一种生产微藻生物质与工业废气脱硝的联合方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种生产微藻生物质与工业废气脱硝的联合方法及系统，其中的方法包括：(1)养殖微藻的步骤；(2)从藻液中分离出微藻以得到微藻和碱性残液的步骤；(3)从微藻中提取生物质的步骤；和(4)利用碱性残液将工业废气中的NOx转化为硝盐，并用其为微藻养殖过程提供氮源的步骤。本发明专利技术构筑了一种减排工业废气污染物与生产微藻生物质的循环经济模式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产微藻生物质与工业废气脱硝的联合方法及系统。
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课题。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，利用化石能源时所产生的废气与污水，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广的水生低等植物，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。自然界中，微藻与细菌之间存在着复杂的生态关系，对于特定的微藻和细菌，可能相互促进，也可能相互抑制。养殖微藻的一个已知的困难是，水和空气中存在大量的有害细菌，这些有害细菌不利于微藻的生长，严重时会导致养殖失败。采用开放体系养殖微藻时，不可能实现无菌状态，被细菌污染的风险较高；采用封闭的养殖体系并进行严格的灭菌可实现无菌状态，然而对于大规模养殖微藻而言，这种方法的成本过于昂贵。化工工业所产生的NOx数量巨大，如果要用微藻固定工业废气中的NOx，就需要使微藻固定NOx的速率与工业排放NOx的速率相匹配，并尽量减少微藻培养装置的占地面积。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。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。规模化养殖微藻需要大量的水，如果不对其进行循环利用，则会大大增加养殖成本。已知大多数微藻不能适应高浓度的铵盐溶液，比如硫铵在现有技术中常常被用作微藻的抑制剂；而用硝盐为微藻提供氮源，将难以对养殖用水循环利用，原因在于金属离子会在养殖水体中不断累积，导致其盐度逐渐升高，而高盐度通常对微藻的生长有明显的抑制作用。
技术实现思路
针对前述现有技术的不足，本专利技术提供了一种生产微藻生物质与工业废气脱硝的联合方法及系统，其主要内容如下。1.一种生产微藻生物质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，依靠微藻代谢使该步骤结束时的藻液呈碱性(优选pH值>8，更优选pH值为9～11)；(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；(3)从步骤(2)得到的微藻中，提取油组合物、蛋白质、碳水化合物、核酸、色素、维生素、生长因子之一或其任意组合的步骤(优选为提取油组合物、蛋白质、淀粉、纤维素之一或其任意组合的步骤)；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(优选硝酸和可选的亚硝酸)，将步骤(2)得到的碱性残液与所述硝酸和/或亚硝酸(优选硝酸和可选的亚硝酸)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1所述的方法，养殖方式为异养培养和/或光能兼养。3.根据2所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源选自糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和与淀粉水解物中的至少一种；优选葡萄糖、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，更优选葡萄糖。4.根据2或3所述的方法，其特征在于，将所用的有机碳源的浓度控制在0.1g/L藻液～30g/L藻液，优选1g/L藻液～30g/L藻液，更优选控制在2g/L藻液～10g/L藻液。5.根据1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，养殖方式为光能自养或光能兼养时，光强为1000～200000勒克斯。6.根据1所述的方法，其特征在于，养殖方式为光能自养或光能兼养时，用含CO2的气体作为无机碳源。7.根据6所述的方法，其特征在于，所述含CO2的气体为经过净化处理的工业废气，或者为不含有SOx和NOx的工业废气。8.根据1～7任一所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的为微藻提供氮源的溶液中，以氮原子计，含氮化合物的量为0.1～400mmol/L，优选为10～300mmol/L，更进一步优选为20～200mmol/L。9.根据1～8中任一所述的方法，其特征在于，所述的工业废气为不含有SOx的工业废气或经过脱硫处理的工业废气。10.根据1～9中任一所述的方法，其特征在于，在养殖微藻后期，不提供或少提供CO2或pH调节剂，依靠微藻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它们的任意组合(优选碱金属硝酸盐和/或碱金属亚硝酸盐，和可选的碱
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它们的任意组合)。11.根据1～10中任一所述的方法，其特征在于，步骤(1)的养殖过程中，向藻液中加入EM菌。12.根据11所述的方法，其特征在于，EM菌的加入量为1×106个/L藻液～9×108个/L藻液，优选为1×107个/L藻液～5×108个/L藻液。13.根据1～12任一所述的方法，其特征在于，所述的微藻为绿藻或蓝藻，优选小球藻、栅藻、单针藻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产微藻生物质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，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；(3)从步骤(2)得到的微藻中，提取油组合物、蛋白质、碳水化合物、核酸、色素、维生素、生长因子之一或其任意组合的步骤；和(4)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】
1.一种生产微藻生物质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，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；(3)从步骤(2)得到的微藻中，提取油组合物、蛋白质、碳水化合物、核酸、色素、维生素、生长因子之一或其任意组合的步骤；和(4)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，(1)中的养殖方式为异养培养和/或光能兼养。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所使用的有机碳源选自糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和与淀粉水解物中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，将所用的有机碳源的浓度控制在0.1g/L藻液～30g/L藻液。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，养殖方式为光能自养或光能兼养时，光强为1000～200000勒克斯。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，养殖方式为光能自养或光能兼养时，用含CO2的气体作为无机碳源。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含CO2的气体为经过净化处理的工业废气，或者为不含有SOx和NOx的工业废气。8.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的为微藻提供氮源的溶液中，以氮原子计，含氮化合物的量为0.1～400mmol/L。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工业废气为不含有SOx的工业废气或经过脱硫处理的工业废气。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在养殖微藻后期，不提供或少提供CO2或pH调节剂，依靠微藻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...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣峻峰，朱俊英，纪洪波，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