CN105854581B - 一种co2净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CO2净化装置，包括进气模块、CO2净化模块和出气模块；CO2净化模块内有若干堆叠设置的反应床，所述反应床表面养殖具备光合作用的生物；反应床底部铺设有流通管道，所述流通管道内设置营养液以及悬浮纳米余辉颗粒；所述反应床表面通过吸水通道连接至流通管道内的营养液中；所述的流通管道两端分别通过进水管道和排水管道连接营养池。本发明既能增加生物堆积密度又能提高光能利用效率，白天可利用自然光，晚上可用电源辅助，较氨吸收、钙循环、富氧燃烧、电化学等技术能耗可降低90％以上，本发明具有投资成本低，装置结构简单，能够连续操作的优点。

Description

一种CO2净化装置
技术领域
本发明涉及一种CO2净化技术，尤其涉及一种以生物法的CO2净化装置。
背景技术
人类活动排放的CO2引起气候变化已经引起全球范围内的高度重视，各国都在努力尝试CO2减排以及治理方式。据统计，以CO2为代表的温室气体大量排放，导致近100年来全球气温急剧上升。据联合国最新统计，全球环境难民已达2500 万，预计到2050年全球变暖导致的环境难民将达到1.5亿。虽然近年来全球已经在绿色能源领域(风能、光能等)有所进展，但在短期内化石燃料依旧将作为工业的主要能源。
CO2净化技术很多，主要有氨吸收法、钙循环法、富氧燃烧法、电化学法。氨吸收法是以有机或无机铵盐为反应原料，通过与CO2发生反应而吸收净化CO2；钙循环法利用CaO与CO2反应生成CaCO3达到净化CO2的目的；富氧燃烧法则是将CO2与纯O2作为助燃剂用于可燃物的燃烧，从而产生高纯度的CO2并压缩储存；电化学法则利用电催化将CO2直接转化成有机溶液。
然而，上述方法都存在能耗高或容易对环境产生二次污染等问题。例如，氨吸收法吸收后产生碳酸铵或碳酸氢铵，铵的碳酸盐不稳定，容易再次分解产生CO2；钙循环法需要大量消耗CaO，并且其产物CaCO3只有在高纯度下才有较好的经济价值，而以CaCO3热分解制备纯CO2并循环利用CaO则需要消耗额外的热能；富氧燃烧需要利用纯氧，同时需要压缩系统配套工作，成本较高；电催化目前还只是实验室阶段，其转换效率及成本成为抑制其发展的因素。
另外，还有一种生物法，是通过光合作用吸收净化CO2。光合作用是大自然赋予的能在温和条件下净化CO2的过程，某些生物虽然单体净化CO2能力有限，但其在温和条件下有着超强的繁殖能力，从而具备强大的净化CO2潜力。但是，目前以生物法净化CO2存在光能利用率与生物堆积密度不能兼顾的问题，例如堆叠结构虽然可以增加生物堆积密度但会引起光照不足等问题；而池塘中的蓝藻虽然光能利用率得到了保障，但是堆积密度过低。这两种情况均导致CO2净化效率低下，这也是影响生物净化CO2法推向市场的最重要原因。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的生物法净化CO2存在的净化效率低下的缺陷，提供一种生物法CO2净化装置，通过合理设计净化装置结构，既能增加生物堆积密度又能提高光能利用效率。
本发明采用如下技术方案实现：
一种CO2净化装置，包括进气模块、CO2净化模块和出气模块；
CO2净化模块内有若干堆叠设置的反应床，所述反应床表面养殖具备光合作用的生物；反应床底部铺设有流通管道，所述流通管道内设置营养液以及悬浮纳米余辉颗粒；所述反应床表面通过吸水通道连接至流通管道内的营养液中；
所述的流通管道两端分别通过进水管道和排水管道连接营养池。
