[发明专利]一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法

说明书

本发明涉及了一种微藻养殖和工业废气脱硝的联合方法，该方法包括：养殖微藻的步骤；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；用碱性残液/有机亚砜乳液或水/有机亚砜乳液吸收工业废气中的NOx，并为微藻养殖过程提供氮源的步骤。采用本发明的方法，既可以保证微藻正常生长，又可以解决工业废气排放中的脱硝问题。

技术领域

本发明涉及微藻养殖领域和工业废气脱硝领域。

背景技术

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，这两种方法的成本较高，并且均将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。美国专利US6881243B1公开了一种利用有机亚砜/水乳液吸收NOx的方法，该方法能够避免亚硝酸分解，通过将其氧化成硝酸，然后与氨水中和，最终可获得硝铵肥料。目前，有关废气脱硝的研究工作主要集中在改进脱硝工艺本身方面，比如简化工艺步骤、循环利用物料、将NOx转化成有用的产品等。

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。

不论是用水吸收NOx，还是用碱液吸收NOx，吸收液中都必然会存在大量的NO₂^-。NO₃^-是公知的自然界中无机氮的主要存在形式，几乎可以被所有的微藻同化吸收，然而自然界中NO₂^-的含量通常是很低的，并且是公知的毒物，相当多的微藻不能够代谢NO₂^-。将NOx转化成合适的存在形式是一种可考虑的解决方案，如中国专利CN102061261B公开了一种利用燃煤电厂烟气养殖微藻的方法，该方法将NOx转化成硝铵并将其作为氮肥提供给微藻，然而大多数微藻不能适应高浓度的铵盐溶液，因此该方法的应用会受到一定的限制。

发明内容