(jìn)行分離，將菌藻共生系統(tǒng)能夠利用的無機(jī)鹽回用到所述步驟1)中。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)處理低COD含量的含鹽廢水：利用微藻中富含脂類和甘油、熱值高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、繁殖速度快、培養(yǎng)設(shè)備占地面積小等特點(diǎn)，將微藻作為碳源提高廢水的熱值，使低COD廢水也能夠進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自維持甚至產(chǎn)出富裕的能量，實(shí)現(xiàn)零污染排放。同時，微藻的生長過程利用了廢水中的氮磷鹽類，實(shí)現(xiàn)了部分重金屬離子的富集，對廢水進(jìn)行了初次凈化。

2、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)有效固碳：由于充足的光照、CO₂、適宜的氮磷比及溫度有利于微藻的快速生長和繁殖，而超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)物中的CO₂和水，因此可將CO₂通入光生物反應(yīng)器中，利用微藻將CO₂固定下來，使CO₂以不同的能量形式在系統(tǒng)中循環(huán)，減少碳排放。

3、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)無機(jī)鹽回用：超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)出的無機(jī)鹽通過分離后，磷等微藻需要的營養(yǎng)元素再加入到預(yù)處理池中，補(bǔ)充廢水的營養(yǎng)，同時減少了無機(jī)鹽的排放。

4、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)能量利用：本發(fā)明通過超臨界水氧化反應(yīng)輸出的超臨界蒸汽與氧化劑、漿化物料的熱交換，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)在低COD的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)自維持運(yùn)行。同時多余的熱量還可來調(diào)節(jié)光生物反應(yīng)器內(nèi)的溫度，克服微藻生長的季節(jié)性限制；換熱后的超臨界蒸汽的壓力能通過壓力能回收系統(tǒng)回收，可以用來轉(zhuǎn)化成電能驅(qū)動調(diào)溫裝置，將培養(yǎng)單元的環(huán)境溫度控制在適宜菌藻增殖的溫度范圍內(nèi)。

5、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物自動分類排出：通過在超臨界反應(yīng)器的筒體底部設(shè)置與放凈口并列的一個或一個以上的液相出口，液相出口可根據(jù)反應(yīng)釜底部產(chǎn)物沉淀出的不同密度層來設(shè)置，通過溢流的方式排出不同密度的液相產(chǎn)物，再通過定期沖洗的方式排出固相產(chǎn)物。這樣可在超臨界反應(yīng)器中就能直接精確分離只有在超臨界環(huán)境下才析出的鹽類，省略在超臨界反應(yīng)器外部設(shè)置的分離設(shè)備和分離工藝。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)主要模塊連接示意圖；

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的超臨界反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的超臨界反應(yīng)器底部產(chǎn)物分相排出結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1-預(yù)處理池、2-光生物反應(yīng)器、3-膜濃縮池、4-超臨界水氧化系統(tǒng)、5-二氧化碳回用系統(tǒng)、6-環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、7-研磨設(shè)備、8-儲水池、9-超臨界反應(yīng)器、10-氧氣 儲罐、11-增壓泵、12-緩沖罐、13-第一換熱器、14-第一預(yù)熱器、15-調(diào)節(jié)池、16-第一高壓泵、17-第二換熱器、18-第二預(yù)熱器、19-第二高壓泵、20-第三換熱器、21-壓力能回收系統(tǒng)、22-氣液分離系統(tǒng)、23-筒體、24-噴嘴結(jié)構(gòu)、25-蒸發(fā)壁、26-放凈口、27-鹽水儲罐、28-液相出口、29-第三預(yù)熱器、30-物料入口、31-狹隙、32-氧化劑入口。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括預(yù)處理池1、光生物反應(yīng)器2、膜濃縮池3、超臨界水氧化系統(tǒng)4、二氧化碳回用系統(tǒng)5環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6。預(yù)處理池1、光生物反應(yīng)器2、膜濃縮池3、超臨界水氧化系統(tǒng)4依次連接；超臨界水氧化系統(tǒng)4的二氧化碳輸出端連接二氧化碳回用系統(tǒng)5，熱能和/或電能輸出端連接環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6；二氧化碳回用系統(tǒng)5和環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6的輸出端連接光生物反應(yīng)器2。

