CN107694308A - 降低二氧化碳排放量的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种降低二氧化碳排放量的处理方法，所述处理方法是以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液吸收含有二氧化碳的废气得到富含碳酸根离子及碳酸氢根离子的弱酸性水溶液；利用微藻进行光合作用固碳的特性，将该弱酸性水溶液加入微藻养殖槽中提供微藻进行光合作用所需要的碳源。本发明通过碱性水溶液有效吸收二氧化碳，再以微藻养殖进行光合作用，改善一般淡水或海水吸收二氧化碳的效果差以及废水直接排放而造成环境污染的问题，进而高效地减少二氧化碳的排放量。

Description

降低二氧化碳排放量的处理方法
技术领域
本发明是关于一种废气的净化处理方法，尤指一种降低废气中二氧化碳排放量的处理方法。
背景技术
由于人类大量发展工业排放温室气体，造成全球暖化问题日益严重，全球温度不断上升，已足以影响全球物种生存关键，因此如何减少温室气体的排放已是全球共同的目标。目前已发展出各种减少二氧化碳排放的解决方法，诸如提高燃料效率或二氧化碳捕捉吸附等，相关专利有中国台湾TW201100532、TW201317045等。
于现有技术中，降低二氧化碳含量的方式是使用淡水或海水为冲洗剂，利用水洗技术冲洗含有二氧化碳的废气，从而设法令部分二氧化碳气体溶解于淡水或海水中。然而，如Journal of Chemical and Engineering Data,1970,15(1),p 67-p 71所述，二氧化碳气体于25℃、20大气压下每100公克淡水中仅能溶2.403公克二氧化碳，且二氧化碳气体于25℃、1大气压下每100公克海水中仅能溶0.11公克二氧化碳，故不论使用淡水或海水冲洗废气皆难以获得预期的水洗效果，而且水洗后所产生的碳酸水若未经过处理直接排放至河川或海水中，亦会引起环境酸化污染。
发明内容
有鉴于现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的在于改善一般淡水或海水吸收二氧化碳的效果差以及废水直接排放而造成环境污染的问题，进而高效地减少二氧化碳的排放量。
为达成前述目的，本发明提供一种降低二氧化碳排放量的处理方法，其包含以下步骤：收集含有二氧化碳的废气；以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳，并得弱酸性水溶液，所述弱酸性水溶液中含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与金属离子；以及将该弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，以得到经处理的废水。
依据本发明，通过使用浓度低于20重量百分比的碱性水溶液的技术手段，能够大幅改善现有技术使用淡水或海水吸收二氧化碳时效果差的问题，并可节省该碱性水溶液的用水量，达到节约用水的效果。
更佳的，于前述收集含有二氧化碳的废气的步骤以及以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳并得该弱酸性水溶液的步骤包括：收集含有二氧化碳的废气；对所述含有二氧化碳的废气进行前处理，获得经前处理的废气，该经前处理的废气含有二氧化碳；以浓度低于20重量百分比的该碱性水溶液吸收该经前处理的废气中的二氧化碳，得到该弱酸性水溶液；其中，所述前处理为集尘处理、脱硫处理、脱硝处理、降温处理或其组合。
较佳的，该碱性水溶液为含有IA族元素金属离子的水溶液、含有IIA族元素金属离子的水溶液或其组合；更佳的，该碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钙水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液或其组合；再更佳的，该碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。
较佳的，该碱性水溶液的浓度低于或等于10重量百分比；更佳的，该碱性水溶液的浓度高于或等于3重量百分比且低于或等于5重量百分比；再更佳的，该碱性水溶液的浓度高于或等于3重量百分比且低于或等于3.5重量百分比。
较佳的，该弱酸性水溶液的酸碱值大于或等于5且小于或等于7。更佳的，该弱酸性水溶液的酸碱值大于或等于5且小于或等于6。
较佳的，该微藻为葡萄藻(Botryococcus braunii)、小球藻(Chlorella sp.)、隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)、细柱藻(Cylindrotheca sp.)、杜氏藻(Dunaliellaprimolecta)、等鞭金藻(Isochrysis sp.)、单肠藻(Monalanthus Salina)、微小绿藻(Nannochloris sp.)、拟球藻(Nannochloropsis sp.)、新绿藻(Neochlorisoleoabundans)、菱形藻(Nitzschia sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)、司西扁藻(Tetraselmis suecica)或其组合。更佳的，该微藻为利用海水养殖的小球藻、杜氏藻、等鞭金藻、微小绿藻、新绿藻、裂殖壶菌。
较佳的，该微藻养殖槽是密闭式微藻养殖槽。相较于采用开放式微藻养殖槽，密闭式微藻养殖槽具有对于土地需求较低、较不受天气变化影响等优点。因此，本发明的方法更具有微藻产能较高且稳定、固碳效率较高以及该微藻的藻脂含量较高等优点。
