CN105032170A - 一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，主要包括废气预处理步骤、加压补气步骤和微藻固定步骤，对工业气体进行预处理和补气步骤，使含二氧化碳的废气能够采用微藻固定的方式进行处理，扩大生物固碳技术在工业废气治理领域的应用范围，同时在微藻固定装置中设有温度控制组件、参数测量组件和多个光源，可对固碳步骤进行精密测量和控制，并能够使微藻充分的暴露在光照之下，最大化藻类固定CO₂气体的效率。

Description

一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法。

背景技术

一段时间以来，全球二氧化碳(CO₂)水平的持续增加引起了全世界的关注。根据体积测算，在工业革命开始时，每一百万份空气中有大约280份CO₂，而今天，每百万份(ppm)中有360份，增加了30％。每年增加2ppm，并且仍在上升。如果目前的趋势持续下去，在21世纪后半叶，大气中CO₂的浓度将加倍，达到大约700ppm。现在，许多科学家相信，在过去50年中观察到的全球变暖，大部分可以归因于这种人类活动导致的二氧化碳的增加。而由CO₂引起的温室效应是人类目前所面临的最大的环境问题之一，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。而在所有的行业中，工业排放CO₂气体的总量占到了很大的比重，因此如何固定工业排放气中的CO₂，使其中的CO₂转化为其它物质以减少CO₂直接排放到大气中是急需解决的问题。特别是利用环境友好技术，转化CO₂实现碳减排已成为当前工业追求的目标之一。

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。

众所周知，绿色植物通过光合作用摄入CO₂。光合作用将可再生的太阳光能转化成活的生物可以利用的能量。在叶绿素的存在下，植物利用太阳光将CO₂和水转化成碳水化合物，直接或间接地供给了几乎所有动物和人类对食物的需要；作为该过程的副产物，释放出氧气和一些水。因此生物固定CO₂技术被定义为：生物体如植物、微藻等，以CO₂为碳源经由光合作用方式，将CO₂转变为生物质(如淀粉、纤维素等)，其所需能源直接来自太阳光能，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。影响光合作用速率的主要因素是有利的温度、光强度水平和二氧化碳的利用度，大多数绿色植物非常利于响应远高于目前大气水平的CO₂浓度。但生物转化固定由于土地等因素限制，通过大面积种植植物来固碳不现实。而微藻具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强、处理效率较高的特点，同时固碳后产生大量的藻体生物质具有很好的利用价值，因此具有高度的工业化潜力。

目前对于微藻减排二氧化碳的研究均处于理论分析及实验室阶段，对于含有二氧化碳的气源操作条件要求较高，但是实际应用时，由于工业排放气中成份复杂(如烟道气等)：(1)CO₂浓度高(CO₂浓度可高达25％体积百份比左右)；(2)还可能含有粒径大小不同的细小颗粒、固体物质、酸性气体以及其它少量有机、无机物或不明物质等等；(3)工业排放气的温度、压力不合适；上述多种原因使得微藻往往难以耐受，从而使得微藻生长缓慢甚至死亡，进而严重影响微藻对CO₂的固定速率，因此如何克服生物固碳这个缺点，扩大生物固碳技术在工业废气治理领域的应用范围是所面临的一大问题。

另外，使用微藻转化时，为达到对CO₂高效的固定速率，合适的光反应器及微藻的选择也尤为重要。常用进行微藻光合作用的光生物反应器或者结构复杂、操作难度高，或者气液混合效率低，同样也降低了微藻对CO₂的固定速率。对于大量藻类的生产来说，关键的是光的存在不幸的是，光只能穿透到藻类的活培养物中几厘米的深度。当藻类生物体繁殖时，培养物的密度增加，光穿透的程度降低。某些研究利用光学纤维的用途，这在迄今为止都是昂贵得难以问津并且没有效益。因此，对于如何以低成本的方式将藻类暴露于足够量的光下，使用藻类固定CO₂也是需要克服的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，该方法能够有效的使藻类处于光照条件，并提高扩大生物固碳技术在工业废气治理领域的应用范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，主要包括废气预处理步骤、加压补气步骤和微藻固定步骤：

1)废气预处理：将含有CO₂的废气先引入旋风分离器进行气固分离，之后再将气体通入吸收塔中与洗涤液进行逆流接触，以除去其中的细微颗粒以及一些酸性气体，使气体中的含尘量达到一定的要求；

2)加压补气：向步骤1)中处理后的气体中补充空气，使其中CO₂气体的体积浓度达到10-15％，同时加压，将气体压强增加至0.3-1.0MPa，得到待处理的气体；

3)微藻固定：将步骤2)中得到的待处理气体引入微藻固定反应器中，将气体中的CO₂气体进行固定；

其中，所述微藻固定反应器包括藻类培养箱，净化反应器，温度控制组件，参数测量组件；藻类培养箱与净化反应器连接，净化反应器底部设置有进气管、进水管、排泥管，顶部设有出气管、出水管，中部设置有多个中空纤维膜组件、布水器、多个光源和导流板；温度控制组件包括热交换器，介质为恒温水，用以控制反应器内的温度；参数测量组件包括设置在净化反应器多个不同位置的探头，测量其中液体的温度、含氧量、pH值和微藻浓度。

