一種利用微藻固定工業(yè)排放廢氣中二氧化碳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微藻固定工業(yè)排放廢氣中二氧化碳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—段時(shí)間以來(lái)，全球二氧化碳(CO2)水平的持續(xù)增加引起了全世界的關(guān)注。根據(jù)體積測(cè)算，在工業(yè)革命開(kāi)始時(shí)，每一百萬(wàn)份空氣中有大約280份C02，而今天，每百萬(wàn)份(ppm)中有360份，增加了 30%。每年增加2ppm，并且仍在上升。如果目前的趨勢(shì)持續(xù)下去，在21世紀(jì)后半葉，大氣中CO2的濃度將加倍，達(dá)到大約700ppm?，F(xiàn)在，許多科學(xué)家相信，在過(guò)去50年中觀察到的全球變暖，大部分可以歸因于這種人類活動(dòng)導(dǎo)致的二氧化碳的增加。而由CO2引起的溫室效應(yīng)是人類目前所面臨的最大的環(huán)境問(wèn)題之一，由溫室效應(yīng)所帶來(lái)的氣候異常、海平面升高、土地沙漠化等問(wèn)題正威脅著人類的生存和發(fā)展。
[0003]在產(chǎn)生溫室效應(yīng)的六種主要?dú)怏w中(C02、CH4, N2O, HFCS, PFCS, SF6)，0)2對(duì)溫室效應(yīng)的作用最大，約占到55%左右。可以看出，控制0)2排放是控制溫室效應(yīng)的關(guān)鍵。在這種情況下，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》、《京都協(xié)議書(shū)》先后頒布，系統(tǒng)的討論了低碳經(jīng)濟(jì)所涉及的內(nèi)容。2008年7月，G8峰會(huì)上八國(guó)表示將尋求與《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的其他簽約方一道共同達(dá)成到2050年把全球溫室氣體排放減少50%的長(zhǎng)期目標(biāo)。作為發(fā)展中國(guó)家的代表，中國(guó)在2009年哥本哈根氣候大會(huì)提出，到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40% -45%。因此，研究和掌握CO2去除和回收技術(shù)具有十分重要的意義。
[0004]控制大氣中0)2含量主要有兩種措施，一種措施是控制CO2的產(chǎn)生:調(diào)整能源布局，提高總體能源效率，提高清潔能源所占總體能源消耗的比例，降低化石燃料消耗量。另一種措施是在能源布局和結(jié)構(gòu)很難發(fā)生根本變化的情況下，對(duì)人類工業(yè)活動(dòng)所排出的CO2進(jìn)行分離回收，這種措施目前被大多數(shù)國(guó)家尤其發(fā)展中國(guó)家所普遍采用。而在所有的行業(yè)中，工業(yè)排放CO2氣體的總量占到了很大的比重，因此如何固定工業(yè)排放氣中的CO2，使其中的CO2轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)以減少CO2直接排放到大氣中是急需解決的問(wèn)題。特別是利用環(huán)境友好技術(shù)，轉(zhuǎn)化CO2實(shí)現(xiàn)碳減排已成為當(dāng)前工業(yè)追求的目標(biāo)之一。
[0005]目前，主要的CO2進(jìn)行回收固定技術(shù)主要有物理固定CO2技術(shù)、化學(xué)固定CO 2技術(shù)和生物固定二氧化碳技術(shù)。其中由于生物固定CO2技術(shù)式地球上最主要的固碳方式，同時(shí)也符合自然界循環(huán)的規(guī)律。
[0006]眾所周知，綠色植物通過(guò)光合作用攝入C02。光合作用將可再生的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化成活的生物可以利用的能量。在葉綠素的存在下，植物利用太陽(yáng)光將CO2和水轉(zhuǎn)化成碳水化合物，直接或間接地供給了幾乎所有動(dòng)物和人類對(duì)食物的需要；作為該過(guò)程的副產(chǎn)物，釋放出氧氣和一些水。因此生物固定CO2技術(shù)被定義為:生物體如植物、微藻等，以CO2為碳源經(jīng)由光合作用方式，將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)(如淀粉、纖維素等)，其所需能源直接來(lái)自太陽(yáng)光能，其原理為生物體體內(nèi)的葉綠素在光源的作用下可以與氣體中CO2發(fā)生光和作用，把CO2轉(zhuǎn)化為糖類和氧氣。影響光合作用速率的主要因素是有利的溫度、光強(qiáng)度水平和二氧化碳的利用度，大多數(shù)綠色植物非常利于響應(yīng)遠(yuǎn)高于目前大氣水平的CO2濃度。但生物轉(zhuǎn)化固定由于土地等因素限制，通過(guò)大面積種植植物來(lái)固碳不現(xiàn)實(shí)。而微藻具有光合速率高、繁殖快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、處理效率較高的特點(diǎn)，同時(shí)固碳后產(chǎn)生大量的藻體生物質(zhì)具有很好的利用價(jià)值，因此具有高度的工業(yè)化潛力。