更佳的，于前述将该弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，以得到该经处理的废水的步骤包括：将该弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，获得第一处理溶液，该第一处理溶液的酸碱值大于8；于该第一处理溶液中补入该弱酸性水溶液，获得第二处理溶液，该第二处理溶液的酸碱值为大于或等于6且小于或等于7，所述第二处理溶液中含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与金属离子；于含有微藻及该第二处理溶液的微藻养殖槽中，令微藻进行光合作用，以降低第二处理溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，以得到该经处理的废水。更佳的，该微藻养殖槽是全自动微藻养殖槽，其能根据所侦测到的第一处理溶液的酸碱值、水流速度、温度、藻密度、光照度等参数，在适当时机下，于第一处理溶液中自动化补入弱酸性水溶液，从而确保微藻养殖槽中的微藻能持续进行光合作用。
较佳的，于前述将该弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，得到该经处理的废水的步骤之后包括：将所述经处理后的废水进行后续处理，获得上清液与含有微藻的藻泥沉淀物，所述上清液中含有氢氧根离子与金属离子；以及对所述含有微藻的藻泥沉淀物进行干燥处理，获得干藻粉；其中，所述后续处理为沉淀处理、过滤处理或其组合。所述干藻粉可直接应用于食品、饲料、肥料的原料或直接当成燃料使用。更佳的，所述浓度低于20重量百分比的碱性水溶液为所述经处理的废水进行后续处理所收集得到的上清液；且于前述以浓度低于20重量百分比的该碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳，并得该弱酸性水溶液的步骤包括：以该上清液吸收所述废气中的二氧化碳，并得该弱酸性水溶液。更佳的，所述的该上清液为浓度低于或等于5重量百分比的碱性水溶液。更佳的，于前述对所述含有微藻的藻泥沉淀物进行干燥处理，获得该干藻粉的步骤之后包括：将该干藻粉利用破壁处理，取得藻油及藻块；将该藻油转酯处理，得生质柴油。所述藻块可作为动物饲料或肥料。
依据本发明，所述将该干藻粉用破壁处理，取得藻油及藻块的步骤可采用超音波震荡破壁萃取法、电浆破壁萃取法或超临界破壁萃取法完成，但并非仅限于此。依据本发明，所述将该藻油转酯处理，得生质柴油的步骤可采用氢氧化钠碱化反应法、高温超临界转酯反应法或酵素催化转酯反应法完成，但并非仅限于此。
本发明的处理方法的优点在于：以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液大幅提高二氧化碳的溶解度，有效吸收二氧化碳，亦降低原先以淡水或海水为溶剂的水量；而该弱酸性水溶液中含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与金属离子，该弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽进行光合作用，使得微藻可加速利用该弱酸性水溶液中的碳酸根离子及碳酸氢根离子进行生物固碳。据此，本发明的技术手段能改善一般淡水或海水吸收二氧化碳效果差，以及其废水直接排放而造成环境污染的问题，达成高效减少二氧化碳排放量。
依据本发明，1公斤的微藻约可吸收2.28公斤的二氧化碳，其成效远比植树净化二氧化碳效果好。此外，微藻养殖吸收二氧化碳同时亦可产出生质柴油供以作为能源，且藻块可成为动物饲料或肥料，使得本发明中的产物皆能被有效运用。
附图说明
图1为本发明降低二氧化碳排放量的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，首先，收集含有二氧化碳的废气，经由集尘、脱氮、脱硝、降温处理后，排入二氧化碳吸收设备中，于二氧化碳吸收设备内，以含有浓度3.5重量百分比的氢氧化钠水溶液，使用循环喷洒的方式吸收废气中的二氧化碳，得到含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与钠离子的碳酸氢钠水溶液(即弱酸性水溶液)与经处理的废气。其中，该碳酸氢钠水溶液的酸碱值约为5至6。
于此，通过使用1000公斤浓度3.5重量百分比的氢氧化钠水溶液可吸收38.5公斤的二氧化碳，于等量的废气中，经处理的废气中二氧化碳的含量自45ppm降为0.03ppm后排出。由此可见，使用含有浓度3.5重量百分比的氢氧化钠水溶液吸收二氧化碳确实能有利于降低二氧化碳的排放量。
接着，收集该吸收饱和二氧化碳的1000公斤的碳酸氢钠水溶液，并将其加入含有8500公斤微藻的微藻养殖槽中，供应微藻进行光合作用，以降低碳酸氢钠水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，并得到经处理的废水。
之后，将经处理的废水经由过滤、沉淀处理后可得到上清液与含有微藻的藻泥沉淀物；该上清液含有氢氧根离子与钠离子，可再次回收并导入二氧化碳吸收设备中以吸收废气中的二氧化碳；而藻泥沉淀物经由干燥处理后得到干藻粉，干藻粉可直接应用为食品、饲料、肥料的原料或直接当成燃料使用，所述干藻粉可再利用破壁处理后，取得藻油及藻块，该藻块可作为动物饲料或肥料；将该藻油进行转酯处理，可得到生质柴油。
于具体实施方式中，微藻养殖槽是采用全自动密闭式微藻养殖槽，该全自动密闭式微藻养殖槽另设置有酸碱值侦测器、水流速度侦测器、温度侦测器、藻密度侦测器及光照度侦测器，其可以自动侦测该微藻养殖槽的水溶液的酸碱值，当酸碱值超过8，会自动调节补入碳酸氢钠水溶液，以维持微藻行光合作用的效率，并且微藻于全自动密闭式微藻养殖槽，相较于开放式微藻养殖槽的产能较高，亦较不受天候变化影响。