进一步的，所述进水管道和营养池形成的回路上设有光池，所述光池内设有光源对营养液中的悬浮纳米余辉颗粒进行照射蓄能。
进一步的，所述反应床的流通管道通过若干进水支管和排水支管分别与进水管道和排水管道汇流。
进一步的，所述营养池内设有营养液智能调节装置。
进一步的，所述进气模块和出气模块内分别设有进气格栅和出气格栅，所述进气格栅和出气格栅分别与反应床的堆叠空间对接。
进一步的，所述流通管道设有开口朝上的流通小孔，所述吸水通道采用吸水材料制成的长条吸水部件，一端固定在反应床表面，另一端通过流通小孔延伸至流通管道内。
优选的，所述流通管道采用若干纵横交错的直线管道布置。
优选的，所述流通管道采用蛇形盘管的形式布置。
优选的，所述流通管道采用同心圆或螺旋线的形式布置。
优选的，所述流通管道采用菱形对角线交叉的形式布置。
本发明采用上述技术方案，将反应床堆叠形成CO2净化模块，反应床底部的流通管道可对反应床起到支撑作用，堆叠设置提高了生物堆积密度，将具有较强光合作用的生物均匀养殖在反应床上，反应床通过吸水通道，具有像灯芯一样的浸润能力，能够通过吸水通道从流通管中吸取营养液，吸取的营养液用于维系该生物的存活的营养需求。悬浮纳米余辉颗粒在流通管道中流动的过程中不断释放积蓄的光能用于生物进行光合作用的光源，可根据蓝藻光合作用所需的最佳波长对悬浮纳米余辉颗粒进行设计，实现光能利用效率的最大化。通过合理设计悬浮纳米余辉颗粒在流通管道中的分布数量，可以实现对反应床的全面、高强度光照覆盖，提高了光合作用中的光能利用率，本发明在白天利用自然光进行光合作用，在晚上，通过光池的光源对悬浮纳米余辉颗粒进行照射储能，然后对反应床提供光照，实现光合作用的连续性。营养液可由营养池中的营养液智能调节装置进行补充，通过营养液在线检测系统定期检测水体中营养液消耗情况，并利用储存的浓缩营养液进行补充，以满足固碳生物生存需求。
本发明突破了生物法净化CO2中存在的光能利用率与生物堆积密度不能兼顾的瓶颈，具有以下有益效果：
1、采用易于培养、繁殖能力强的蓝藻作为培养生物，结合本发明的技术方使蓝藻集群CO2净化效率得到有效提升。
2、通过悬浮纳米余辉颗粒对光能的吸收、释放功能实现高堆积密度下的光能高效传输与利用。
3、悬浮纳米余辉颗粒的可设计性(光波波长可根据蓝藻光合作用最佳波长而设计)使得光能利用率能进一步提高。
4、通过浸润作用给蓝藻提供营养成分，既能降低营养液的消耗，也能控制蓝藻的繁殖速度。
5、释放光能后的悬浮纳米余辉颗粒在白天可利用自然光进行充能，在自然光不足的情况下可利用紫外灯进行照射充能。
6、本发明采用反应床进行堆叠形成净化模块，提高生物堆积密度的同时，还具有光能利用率高、能耗低、对环境要求温和的优势，较氨吸收、钙循环、富氧燃烧、电化学等现有技术能耗可降低90％以上。
7、本发明的净化CO2装置具有投资成本低，装置结构简单，可根据CO2治理量灵活布置反应床的数量，能够连续操作，还可根据需要制备成移动净化装置。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的CO2净化装置的结构示意图。
图2为实施例中的反应床俯视图。
图3为实施例中的反应床流通管道剖面示意图。
图4为实施例中的反应床堆叠示意图。
图5(a)为实施例中的反应床流通管道的蛇形盘管等效布置示意图。
图5(b)为实施例中的反应床流通管道的菱形对角线等效布置示意图。
图5(c)为实施例中的反应床流通管道的同心圆环等效布置示意图。
图6为实施例中的光池示意图。
图7为实施例中的营养池示意图。
图中标号：
