一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置的制作方法

1.本发明涉及碳中和领域，特别是涉及一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置。


背景技术：

2.碳中和(carbon neutrality)，是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。在很多工业生产中会产生大量含有二氧化碳的废气，直接排放会造成温室效应。因此需要对工业废气中的二氧化碳进行脱除，这也是实现碳中和的重要手段。
3.常用的工业二氧化碳废气处理主要有物理填埋，化学吸收和生物处理三类方法。物理填埋对地壳潜在影响危害未能排除；常用的化学吸附试剂选择性小，腐蚀性大，应用设备复杂。物理和化学方法的这些潜在不利因素，正限制他们的广泛应用。作为维持地球圈碳循环的重要缓冲阀，以微藻为代表光合作用生物，能快速吸收二氧化碳；为我们解决尾气中碳排放，利用提供了很好的思路。微藻处理工业二氧化碳废气一来可以将二氧化碳经光合作用转化为氧气和糖，二来可以促进微藻成长，用于制药、食品、动物养殖等。但是现有利用微藻对二氧化碳进行处理的技术，一般都是将二氧化碳通入柱形培养容器，然后进行光合作用，这样导致：一、微藻重叠得不到足够的光照，光合作用效率下降；二、二氧化碳浓度越来越低导致，光合作用效率下降。因此，现有技术对含二氧化碳的废气处理效率不高。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置，旨在提高对二氧化碳的处理效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置，所述装置包括：微藻培养容器，所述微藻培养容器为窄高平铺式容器，所述微藻培养容器的高小于0.2m，所述微藻培养容器的底面与水平面相平行且所述底面的面积大于2m2，所述微藻培养容器的顶面相对于所述水平面倾斜设置且在所述水平面上的投影与所述底面相重合，用于光源入射的所述顶面为透明且具有预设透光性能的材质构成；所述底面设置有用于通入二氧化碳的阵列微孔，所述阵列微孔与二氧化碳预备室相连接，所述二氧化碳预备室与第一管道相连接，所述第一管道用于通入二氧化碳；所述顶面的倾斜顶端连接有排气口，所述排气口通过第二管道与装载有氧气吸附剂的氧气吸附箱相连接，所述氧气吸附箱连接至所述第一管道；
6.所述装置还包括控制模块，控制模块用于：
7.打开所述阵列微孔将所述二氧化碳通入所述微藻培养容器；其中，所述二氧化碳为工业废气经过多重过滤后获得的，所述二氧化碳进入所述微藻培养容器中经微藻光合作用产生氧气，所述氧气和残余的所述二氧化碳通过所述排气口进入所述氧气吸附箱，经氧
气吸附剂吸收氧气，残余的所述二氧化碳进入所述第一管道构成循环。
8.可选的，所述装置还包括：多重过滤器，所述多重过滤器与所述第一管道进行连接；
9.所述多重过滤器，用于过滤所述工业废气，获得所述二氧化碳。
10.可选的，所述装置还包括：设置在所述氧气吸附箱与所述第一管道连接处的第一气体速率传感器和设置在所述多重过滤器与所述第一管道连接处的第二气体速率传感器；
11.所述第一气体速率传感器，用于检测所述氧气吸附箱向所述第一管道的第一排气速率；
12.所述第二气体速率传感器，用于检测所述多重过滤器向所述第一管道的第二排气速率。
13.可选的，所述控制模块具体还包括：通气速率控制单元；
14.所述通气速率控制单元，用于根据所述第一排气速率，调整所述第二排气速率，以保证所述第一管道向所述微藻培养容器中通入所述二氧化碳的速率维持在预设范围内。
15.可选的，所述装置还包括：微藻采集器，所述微藻采集器与所述微藻培养容器相连接；
