一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法技术

本发明专利技术涉及一种养殖微藻与工业废气脱硝的联合方法，包括：养殖微藻的步骤，该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性；从收获的藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤；利用该碱性残液吸收工业废气中的NOx或者中和固定NOx后的酸液，并随后用其为养殖微藻提供氮源的步骤。本发明专利技术利用工业废气中的NOx来为养殖微藻提供氮源，在减排污染物的同时，获得了有价值的微藻生物质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微藻养殖领域和工业废气脱硝领域。
技术介绍
能源与环境是人类社会可持续发展所面临的重要问题。一方面，支撑人类现代文 明的化石能源不可再生，开发替代能源迫在眉睫；另一方面，在加工和使用化石能源时不可 避免地会产生废气与污水的排放问题，已经对环境造成了严重的影响，这些问题需要有统 筹协调的解决方案。 微藻是种类繁多且分布极其广泛的水生低等植物。它们通过高效的光合作用，将 光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，被誉为"阳光驱动的活化工厂"。利用微藻 生产生物能源和化学品有望同时达到"替代化石能源、净化废气与污水"的双重目的。 养殖微藻的一个已知的困难是，养殖微藻的水中存在大量的有害细菌，在敞开式 的养殖过程中也不可避免的会污染有害细菌，这些有害细菌不利于微藻的生长，严重时会 导致养殖失败。虽然在严格的消毒灭菌及封闭的条件下养殖可以避免这种危害，但是对于 大规模养殖微藻而言，这种方法的成本过于昂贵。基于上述原因，迫切需要开发一种更适合 大规模养殖微藻的方法，使微藻在自然状态下，既能快速生长，又能减少有害细菌污染的影 响。 自然界中，微藻与细菌之间存在着复杂的生态关系，可能相互促进，也可能相互抑 制。已有一些文献公开了微藻与细菌间的共生关系，一方面这些文献仅涉及了一种或几种 特定的细菌与微藻的共生关系；另一方面这些文献均是通过微藻和细菌相互利用对方的代 谢产物，以达到相互促进生长的目的。迄今为止，还未见有"在微藻养殖过程中，用有益菌群 防治有害细菌污染"的相关报道。 工业废气中的氮氧化物（NOx)是主要的大气污染物之一，其不仅会产生光化学烟 雾和酸雨，还会导致严重的温室效应，是大气雾霾的主要诱因，因此工业废气的脱硝问题日 益受到人们的重视。催化还原法（SCR)与非催化还原法（SNCR)是目前常用的废气脱硝方 法，这两种方法均将NOx还原成低价值的氮气，没有达到资源化利用NOx的目的。碱液吸收 法的工艺流程和设备相对简单，并且可以将NOx转化成有用的亚硝酸盐和/或硝酸盐，但该 方法存在以下的不足：碱液浓度不能太高，一般质量分数控制在不大于6 %，否则会在吸收 NOx过程中出现结晶，造成吸收塔的堵塞，而在低碱浓度下，必然会增加提取硝盐的能耗。硝 酸吸收法是另一类已工业应用的废气脱硝方法，该方法用硝酸水溶液吸收N0x，可以获得更 多的硝酸。硝酸吸收法更适合硝酸制造企业，对于其他企业而言，硝酸的存储以及吸收工艺 的经济性存在问题。 氮是微藻生长过程中消耗最快、最易缺乏的营养元素之一。大量消耗的氮肥对养 殖微藻而言是昂贵的，如果能将养殖微藻与工业废气脱硝结合起来，一方面可以利用NOx 为微藻生长提供氮肥，从而降低养殖微藻的成本；另一方面又可以净化废气、减少NOx的排 放，产生更大环境效益。已有一些文献公开了"将工业废气直接通入微藻养殖器进行脱硝方 法"，然而这些方法均存在以下难以解决的问题：①利用微藻进行工业废气脱硝必须解决限 制其商业化的一些问题，比如养殖微藻需要光照和温暖的气候条件，而天气变化必然导致 微藻脱硝效率的变化，"直接通入工业废气"将难以匹配废气排放工况与微藻养殖工况，造 成两段工艺互相影响，无法满足实际生产的减排要求；②一氧化氮（NO)是NOx的主要成分， 而NO在水中的溶解度极低，因此"直接通入工业废气"无法解决NOx中大量NO不溶于水而 难以吸收的问题。 通常，光能自养的效率小于30g. m 2. d \室外大规模培养的效率一般低于10g. m 2· d \以这样的效率进行工业废气脱硝会占用大量的土地，因此有必要进一步提高微藻的养 殖效率。添加有机碳源进行异养培养或光能兼养是加速微藻生长的可行方法，然而在添加 有机碳源后，藻液极易遭受有害细菌的污染，导致细菌的生长显著快于微藻的生长，从而导 致微藻养殖失败。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了。 ，包括以下步骤： (1)养殖微藻的步骤；该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤 结束时的藻液呈碱性； (2)从步骤（1)收获的藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤； 和 (3)下述的步骤（A)、步骤（B)之一或二者的组合； (A)用步骤（2)得到的碱性残液吸收工业废气中的N0x，用吸收NOx后的溶液为步 骤（1)的养殖微藻过程提供氮源的步骤； ⑶将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸，将步骤⑵得到的碱性残液与 所述硝酸和/或亚硝酸混合，用该混合溶液为步骤（1)的微藻养殖过程提供氮源的步骤。 根据本专利技术，步骤（1)的养殖方式可以是光能自养（光能自养是指，在光照下仅利 用无机碳源比如C02生长）、异养培养（异养培养是指仅利用有机碳源生长）或光能兼养 (光能兼养是指，在光照下同时利用无机碳源比如co2和有机碳源生长）。 微藻生长需要必要的条件，比如适宜的温度，充足的光照（光能自养或光能兼 养），足够的水、C02以及氮肥、磷肥等营养物质，调控藻液中的溶解氧、pH值在合适的范围 内等。尽管对于不同的微藻，这些条件不尽相同，但这些都是本领域已知的。 一般而言，培养温度为15~40°C，较佳的温度为25~35°C;藻液pH值为6~11， 较佳的藻液pH值为7~9,光强为1000~200000勒克斯，较佳的光强为5000~150000勒 克斯。 本专利技术对微藻的种类没有限制。根据本专利技术，步骤⑴中，优选养殖那些适于产油 的微藻，这样既可以获得生物能源，又可以减排废气污染物。 尽管异养培养或光能兼养会因使用有机碳源而增加部分养殖成本，但其养殖效率 也大为提高，使后续加工过程得以简化，因此如果能够避免无菌养殖，就能够避免消耗大量 蒸汽对系统进行严格灭菌处理，从而大幅降低养殖成本。根据本专利技术，特别优选那些能异养 培养或光能兼养的微藻，比如小球藻、栅藻、螺旋藻或单针藻。令人惊讶的是，以异养培养或 光能兼养方式培养这些微藻时，只要加入一定数量的EM菌，不进行消毒灭菌，养殖也会顺 利进行，微藻的生长速率大大加快，即使水源含有大量有害细菌和/或敞开养殖，结果也是 如此；而不加入EM菌时，异养培养或光能兼养通常会失败。 根据本专利技术，所述的异养培养或光能兼养中，不进行灭菌操作。 根据本专利技术，步骤（1)中，进行异养培养或光能兼养时，可用的有机碳源包括但不 限于糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和淀粉水解物中的至少一种；比如可选自葡萄 糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇、纤维素水解物和纤维素水解物中的至少一种，较 佳的选择是葡萄糖。 根据微藻生物量的增长情况以及培养液中营养物质的消耗情况，需要及时补充不 足的营养物质。根据本专利技术，任何补加营养物质的方式都是可用的，比如分段补加或连续补 加，只要能将营养物质的量控制在合适的范围内即可。 根据本专利技术，步骤（1)中，进行异养培养或光能兼养时，一般将有机碳源的浓度控 制在lg/L藻液~30g/L藻液，优选控制在2g/L藻液~10g/L藻液。有机碳源可以一次性 加入，也可以分多次加入步骤（1)中。 根据本专利技术，步骤（1)中，优选依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值>8,更优选 依靠微藻代谢使养殖结束时藻液的pH值为9~11。 所述的EM菌（Effective Mic本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种养殖微藻和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：(1)养殖微藻的步骤；该步骤中，向藻液中加入EM菌，并且依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性；(2)从步骤(1)收获的藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤；和(3)下述的步骤(A)、步骤(B)之一或二者的组合；(A)用步骤(2)得到的碱性残液吸收工业废气中的NOx，用吸收NOx后的溶液为步骤(1)的养殖微藻过程提供氮源的步骤；(B)将工业废气中的NOx转化为硝酸和/或亚硝酸，将步骤(2)得到的碱性残液与所述硝酸和/或亚硝酸混合，用该混合溶液为步骤(1)的微藻养殖过程提供氮源的步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荣峻峰，朱俊英，纪洪波，周旭华，程琳，黄绪耕，宗保宁，
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