CN101781663B

CN101781663B - 一种富氧空气制取与收集的方法

Info

Publication number: CN101781663B
Application number: CN 200910077288
Authority: CN
Inventors: 李静; 郭朋朋; 杨巧利; 张惠敏; 王慧岭; 刘敏胜
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: CN101781663A

Abstract

本发明涉及一种富氧空气制取与收集的方法。属于环保技术领域。主要包括：微藻吸收CO₂及在线监控pH，微藻光合作用产生氧气及在线监控溶氧浓度，富氧空气收集及氧气含量测定以及产品综合应用。本发明由于微藻是单细胞生物，生长速度快，其吸收CO₂产生氧气，也是一个快速的过程，而且是密闭系统，富氧空气中氧气浓度相对较高，收集也较为容易。由于氧气直接排放到空气中是一种浪费，通过本发明进行收集利用，可更有效地节约能源、提高效益。

Description

一种富氧空气制取与收集的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种富氧空气制取与收集的方法。

背景技术

氧在地球上分布极广，大气中的氧占21％，海洋和江河湖泊中到处都是氧的化合物水，氧在水中占88.8％。地球上还存在着许多含氧酸盐，如土壤中所含的铝硅酸盐，还有硅酸盐、氧化物、碳酸盐的矿物。大气中的氧不断地用于动物的新陈代谢，人体中氧占65％，植物的光合作用能把二氧化碳转变为氧气，使氧得以不断地循环。虽然地球上到处是氧，但氧主要是从空气中提取的。

大规模生产氧气的方法是分馏液态空气，首先将空气压缩，待其膨胀后又冷冻为液态空气，由于稀有气体和氮气的沸点都比氧气低，经过分馏，剩下的便是液氧，可贮存在高压钢瓶中。所有的氧化反应和燃烧过程都需要氧，例如炼钢时除硫、磷等杂质，用于钢铁的焊接和切割。玻璃制造、水泥生产、矿物焙烧、烃类加工都需要氧。液氧还用作火箭燃料，它比其他燃料更便宜。在低氧或缺氧的环境中工作的人，如潜水员、宇航员，氧更是维持生命所不可缺少的。

氧气持续不断的来源是植物的光合作用，但是植物所产生的氧气直接扩散到环境中，很难被直接收集利用，然而需要再从空气中分离，增加了应用环节同时提高了成本。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺陷，直接利用植物进行光合作用，产生氧气，收集富氧空气，不仅直接收集了大量氧气减少了生产步骤，更重要的是降低了生产成本。本发明利用藻类特别是那些微型单细胞藻，它们是吸收CO₂进行光合作用产生氧气和生物质最有效的途径。由于本发明所采用的微藻培养体系是一个密闭的培养体系，产生的氧气直接与体系内的空气混合形成富氧空气，通过气体管路收集相对于自然环境而言更为方便。本发明培养海藻的目的是进行节能减排，进而获得生物质，再转化为能源物质。然而伴着大量CO₂被吸收氧气也大量产生，直接排放到空气中是一种浪费，进行收集利用可更有效地节约能源提高效益。

由于本发明采用的微藻是单细胞生物，拥有生长速度快等特点，其吸收CO₂产生氧气，也是一个快速的过程，而且是密闭系统，富氧空气中氧气浓度相对较高，收集也较为容易。

本发明的目的在于：利用微藻吸收CO₂产生氧气的特性，以及密闭式培养的优势，通过缓冲罐气体收集管路进行富氧空气的收集，同时通过溶氧电极，pH电极等在线监控设施控制CO₂的进气量和富氧空气的收集量，达到动态平衡。作为缓解能源供应矛盾、应对气候变化以及实现可持续发展的重要措施。

所述的密闭式培养通常是指使用封闭式光生物反应器，主要包括：管式光反应器、平板式光反应器和柱式光反应器等形式。本发明尤其适用于管式光生物反应器。

为了达到上述目的，本发明微藻吸收CO₂产生氧气，及富氧空气收集的主要步骤：

步骤一、微藻吸收CO₂及在线监控pH值

步骤二、微藻光合作用产生氧气及在线监控溶氧浓度

步骤三、富氧空气收集及氧气含量测定

本发明具有如下技术特点：

1.微藻吸收CO₂，通过在线监控pH确定CO₂的通入比例和通入时间；

2.微藻光合作用产生氧气，通过溶氧浓度在线监控装置，确定富氧空气的收集时间和收集量；

3.富氧空气收集系统包括空压泵和收集罐，通过气相检测气体成分和含量；

4.产品综合应用：用于缺氧、低氧或无氧环境，例如：潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行或医疗抢救等。