优选的中空纤维膜的膜表面孔径为0.15μm-0.20μm。

优选的光源的光谱范围为450nm-650nm。

优选的光源微藻为蓝藻或绿藻或小球藻。

本发明的优点在于：

(1)对工业气体进行预处理和补气步骤，使含二氧化碳的废气能够采用微藻固定的方式进行处理，扩大生物固碳技术在工业废气治理领域的应用范围；

(2)在微藻固定装置中设有多个光源，能够是微藻充分的暴露在光照之下，可最大化藻类固定CO₂气体的效率，同时设置有温度控制组件和参数测量组件，可对固碳步骤进行精密测量和控制。

具体实施方式

实施例1

利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，主要包括废气预处理步骤、加压补气步骤和微藻固定步骤：

1)废气预处理：将含有CO₂的工业废气(含CO₂气体体积分数约为28％)先引入旋风分离器进行气固分离，之后再将气体通入吸收塔中与水进行逆流接触，以除去其中的细微颗粒以及一些酸性气体，使气体中的含尘量达低于3.0mg/Nm³；

2)加压补气：向步骤1)中处理后的气体中补充空气，使其中CO₂气体的体积浓度达到10％左右，同时加压，将气体压强增加至0.5MPa，得到待处理的气体；

3)微藻固定：将步骤2)中得到的待处理气体引入微藻固定反应器中，将气体中的CO₂气体进行固定；

其中，所述微藻固定反应器包括藻类培养箱，净化反应器，温度控制组件，参数测量组件；藻类培养箱与净化反应器连接，净化反应器底部设置有进气管、进水管、排泥管，顶部设有出气管、出水管，中部设置有多个中空纤维膜组件、布水器、多个光源和导流板；温度控制组件包括热交换器，介质为恒温水，用以控制反应器内的温度；参数测量包括设置在净化反应器多个不同位置的探头，测量其中液体的温度、含氧量、pH值和微藻浓度。

其中中空纤维膜的膜表面孔径为0.15μm，光源的光谱范围为450nm-650nm，微藻为蓝藻。

实施例2

利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，主要包括废气预处理步骤、加压补气步骤和微藻固定步骤：

1)废气预处理：将含有CO₂的工业废气(含CO₂气体体积分数约为28％)先引入旋风分离器进行气固分离，之后再将气体通入吸收塔中与水进行逆流接触，以除去其中的细微颗粒以及一些酸性气体，使气体中的含尘量达低于3.0mg/Nm³；

2)加压补气：向步骤1)中处理后的气体中补充空气，使其中CO₂气体的体积浓度达到15％左右，同时加压，将气体压强增加至0.8MPa，得到待处理的气体；

3)微藻固定：将步骤2)中得到的待处理气体引入微藻固定反应器中，将气体中的CO₂气体进行固定；

其中，所述微藻固定反应器包括藻类培养箱，净化反应器，温度控制组件，参数测量组件；藻类培养箱与净化反应器连接，净化反应器底部设置有进气管、进水管、排泥管，顶部设有出气管、出水管，中部设置有多个中空纤维膜组件、布水器、多个光源和导流板；温度控制组件包括热交换器，介质为恒温水，用以控制反应器内的温度；参数测量包括设置在净化反应器多个不同位置的探头，测量其中液体的温度、含氧量、pH值和微藻浓度。

其中中空纤维膜的膜表面孔径为0.25μm，光源的光谱范围为450nm-650nm，微藻为小球藻。

本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (4)

1.一种利用微藻固定工业排放废气中二氧化碳的方法，其特征在于：主要包括废气预处理步骤、加压补气步骤和微藻固定步骤：

1)废气预处理：将含有CO₂的废气先引入旋风分离器进行气固分离，之后再将气体通入吸收塔中与洗涤液进行逆流接触，以除去其中的细微颗粒以及一些酸性气体，使气体中的含尘量达到一定的要求；

2)加压补气：向步骤1)中处理后的气体中补充空气，使其中CO₂气体的体积浓度达到10-15％，同时加压，将气体压强增加至0.3-1.0MPa，得到待处理的气体；

3)微藻固定：将步骤2)中得到的待处理气体引入微藻固定反应器中，将气体中的CO₂气体进行固定；

其中，所述微藻固定反应器包括藻类培养箱，净化反应器，温度控制组件，参数测量组件；藻类培养箱与净化反应器连接，净化反应器底部设置有进气管、进水管、排泥管，顶部设有出气管、出水管，中部设置有多个中空纤维膜组件、布水器、多个光源和导流板；温度控制组件包括热交换器，介质为恒温水，用以控制反应器内的温度；参数测量包括设置在净化反应器多个不同位置的探头，测量其中液体的温度、含氧量、pH值和微藻浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于中空纤维膜的膜表面孔径为0.15μm-0.20μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述光源的光谱范围为450nm-650nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述微藻为蓝藻或绿藻或小球藻。