如圖2所示，預(yù)處理池1主要通過過濾、絮凝、沉淀等方法去除廢水中的無機(jī)顆粒、懸浮物、部分大分子有機(jī)物等對系統(tǒng)有害的物質(zhì)，并調(diào)節(jié)進(jìn)水量、廢水中的氮磷比例、pH值等要素，以適應(yīng)微藻的生長需要，加速微藻繁殖。經(jīng)過預(yù)處理后，廢水中約50％可沉物、油脂及漂浮物得以去除，但是出水COD、氮磷含量依舊相對較高，為菌-藻體系的生長提供了豐富的營養(yǎng)元素。

光生物反應(yīng)器2可為開放式、密閉式和混合式等不同類型，在來自預(yù)處理池1的廢水中混入細(xì)菌和微藻，使微藻能夠利用細(xì)菌提供的養(yǎng)分進(jìn)行光合作用生長和繁殖，形成菌藻共生系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微藻的快速繁殖，降低水力停留時間。這種菌藻共生系統(tǒng)的作用機(jī)理是利用微藻和細(xì)菌之間的生理功能協(xié)同作用來凈化廢水的生態(tài)系統(tǒng)：微藻利用廢水中的CO₂、氮磷營養(yǎng)元素通過光合作用合成自身的生物質(zhì)，并能提供好氧細(xì)菌所需的O₂；好氧細(xì)菌則利用微藻釋放的O₂對廢水中的大分子有機(jī)污染物、死藻進(jìn)行降解，產(chǎn)生微藻能夠吸收的小分子有機(jī)物、氮磷等營養(yǎng)元素。上述循環(huán)，形成菌藻互利共生關(guān)系，實(shí)現(xiàn)廢水的生物凈化作用。

本發(fā)明為方便對菌藻生長繁殖的環(huán)境要素進(jìn)行控制，使菌藻在最佳環(huán)境中進(jìn)行快速繁殖，并使超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂得到有效利用，優(yōu)選密閉式光生物反應(yīng)器。光生物反應(yīng)器2由多級培養(yǎng)單元串聯(lián)構(gòu)成，具體包括依次串聯(lián)的多級培養(yǎng)單元，二氧化碳回用系統(tǒng)5為每個培養(yǎng)單元提供二氧化碳，通過環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6將培養(yǎng)單元的溫度控制在適宜藻類生長的溫度范圍之內(nèi)。

在第一級培養(yǎng)單元中設(shè)置攪拌設(shè)備和菌藻添加裝置，用于形成廢水和菌藻的混合液，之后使混合液進(jìn)入次級培養(yǎng)單元中進(jìn)行光合作用。菌藻主要以游離態(tài)的形式分布于混合液中，混合液在各培養(yǎng)單元中保持一定的流動性，以便菌藻和廢水之間充分混合、擴(kuò)散、傳熱和傳質(zhì)，流動性可通過泵或者布?xì)庀到y(tǒng)來提供；特別是布?xì)庀到y(tǒng)能夠?qū)⒊R界系統(tǒng)回收的CO₂均勻地加入到反應(yīng)器中，同時可以達(dá)到混合藻液的目的。最后一級培養(yǎng)單元中輸出的混合液進(jìn)入膜濃縮池3中濃縮。

在第一級培養(yǎng)單元中，菌藻可通過如下方式添加：

①直接添加：將地衣芽孢桿菌、硝化細(xì)菌菌劑，月芽藻、四尾柵藻濃縮液按照活細(xì)胞數(shù)1.01：2.18：1.95：1.89直接添加至廢水中，保證所添加的菌藻活細(xì)胞數(shù)每升廢水不低于10⁷；其中地衣芽孢桿菌是體系中將有機(jī)物降解為可供微藻利用的小分子物質(zhì)的主要因素，月芽藻是去除銨態(tài)氮的最主要因素，四尾柵藻是去除硝態(tài)氮的主要因素，硝化細(xì)菌是去除溶解態(tài)磷的最主要因素；

②“活性藻”技術(shù)：把微藻和活性污泥結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)菌藻共生對廢水進(jìn)行處理。通過人工強(qiáng)化培養(yǎng)高濃度微藻，然后與活性污泥混合培養(yǎng)，達(dá)到同時降解大分子有機(jī)物、去除氮磷、促進(jìn)微藻快速增長的目的；

