CN109554299A - 碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用方法 - Google Patents

碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用方法，属于环保技术领域。本发明利用藻类、细菌的光合作用高效固定CO2和NH3，从而实现CO2和NH3的减排，缓解温室效应，同时实现生产藻类、细菌的循环经济模式，再利用碳酸化塔冷却水余热来保持培养基的温度，实现了碳酸化尾气及碳酸化塔冷却水余热的再利用。

Description

碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应 用方法
技术领域
本发明涉及一种碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用方法，属于环保技术领域。
背景技术
纯碱工业是化学工业的基础部分，纯碱生产工艺主要为：氨碱工艺和联碱工艺，其中碳酸化塔是变换气制碱法碳酸化过程的主体设备。在碳酸化塔内，在塔的上部进行两相反应，即CO2的吸收和NH3的解吸，在塔的中下部进行NaHCO3的析出和成长过程，以及固、液、气相的换热。因此，碳酸化塔排出的废气含有CO2和NH3，CO2和NH3排放到大气中会造成环境污染。目前由于没有经济可行的利用渠道而将废气直接排放，这是全国所有纯碱厂共同存在的问题。这不仅造成了资源浪费，更重要的是，CO2的大量排放会导致温室效应和全球气候变暖。
温室效应造成的全球气候变暖已对自然生态系统造成了明显的影响，引起人们的广泛关注。如何在经济和社会不断发展的同时，有效控制和减少二氧化碳等温室气体的排放，是世界各国共同面临的严峻问题。目前我国已经公开承诺到2030年CO2排放量不再增加，未来各工厂都需要签订碳排放协议，对二氧化碳的排放有限定。为避免温室效应加剧，至少需要通过二氧化碳固定技术每年固定150-170亿吨二氧化碳。因此，开发切实有效的低成本CO2减排技术已成为世界各国的迫切需要。
目前，CO2回收固定技术主要有CO2富集贮埋和生物固定CO2技术。CO2富集贮埋就是将化工燃料电厂或其他CO2排放源排放的CO2经过富集液化以后，注入废旧煤矿、油井或海底，从而减少CO2向大气中的排放，其因使用成本太高而没有得到大量的推广。生物固定CO2技术即植物、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)。微藻减排CO2与CO2富集贮埋的方法相比更有经济上的优势。微藻具有很高的光合作用效率(比常规作物高20-30倍)，通过光合作用能够利用太阳光将CO2转化成生物质并释放氧气，因其生长速度快、CO2固定效率高、环境适应力强、不占耕地、易于人工控制、能实现连续生产等优点，且有些微藻品种可以合成积累大量的蛋白质、油脂和色素，这些成分具有广泛的用途，这使微藻在高效吸收固定二氧化碳的同时还可以产生额外的经济效益，因此被认为是最有效的CO2生物固定方法。
发明内容
本发明利用碳酸化尾气中的CO2和NH3作为碳源、氮源，以满足藻类或细菌培养的碳源和氮源需要，解决了上述的问题。
本发明提供了一种碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用。
本发明优选为所述碳酸化尾气为纯碱装置中碳酸化塔排出的尾气。
本发明优选为所述碳酸化尾气包含CO2、NH3；其中：所述碳酸化尾气中CO2含量为1-4％，所述碳酸化尾气中NH3含量为0.1-5％。
本发明优选为所述碳酸化塔冷却水余热的温度为35-60℃。
本发明优选为所述藻类、细菌的条件为：a、可以在pH值＞8的环境下生长；b、可以固定CO2且驯化的耐氨；c、初始OD560值＞0.2。
在藻类或细菌培养过程中，氮源采用NaNO3、尿素等，氮是藻类或细菌生长过程中消耗最快、最易缺乏的营养元素之一，通常不采用氯化铵作为氮源，过量的氨气会造成藻类或细菌死亡，可通过驯化使藻类或细菌成为耐氨藻类或细菌，提高对氨气的适应性。本发明将藻类或细菌培养与碳酸化尾气中NH3结合，一方面可以利用NH3为藻类或细菌生长提供氮肥，从而降低培养藻类或细菌的成本；另一方面又可以净化废气、多余的NH3返回纯碱装置，有利于NH3的回收。
为了进一步实现节能减排，对碳酸化塔冷却水余热进行再利用，当培养温度低于适宜生长温度时，采用碳酸化塔冷却水余热为培养基加热，实现低能值热源再利用。
本发明另一目的为提供一种藻类或细菌培养方法，所述培养方法为：将碳酸化尾气通入水中，利用通过水后的碳酸化尾气调节藻类或细菌培养过程中培养基的pH值并补充碳源，利用碳酸化尾气通入水后的溶液补充藻类或细菌培养过程中培养基的氮源，同时，利用碳酸化塔冷却水余热调节藻类或细菌的培养温度。
本发明优选为所述pH值为7.5-10.5。
本发明进一步优选为所述pH值为8.5-10。
本发明优选为所述培养方法包括如下步骤：①在光生物反应器内培养藻类或细菌；②当培养基的pH值＞10.5时，向培养基通入通过水后的碳酸化尾气，使培养基的pH值＞7.5且≤9；③当培养温度＜20℃时，利用碳酸化塔冷却水余热将培养温度加热至24-32℃。
本发明有益效果为：
本发明利用藻类、细菌的光合作用高效固定CO2和NH3，从而实现CO2和NH3的减排，缓解温室效应，同时实现生产藻类、细菌的循环经济模式，再利用碳酸化塔冷却水余热来保持培养基的温度，实现了碳酸化尾气及碳酸化塔冷却水余热的再利用。
本发明解决了大规模藻类、细菌培养过程中碳源和氮源的来源问题，调整了培养基的pH值，降低了藻类、细菌培养的成本，以Z氏培养基计，1吨培养基成本42元，工业级硝酸钠需6.5元，采用氨气作氮源，仅氮源一项就可以降低成本15％左右。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
以钝顶螺旋藻为例，进行跑道式光生物反应器对碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热的再利用。
配制钝顶螺旋藻培养基，Na2CO3 16.03g/L，K2HPO4 0.5g/L，NaNO3 2.5g/L，K2SO41.0g/L，NaCl 1.0g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，CaCl2·2H2O 0.04g/L，FeSO4·7H2O 0.01g/L，As 1ml/L；其中As：H3BO3 2.86mg/L，MnCl2·4H2O 1.86mg/L，ZnSO4·7H2O 0.22mg/L，Na2MoO4·2H2O 0.39mg/L，Co(NO3)2·6H2O 0.05mg/L，CuSO4·5H2O 0.08mg/L。
光照时长14：10，搅拌10min/h，温度24-32℃，自然光照，同时在光生物反应器内设有碳酸化塔冷却水管路和多个光源，阴天或傍晚用LED灯补充照明，光强度30000-35000Lux，初始OD560值＞0.2，微藻培养以间歇或者半连续方式进行。
将纯碱装置中碳酸化塔排出的尾气通入吸收池，碳酸化尾气中NH3被水吸收，当培养基需要补充氮源时，将吸收池中的一部分溶液通入光生物反应器内补充氮源，另一部分溶液返回纯碱装置，当培养基的pH值＞10时，将通过水后的碳酸化尾气通入光生物反应器内，通过水后的碳酸化尾气中的CO2和碳酸钠反应生成碳酸氢钠，使pH值下降至9；秋冬时，当培养基的温度＜20℃时，利用碳酸化塔冷却水余热将培养基加热至24-32℃。
当钝顶螺旋藻OD560为1.2-1.5时，对钝顶螺旋藻进行采收，先用200目滤布过滤，再用蒸馏水清洗盐分至pH值为中性，然后用喷雾干燥或低温鼓风干燥，得到钝顶螺旋藻粉，采收后滤液返回至光生物反应器。
实施例2
以杜氏盐藻为例，进行跑道式光生物反应器对碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热的再利用。
配制杜氏盐藻培养基，NaCl 87.69g/L，NaNO3 0.42g/L，NaH2PO4·2H2O 0.0156g/L，CaCl2·2H2O 0.044g/L，KCl 0.074g/L，MgSO4·7H2O 1.23g/L，NaHCO3 0.84g/L，Ferriccitract(1％)0.5mL，As 1ml/L；其中As：H3BO3 2.86mg/L，MnCl2·4H2O 1.86mg/L，ZnSO4·7H2O 0.22mg/L，Na2MoO4·2H2O 0.39mg/L，Co(NO3)2·6H2O 0.05mg/L，CuSO4·5H2O 0.08mg/L。
光照时长14:10，搅拌10min/h，温度25-35℃，自然光照，盐度60-70，同时在光生物反应器中设有碳酸化塔冷却水管路和多个光源，阴天或傍晚用LED灯补充照明，光强度2000-6000Lux，微藻培养以间歇或者半连续方式进行。
将纯碱装置中碳酸化塔排出的尾气通入吸收池，碳酸化尾气中NH3被水吸收，当培养基需要补充氮源时，将吸收池中的一部分溶液通入光生物反应器内补充氮源，另一部分溶液返回纯碱装置，当培养基的pH值＞10时，将通过水后的碳酸化尾气通入光生物反应器内，通过水后的碳酸化尾气中的CO2和碳酸钠反应生成碳酸氢钠，使pH值下降至7.5；秋冬时，当培养基的温度＜20℃时，利用碳酸化塔冷却水余热将培养基加热至24-32℃。
当杜氏盐藻达到最佳生长指数时，对杜氏盐藻进行采收，先用离心分离杜氏盐藻与滤液，再用喷雾干燥或低温鼓风干燥，得到杜氏盐藻粉，采收后滤液返回至光生物反应器。

