一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法技术

本发明专利技术涉及微藻培养以及固碳领域，尤其涉及通过微藻处理氨水吸收二氧化碳的废液的问题。能够在提高微藻产量的同时处理吸收液，并且提高微藻蛋白质等产物的产量，克服了由于氨抑制导致的对微藻生长的抑制。本发明专利技术提供一种化学吸收与生物固碳相耦合的方法，通过将氨水吸收CO2后的废液作为碳源和氮源供给微藻生长，还同时缓解了微藻培养过程中氨抑制的方法，用补料或者通气的方法，在微藻培养的过程中，保持所述培养基中氨氮浓度不超过150mg/L或者是培养基pH稳定(稳定7～8)。

A CO2 capture method coupled with chemical absorption and biotransformation

The invention relates to the field of microalgae culture and carbon sequestration, in particular to the treatment of wastewater from ammonia water absorption of carbon dioxide by microalgae. It can also improve the production of microalgae and the production of microalgae proteins and other products, and overcome the inhibition of microalgae growth caused by ammonia inhibition. The invention provides a method of coupling chemical absorption with biological carbon fixation. By using the waste liquid after the absorption of CO2 by ammonia water as a carbon source and nitrogen source, the growth of microalgae can be supplied. At the same time, the method of ammonia inhibition in the process of microalgae culture can be alleviated. During the process of microalgae culture, the concentration of ammonia nitrogen in the culture medium can not exceed 150 mg/L or the pH stability of the culture medium can be maintained by means of feeding or ventilation\uff08 The stability ranges from 7 to 8.