③固定化菌藻共生：通過吸附法或包埋法將高濃度菌藻按活細(xì)胞數(shù)1：300固定于一定空間，使其保持活性并可以反復(fù)利用。

膜濃縮池3中設(shè)置多個介電電泳膜元件，每個介電電泳膜元件包括兩片膜及介電電泳電極組，兩片膜構(gòu)成一個封閉的產(chǎn)水腔，產(chǎn)水腔中設(shè)置介電電泳電極組；介電電泳電極組包括一列或一列以上的叉指電極，叉指電極中包括連接交流電源一輸出端的第一電極和連接交流電源另一輸出端的第二電極；每列叉指電極均由第一電極和第二電極間隔排列而成；當(dāng)交流電源接通時，在介電電泳膜元件的周圍產(chǎn)生能將混合液中的固態(tài)物質(zhì)向膜的反方向推離的不勻稱電場。膜濃縮池3的濃水輸出口連接研磨設(shè)備7，產(chǎn)水輸出口連接儲水池8。含有大量微藻的高熱值濃水在研磨設(shè)備7中漿化后，形成的漿化物料進(jìn)入超臨界水氧化系統(tǒng)4中參與超臨界水氧化反應(yīng)。

超臨界水氧化系統(tǒng)4包括氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)、物料輸入系統(tǒng)、超臨界反應(yīng)器9、壓力能回收系統(tǒng)21和氣液分離系統(tǒng)22，其中氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)用于向超臨界反應(yīng)器9提供溫度和壓力范圍在300-400℃，25-30Mpa高溫高壓的氧氣或雙氧水等氧化劑，物料輸入系統(tǒng)用于向超臨界反應(yīng)器9提供具備足夠流動性的溫度和壓力范圍在250-400℃，22-35Mpa的高溫高壓漿化物料。

氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)包括依次連接的氧氣儲罐10、增壓泵11、緩沖罐12、第一換熱 器13和第一預(yù)熱器14，第一預(yù)熱器14的氧氣出口連接超臨界反應(yīng)器9的氧化劑入口32。物料輸入系統(tǒng)包括依次連接的調(diào)節(jié)池15、第一高壓泵16、第二換熱器17、第二預(yù)熱器18。調(diào)節(jié)池15的入口連接研磨設(shè)備7的出口，漿化物料在調(diào)節(jié)池15中進(jìn)行攪拌、均質(zhì)后，通過第一高壓泵16加壓、第二換熱器17和第二預(yù)熱器18加溫，第二預(yù)熱器18的出口連接超臨界反應(yīng)器9的物料入口30。漿化物料與氧化劑在超臨界反應(yīng)器9內(nèi)的上部混合；或令第二預(yù)熱器18與第一預(yù)熱器14的出口同時連接一混合器，使?jié){化物料與氧化劑在超臨界反應(yīng)器9外部充分混合。

如圖3所示，當(dāng)漿化物料與氧化劑在超臨界反應(yīng)器9內(nèi)的上部混合，且超臨界反應(yīng)器9為蒸發(fā)壁式超臨界水氧化反應(yīng)器。超臨界反應(yīng)器9包括筒體23、噴嘴結(jié)構(gòu)24、蒸發(fā)壁25，噴嘴結(jié)構(gòu)24的一端連通氧化劑入口32，另一端自筒體23頂部伸入筒體23內(nèi)部；筒體23的上部還設(shè)置有物料入口30、超臨界蒸汽出口。儲水池8的出水口依次通過第二高壓泵19、第三換熱器20和第三預(yù)熱器29連接設(shè)置在筒體23外部的蒸發(fā)壁25的入水口。筒體23底部設(shè)置放凈口26。

