TWI626982B - Treatment method for reducing carbon dioxide emissions - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種高效率降低二氧化碳排放量之處理方法，所述處理方法係以濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液吸收含有二氧化碳之廢氣得到一富含碳酸根離子及碳酸氫根離子的弱酸性水溶液；利用微藻行光合作用固碳的特性，將該弱酸性水溶液加入微藻養殖槽中提供微藻進行光合作用所需要的碳源。本發明藉由鹼性水溶液有效吸收二氧化碳，再以微藻養殖進行光合作用，改善一般淡水或海水吸收二氧化碳的效果不彰以及廢水直接排放而造成環境汙染之問題，進而高效地減少二氧化碳之排放量。

Description

降低二氧化碳排放量之處理方法

本發明係關於一種廢氣之淨化處理方法，尤指一種降低廢氣中二氧化碳排放量之處理方法。

由於人類大量發展工業排放溫室氣體，造成全球暖化問題日益嚴重，全球溫度不斷上升，已足以影響全球物種生存關鍵，因此如何減少溫室氣體之排放已是全球共同的目標。目前已發展出各種減少二氧化碳排放之解決方法，諸如提高燃料效率或二氧化碳捕捉吸附等，相關專利有TW201100532、TW201317045等。

於現有技術中，降低二氧化碳含量之方式係使用淡水或海水為沖洗劑，利用水洗技術沖洗含有二氧化碳之廢氣，從而設法令部分二氧化碳氣體溶解於淡水或海水中。然而，如Journal of Chemical and Engineering Data ,1970, 15 (1) , p 67-p 71所述，二氧化碳氣體於25^° C、20大氣壓下每100公克淡水中僅能溶2.403公克二氧化碳，且二氧化碳氣體於25^° C、1大氣壓下每100公克海水中僅能溶0.11公克二氧化碳，故不論使用淡水或海水沖洗廢氣皆難以獲得預期的水洗效果，而且水洗後所產生之碳酸水若未經過處理直接排放至河川或海水中，亦會引起環境酸化汙染。

有鑑於現有技術存在之技術缺陷，本發明之目的在於改善一般淡水或海水吸收二氧化碳的效果不彰以及廢水直接排放而造成環境汙染之問題，進而高效地減少二氧化碳之排放量。

為達成前述目的，本發明提供一種降低二氧化碳排放量之處理方法，其包含以下步驟：收集含有二氧化碳之廢氣；以濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液吸收所述廢氣中的二氧化碳，並得一弱酸性水溶液，所述弱酸性水溶液中含有碳酸根離子、碳酸氫根離子與金屬離子；以及將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到一經處理的廢水。

依據本發明，藉由使用濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液之技術手段，能夠大幅改善現有技術使用淡水或海水吸收二氧化碳時效果不彰之問題，並可節省該鹼性水溶液之用水量，達到節約用水的效果。

更佳的，於前述收集含有二氧化碳之廢氣之步驟以及以濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液吸收所述廢氣中的二氧化碳並得該弱酸性水溶液之步驟包括：收集含有二氧化碳之廢氣；對所述含有二氧化碳之廢氣進行前處理，獲得一經前處理之廢氣，該經前處理之廢氣含有二氧化碳；以濃度低於20重量百分比之該鹼性水溶液吸收該經前處理之廢氣中的二氧化碳，得到該弱酸性水溶液；其中，所述前處理為集塵處理、脫硫處理、脫硝處理、降溫處理或其組合。

較佳的，該鹼性水溶液為含有IA族元素金屬離子的水溶液、含有IIA族元素金屬離子的水溶液或其組合；更佳的，該鹼性水溶液為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液或其組合；再更佳的，該鹼性水溶液為氫氧化鈉水溶液。

較佳的，該鹼性水溶液之濃度係低於或等於10重量百分比；更佳的，該鹼性水溶液之濃度係高於或等於3重量百分比且低於或等於5重量百分比；再更佳的，該鹼性水溶液之濃度係高於或等於3重量百分比且低於或等於3.5重量百分比。