1-进气模块，11-进气格栅，
2-CO2净化模块，21-反应床，211-吸水通道，22-流通管道，221-流通小孔，222-悬浮纳米余辉颗粒，223-营养液，23-蛇形等效流通管道，24-同心圆等效流通管道，25-菱形对角线等效流通管道，
3-出气模块，31-出气格栅，
4-排水管道，41-排水支管，
5-进水管道，51-进水支管，
6-光池，61-紫外灯管，
7-营养池，71-营养液智能调节装置。
具体实施方式
实施例
结合参见图1至图4，图示中的一种CO2净化装置包括进气模块1、CO2净化模块2、出气模块3、排水管道4、进水管道5、光池6和营养池7。其中，CO2净化模块2由若干反应床21堆叠设置而成，反应床表面养殖蓝藻，CO2从反应床之间的堆叠空间流通，反应床21底部铺设有流通管道22，流通管道22内设置蓝藻存活生长所需的营养液223以及悬浮纳米余辉颗粒222，反应床21表面通过吸水通道211连接至流通管道222内的营养液中。
如图2和图3所示，图示中的反应床21的上表面均匀分布蓝藻，反应床21 底部铺设有流通管道22，流通管道22内设置营养液以及悬浮纳米余辉颗粒，反应床21表面通过吸水通道211连接至流通管道内的营养液中，流通管道22与反应床1一体设置，流通管道22设有开口朝上的流通小孔221，吸水通道211 通过流通小孔221延伸至流通管道内，汲取流通管道内的营养液输送至反应床上表面，供反应床上表面的蓝藻存活养分，CO2气流从反应床上方通过，供蓝藻进行光合作用，释放出O2。
吸水通道211采用吸水材料制成的长条吸水部件，营养液的液面高度应当低于流通小孔221的高度。
如图4所示，将若干反应床21堆叠设置，流通管道22对反应床21起支撑作用，形成一个CO2净化模块2，可提高蓝藻的生物堆积密度，CO2从每层反应床之间的堆叠空间通过，与蓝藻接触，并通过每层反应床的流通管道内的悬浮纳米余辉颗粒提供光源，保证光合作用净化CO2正常运转。另外，流通管道优选采用透明材料制成，提高光源的透光性。
图2中的流通管道22包括若干平行的横向直线管道和若干平行的纵向直线管道，相互垂直交错布置。
另外，如图5(a)、5(b)、5(c)中所示，图5(a)中的流通管道采用蛇形等效流通管道23，以蛇形盘管的形式布置在反应床底部。
图5(b)中的流通管道采用菱形对角线等效流通管道25，流通管道布置成两个内接菱形，并通过菱形对角线的形式交叉布置在反应床底部。
图5(c)中的流通管道采用同心圆等效流通管道24，流通管道采用若干个同心圆的形式布置在反应床底部，每个圆形管道之间通过纵横直线管道相互连通，相似的布置方式还可采用螺旋形的等效流通管道。
不论何种形式的流通管道布置均要形成整体连接，并且覆盖整个反应床底面，在相互连通的流通管道两端分别通过管道连接至营养池，形成营养液补充回路。
图1中，反应床21的流通管道22两端分别通过进水管道5和排水管道4 连接光池6和营养池7，结合参见图6和图7，光池6和营养池7串联在回路中，形成营养液补充回路和光源照射充能回路，流通管道22中的营养液消耗后，通过营养池7中的营养液智能调节装置71主动进行补充，通过营养液在线检测系统定期检测水体中营养液消耗情况，并利用储存的浓缩营养液进行补充，以满足固碳生物生存需求(营养液在线检测技术为现有成熟技术，在此不做赘述)，随着营养液流动的悬浮纳米余辉颗粒则通过光池6上方设置的光源进行照射充能，光源采用紫外灯管61。悬浮纳米余辉颗粒采用蓄光型发光材料，可通过照射充能后，在无光源的情况下自主发光，作为晚间反应床上的蓝藻光合作用的光源。