【技术实现步骤摘要】
一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法
本专利技术涉及微藻培养领域，通过微藻处理氨水吸收CO2的废液，尤其涉及一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法。
技术介绍
传统工艺中，氨水吸收CO2产生的高能耗一直是一个重要的问题。为了解决吸收液解吸过程中的能耗问题，本文拟设计一种氨水吸收—微藻固定相结合的CO2捕集系统。因此，将氨水吸收CO2生成的主要物质NH4HCO3作为氮源和碳源，加入到微藻培养系统中，促进微藻生长。同时，微藻产生的藻粉中，可以提取中多糖、油脂、蛋白质等营养成分。然而，在碱性条件下，NH4HCO3作为营养物质培养微藻，当浓度较高时，水中的氨多以游离氨(NH3)的形式存在，容易产生氨毒性，抑制微藻生长。同时，当pH＞9时，游离态NH3还容易发生氨逃逸。当培养基中主要是自养培养时，在培养过程中不外加物质的条件下，由于水中的无机碳被微藻吸收，极易导致溶液总pH上升，导致严重的氨毒性以及氨逃逸。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，能够在实现利用吸收液的同时，解决氨抑制和氨损失的问题，同时实现后期产物的增长。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，包括如下步骤：1)通过氨水吸收二氧化碳生成的碳酸氢铵作为模拟吸收液，加入到微藻培养基中，作为营养物质供给微藻生长；2)通气条件下，通入5％CO2+95％N2作为模拟烟气，以20mL/min的速率通入培养基中，在促进微藻生长的基础上，保持pH在7～8之间。所述步骤1)具体：通过把终浓度248mg/L的碳酸氢铵分批加入，每隔12d补加一次，在微藻培养过程中，氨氮的浓度从最高248mg/L降低到最高150mg/L。有益效果：1、将NH4HCO3分批加入，从而实现对NH4HCO3一定程度上的浓度控制。2、由于氨毒性和氨逃逸主要存在于高pH(pH＞9)的条件下，通过通入CO2模拟烟气到培养基中，在处理烟气废气的同时，同时实现微藻的生长和pH的控制。附图说明图1为将氨水吸收CO2后生成的吸收液与微藻培养相结合模拟结构示意图；图2为四种培养条件下36天OD680的变化曲线：(a)为不通气条件下的OD值，(b)为通气条件下的OD值；图3为四种培养条件下36天培养基中氮源浓度的变化曲线:(a)为批式培养的氮浓度变化曲线，(b)为补料条件下的氮浓度变化曲线；图4为四种不同培养条件下固氮率的实验结果图；图5为四种不同的培养条件下固碳量的实验结果图；图6为四种不同的培养条件下氮损失率的实验结果图；图7为四种不同的培养条件下pH值的变化曲线；图8为四种不同的培养条件下多糖、油脂、蛋白质等三种后期产物的实验结果图：(a)为不同条件下的多糖产量,(b)为不同条件下的油脂产量，(c)为不同条件下的蛋白质产量。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。为让本领域相关技术人员参照该说明书，对本专利技术作进一步的详细解说。本专利技术将模拟吸收液NH4HCO3分为几次添加到培养基中，在微藻培养的过程中，将含氮浓度为248mg/L的NH4HCO3在第0d加入124mg/L，之后保持每隔12d进行一次NH4HCO3补料，每次补料浓度62mg/L，补料两次，实现培养过程中NH4+始终处于较低浓度。解决了培养过程中，尤其是培养前期，由于氨抑制的问题，导致的微藻生物质增长迟缓，以及提高了后期蛋白质等物质的产量。采用向微藻培养基中通入模拟烟气的方法，往培养基中通入5％CO2+95％N2以20mL/min的速率通入到锥形瓶中，模拟微藻培养处理吸收液废水的同时，还实现烟气处理的目的，同时达到生物质的显著增长和培养过程中pH的稳定。优选的，该过程中不仅实现了生物质近10倍的增长，还实现了培养过程中pH始终稳定在7～8之间。解决了微藻培养过程中生长缓慢的问题，并且pH始终维持在弱碱性，不易产生氨抑制，同时减少了氮损失。实施例：步骤一是将三株小球藻(L166，L38andUTEX1602)在光照强度为6000lux，温度为30±1℃，5％的二氧化碳通气条件进行预培养，到指数期接种到四个不同条件下氮源的培养基中；步骤二是四个培养基环境条件分别为：(0)纯BG11培养基；(1)以NH4HCO3为替代NaNO3的无氮BG11培养基；(2)以NH4HCO3为替代NaNO3的无氮BG11培养基，并给其中通入5％浓度CO2的模拟烟气，通气速率为20mL/min；(3)以NH4HCO3为替代NaNO3的无氮BG11培养基，并将氮浓度为248mg/L的NH4HCO3分三批加入，接种时加入124mg/L，培养倒第12d加入62mg/L，第24d加入62mg/L。其余条件为：光强6000lux，温度为30±1℃，初始接种浓度为OD680＝0.2。每个250mL的锥形瓶中装有200mL的培养基，接种时原藻液离心重悬三次。步骤三是每隔三天测定一次OD680(与生物质浓度成正比)、pH、氨氮浓度，培养结束后，通过元素分析，测定固碳、蛋白质，结合溶液中氨氮浓度计算氮损失，并测定多糖和油脂浓度。在上述方案中，通过分批补料的操作，减少了溶液中氨氮浓度，进而减少了微藻生长过程中的氨抑制。通过通入模拟烟气的操作，在增加生物质产量的同时，减少了CO2排放，还保证了培养基pH始终维持在弱碱性，解决了氨抑制，且适合微藻生长。所述光强实现条件为四排荧光灯侧面给光。所述模拟烟气为5％CO2+95％N2的混合气体，通气速率控制为量程为0～60mL/min的转子流量计。所述氮源添加浓度的实现方式为，配置69.5g/L的NH4HCO3浓度，根据所需添加浓度计算添加到溶液中，保证添加体积对培养基体积影响不超过2％。所述氨氮浓度的测定方法为纳氏试剂分光光度法，所述多糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，所述油脂测定方法为尼罗红染色法。具体结果：参见图2，藻株L38于补料模式培养条件(3)条件下，生物质出现了显著增长，在培养结束时，比培养条件(0)和(1)增高了20％～30％；其余藻株也于前期出现了明显增长，只是后期不足。说明补料的方法确实对解决氨抑制问题存在一定的优势；而通气模式，比其余模式提高了将近10倍的生物质产量。参见图3，三个藻株在条件NaNO3为氮源(0)和通气条件(2)的条件下，氮源下降较慢，而其余两个条件下氮源下降较快。此时因为NaNO3为氮源时不易挥发，而NH4HCO3在碱性条件下容易挥发，除去条件(2)条件下，气体的通入保持了溶液的弱碱性，导致大部分氮源以氨气的形式逃逸。参见图4，通气条件(2)条件下，固氮率得到显著提高，而其余模式下基本相差不大。这是因为生物质的增长，导致了固碳量的增加，最高值约为180mg/L/d。参见图5，通气条件(2)条件下，由于通气改善了培养条件中的pH，导致通气条件下氮损失较低，但是因为通气带走了一部分氨氮，因而氮损失仍在40％左右。参见图6，通气条件(2)条件下，由于溶液中持续模拟烟气的通入，导致溶液pH稳定在7～8之间，溶液保持弱碱性。参见图7，柱状图条件(2)条件下，微藻的多糖产量明显升高，最大值为L38在该条件下达到的144mg/L，同时补料条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过氨水吸收二氧化碳生成的碳酸氢铵作为模拟吸收液，加入到微藻培养基中，作为营养物质供给微藻生长；2)通气条件下，通入5％CO2+95％N2作为模拟烟气，以20mL/min的速率通入培养基中，在促进微藻生长的基础上，保持pH在7～8之间。

【技术特征摘要】
1.一种化学吸收与生物转化耦合的CO2捕集方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过氨水吸收二氧化碳生成的碳酸氢铵作为模拟吸收液，加入到微藻培养基中，作为营养物质供给微藻生长；2)通气条件下，通入5％CO2+95％N2作为模拟烟气，以20mL/min的速率通入培养基中，在促进微...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春风，谢美连，邱依婷，齐云，刘庆岭，纪娜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12