16.所述微藻采集器，用于响应于所述微藻成熟，对所述微藻进行采集。
17.可选的，所述阵列微孔均为单向气阀，具有允许所述二氧化碳进入所述微藻培养容器，不允许微藻培养容器中的液体或气体进入二氧化碳预备室的特性。
18.可选的，所述微藻为厌氧型微藻且具有耐高温特性。
19.本发明的有益效果：1、本发明通过微藻培养容器的底面设置有用于通入二氧化碳的阵列微孔，阵列微孔与二氧化碳预备室相连接，二氧化碳预备室与第一管道相连接，第一管道用于通入二氧化碳；顶面的倾斜顶端连接有排气口，排气口通过第二管道与装载有氧气吸附剂的氧气吸附箱相连接，氧气吸附箱连接至第一管道。本发明提供的装置通过这样的结构，使二氧化碳进入微藻培养容器进行光合作用产生氧气，而未被吸收残余的二氧化碳则和光合作用产生的氧气沿着排气口通过第二管道进入氧气吸附箱，氧气吸附箱将氧气吸附，残余的二氧化碳进入第一管道，从而形成二氧化碳的循坏。因为第一管道中不断通入二氧化碳(包括进入循坏的二氧化碳和新通入的二氧化碳)从而保证微藻培养容器中的微藻有足够的二氧化碳可以进行光合作用，相较于现有技术不会因为二氧化碳浓度的减少导致对二氧化碳处理的效率降低。2、本发明实施例的微藻培养容器为窄高平铺式容器，微藻培养容器的高小于0.2m，微藻培养容器的底面与水平面相平行且底面的面积大于2m2，微藻培养容器的顶面相对于水平面倾斜设置且在水平面上的投影与底面相重合，用于光源入射的顶面为透明且具有预设透光性能的材质构成。本发明采用窄高平铺式容器，可以有效的增大微藻与光的接触面，顶面透明且透光性能好，这二者可以使得微藻能够得到充足的光照，增强光合作用，加快二氧化碳的处理效率。3、本发明在顶面的倾斜顶端连接有排气口。这样一来可以保证微藻培养容器中的气体(二氧化碳与氧气)沿顶面的倾斜向朝倾斜顶端流动，使气体更加容易排出微藻培养容器，二来保证了排气管道不会阻挡光照。二者共同作用可以进一步的加强光合作用，加快对二氧化碳的处理。4、本发明通入微藻培养容器采用阵列微孔，可以保证二氧化碳充分与微藻进行接触，加强光合作用。5、本发明通过设置在氧气吸附箱与第一管道连接处的第一气体速率传感器和设置在多重过滤器与第一管道连接
处的第二气体速率传感器获得第一排气速率和第二排气速率，再根据第一排气速率，调整第二排气速率，以保证第一管道向微藻培养容器中通入二氧化碳的速率维持在预设范围内。这样可以有效保证二氧化碳的通入速度不大于二氧化碳的消耗速度，保持二氧化碳浓度的同时也有效维持了二氧化碳循环的均衡。综上，本发明通过使微藻平铺增大光照面积和二氧化碳循环保持二氧化碳浓度有效的增强了微藻的光合作用，提高对工业废气中二氧化碳的处理效率。
附图说明
20.图1是本发明一具体实施例提供的一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置的结构示意图；
21.图2是本发明一具体实施例提供的二氧化碳和氧气在利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置中的流向示意图。
具体实施方式
22.本发明公开了一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
23.经申请人研究发现：现有利用微藻对工业废气中的二氧化碳进行处理的方法具有以下缺点：一、向微藻培养容器通入二氧化碳后，都是等待二氧化碳消耗到一定程度再补充，导致二氧化碳浓度下降，光合作用效率下降。二、培养容器多为长柱形，导致微藻层层堆叠，部分微藻无法得到充足光照，光合作用效率下降。不管是第一点还是第二点，都会导致光合作用效率下降，从而使二氧化碳的吸收效率下降。
