用于增强温室中生物质生长的设备、系统和方法技术方案

本文提供了使用光合生物质来净化水、减少室内空气污染、移除包含来自室外大气空气的CO2的温室气体以及生产生物燃料、食品和肥料的设备、系统和方法。本文还提供了用于增强温室中光合生物质的生长的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强温室中生物质生长的设备、系统和方法交叉引用本申请的主题涉及2015年9月18日提交的美国临时申请号62/220,718和2016年4月5日提交的美国临时申请号62/318,575，以及2016年8月19日提交的美国临时申请号62/377,479的主题，这些美国临时申请通过引用并入本文。
技术介绍
人为全球变暖和气候变化是公认的科学事实。气候变化公认的原因是诸如二氧化碳等温室气体的过量排放。为了应对和扭转气候变化，已经开发出用以管理温室气体排放的技术。例如，已经开发出用以捕获和储存大气中的二氧化碳的技术。然而，此类技术在许多情况下并不理想。此外，来自包括农业径流、废物处理和工厂污水在内的来源的水污染带来的环境健康担忧造成对包括耕地和清洁水在内的资源的可得性的担忧。森林砍伐和温室气体排放的上升速率也已对环境产生了复合效应，造成对天气模式、温度、物种灭绝和海平面上升的大规模变化的担忧。已经进行了独立尝试以净化水、减少径流，以及捕获、运输和储存如二氧化碳(CO2)等温室气体；然而，这些技术往往能源效率低下，并且有时带来安全问题。
技术实现思路
鉴于上文，需要结合安全解决不止一个环境问题——例如水污染和碳捕获的技术的设备、系统和方法来充分解决环境担忧。本文描述的设备、系统和方法解决了这些担忧，并且还提供了其他优点。本文认识到需要开发改进的温室气体捕获和管理的设备、系统和方法。本公开内容的方面提供了用于捕获诸如二氧化碳等温室气体，并且在其他方面中在进一步有利于环境的诸如水净化等二级操作中利用这样捕获的二氧化碳或者增强植物生长的改进设备和方法。在一个方面中，本公开内容提供了用于从大气中捕获CO2并处理水的系统。在一些实施方式中，所述系统包括具有包含一个或多个水生大型植物的内部的壳体(enclosure)；所述壳体中的进水口开口，其被配置用于允许污水进入所述壳体并接触所述水生大型植物；以及固体吸附剂，其被配置用于捕获所述壳体外部的空气中的CO2并将捕获的CO2释放到所述壳体内部。在一些实施方式中，所述水生大型植物包括凤眼蓝属(Eichhornia)、紫萍属(Spirodela)、槐叶萍属(Salvinia)、满江红属(Azolla)、浮萍属(Lemna)、大藻属(Pistia)、心叶(heartleaf)或水萍(duckweed)科的成员。在一些实施方式中，所述水生大型植物包括水萍。在一些实施方式中，所述水生大型植物主要由水萍构成。在一些实施方式中，水萍是浮萍属的。在前述实施方式的任一个中，所述壳体包括多个包含所述水生大型植物的竖直布置的排层。在一些实施方式中，每个排层与单独的固体吸附剂流体连通。在前述实施方式中的任一个中，所述进水口开口被配置用于通过使所述壳体的表面适于直接接触污水的表面而允许所述污水进入所述壳体。在前述实施方式的任一个中，所述系统适于位于室外，使得所述壳体外部的空气是室外大气空气。在前述实施方式的任一个中，所述系统还可以包括被配置用于向所述水生大型植物提供光的人造光源。在前述实施方式的任一个中，所述系统还可以包括选自太阳能板、风力涡轮机、水力发电机和热能转换器的无源电源。在前述实施方式的任一个中，所述系统适于处理是湖泊、池塘、溪流(例如废物流)、河流、运河或水库的污水。在前述实施方式的任一个中，所述系统适于处理是农业径流的污水。在前述实施方式的任一个中，所述系统适于处理被含氮化合物污染的水。在一些实施方式中，所述含氮化合物是硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐。在前述实施方式的任一个中，所述系统中包括的所述固体吸附剂包括阴离子交换材料。在前述实施方式的任一个中，所述系统还可以包括湿气控制装置，所述湿气控制装置被配置用于使所述一个或多个固体吸附剂暴露于促进从所述一个或多个固体吸附剂释放CO2的增加的湿气。在前述实施方式的任一个中，所述湿气控制装置包括受控进水口或者增湿器，所述受控进水口被配置用于使受控量的水与所述一个或多个固体吸附剂接触。在前述实施方式的任一个中，所述湿气控制装置被配置用于使所述一个或多个固体吸附剂暴露于是气体、固体、蒸气或液体的H2O(例如，液态水、雾中的细小液滴或湿度)。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂包括分布在载体材料上或载体材料中的吸附剂材料。在一些实施方式中，所述载体材料是纸。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂绕着所述吸附剂围绕其旋转的轴线分布，并且所述吸附剂包括第一表面和第二表面，并且所述固体吸附剂相对于所述壳体安置，使得随着所述吸附剂绕着所述轴线旋转，所述第一表面的至少一部分进入所述壳体而所述第二表面的至少一部分离开所述壳体。在前述实施方式的任一各中，所述系统还可以包括所述壳体中的开口，所述开口适于允许经处理的水离开所述壳体。在一个方面中，本公开内容提供了一种从大气中捕获CO2并处理水的方法。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：(a)将包含污染物的水引入具有含有水生大型植物的内部的壳体中，使得所述水与所述水生大型植物接触，并且其中所述水生大型植物促进了所述水中所述污染物水平的降低；(b)利用固体吸附剂从所述壳体外部的空气捕获CO2，其中所述壳体外部的空气具有小于800ppm的CO2浓度；以及(c)将捕获的CO2释放到所述壳体内部中，其中所述壳体内部具有比所述壳体外部的空气更高的CO2浓度。