較佳的，該弱酸性水溶液之酸鹼值大於或等於5且小於或等於7。更佳的，該弱酸性水溶液之酸鹼值大於或等於5且小於或等於6。

較佳的，該微藻為葡萄藻(Botryococcus braunii )、小球藻(Chlorella sp. )、隱甲藻(Crypthecodinium cohnii )、細柱藻(Cylindrotheca sp. )、杜氏藻(Dunaliella primolecta )、等鞭金藻(Isochrysis sp. )、單腸藻(Monalanthus Salina )、微小綠藻(Nannochloris sp. )、擬球藻(Nannochloropsis sp. )、新綠藻(Neochloris oleoabundans )、菱形藻(Nitzschia sp. )、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum )、裂殖壺菌(Schizochytrium sp.) 、司西扁藻(Tetraselmis suecica )或其組合。再更佳的，該微藻為利用海水養殖的小球藻、杜氏藻、等鞭金藻、微小綠藻、新綠藻、裂殖壺菌。

較佳的，該微藻養殖槽係一密閉式微藻養殖槽。相較於採用開放式微藻養殖槽，密閉式微藻養殖槽具有對於土地需求較低、較不受天氣變化影響等優點。因此，本發明之方法更具有微藻產能較高且穩定、固碳效率較高以及該微藻之藻脂含量較高等優點。

更佳的，於前述將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水之步驟包括：將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，獲得一第一處理溶液，該第一處理溶液之酸鹼值大於8；於該第一處理溶液中補入該弱酸性水溶液，獲得一第二處理溶液，該第二處理溶液之酸鹼值為大於或等於6且小於或等於7，所述第二處理溶液中含有碳酸根離子、碳酸氫根離子與金屬離子；於該含有微藻及該第二處理溶液之微藻養殖槽中，令微藻進行光合作用，藉以降低第二處理溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水。再更佳的，該微藻養殖槽係一全自動微藻養殖槽，其能根據所偵測到的第一處理溶液之酸鹼值、水流速度、溫度、藻密度、光照度等參數，在適當時機下，於第一處理溶液中自動化補入弱酸性水溶液，從而確保微藻養殖槽中的微藻能持續進行光合作用。

較佳的，於前述將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水之步驟之後包括：將所述經處理後的廢水進行後續處理，獲得一上清液與一含有微藻之藻泥沉澱物，所述上清液中含有氫氧根離子與金屬離子；以及對所述含有微藻之藻泥沉澱物進行乾燥處理，獲得一乾藻粉；其中，所述後續處理為沉澱處理、過濾處理或其組合。所述乾藻粉可直接應用於食品、飼料、肥料之原料或直接當成燃料使用。更佳的，所述濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液為所述經處理的廢水進行後續處理所收集得到之上清液；且於前述以濃度低於20重量百分比之該鹼性水溶液吸收所述廢氣中的二氧化碳，並得該弱酸性水溶液之步驟包括：以該上清液吸收所述廢氣中的二氧化碳，並得該弱酸性水溶液。更佳的，所述之該上清液為濃度低於或等於5重量百分比之鹼性水溶液。更佳的，於前述對所述含有微藻之藻泥沉澱物進行乾燥處理，獲得該乾藻粉之步驟之後包括：將該乾藻粉利用破壁處理，取得一藻油及一藻塊；將該藻油轉酯處理，得一生質柴油。所述藻塊可作為動物飼料或肥料。

依據本發明，所述將該乾藻粉用破壁處理，取得一藻油及一藻塊之步驟可採用超音波震盪破壁萃取法、電漿破壁萃取法或超臨界破壁萃取法完成，但並非僅限於此。依據本發明，所述將該藻油轉酯處理，得一生質柴油之步驟可採用氫氧化鈉鹼化反應法、高溫超臨界轉酯反應法或酵素催化轉酯反應法完成，但並非僅限於此。