筒體23內(nèi)部同心設(shè)置蒸發(fā)壁25，蒸發(fā)壁25與筒體23之間形成沿筒體軸向分布的多級環(huán)狀的封閉的狹隙31，每個狹隙31在筒體23上開有入水口。蒸發(fā)壁25由多孔材料制成，使加熱后的亞臨界水通過蒸發(fā)壁25滲入筒體23中，在蒸發(fā)壁25位于筒體23內(nèi)的表面形成水膜。水膜溶解了在超臨界反應(yīng)過程中產(chǎn)生的無機(jī)鹽，阻止了無機(jī)鹽在內(nèi)壁上的結(jié)垢，同時防止了腐蝕性物質(zhì)與內(nèi)筒壁接觸從而造成的腐蝕，降低了對筒體23材料的選擇難度。

如圖4所示，為了使聚集在筒體23底部的固相產(chǎn)物和液相產(chǎn)物能夠分別排出，以省略固液分離裝置，本發(fā)明在放凈口26的下端連接鹽水儲罐27；放凈口旁邊連接一個或一個以上的液相出口28。液相出口28為一伸入筒體23內(nèi)部的豎管，在筒體23的內(nèi)部，液相出口28的端口高于放凈口26的端口，優(yōu)選兩者的高度差為30mm-150mm。液相出口28的端口上可設(shè)置過濾網(wǎng)。在封閉空間的外部，液相出口28和放凈口26連接同一鹽水儲罐27的入口。鹽水儲罐27的出口依照液相出口28和放凈口26輸出的產(chǎn)物進(jìn)入鹽水儲罐27的順序間歇開放，來滿足筒體23內(nèi)不同密度產(chǎn)物的分離。

為了對超臨界蒸汽的熱量進(jìn)行利用，筒體23頂部的超臨界蒸汽出口連接第一換熱器13、第二換熱器17和第三換熱器20的外管入口，用以加熱通過換熱器內(nèi)管中經(jīng)過的氧化劑、漿化物料和水。超臨界蒸汽出口還連接環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6，用于調(diào)節(jié)光生物反應(yīng)器2內(nèi)的環(huán)境溫度，當(dāng)冬天光生物反應(yīng)器2內(nèi)溫度低于菌藻的適宜溫度 范圍時，可用高溫的超臨界蒸汽進(jìn)行加熱。

為了對超臨界蒸汽的壓力進(jìn)行利用，第一換熱器13、第二換熱器17、第三換熱器20、環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6中熱交換器的外管出口均依次連接壓力能回收系統(tǒng)21、氣液分離系統(tǒng)22和二氧化碳回用系統(tǒng)5。其中壓力能回收系統(tǒng)21通過液力透平回收換熱后的低溫高壓蒸汽的壓力能，之后將壓力能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6中的調(diào)溫裝置。當(dāng)夏季光生物反應(yīng)器2中的環(huán)境溫度高于菌藻的適宜溫度范圍時，調(diào)溫裝置對光生物反應(yīng)器2進(jìn)行降溫。

為了對超臨界水氧化反應(yīng)的產(chǎn)物-CO₂進(jìn)行固定，氣液分離系統(tǒng)22中將降壓之后的氣體經(jīng)過氣液分離器、吸附器脫水之后，再通過水冷器降溫至25℃，經(jīng)過精餾塔分離多余的氧氣輸入氧化劑供應(yīng)系統(tǒng)中回用。分離后的氣體輸入二氧化碳回用系統(tǒng)5中回收CO₂，二氧化碳回用系統(tǒng)5的出口連接光生物反應(yīng)器2的CO₂入口。氣液分離系統(tǒng)22和二氧化碳回用系統(tǒng)5分離出的水進(jìn)入儲水池8中，可經(jīng)過第三換熱器20加熱后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器9內(nèi)的循環(huán)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)的方法的步驟包括：

1)廢水預(yù)處理：廢水的進(jìn)水通過預(yù)處理池1，在預(yù)處理池中除去無機(jī)顆粒、漂浮物、有害物質(zhì)，并調(diào)節(jié)進(jìn)水量、廢水中的氮磷比例、pH值等要素，以適應(yīng)菌藻共生系統(tǒng)的需要，加速微藻繁殖；微藻為小球藻、柵藻、螺旋藻中的一種或一種以上的混合物。

