一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法技术

本发明专利技术公开了一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法，该方法包括：（1）至少用含CO2的气体为微藻养殖过程提供部分碳源；依靠微藻代谢使养殖结束时的藻液呈碱性；从收获的藻液中分离出微藻，得到微藻和碱性残液；（2）将工业排放的烟气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸；（3）将步骤（1）得到的碱性残液与步骤（2）得到的硝酸和/或亚硝酸接触，得到含氮中和液，用所述含氮中和液为微藻养殖过程提供氮源。本发明专利技术方法能够将“微藻养殖”和“废气脱硝”合理的结合，既能够利用废气中的NOx使微藻正常生长，又能够有效脱除废气中的NOx，还可以避免“微藻养殖”与“废气脱硝”的相互影响，使两个过程均能够稳定、可靠的运行。

【技术实现步骤摘要】
一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法
本专利技术涉及一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法。
技术介绍
“能源”与“环境”是新世纪在可持续发展中人类社会所面临的重要问题，一方面，支撑人类现代文明的化石能源是不可再生的，因而世界各国在加紧开发替代能源技术；另一方面，人类在加工和使用化石能源时不可避免地产生严重的废气与污水的排放问题，对气候和人类的生存环境已经造成了严重的影响。这些问题需要有统筹协调的解决方案。微藻是效率极高的由阳光驱动的“活的化工厂”，通过微藻细胞高效的光合作用，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源和减少工业废气排放”的双重目的。微藻是一类非常原始的生物资源，没有器官分化，故而具有生长快、产量高、环境适应性强的特点，并且与高等植物相比，它们的脂类、淀粉和蛋白质等有效成分的含量更高。微藻的传统商业应用包括将它们用作食品添加剂、在农业中的饲料以及水产养殖业和化学工业的原料。此外，某些藻类具备含油量高、易于培养、单位面积产量大、不与农业争地等优点，被视为新一代的，甚至是唯一能实现替代化石燃料的生物柴油原料。微藻可分为原核藻类和真核藻类，原核藻类以蓝藻为主，含叶绿素a、不形成细胞器、能进行光合作用，细胞中蛋白质含量高，可达干重的70%，脂肪含量低，为5%左右；真核藻类种类比较多，是主要的生物燃料藻种的来源。常见的微藻主要归于以下八个门类：硅藻门（Bacillariophyta）、绿藻门（Chlorophyta）、金藻门（Chrysophyta）、蓝藻门（Cyanophyta）、甲藻门（Pyrroptata）、裸藻门（Rhodophyta）、隐藻门（Cryptophyta）和黄藻门（Xanthophyta）。其中，硅藻门、绿藻门和金藻门是最具潜力的生物柴油藻种来源。氮氧化物（NOx）是化石燃料烟气中所含的重要污染物，包括多种化合物，如氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等。其中，一氧化氮（NO）是NOx的主要成分，它同空气中的氧气生成二氧化氮（NO2），继而导致光化学烟雾和酸雨。同时，NOx也是主要的温室气体之一，如果以CO2作为基准计为1，则氮氧化物的增温效应为310。而目前，我国的氮氧化物的排放量增长迅速，2007年度达到1797.7万吨，是造成我国大城市二氧化氮浓度普遍较高且呈逐步增加趋势的主要原因之一。因此，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度，废气脱硝将成为大气污染治理的重点。但传统的废气脱硝技术因大多存在一些如能耗大、基建投资高、安全性差及造成二次污染等的问题，很难达到高效、经济、低耗的要求。碱液吸收法是人们研究最早最多的一类脱硝（脱除废气中的NOx）方法，该方法的工艺流程和设备比较简单、技术路线成熟，能够将NOx转化成有销路的亚硝酸盐和/或硝酸盐产品，因此在含NOx的废气治理中得到了广泛的应用。碱液吸收法中碱液浓度不能太高，否则会在生成亚硝酸盐和/或硝酸盐的过程中出现结晶，造成吸收塔的堵塞，工业过程中的碱液浓度一般需要控制在16%以下，否则容易出现结晶，然而在如此低的碱液浓度下，又会大大增加提取亚硝酸盐和/或硝酸盐时的能耗。硝酸氧化吸收法是另一类已工业应用的废气脱硝方法，该方法一般以质量浓度40～65%的HNO3水溶液作为吸收剂，在0～60℃下吸收废气中的NOx，能达到较高的NOx脱除率。将微藻养殖与废气处理结合起来，既可以降低藻类的培养成本，又可以实现污染物的减排。随着养殖微藻的日益广泛，在上世纪90年代开始，一些研究者考虑微藻吸收化石燃料烟气中的CO2时，能否同时去除烟气中的污染物质，如NOx。如果微藻在生长过程中将NOx也大量吸收，既可以满足自身对N的需要，又可以净化烟气，减少NOx的排放，进一步降低藻类的培养成本并产生更大环境效益。Yoshihara等的报道对此给予了肯定（YOSHIHARAK,NAGASEH,EGUCHIK,etal.Miyamoto,biologicaleliminationofnitricoxideandcarbondioxidefromfluegasbymarinemicroalgaNOA-113cultivatedinalongtubularphotobioreactor[J].JFermentBioeng,1996,82(4):351-354）。微藻是在光合作用下通过同化吸收除去NOx，相对于传统物理化学方法不存在材料昂贵以及腐蚀和污染的问题，又较一般生物法生长速度快且不需要供应有机质，并可以与CO2的固定同步进行，还可以生产高经济价值的产品，更符合废物资源化和无害化的思想，经济性也更佳。所以通过微藻养殖法去除NOx（微藻脱硝）近来被认为是一种减少烟气中NOx的有吸引力的选择，是一种极有潜力的NOx去除方案。现有技术有许多报道直接将烟气通入微藻养殖器而实现脱硝方法，如CN1668185A中所描述的方法。然而，直接通入烟气养殖微藻会带来一些难以解决的问题，其一，微藻脱硝必须要解决限制其商业化进程的一些问题，例如：微藻的养殖需要光照和温暖的气候条件，而天气是变化的，所以微藻吸收固定污染物的效率也是变化的，“直接通入烟气”将难以匹配脱硝工况与微藻养殖工况，从而造成两段工艺相互影响，无法满足对实际生产中连续排放的大规模废气的减排要求；其二，NO在水中的溶解性极低，“直接通入烟气”无法解决NOx中大量NO不溶于水而难以吸收的问题；其三，大多数微藻难以耐受高浓度的NOx，因此利用微藻吸收固定高浓度的NOx非常容易导致微藻培养失败，微藻的培养也容易因为病虫害而崩溃，从而严重影响脱硝的稳定运行。不论是用水吸收NOx，还是用硝酸溶液、碱溶液吸收NOx，吸收液中都必然会存在大量的NO2-。NO3-是公知的自然界中无机氮的主要存在形式，几乎可以被所有的微藻同化吸收，然而自然界中NO2-的含量通常是很低的，并且是公知的毒物，大多数的微藻不能够代谢NO2-。将NOx转化成合适的存在形式是一种可考虑的解决方案，如中国专利CN102061261B公开了一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法，通过将燃煤电厂烟气超洁净净化后养殖微藻，实现减少烟气污染和碳排放。具体步骤如下：（1）首先将烟气通入脱CO塔，使其中微量CO与NO在活性半焦催化剂催化作用下发生催化氧化，生成CO2和N2；（2）从脱CO塔出来的烟气再进入脱硫塔，利用烟气中所含O2将烟气中的SOx在活性半焦催化剂催化作用下氧化为SO3，并吸附到催化剂上；（3）经过脱硫塔后的烟气进入脱硝塔，利用烟气中所含的O2在活性半焦催化剂催化作用下将烟气中的NO氧化为NO2，并吸附在催化剂上；（4）净化后的烟气通入微藻养殖器，通过含油微藻固定烟气中的CO2，最后将剩余烟气排放。所述脱硫塔和脱硝塔中失活半焦催化剂通过氨水洗涤再生，同时获得硫铵和硝铵溶液，并将其输入微藻养殖器。该方法将NOx转化成硝铵并将其作为氮肥提供给微藻，然而大多数微藻不能适应高浓度的铵盐溶液，如硫铵在现有技术中常常被用作微藻的抑制剂，因此该方法的应用会受到一定的限制。综上所述，迫切需要开发一种将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法，该方法包括：（1）至少用含CO2的气体为微藻养殖过程提供部分碳源；依靠微藻代谢使养殖结束时的藻液呈碱性；从收获的藻液中分离出微藻，得到微藻和碱性残液；（2）将工业排放的烟气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸；（3）将步骤（1）得到的碱性残液与步骤（2）得到的硝酸和/或亚硝酸接触，得到含氮中和液，用所述含氮中和液为微藻养殖过程提供氮源。