本发明的处理方法以碱性水溶液吸收二氧化碳，有效改善淡水或海水吸收废气中二氧化碳溶解度效果差的问题；并将所得的弱酸性水溶液加入微藻养殖槽中进行光合作用，解决了碳酸水直接排放而造成环境污染的问题。不仅如此，本发明的处理方法所得到经光合作用反应后的废水，经过滤沉淀后，上清液可再次回收循环利用，而藻泥经过滤沉淀干燥而得的干藻粉更可进一步作为环保能源原料。
以上所述仅是为方便说明本发明的一较佳实施例，并非用于限定本发明的范围，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为主。

Claims (17)

1.一种降低二氧化碳排放量的处理方法，其包含以下步骤：
收集含有二氧化碳的废气；
以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳，并得弱酸性水溶液，所述弱酸性水溶液中含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与金属离子；以及
将所述弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，以得到经处理的废水。
2.如权利要求1所述的处理方法，其中，于前述收集含有二氧化碳的废气的步骤以及以浓度低于20重量百分比的碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳并得所述弱酸性水溶液的步骤包括：
收集含有二氧化碳的废气；
对所述含有二氧化碳的废气进行前处理，获得经前处理的废气，所述经前处理的废气含有二氧化碳；
以浓度低于20重量百分比的所述碱性水溶液吸收所述经前处理的废气中的二氧化碳，得到所述弱酸性水溶液；
其中，所述前处理为集尘处理、脱硫处理、脱硝处理、降温处理或其组合。
3.如权利要求1所述的处理方法，其中，所述碱性水溶液为含有IA族元素金属离子的水溶液、含有IIA族元素金属离子的水溶液或其组合。
4.如权利要求3所述的处理方法，其中，所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钙水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水溶液或其组合。
5.如权利要求4所述的处理方法，其中，所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。
6.如权利要求1所述的处理方法，其中，所述碱性水溶液的浓度低于或等于10重量百分比。
7.如权利要求6所述的处理方法，其中，所述碱性水溶液的浓度高于或等于3重量百分比且低于或等于5重量百分比。
8.如权利要求1所述的处理方法，其中，所述弱酸性水溶液的酸碱值大于或等于5且小于或等于7。
9.如权利要求8所述的处理方法，其中，所述弱酸性水溶液的酸碱值大于或等于5且小于或等于6。
10.如权利要求1所述的处理方法，其中，所述微藻为葡萄藻、小球藻、隐甲藻、细柱藻、杜氏藻、等鞭金藻、单肠藻、微小绿藻、拟球藻、新绿藻、菱形藻、三角褐指藻、裂殖壶菌、司西扁藻或其组合。
11.如权利要求1所述的处理方法，其中，所述微藻养殖槽是密闭式微藻养殖槽。
12.如权利要求1所述的处理方法，其中，于前述将所述弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根及碳酸氢根离子的浓度，以得到所述经处理的废水的步骤包括：
将所述弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，获得第一处理溶液，所述第一处理溶液的酸碱值大于8；
于所述第一处理溶液中补入所述弱酸性水溶液，获得第二处理溶液，所述第二处理溶液的酸碱值大于或等于6且小于或等于7，所述第二处理溶液中含有碳酸根离子、碳酸氢根离子与金属离子；
于所述含有微藻及所述第二处理溶液的微藻养殖槽中，令微藻进行光合作用，以降低第二处理溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，以得到所述经处理的废水。
13.如权利要求12所述的处理方法，其中，所述微藻养殖槽是全自动微藻养殖槽。
14.如权利要求1所述的处理方法，其中，于前述将所述弱酸性水溶液加入含有微藻的微藻养殖槽中进行光合作用，以降低弱酸性水溶液中碳酸根离子及碳酸氢根离子的浓度，得到所述经处理的废水的步骤之后包括：
将所述经处理的废水进行后续处理，获得上清液与含有微藻的藻泥沉淀物，所述上清液中含有氢氧根离子与金属离子；以及
对所述含有微藻的藻泥沉淀物进行干燥处理，获得干藻粉；
其中，所述后续处理为沉淀处理、过滤处理或其组合。
15.如权利要求14所述的处理方法，其中，所述浓度低于20重量百分比的碱性水溶液为所述经处理的废水进行后续处理所收集得到的上清液；且于前述以浓度低于20重量百分比的所述碱性水溶液吸收所述废气中的二氧化碳，并得所述弱酸性水溶液的步骤包括：
以所述上清液吸收所述废气中的二氧化碳，并得所述弱酸性水溶液。
16.如权利要求15所述的处理方法，其中，所述上清液为浓度低于或等于5重量百分比的碱性水溶液。
17.如权利要求14所述的处理方法，其中，于前述对所述含有微藻的藻泥沉淀物进行干燥处理，获得所述干藻粉的步骤之后包括：
将所述干藻粉利用破壁处理，取得藻油及藻块；
将所述藻油转酯处理，得生质柴油。
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