在一些实施方式中，所述方法中使用的所述水生大型植物包括凤眼蓝属、紫萍属、槐叶萍属、满江红属、浮萍属、大藻属、心叶或水萍科的成员。在一些实施方式中，所述水生大型植物包括水萍。在一些实施方式中，所述水生大型植物主要由水萍构成。在前述实施方式的任一个中，所述水萍是浮萍属的。在前述实施方式的任一个中，所述壳体包括多个包含所述水生大型植物的竖直布置的排层。在前述实施方式的任一个中，所述方法使用其中每个排层与单独的固体吸附剂流体连通的系统。在前述实施方式的任一个中，所述壳体的表面与所述水体的表面直接接触。在前述实施方式的任一个中，所述壳体外部的空气是室外大气空气。在前述实施方式的任一个中，所述方法使用还包括人造光源的系统。在前述实施方式的任一个中，电源向所述壳体供应功率。在一些实施方式中，所述电源选自太阳能板、风力涡轮机、水力发电机和热能转换器。在前述实施方式的任一个中，所述水体是湖泊、池塘、溪流、河流、运河或水库。在前述实施方式的任一个中，所述水体是农业径流。在前述实施方式的任一个中，所述水被含氮化合物污染。在前述实施方式的任一个中，所述水被含氮化合物污染，所述含氮化合物包括硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂包括阴离子交换材料。在前述实施方式的任一个中，所述释放捕获的CO2的步骤包括润湿所述吸附剂或者使所述吸附剂暴露于增加的湿度。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂包括分布在载体材料上或载体材料中的吸附剂材料。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂包括分布在纸上或纸中的吸附剂材料。在前述实施方式的任一个中，所述固体吸附剂绕着所述吸附剂围绕其旋转的轴线分布，并且所述吸附剂包括第一表面和第二表面，并且所述固体吸附剂相对于所述壳体安置，使得随着所述吸附剂绕着所述轴线旋转，所述第一表面的至少一部分进入所述壳体并且所述第二表面的至少一部分离开所述壳体，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从大气中捕获CO2并处理水的系统，所述系统包括：(a)壳体，其具有包含一个或多个水生大型植物的内部；(b)所述壳体中的进水口开口，其被配置用于允许污水进入所述壳体并接触所述水生大型植物；以及(c)固体吸附剂，其被配置用于捕获所述壳体外部的空气中的CO2并将捕获的CO2释放到所述壳体内部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 US 62/220,718;2016.04.05 US 62/318,575;1.一种用于从大气中捕获CO2并处理水的系统，所述系统包括：(a)壳体，其具有包含一个或多个水生大型植物的内部；(b)所述壳体中的进水口开口，其被配置用于允许污水进入所述壳体并接触所述水生大型植物；以及(c)固体吸附剂，其被配置用于捕获所述壳体外部的空气中的CO2并将捕获的CO2释放到所述壳体内部。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述水生大型植物包括凤眼蓝属、紫萍属、槐叶萍属、满江红属、浮萍属、大藻属、心叶或水萍科的成员。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述水生大型植物包括水萍。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述水生大型植物主要由水萍构成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述壳体包括多个包含所述水生大型植物的竖直布置的排层。6.根据权利要求5所述的系统，其中每个排层与单独的固体吸附剂流体连通。7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述进水口开口被配置用于通过使所述壳体的表面适于直接接触污水的表面而允许所述污水进入所述壳体。8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述系统适于位于室外，使得所述壳体外部的空气是室外大气空气。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，还包括被配置用于向所述水生大型植物提供光的人造光源。10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，还包括无源电源，该无源电源选自太阳能板、风力涡轮机、水力发电机和热能转换器。11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中所述污水是湖泊、池塘、溪流、河流、运河或水库。12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中所述污水是农业径流。13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中所述污染物是含氮化合物。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述含氮化合物是硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐。15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，其中所述固体吸附剂包括阴离子交换材料。16.根据权利要求1-15中任一项所述的系统，还包括湿气控制装置，所述湿气控制装置被配置用于使所述一个或多个固体吸附剂暴露于增加的湿气，该增加的湿气促进从所述一个或多个固体吸附剂释放CO2。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述湿气控制装置包括(1)受控进水口，所述受控进水口被配置用于使受控量的水与所述一个或多个固体吸附剂接触，或者(2)增湿器。18.根据权利要求16所述的系统，其中所述湿气控制装置被配置用于使所述一个或多个固体吸附剂暴露于H2O，该H2O是气体、固体或液体。19.根据权利要求1-18中任一项所述的系统，其中所述固体吸附剂包括分布在载体材料上或载体材料中的吸附剂材料。20.根据权利要求19所述的系统，其中所述载体材料是纸或合成纸。21.根据权利要求1-20中任一项所述的系统，其中(i)所述固体吸附剂绕着一轴线分布，所述吸附剂围绕该轴线旋转；(ii)所述吸附剂包括第一表面和第二表面；以及(iii)所述固体吸附剂相对于所述壳体安置，使得随着所述吸附剂绕着所述轴线旋转，所述第一表面的至少一部分进入所述壳体而所述第二表面的至少一部分离开所述壳体。22.根据权利要求1-21中任一项所述的系统，还包括所述壳体中的开口，所述开口适于允许经处理的水离开所述壳体。23.一种从大气中捕获CO2并处理水的方法，所述方法包括：(a)将包含污染物的水引入一壳体中，该壳体具有含有水生大型植物的内部，使得所述水与所述水生大型植物接触，并且其中所述水生大型植物促进了所述水中的所述污染物水平的降低；(b)利用固体吸附剂从所述壳体外部的空气中捕获CO2，其中所述壳体外部的空气具有小于800ppm的CO2浓度；以及(c)将捕获的CO2释放到所述壳体的所述内部中，其中所述壳体的所述内部具有比所述壳体外部的空气更高的CO2浓度。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述水生大型植物包括凤眼蓝属、紫萍属、槐叶萍属、满江红属、浮萍属、大藻属、心叶或水萍科的成员。25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述水生大型植物包括水萍。26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中所述壳体包括多个包含所述水生大型植物的竖直布置的排层。27.根据权利要求26所述的方法，其中每个排层与单独的固体吸附剂流体连通。28.根据权利要求23-27中任一项所述的方法，其中所述壳体的表面与所述水体的表面直接接触。29.根据权利要求23-28中任一项所述的方法，其中所述壳体外部的空气是室外大气空气。30.根据权利要求23-29中任一项所述的方法，其中所述壳体还包括人造光源。31.根据权利要求23-30中任一项所述的方法，其中一电源向所述壳体供应功率，并且所述电源选自太阳能板、风力涡轮机、水力发电机和热能转换器。32.根据权利要求23-31中任一项所述的方法，其中所述水体是湖泊、池塘、溪流、河流、运河或水库。33.根据权利要求23-32中任一项所述的方法，其中所述水体是农业径流。34.根据权利要求23-33中任一项所述的方法，其中所述污染物是含氮化合物。35.根据权利要求34所述的方法，其中所述含氮化合物是硝酸盐、亚硝酸盐或铵盐。36.根据权利要求23-35中任一项所述的方法，其中所述固体吸附剂包括阴离子交换材料。37.根据权利要求23-36中任一项所述的方法，其中所述释放捕获的CO2的步骤包括润湿所述吸附剂或者使所述吸附剂暴露于增加的湿度。38.根据权利要求23-37中任一项所述的方法，其中所述固体吸附剂包括分布在载体材料上或载体材料中的吸附剂材料。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述载体材料是纸或合成纸。40.根据权利要求23-39中任一项所述的方法，其中(i)所述固体吸附剂绕着一轴线分布，所述吸附剂围绕该轴线旋转；(ii)所述吸附剂包括第一表面和第二表面；以及(iii)所述固体吸附剂相对于所述壳体安置，使得随着所述吸附剂绕着所述轴线旋转，所述第一表面的至少一部分进入所述壳体并且所述第二表面的至少一部分离开所述壳体；并且其中所述方法还包括使所述吸附剂绕着所述轴线旋转以交替地将所述第一表面和所述第二表面暴露于所述壳体的外部。41.根据权利要求23-40中任一项所述的方法，其中所述壳体还包括一开口，净化的水经过该开口离开所述壳体。42.根据权利要求23-41中任一项所述的方法，其中离开所述壳体的经处理的水中的所述污染物与进入所述壳体的水相比具有至少低10％的浓度。43.根据权利要求23-42中任一项所述的方法，还包括步骤：将所述壳体内部的CO2浓度维持在一水平，在该CO2浓度水平下，所述水萍表现出比所述壳体外部的空气中的水萍的生长或繁殖增加至少2倍的生长速率或繁殖速率。44.根据权利要求43所述的方法，其中所述CO2浓度维持至少2天、或至少3天、或至少4天、或至少5天、或至少7天、或至少10天、或至少14天或至少30天。45.根据权利要求44所述的方法，其中所述水萍的生长速率或繁殖速率至少增加8倍。46.根据权利要求23-45中任一项所述的方法，还包括将所述壳体内部中的CO2浓度维持在至少1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·奥基夫，
申请(专利权)人：碳汇公司，
类型：发明
国别省市：美国,US