一种微藻养殖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：异养培养微藻的步骤；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。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，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NOx，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的方法”，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-1,室外大规模培养的效率一般低于10g.m-2.d-1，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。另外，仅采用自养培养，在光照不足时将无法操作，因此还有必要减少整体过程对光照的依赖性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法。一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：(1)异养培养微藻的步骤；依靠微藻在光照下代谢使本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。根据本专利技术，只要所述的微藻能够进行异养培养和光能自养即可，没有其他方面的限制。本专利技术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。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)，足够的水和CO2(光能自养或光能兼养)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℃，较佳的温度为25～35℃；藻液pH值为6～11，较佳的藻液pH值为7～9。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。常规的异养培养必须对培养环境进行灭菌操作，并且不提供光照、不提供无机碳源(比如含CO2的气体)。根据本专利技术，步骤(1)与上述的常规方式的区别仅在于提供光照，既可以在步骤(1)的全程提供光照，也可以仅在步骤(1)的后期提供光照。根据本专利技术，步骤(1)中，光强为1000～200000勒克斯，较佳的光强为5000～150000勒克斯。根据本专利技术，步骤(1)中，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。对于一般的微藻而言，葡萄糖、乙酸钠或者乙酸是十分适宜的有机碳源，其中优选葡萄糖。本专利技术人通过大量试验发现，当异养培养液中的有机碳源不足，且培养液中含有碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合时，如果提供光照，则微藻在光照下代谢会使藻液的pH值上升，特别当培养液中含有碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合(比如前述的通过固定工业废气中的NOx而获得的氮源)时，藻液pH值呈现较快的上升趋势。利用这一现象，就可以在异养培养后期(有机碳源已消耗殆尽)，依靠微藻在光照下代谢前述的碱金属营养盐使养殖结束时的藻液呈碱性，这样就可以利用分离出微藻的碱性残液吸收废气中的NOx或者中和固定NOx后的酸液，并随后用其为养殖微藻提供必需的氮源。根据本专利技术，步骤(1)中，在异养培养后期，依靠微藻在光照下代谢碱金属营养盐使养殖结束时的藻液呈碱性；所述的碱金属营养盐为碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合。前述的各种碱金属营养盐优选为钠盐和/或钾盐。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。令人预料不到的是，与配制的碱液相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：(1)异养培养微藻的步骤；依靠微藻在光照下代谢使本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】
1.一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法，包括以下步骤：
(1)异养培养微藻的步骤；依靠微藻在光照下代谢使本步骤结束时
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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，培养温
度为15～40℃；藻液pH值为6～11。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所使用
的有机碳源选自糖、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。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所使用
的有机碳源选自葡萄糖、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。...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣峻峰，王强，程琳，陈辉，周旭华，何晨柳，黄绪耕，纪洪波，
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