Claims (9)

1.碳酸化尾气和碳酸化塔冷却水余热在藻类或细菌培养中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述碳酸化尾气为纯碱装置中碳酸化塔排出的尾气。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述碳酸化尾气包含CO2、NH3；
其中：所述碳酸化尾气中CO2含量为1-4％，所述碳酸化尾气中NH3含量为0.1-5％。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述碳酸化塔冷却水余热的温度为35-60℃。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述藻类、细菌的条件为：
a、可以在pH值＞8的环境下生长；
b、可以固定CO2且驯化的耐氨；
c、初始OD560值＞0.2。
6.一种藻类或细菌培养方法，其特征在于：所述培养方法为：将碳酸化尾气通入水中，利用通过水后的碳酸化尾气调节藻类或细菌培养过程中培养基的pH值并补充碳源，利用碳酸化尾气通入水后的溶液补充藻类或细菌培养过程中培养基的氮源，同时，利用碳酸化塔冷却水余热调节藻类或细菌的培养温度。
7.根据权利要求6所述的藻类或细菌培养方法，其特征在于：所述pH值为7.5-10.5。
8.根据权利要求7所述的藻类或细菌培养方法，其特征在于：所述pH值为8.5-10。
9.根据权利要求8所述的藻类或细菌培养方法，其特征在于：所述培养方法包括如下步骤：
①在光生物反应器内培养藻类或细菌；
②当培养基的pH值＞10.5时，向培养基通入通过水后的碳酸化尾气，使培养基的pH值＞7.5且≤9；
③当培养温度＜20℃时，利用碳酸化塔冷却水余热将培养温度加热至24-32℃。
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