24.因此，本发明实施例提供了一种利用微藻实现碳中和的工业废气处理装置，如图1和图2所示，该装置包括：微藻培养容器1，微藻培养容器1为窄高平铺式容器，微藻培养容器1的高小于0.2m，微藻培养容器1的底面3与水平面相平行且底面3的面积大于2m2，微藻培养容器1的顶面2相对于水平面倾斜设置且在水平面上的投影与底面3相重合，用于光源入射的顶面2为透明且具有预设透光性能的材质构成；底面3设置有用于通入二氧化碳的阵列微孔4，阵列微孔4与二氧化碳预备室5相连接，二氧化碳预备室5与第一管道6相连接，第一管道6用于通入二氧化碳；顶面2的倾斜顶端连接有排气口7，排气口7通过第二管道8与装载有氧气吸附剂的氧气吸附箱9相连接，氧气吸附箱9连接至第一管道6。
25.该装置还包括控制模块，控制模块用于：
26.打开阵列微孔4将二氧化碳通入微藻培养容器1。
27.其中，二氧化碳为工业废气经过多重过滤后获得的。本发明实施例提供的装置气体流向图如图2所示，图2中实线箭头为二氧化碳流向图，虚线箭头为氧气流向图。二氧化碳进入微藻培养容器1中经微藻光合作用产生氧气，氧气和残余的二氧化碳通过排气口7进入氧气吸附箱9，经氧气吸附剂吸收氧气，残余的二氧化碳进入第一管道6构成循环。
28.需要说明的是，微藻是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类群体。微
藻通常是指含有叶绿素a并能进行光合作用的微生物的总称，属于原生生物的一种。应用生物技术进行大量培养或生产的微藻分属于4个藻门：蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。微藻可以进行光合作用来处理工业废气中的二氧化碳。阵列微孔4如图1和图2所示进行均匀排布，以大部分微藻能够接触到二氧化碳，以此提供足够氧气增强光合作用。
29.可选的，在本发明实施例中微藻为厌氧型微藻且具有耐高温特性。
30.采用厌氧型微藻是因为通入的是工业废气过滤后的二氧化碳气体，其二氧化碳纯度高且含氧量极低。耐高温特性是因为工业废气一般都会具有较高的温度，不耐高温的微藻很难生存。
31.可选的，在一具体实施例中，微藻培养容器1的顶面2采用玻璃或者聚氯乙烯等透明且具有高透光性能的材料。透明与高透光性能可以保证微藻培养容器1中的微藻得到充足的光照。
32.可选的，在一具体实施例中，当微藻培养容器1的高于底面3面积采用同级别单位时(例如米和立方米)；其高与底面3面积的比值不大于十分之一时，均可以认为是窄高平铺式容器。这样的结构当光从顶面2对微藻进行照射时，可以增大微藻培养容器1中的微藻与光的接触面，从而增强光合作用。本发明实施例同样适用于大型窄高平铺式容器。
33.可选的，装置还包括：多重过滤器，多重过滤器与第一管道6进行连接；
34.多重过滤器，用于过滤工业废气，获得二氧化碳。
35.需要说明的是，工业废气中除了含有二氧化碳外还含有其它有害气体，可能会对微藻造成损害，因此需要对其进行过滤去除其它有毒有害气体。不仅可以保证微藻不受损害，同时也减少了有毒有害气体对环境的污染。
36.可选的，装置还包括：设置在氧气吸附箱9与第一管道6连接处的第一气体速率传感器和设置在多重过滤器与第一管道6连接处的第二气体速率传感器；
37.第一气体速率传感器，用于检测氧气吸附箱9向第一管道6的第一排气速率；
38.第二气体速率传感器，用于检测多重过滤器向第一管道6的第二排气速率。
39.采用第一气体速率传感器和第二气体速率传感器对排气速率进行检测，是为了避免排气速率太快导致装置内气体循环崩溃，比如吸收二氧化碳明显小于排入二氧化碳导致装置内升压甚至损坏。
40.可选的，控制模块具体还包括：通气速率控制单元；
41.通气速率控制单元，用于根据第一排气速率，调整第二排气速率，以保证第一管道6向微藻培养容器1中通入二氧化碳的速率维持在预设范围内。
