CN102125799B - 一种废气中二氧化碳去除设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气中二氧化碳去除设备，包括藻类培养水箱和净化反应容器，净化反应容器的底部设有进气管、进水管和排泥管，顶部设有出气管和出水管，内部从内到外依次设有布水器、中空纤维膜组件、折流板和光源；进气管与中空纤维膜组件相连通且在进气管上设有进气泵、气体流量计、进气压力表和进气阀门；出气管与中空纤维膜组件相连通且在出气管上设有出气压力表和出气阀门；布水器通过进水管与藻类培养水箱相连通且在进水管上设有进水泵、液体流量计和进水阀门；藻类培养水箱通过出水管与净化反应容器相连通；排泥管上设有排泥泵和排泥阀门；光源与电源相接。本发明设计合理，适用性强，使用寿命长，二氧化碳去除效率高，工业化应用潜力好。

Description

一种废气中二氧化碳去除设备
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，尤其是涉及一种废气中二氧化碳去除设备。
背景技术
众所周知，大气温室效应是人类目前所面临的最大的环境问题，由温室效应所带来的气候异常、海平面升高、土地沙漠化等问题正威胁着人类的生存和发展。
在产生温室效应的六种主要气体中（CO2、CH4、N2O、HFCS、PFCS、SF6），CO2对温室效应的作用最大，约占到55%左右。可以看出，控制CO2排放是控制温室效应的关键。在这种情况下，《联合国气候变化框架公约》、《京都协议书》先后颁布，系统的讨论了低碳经济所涉及的内容。2008年7月，G8峰会上八国表示将寻求与《联合国气候变化框架公约》的其他签约方一道共同达成到2050年把全球温室气体排放减少50%的长期目标。作为发展中国家的代表，中国在2009年哥本哈根气候大会提出，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。因此，研究和掌握CO2去除和回收技术具有十分重要的意义。
控制大气中CO2含量主要有两种措施，一种措施是控制CO2的产生：调整能源布局，提高总体能源效率，提高清洁能源所占总体能源消耗的比例，降低化石燃料消耗量。另一种措施是在能源布局和结构很难发生根本变化的情况下，对人类工业活动所排出的CO2进行分离回收，这种措施目前被大多数国家尤其发展中国家所普遍采用。
目前，主要的CO2进行回收固定技术主要有物理固定CO2技术、化学固定CO2技术和生物固定二氧化碳技术。其中由于生物固定CO2技术式地球上最主要的固碳方式，同时也符合自然界循环的规律。其原理为生物体体内的叶绿素在光源的作用下可以与气体中CO2发生光和作用，把CO2转化为糖类和氧气。但由于生物对废气中CO2浓度及废气中有毒气体的适应性较差，往往对于含有高浓度CO2的废气处理效果不佳，因此没有大规模应用在工业废气脱碳治理中。本发明就是围绕着克服生物固碳这个缺点来展开的，意在扩大生物固碳技术的在工业废气治理领域的应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种废气中二氧化碳去除设备，其设计新颖合理，适用性强，使用寿命长，二氧化碳去除效率高，工业化应用潜力好，有效地解决了现有生物固碳技术中二氧化碳去除效率低、生物适应性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：包括藻类培养水箱和与藻类培养水箱相连通的净化反应容器，所述净化反应容器的底部设置有进气管、进水管和排泥管，所述净化反应容器的顶部设置有出气管和出水管，所述净化反应容器内从内到外依次设置有布水器、中空纤维膜组件、折流板和光源；所述进气管与中空纤维膜组件的底部相连通且在所述进气管上安装有进气泵、气体流量计、进气压力表和进气阀门；所述出气管与中空纤维膜组件的顶部相连通且在所述出气管上安装有出气压力表和出气阀门；所述布水器通过进水管与藻类培养水箱底部相连通且在所述进水管上安装有进水泵、液体流量计和进水阀门；所述藻类培养水箱通过出水管与净化反应容器的顶部相连通；所述排泥管上安装有排泥泵和排泥阀门；所述光源与电源相接。