本發明之處理方法的優點在於：以濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液大幅提高二氧化碳之溶解度，有效吸收二氧化碳，亦降低原先以淡水或海水為溶劑的水量；而該弱酸性水溶液中含有碳酸根離子、碳酸氫根離子與金屬離子，該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽進行光合作用，使得微藻可加速利用該弱酸性水溶液中之碳酸根離子及碳酸氫根離子進行生物固碳。據此，本發明之技術手段能改善一般淡水或海水吸收二氧化碳效果不彰，以及其廢水直接排放而造成環境汙染之問題，達成高效減少二氧化碳排放量。

依據本發明，1公斤之微藻約可吸收2.28公斤之二氧化碳，其成效遠比植樹淨化二氧化碳效果佳。此外，微藻養殖吸收二氧化碳同時亦可產出生質柴油供以作為能源，且藻塊可成為動物飼料或肥料，使得本發明中之產物皆能被有效運用。

請參閱圖1所示，首先，收集含有二氧化碳之廢氣，經由集塵、脫氮、脫硝、降溫處理後，排入二氧化碳吸收設備中，於二氧化碳吸收設備內，以含有濃度3.5重量百分比之氫氧化鈉水溶液，使用循環噴灑的方式吸收廢氣中的二氧化碳，得到含有碳酸根離子、碳酸氫根離子與鈉離子的碳酸氫鈉水溶液(即弱酸性水溶液)與經處理之廢氣。其中，該碳酸氫鈉水溶液之酸鹼值約為5至6。

於此，藉由使用1000公斤濃度3.5重量百分比之氫氧化鈉水溶液可吸收38.5公斤之二氧化碳，於等量的廢氣中，經處理之廢氣中二氧化碳的含量自45 ppm降為0.03 ppm後排出。由此可見，使用含有濃度3.5重量百分比之氫氧化鈉水溶液吸收二氧化碳確實能有利於降低二氧化碳之排放量。

接著，收集該吸收飽和二氧化碳的1000公斤的碳酸氫鈉水溶液，並將其加入含有8500公斤微藻之微藻養殖槽中，供應微藻進行光合作用，藉以降低碳酸氫鈉水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，並得到一經處理的廢水。

之後，將經處理的廢水經由過濾、沉澱處理後可得到上清液與含有微藻之藻泥沉澱物；該上清液含有氫氧根離子與鈉離子，可再次回收並導入二氧化碳吸收設備中以吸收廢氣中的二氧化碳；而藻泥沉澱物經由乾燥處理後得到乾藻粉，乾藻粉可直接應用為食品、飼料、肥料之原料或直接當成燃料使用，所述乾藻粉可再利用破壁處理後，取得一藻油及一藻塊，該藻塊可作為動物飼料或肥料；將該藻油進行轉酯處理，可得到生質柴油。

於具體實施方式中，微藻養殖槽係採用全自動密閉式微藻養殖槽，該全自動密閉式微藻養殖槽另設置有酸鹼值偵測器、水流速度偵測器、溫度偵測器、藻密度偵測器及光照度偵測器，其可以自動偵測該微藻養殖槽之水溶液的酸鹼值，當酸鹼值超過8，會自動調節補入碳酸氫鈉水溶液，以維持微藻行光合作用之效率，並且微藻於全自動密閉式微藻養殖槽，相較於開放式微藻養殖槽的產能較高，亦較不受天候變化影響。

本發明之處理方法以鹼性水溶液吸收二氧化碳，有效改善淡水或海水吸收廢氣中二氧化碳溶解度效果不彰的問題；並將所得之弱酸性水溶液加入微藻養殖槽中進行光合作用，解決了碳酸水直接排放而造成環境污染的問題。不僅如此，本發明之處理方法所得到經光合作用反應後的廢水，經過濾沉澱後，上清液可再次回收循環利用，而藻泥經過濾沉澱乾燥而得之乾藻粉更可進一步作為環保能源原料。

以上所述僅是為方便說明本發明之一較佳實施例，並非用於限定本發明之範圍，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為主。

無

圖1為本發明降低二氧化碳排放量之處理方法的流程示意圖。

無

Claims (16)