42.需要说明的是，以第一排气速率与第二排气速率进的和进入二氧化碳的速率应该不大于微藻光合作用消耗二氧化碳的速率。
43.可选的，装置还包括：微藻采集器，微藻采集器与微藻培养容器1相连接；
44.微藻采集器，用于响应于微藻成熟，对微藻进行采集。
45.具体的，微藻采集器设置在微藻培养容器1下方，当微藻成熟时，微藻培养容器1将容器中的液体排入微藻采集器。由微藻采集器实现微藻与培养液之间的分离，收获微藻，培养液循环利用。
46.值得一提的是，成熟微藻具有广泛的应用领域，如美容与化妆品、营养保健食品、饵料与饲料等。
47.可选的，阵列微孔4均为单向气阀，具有允许二氧化碳进入微藻培养容器1，不允许微藻培养容器1中的液体或气体进入二氧化碳预备室5的特性。
48.需要说明的是，述阵列微孔4均为单向气阀可以保证不发生液体逆流情况，导致损坏本发明实施例提供的装置。
49.本发明实施例通过微藻培养容器1的底面3设置有用于通入二氧化碳的阵列微孔4，阵列微孔4与二氧化碳预备室5相连接，二氧化碳预备室5与第一管道6相连接，第一管道6用于通入二氧化碳；顶面2的倾斜顶端连接有排气口7，排气口7通过第二管道8与装载有氧气吸附剂的氧气吸附箱9相连接，氧气吸附箱9连接至第一管道6。本发明实施例提供的装置通过这样的结构，使二氧化碳进入微藻培养容器1进行光合作用产生氧气，而未被吸收残余的二氧化碳则和光合作用产生的氧气沿着排气口7通过第二管道8进入氧气吸附箱9，氧气吸附箱9将氧气吸附，残余的二氧化碳进入第一管道6，从而形成二氧化碳的循坏。因为第一管道6中不断通入二氧化碳(包括进入循坏的二氧化碳和新通入的二氧化碳)从而保证微藻培养容器1中的微藻有足够的二氧化碳可以进行光合作用，相较于现有技术不会因为二氧化碳浓度的减少导致对二氧化碳处理的效率降低。本发明实施例实施例的微藻培养容器1为窄高平铺式容器，微藻培养容器1的高小于0.2m，微藻培养容器1的底面3与水平面相平行且底面3的面积大于2m2，微藻培养容器1的顶面2相对于水平面倾斜设置且在水平面上的投影与底面3相重合，用于光源入射的顶面2为透明且具有预设透光性能的材质构成。本发明实施例采用窄高平铺式容器，可以有效的增大微藻与光的接触面，顶面2透明且透光性能好，这二者可以使得微藻能够得到充足的光照，增强光合作用，加快二氧化碳的处理效率。本发明实施例在顶面2的倾斜顶端连接有排气口7。这样一来可以保证微藻培养容器1中的气体(二氧化碳与氧气)沿顶面2的倾斜向朝倾斜顶端流动，使气体更加容易排出微藻培养容器1，二来保证了排气管道不会阻挡光照。这二者都可以进一步的加强光合作用，加快对二氧化碳的处理。本发明实施例通入微藻培养容器1采用阵列微孔4，可以保证二氧化碳充分与微藻进行接触，加强光合作用。本发明实施例通过设置在氧气吸附箱9与第一管道6连接处的第一气体速率传感器和设置在多重过滤器与第一管道6连接处的第二气体速率传感器获得第一排气速率和第二排气速率，再根据第一排气速率，调整第二排气速率，以保证第一管道6向微藻培养容器1中通入二氧化碳的速率维持在预设范围内。这样可以有效保证二氧化碳的通入速度不大于二氧化碳的消耗速度，保持二氧化碳浓度的同时也有效维持了二氧化碳循环的均衡。综上，本发明实施例通过使微藻平铺增大光照面积和二氧化碳循环保持二氧化碳浓度有效的增强了微藻的光合作用，提高对工业废气中二氧化碳的处理效率。
50.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实
施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
52.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。