上述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述折流板为两块，且两块折流板对称设置在净化反应容器内。
上述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述中空纤维膜组件由多根疏水性聚丙烯中空纤维膜构成。
上述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述疏水性聚丙烯中空纤维膜的膜表面孔径为0.1μm-0.2μm。
上述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述光源的光谱为400nm-700nm。
上述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述光源通过电源配线与电源相接。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计新颖合理，适用性强：本发明把膜分离技术和藻类光合作用相结合，利用藻类的光和作用去除废气中的二氧化碳，设备工作时，废气在具有疏水性和微孔性的中空纤维膜的管腔内流动，含有藻类的二氧化碳固定液在中空纤维膜管外流动，在膜两侧二氧化碳浓度差和压力差的推动下，废气中二氧化碳透过膜进入到固定液中，在光源的作用下参与光和作用，进而去除废气中的二氧化碳。整个处理过程中，废气不直接与藻类固定液接触，降低了废气中二氧化碳含量、废气毒性等因素对藻类的活性的影响，使整套二氧化碳去除设备具有更好的适用性，可广泛的应用到二氧化碳含量较高的工业废气处理中。
2、使用寿命长：本发明所设计的二氧化碳去除设备运行过程中，藻类固定液在装置中在折流板和布水器的作用下，在装置内构成内循环流态化状态，固定液可以不断冲刷中空纤维膜组件表面，可减少膜污染的程度，增长膜组件的使用寿命，进而增长了该设备的使用寿命。
3、二氧化碳去除效率高：本发明所设计的二氧化碳去除设备运行过程中，废气中的二氧化碳是以无泡的形式渗透过膜进入到固定液中，整个二氧化碳固定过程不产生肉眼可见气泡，增加了二氧化碳与固定液中藻类的接触面积，避免了现有二氧化碳生物固定工艺中气泡产生所导致的二氧化碳固定化率不高的缺点。
4、工业化应用潜力好：本发明利用藻类的光和作用固定废气中的二氧化碳，在光能的作用下，藻类体内的叶绿素把废气中的二氧化碳转化为藻类体内的糖类等有机质。藻类具有繁殖快、光合速率高、环境适应性强、可调控性强等特点，经过培养和驯化，可增强其对二氧化碳的耐受程度。同时固定二氧化碳后所繁殖的大量藻类有很高的利用价值，因此具有很好的工业化应用潜力。
综上所述，本发明设计新颖合理，适用性强，使用寿命长，二氧化碳去除效率高，工业化应用潜力好，有效地解决了现有生物固碳技术中二氧化碳去除效率低、生物适应性差的问题，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明:
具体实施方式
如图1所示，本发明包括藻类培养水箱1和与藻类培养水箱1相连通的净化反应容器2，所述净化反应容器2的底部设置有进气管3、进水管4和排泥管5，所述净化反应容器2的顶部设置有出气管6和出水管7，所述净化反应容器2内从内到外依次设置有布水器8、中空纤维膜组件9、折流板10和光源11；所述进气管3与中空纤维膜组件9的底部相连通且在所述进气管3上安装有进气泵12、气体流量计13、进气压力表14和进气阀门15；所述出气管6与中空纤维膜组件9的顶部相连通且在所述出气管6上安装有出气压力表16和出气阀门17；所述布水器8通过进水管4与藻类培养水箱1底部相连通且在所述进水管4上安装有进水泵18、液体流量计19和进水阀门20；所述藻类培养水箱1通过出水管7与净化反应容器2的顶部相连通；所述排泥管5上安装有排泥泵21和排泥阀门22；所述光源11与电源23相接。
如图1所示，本实施例中，所述折流板10为两块，且两块折流板10对称设置在净化反应容器2内。所述中空纤维膜组件9由多根疏水性聚丙烯中空纤维膜构成。所述疏水性聚丙烯中空纤维膜的膜表面孔径为0.1μm-0.2μm。所述光源11的光谱为400nm-700nm。所述光源11通过电源配线24与电源23相接。