2)廢水中培養(yǎng)微藻：在光生物反應(yīng)器2中將菌藻與廢水充分混合后，通入由超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂(體積分?jǐn)?shù)為10％)，使菌藻共生系統(tǒng)能夠良性增殖；其中，光生物反應(yīng)器優(yōu)選由多級相互連通的培養(yǎng)單元串聯(lián)構(gòu)成的密閉式光生物反應(yīng)器，菌藻和廢水的混合液在各級培養(yǎng)單元之間保持一定的流動性；第一級培養(yǎng)單元中設(shè)置攪拌設(shè)備；微藻在廢水中利用廢水中的氮磷營養(yǎng)元素及無機(jī)鹽類等生長繁殖，固定了廢水中的氮磷，增大了可利用生物量，提高了COD值；

通過收集超臨界水氧化反應(yīng)釋放的熱量，提高光生物反應(yīng)器2中的環(huán)境溫度，通過回收的壓力帶動空氣壓縮機(jī)等制冷設(shè)備，降低光生物反應(yīng)器2中的環(huán)境溫度，最終將環(huán)境溫度控制在適宜菌藻共生系統(tǒng)的溫度范圍內(nèi)；

3)膜濃縮：光生物反應(yīng)器2輸出的含有大量微藻的混合液進(jìn)入膜濃縮池3，膜濃縮池3的產(chǎn)水進(jìn)入儲水池8，濃水進(jìn)入研磨設(shè)備7；

4)粉碎研磨：研磨設(shè)備7將濃水中的微藻、膠體、蛋白質(zhì)等有機(jī)物研磨破碎成漿化物料；

5)啟動反應(yīng)器：在超臨界反應(yīng)器9啟動之前，氧化劑通過增壓泵11加壓并通過第一預(yù)熱器14加熱，漿化物料通過第一高壓泵16加壓并通過第二預(yù)熱器18加熱，當(dāng)氧化劑和漿化物料均達(dá)到超臨界水氧化反應(yīng)所需的壓力和溫度后，分別進(jìn)入超臨界反應(yīng)器9中參與反應(yīng)；

6)反應(yīng)器穩(wěn)定工作后：關(guān)閉第一預(yù)熱器14和第二預(yù)熱器18，將超臨界蒸汽輸出至第一換熱器13、第二換熱器17的外管入口，用以加熱通過換熱器內(nèi)管的氧化劑和漿化物料；

7)產(chǎn)物回用：在超臨界水氧化反應(yīng)中，

i)熱能回用：自超臨界反應(yīng)器9的頂部輸出攜帶CO₂的超臨界蒸汽，輸入環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6中，通過換熱的方式對光生物反應(yīng)器2進(jìn)行加溫；

ii)壓力能回用：經(jīng)過第一換熱器13、第二換熱器17等多路換熱后輸出的低溫高壓蒸汽進(jìn)入壓力能回收系統(tǒng)21回收壓力，之后將回收的壓力能轉(zhuǎn)化為電能，將能量通過電能的方式儲存起來，當(dāng)需要時驅(qū)動環(huán)境溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)6中的調(diào)溫裝置；

iii)CO₂回用：回收壓力能后的蒸汽進(jìn)入氣液分離系統(tǒng)22中回收水分，再進(jìn)入二氧化碳回用系統(tǒng)5中回收CO₂，并把CO₂提供給光生物反應(yīng)器2用于培養(yǎng)微藻；

iv)無機(jī)鹽回用：對超臨界反應(yīng)器產(chǎn)出的無機(jī)鹽進(jìn)行分離，將微藻生長能夠利用的無機(jī)鹽回用到光生物反應(yīng)器；

v)水回用：氣液分離系統(tǒng)22分離出的水進(jìn)入儲水池8中，作為蒸發(fā)壁水回用。

當(dāng)超臨界反應(yīng)器9為筒體內(nèi)部同心設(shè)置蒸發(fā)壁的蒸發(fā)壁式反應(yīng)器時，步驟iv)還包括使儲水池8中的水先經(jīng)過第三預(yù)熱器29預(yù)熱，再進(jìn)入蒸發(fā)壁中；待超臨界反應(yīng)器9穩(wěn)定運(yùn)行后關(guān)閉第三預(yù)熱器29，僅通過第三換熱器20加熱；第三換熱器20通過超臨界蒸汽供熱，之后輸出的低溫高壓蒸汽進(jìn)入壓力能回收系統(tǒng)21。

盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。