附图说明

图1为本发明具体流程图

其中设备编号依次是：

1-密闭式生物光反应器；2-动力泵；3-溶氧电极；4-pH电极；5-缓冲罐；6-空压泵；7-收集罐；8～17-分别为阀门8、阀门9、阀门10、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、阀门15、阀门16、阀门17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实验方式对本发明作进一步的详细描述，但不应理解为是对本发明进行限定。

下面对本发明的方法进行进一步的具体说明：

1.空气和CO₂的混合：空气来自气体供应站，CO₂来自净化后的工业废气，打开阀8空气进入，打开阀9CO₂进入，根据pH值显示调节进气比例和流量，当pH值为6～8时主要通入空气，当pH值为9～11时主要通入CO₂。一般优选pH值大于10时加大CO₂的进气量，降低空气的进气量；pH值小于7时减小CO₂的进气量，加大空气的进气量。空气和CO₂比例通常在10∶1～1∶5之间，再通过阀10调节总的气体流量，一般总的通气量在1m³/min～5m³/min之间。

2.藻液进入生物光反应器：配制好的藻液先放入缓冲罐5中，打开阀11藻液由于重力作用到达动力泵2，打开阀12或阀13通过泵2的带动经流量计进入生物光反应器，与气体进行混合。

3.微藻光合作用：微藻在光反应器内，其叶绿体在阳光的作用下，把经细胞膜进入的CO₂和水转变成为低分子量的有机碳，同时释放氧气，氧气在水中的溶解度很小，当达到饱和后进入空气中，形成富氧空气，在泵的推动下再流回缓冲罐5，形成一个闭合回路。

4.在线监控：缓冲罐5上安有溶氧电极3和pH电极4，在线监控溶氧浓度和pH值，当pH值小于7较低时主要通入空气，当pH值大于10较高时主要通入CO₂，达到有效控制培养的酸碱度。当气体中氧含量达到要求时(不同作用氧含量需求不同)，如：登山运动需氧量在23％～25％、助燃气体需氧量在27％～30％、潜水运动需氧量32％～36％、医疗抢救一般用纯氧等，进行氧气的收集。

5.富氧空气收集及氧气含量检测：富氧空气收集系统包括空压泵6和收集罐7，根据溶氧浓度，进行富氧空气的收集，当浓度适合时(根据需要而定，一般富氧空气氧含量大于21％)，关闭放空阀，打开阀16，打开泵6使形成负压(一般为1～2个大气压)，有利于氧气从溶液中分离进入收集罐7，当气体中氧含量低于21％，关闭泵6和阀16，打开放空阀，调节空气与CO₂的进气比，继续培养。

取一定量富氧空气进行气相检测，确定每批的氧含量和气体成分，进一步进行产品综合应用，用于缺氧、低氧或无氧环境，例如：潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行或医疗抢救等。

Claims

1.一种富氧空气制取与收集的方法，包括：在密闭条件下，微藻吸收CO2及在线监控pH值，微藻光合作用产生氧气及在线监控溶氧浓度，富氧空气收集及氧气含量测定，通过在线监控pH确定CO2的通入量，当pH值为6～8时主要通入空气，当pH值为9～11时主要通入CO2，当pH值大于10时加大CO2的进气量，降低空气的进气量；pH值小于7时减小CO2的进气量，加大空气的进气量。

2.根据权利要求1所述的任意一种富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，空气与CO2进气比例为10∶1～1∶5。

3.根据权利要求1或2富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，空气与CO2总的通气量为1m³/min～5m³/min。

4.根据权利要求1或2所述的任意一种富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，通过溶氧浓度在线监控装置，确定富氧空气的收集时间，富氧空气中氧含量大于21％，达到需要标准时收集，当气体中氧含量低于21％时停止收集。

5.根据权利要求1或2所述的任意一种富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，包括空压泵(6)和收集罐(7)。

6.根据权利要求5所述的一种富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，富氧空气收集时，关闭放空阀，打开阀16(16)，打开空压泵(6)形成负压，有利于氧气从溶液中分离进入收集罐(7)；当溶氧浓度降低到21％以下时，关闭泵空压泵(6)和阀16(16)，打开放空阀，调节进气比，继续培养。

7.根据权利要求6所述的任意一种富氧空气制取与收集的方法，其特征在于，配制好的藻液先放入缓冲罐(5)中，打开阀11(11)藻液由于重力作用到达动力泵(2)，打开阀12(12)或阀13(13)通过动力泵(2)的带动经流量计进入生物光反应器(1)，与气体进行混合。