【技术特征摘要】
1.一种微藻养殖和废气脱硝的联合方法，该方法包括：(1)至少用含CO2的气体为微藻养殖过程提供部分碳源；依靠微藻代谢使养殖结束时的藻液呈碱性；从收获的藻液中分离出微藻，得到微藻和碱性残液；所述微藻为小球藻、单针藻和栅藻中的至少一种；(2)将工业排放的烟气中的NOx转化为硝酸和亚硝酸；(3)将步骤(1)得到的碱性残液与步骤(2)得到的硝酸和亚硝酸接触，得到含氮中和液，用所述含氮中和液为微藻养殖过程提供氮源。2.根据权利要求1所述的方法，其中，依靠微藻代谢碱金属硝酸盐和/或碱金属亚硝酸盐，使养殖结束时的藻液呈碱性。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述碱金属为钠或钾。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，微藻养殖过程中，调节藻液的pH值为7-11。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中，依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值>8。6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(1)中，依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值为9-11。7.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，养殖微藻的培养液中，以氮原子计，含氮化合物的含量为0.1-400mmol/L。8.根据权利要求7所述的方法，其中，养殖微藻的培养液中，以氮原子计，含氮化合物的含量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣峻峰，纪洪波，朱俊英，宗保宁，周旭华，黄绪耕，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11