若干层反应床的流通管道分别通过若干进水支管51和排水支管41分别与进水管道5和排水管道4汇流。
进气模块1和出气模块3内分别设有进气格栅11和出气格栅31，进气格栅 11和出气格栅31分别与反应床的堆叠空间对接，将CO2气体导流到反应床的堆叠空间。
采用上述CO2净化装置的具体工作过程如下：将一定浓度CO2气体送入CO2净化装置中，在进气格栅11的作用下被均匀分成几股流向CO2净化模块2。CO2净化模块2由图2至图4中所示的反应床21、流通管道22组成，另外，流通管道还可以参照图5(a)、图5(b)、图5(c)中的等效流通管道布局，流通管道22中有开口朝上的流通小孔221，反应床21中有向下布置的吸水通道211。流通管道22装有调制好的营养液223以及悬浮纳米余辉颗粒222，其中营养液223液面高度不超过流通小孔221的最下沿。蓝藻分布在反应床21上，反应床 21具有像灯芯一样的浸润能力，能够通过吸水通道211从流通管22中吸取营养液223，保证蓝藻的存活，悬浮纳米余辉颗粒222在流通管道22中流动的过程中不断释放积蓄的光能用于蓝藻光合作用。在营养液223、悬浮纳米余辉颗粒 222光照下蓝藻吸收CO2进行光合作用，达到净化CO2的目的。净化后的气体通过出气格栅31引出CO2净化模块。
在净化过程中，释放光能后的悬浮纳米余辉颗粒222随营养液一同流动，流经光池6进行照射充能，消耗的营养液223在营养池7中得到自动补充。充能、补充营养液后的流体通过管道流回流通管道22中，进行下一轮CO2净化。通过不间断充能、补充营养液，形成持续不断的CO2净化过程。在使用一段时间后，当CO2净化效率明显下降时，关闭系统取出蓝藻储存于沼气发酵池中发酵。也可多套系统并行，从而实现不间断操作的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种CO2净化装置，其特征在于：包括进气模块、CO2净化模块和出气模块；
CO2净化模块内有若干堆叠设置的反应床，所述反应床表面养殖具备光合作用的生物；反应床底部铺设有流通管道，所述反应床通过流通管道支撑堆叠设置，所述流通管道内设置营养液以及悬浮纳米余辉颗粒；所述反应床表面通过吸水通道连接至流通管道内的营养液中；
所述的流通管道两端分别通过进水管道和排水管道连接营养池，所述进水管道和营养池形成的回路上设有光池，所述光池内设有光源对营养液中的悬浮纳米余辉颗粒进行照射蓄能。
2.根据权利要求1所述的一种CO2净化装置，所述反应床的流通管道通过若干进水支管和排水支管分别与进水管道和排水管道汇流。
3.根据权利要求2所述的一种CO2净化装置，所述营养池内设有营养液智能调节装置。
4.根据权利要求1所述的一种CO2净化装置，所述进气模块和出气模块内分别设有进气格栅和出气格栅，所述进气格栅和出气格栅分别与反应床的堆叠空间对接。
5.根据权利要求1所述的一种CO2净化装置，所述流通管道设有开口朝上的流通小孔，所述吸水通道采用吸水材料制成的长条吸水部件，一端固定在反应床表面，另一端通过流通小孔延伸至流通管道内。
6.根据权利要求5所述的一种CO2净化装置，所述流通管道采用若干纵横交错的直线管道布置。
7.根据权利要求5所述的一种CO2净化装置，所述流通管道采用蛇形盘管的形式布置。
8.根据权利要求5所述的一种CO2净化装置，所述流通管道采用同心圆或螺旋线的形式布置。
9.根据权利要求5所述的一种CO2净化装置，所述流通管道采用菱形对角线交叉的形式布置。
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