[0007]目前對(duì)于微藻減排二氧化碳的研究均處于理論分析及實(shí)驗(yàn)室階段，對(duì)于含有二氧化碳的氣源操作條件要求較高，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于工業(yè)排放氣中成份復(fù)雜(如煙道氣等)=(I)CO2濃度高(CO2濃度可高達(dá)25%體積百份比左右)；(2)還可能含有粒徑大小不同的細(xì)小顆粒、固體物質(zhì)、酸性氣體以及其它少量有機(jī)、無(wú)機(jī)物或不明物質(zhì)等等；(3)工業(yè)排放氣的溫度、壓力不合適；上述多種原因使得微藻往往難以耐受，從而使得微藻生長(zhǎng)緩慢甚至死亡，進(jìn)而嚴(yán)重影響微藻對(duì)CO2的固定速率，因此如何克服生物固碳這個(gè)缺點(diǎn)，擴(kuò)大生物固碳技術(shù)在工業(yè)廢氣治理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍是所面臨的一大問(wèn)題。
[0008]另外，使用微藻轉(zhuǎn)化時(shí)，為達(dá)到對(duì)0)2高效的固定速率，合適的光反應(yīng)器及微藻的選擇也尤為重要。常用進(jìn)行微藻光合作用的光生物反應(yīng)器或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作難度高，或者氣液混合效率低，同樣也降低了微藻對(duì)CO2的固定速率。對(duì)于大量藻類的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵的是光的存在不幸的是，光只能穿透到藻類的活培養(yǎng)物中幾厘米的深度。當(dāng)藻類生物體繁殖時(shí)，培養(yǎng)物的密度增加，光穿透的程度降低。某些研究利用光學(xué)纖維的用途，這在迄今為止都是昂貴得難以問(wèn)津并且沒(méi)有效益。因此，對(duì)于如何以低成本的方式將藻類暴露于足夠量的光下，使用藻類固定CO2也是需要克服的技術(shù)問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種利用微藻固定工業(yè)排放廢氣中二氧化碳的方法，該方法能夠有效的使藻類處于光照條件，并提高擴(kuò)大生物固碳技術(shù)在工業(yè)廢氣治理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
[0010]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]—種利用微藻固定工業(yè)排放廢氣中二氧化碳的方法，主要包括廢氣預(yù)處理步驟、加壓補(bǔ)氣步驟和微藻固定步驟:
[0012]I)廢氣預(yù)處理:將含有CO2的廢氣先引入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，之后再將氣體通入吸收塔中與洗滌液進(jìn)行逆流接觸，以除去其中的細(xì)微顆粒以及一些酸性氣體，使氣體中的含塵量達(dá)到一定的要求；
[0013]2)加壓補(bǔ)氣:向步驟I)中處理后的氣體中補(bǔ)充空氣，使其中0)2氣體的體積濃度達(dá)到10-15%，同時(shí)加壓，將氣體壓強(qiáng)增加至0.3-1.0MPa，得到待處理的氣體；
[0014]3)微藻固定:將步驟2)中得到的待處理氣體引入微藻固定反應(yīng)器中，將氣體中的CO2氣體進(jìn)行固定；
[0015]其中，所述微藻固定反應(yīng)器包括藻類培養(yǎng)箱，凈化反應(yīng)器，溫度控制組件，參數(shù)測(cè)量組件；藻類培養(yǎng)箱與凈化反應(yīng)器連接，凈化反應(yīng)器底部設(shè)置有進(jìn)氣管、進(jìn)水管、排泥管，頂部設(shè)有出氣管、出水管，中部設(shè)置有多個(gè)中空纖維膜組件、布水器、多個(gè)光源和導(dǎo)流板；溫度控制組件包括熱交換器，介質(zhì)為恒溫水，用以控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度；參數(shù)測(cè)量組件包