本发明的工作原理及工作过程是：首先，开启光源11，开启进水阀门20，进水泵18开启，含有藻类的二氧化碳固定液通过进水管4、液体流量计19和布水器8进入到净化反应容器2中，在布水器8和折流板10的作用下，含有藻类的二氧化碳固定液在净化反应容器2内构成内循环流态，含有藻类的二氧化碳固定液充满净化反应容器2后，经出水管7流出净化反应容器2并流入藻类培养水箱1；接着，开启进气阀门15，进气泵12开启，废气通过进气管3、气体流量计13进入到中空纤维膜组件9并通过中空纤维膜组件9后进入到出气管6，然后排出净化反应容器2；在这个过程中，废气在具有疏水性和微孔性的中空纤维膜组件9的管腔内流动，含有藻类的二氧化碳固定液在中空纤维膜组件9外流动，在中空纤维膜组件9两侧二氧化碳浓度差和压力差的推动下，废气中二氧化碳透过中空纤维膜组件9进入到固定液中，在光源11的作用下参与光和作用，转化为藻类体内的糖类和氧气，进而去除废气中的二氧化碳。在整个操作过程中，进气压力要小于中空纤维膜组件9的泡点，进气温度要小于70℃。本发明在运行时，含有二氧化碳的废气不直接与含有藻类的二氧化碳固定液相接触，运行过程中不产生可见气泡，解决了现有生物固碳技术中二氧化碳去除效率低、生物适应性差等问题。
本发明所述的废气中二氧化碳去除设备运行一段时间，需要排出沉积在净化反应容器2底部的污泥。操作时，首先开启进水阀门20，进水泵18开启，清水通过进水管4、液体流量计19和布水器8进入到净化反应容器2中，在布水器8和折流板10的作用下，清水在净化反应容器2内构成内循环流态，清水充满净化反应容器2后，开启排泥阀门22，排泥泵21开启，净化反应容器2底部的污泥通过排泥管5排出。
综上所述，本发明具有更好的适用性，可广泛地应用到二氧化碳含量较高的工业废气处理中，同时，固定二氧化碳后所繁殖的大量藻类有很高的利用价值，因此具有很好的工业化应用潜力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：包括藻类培养水箱（1）和与藻类培养水箱（1）相连通的净化反应容器（2），所述净化反应容器（2）的底部设置有进气管（3）、进水管（4）和排泥管（5），所述净化反应容器（2）的顶部设置有出气管（6）和出水管（7），所述净化反应容器（2）内从内到外依次设置有布水器（8）、中空纤维膜组件（9）、折流板（10）和光源（11）；所述进气管（3）与中空纤维膜组件（9）的底部相连通且在所述进气管（3）上安装有进气泵（12）、气体流量计（13）、进气压力表（14）和进气阀门（15）；所述出气管（6）与中空纤维膜组件（9）的顶部相连通且在所述出气管（6）上安装有出气压力表（16）和出气阀门（17）；所述布水器（8）通过进水管（4）与藻类培养水箱（1）底部相连通且在所述进水管（4）上安装有进水泵（18）、液体流量计（19）和进水阀门（20）；所述藻类培养水箱（1）通过出水管（7）与净化反应容器（2）的顶部相连通；所述排泥管（5）上安装有排泥泵（21）和排泥阀门（22）；所述光源（11）与电源（23）相接。
2.按照权利要求1所述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述折流板（10）为两块，且两块折流板对称设置在净化反应容器（2）内。
3.按照权利要求1所述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述中空纤维膜组件（9）由多根疏水性聚丙烯中空纤维膜构成。
4.按照权利要求3所述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述疏水性聚丙烯中空纤维膜的膜表面孔径为0.1μm-0.2μm。
5.按照权利要求1所述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述光源（11）的光谱为400nm-700nm。
6.按照权利要求1或5所述的一种废气中二氧化碳去除设备，其特征在于：所述光源（11）通过电源配线（24）与电源（23）相接。
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