1. 一種降低二氧化碳排放量之處理方法，其包含以下步驟：收集含有二氧化碳之廢氣；對所述含有二氧化碳之廢氣進行前處理，獲得一經前處理之廢氣，該經前處理之廢氣含有二氧化碳，所述前處理為集塵處理、脫硫處理、脫硝處理、降溫處理或其組合；以濃度低於20重量百分比之一鹼性水溶液吸收該經前處理之廢氣中的二氧化碳，並得一弱酸性水溶液，所述弱酸性水溶液中含有碳酸根離子、碳酸氫根離子與金屬離子；以及將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到一經處理的廢水。
2. 如請求項1所述之處理方法，其中該鹼性水溶液為含有IA族元素金屬離子的水溶液、含有IIA族元素金屬離子的水溶液或其組合。
3. 如請求項2所述之處理方法，其中該鹼性水溶液為氫氧化鈉水溶液、氫氧化鈣水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水溶液或其組合。
4. 如請求項3所述之處理方法，其中該鹼性水溶液為氫氧化鈉水溶液。
5. 如請求項1所述之處理方法，其中該鹼性水溶液之濃度係低於或等於10重量百分比。
6. 如請求項5所述之處理方法，其中該鹼性水溶液之濃度係高於或等於3重量百分比且低於或等於5重量百分比。
7. 如請求項1所述之處理方法，其中該弱酸性水溶液之酸鹼值係大於或等於5且小於或等於7。
8. 如請求項7所述之處理方法，其中該弱酸性水溶液之酸鹼值係大於或等於5且小於或等於6。
9. 如請求項1所述之處理方法，其中該微藻為葡萄藻、小球藻、隱甲藻、細柱藻、杜氏藻、等鞭金藻、單腸藻、微小綠藻、擬球藻、新綠藻、菱形藻、三角褐指藻、裂殖壺菌、司西扁藻或其組合。
10. 如請求項1所述之處理方法，其中該微藻養殖槽係一密閉式微藻養殖槽。
11. 如請求項1所述之處理方法，其中於前述將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水之步驟包括：將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，獲得一第一處理溶液，該第一處理溶液之酸鹼值大於8；於該第一處理溶液中補入該弱酸性水溶液，獲得一第二處理溶液，該第二處理溶液之酸鹼值係大於或等於6且小於或等於7，所述第二處理溶液中含有離子、碳酸氫根離子與金屬離子；於該含有微藻及該第二處理溶液之微藻養殖槽中，令微藻進行光合作用，藉以降低第二處理溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水。
12. 如請求項11所述之處理方法，其中該微藻養殖槽係一全自動微藻養殖槽。
13. 如請求項1所述之處理方法，其中於前述將該弱酸性水溶液加入含有微藻之微藻養殖槽中進行光合作用，藉以降低弱酸性水溶液中碳酸根離子及碳酸氫根離子的濃度，以得到該經處理的廢水之步驟之後包括： 將所述經處理的廢水進行後續處理，獲得一上清液與一含有微藻之藻泥沉澱物，所述上清液中含有氫氧根離子與金屬離子；以及對所述含有微藻之藻泥沉澱物進行乾燥處理，獲得一乾藻粉；其中，所述後續處理為沉澱處理、過濾處理或其組合。
14. 如請求項13所述之處理方法，其中所述濃度低於20重量百分比之鹼性水溶液為所述經處理的廢水進行後續處理所收集得到之上清液；且於前述以濃度低於20重量百分比之該鹼性水溶液吸收所述廢氣中的二氧化碳，並得該弱酸性水溶液之步驟包括：以該上清液吸收所述廢氣中的二氧化碳，並得該弱酸性水溶液。
15. 如請求項14所述之處理方法，其中該上清液為濃度低於或等於5重量百分比之鹼性水溶液。
16. 如請求項13所述之處理方法，其中於前述對所述含有微藻之藻泥沉澱物進行乾燥處理，獲得該乾藻粉之步驟之後包括：將該乾藻粉利用破壁處理，取得一藻油及一藻塊；將該藻油轉酯處理，得一生質柴油。