减少二氧化碳和空气污染物的方法与流程

1.本发明涉及一种减少二氧化碳和空气污染物的方法，更特别地，涉及一种同时减少二氧化碳和空气污染物的排放的方法，其中含有二氧化碳、so
x
和no
x
的废气通过硫氧化微生物反应器，从而将废气中存在的二氧化碳转化为生物质、将so
x
转化为硫酸根离子，并将no
x
转化为氨基-n。


背景技术：

2.随着世界范围内对温室气体、颗粒物等引起的空气污染的关注度越来越高，以及对颗粒物排放的规定越来越严格，迫切需要采取相应的措施来作出应对。导致气候变化的气体有多种排放途径。温室气体排放的主要因素是化石燃料的燃烧，化石燃料燃烧排放的温室气体占导致气候变化的所有气体的58％。在发电厂等的燃烧装置中，燃烧包括煤炭、例如柴油或煤油的油、液化天然气、泥炭、废弃物等的燃料时会产生含有二氧化碳(co2)等成分的高温工艺气体。由于越来越需要考虑环境影响，已经开发了从工艺气体中去除二氧化碳的各种方法，并且解决导致气候变化的气体的措施集中在减少因化石燃料的燃烧而排放的co2气体的量。
3.关于传统的减少二氧化碳的技术，公开号为2018-0034281的韩国专利申请公开了一种通过硫氧化微生物的代谢反应将二氧化碳转化为有用物质的方法。此外，公开号为2019-0030159的韩国专利申请公开了一种通过将二氧化碳或含有二氧化碳和金属粉尘的废气通过硫氧化微生物反应器来同时减少二氧化碳和含金属粉尘的方法，其中使用二氧化碳作为碳源。此外，公开号为wo 2011/056183a1的国际专利申请公开了一种使用化能自养微生物将二氧化碳和/或其他无机碳源化学合成固定为有机化合物的生物化学方法。
4.然而，除了二氧化碳之外，空气污染物中的硫氧化物(so
x
)和氮氧化物(no
x
)也是需要减少排放的成分。硫氧化物是硫(s)的氧化物的统称，主要包括so2(二氧化硫)和so3(三氧化硫)。两者都是硫或含硫燃料燃烧时产生的，但一般情况下，so2含量最多，约占废气的95％。硫氧化物可能会导致哮喘患者和儿童的呼吸系统问题，而且它能很好地溶解于水，形成硫酸，这是形成酸雨的主要原因。另一种成分氮氧化物(no
x
)，是燃料在高温下燃烧时大气中的氮与氧发生反应产生的，偶尔也会由土壤或水中的微生物或通过闪电产生。氮氧化物与大气中的挥发性有机化合物(voc)反应形成臭氧，溶解在水蒸气中因此形成酸雨，并刺激眼睛和呼吸器官。
5.因此，需要一种能够通过使二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物全都减少来解决由于温室气体和颗粒物而引起的环境问题的创新技术。
6.因此，本发明人为解决上述问题做出了很大努力，并因此确定当含有二氧化碳和空气污染物的废气直接通过硫氧化微生物培养箱时，微生物利用废气中的二氧化碳作为碳源，so
x
溶解于水中，被氧化并转化为硫酸根离子(sulfate ion)，并且no
x
被提供到反应器的氧气氧化，被溶解，成为微生物的氮源并转化为氨基-n(amino-n)，从而同时减少二氧化碳和空气污染物的排放，有效解决因温室气体和颗粒物引起的环境问题，从而完成本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种能够同时减少工业领域产生的二氧化碳和空气污染物的方法。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种减少二氧化碳和空气污染物的方法，其包括使含有选自二氧化碳、so
x
和no
x
中的至少一种的废气通过硫氧化微生物反应器(sulfur-oxidizing microorganism reactor)。
具体实施方式
9.除非另有定义，否则本说明书中使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。一般而言，本说明书中使用的术语在本领域中是众所周知和常用的。
10.在本发明中，证实了当含有二氧化碳和空气污染物的废气直接通过硫氧化微生物培养箱时，微生物利用废气中的二氧化碳作为碳源，so
x
溶解于水中，被氧化并转化为硫酸根离子，no
x
被供应到反应器的氧气氧化，被溶解，成为微生物的氮源，并转化为氨基-n，从而同时减少二氧化碳和空气污染物的排放，解决因温室气体和颗粒物引起的环境问题。
11.因此，本发明的一方面涉及一种减少二氧化碳和空气污染物的方法，其包括使含有选自二氧化碳、so
x
和no
x
中的至少一种的废气通过硫氧化微生物反应器。
12.在本发明中，含有选自二氧化碳、so
x
和no
x
中的至少一种的废气通过硫氧化微生物反应器，由此微生物利用废气中的二氧化碳作为碳源，硫氧化物(so
x
)溶解于水中，被氧化并转化为硫酸根离子，氮氧化物(nox)被供应到反应器的氧气氧化，被溶解，用作微生物的氮源，并转化为氨基-n。
13.本发明中，硫氧化微生物反应器或用于产生硫酸的微生物反应器是一种在其中选择性地使用二氧化碳作为碳源并在含硫培养基中培养硫氧化微生物的反应器。
14.在此，硫氧化微生物可以是使用还原硫(reduced sulfur)作为能量源并使用二氧化碳作为碳源来生长的微生物。
15.在本发明中，硫氧化微生物可以是选自以下细菌中的至少一种：嗜酸硫杆菌属(acidithiobacillus)、硫杆菌属(thiobacillus)、硫球菌属(thiosphaera)、嗜热丝菌属(thermothrix)、贝日阿托菌属(beggiatoa)、硫辫菌属(thioploca)、枝硫菌属(thiodendron)、硫细菌属(thiobacterium)、大单胞菌属(macromonas)、无色菌属(achromatium)、硫螺菌属(thiospira)、硫碱微菌属(thioalkalimicrobium)和硫碱螺旋菌属(thioalkalispira)，以及例如硫化叶菌属(sulfolobus)和酸菌属(acidianus)的古生菌(archaea)。
16.在本发明中，微生物的更具体示例如下：
17.a.嗜酸硫杆菌属(acidithiobacillus)：氧化硫嗜酸硫杆菌(acidithiobacillus thiooxidans)、艾伯坦嗜酸硫杆菌(acidithiobacillus albertensis)、喜温嗜酸硫杆菌(acidithiobacillus caldus)、acidithiobacillus cuprithermicus、acidithiobacillus ferridurans、acidithiobacillus ferrivorans或氧化亚铁嗜酸硫杆菌(acidithiobacillus ferrooxidans)；
18.b.硫杆菌属(thiobacillus)：脱氮硫杆菌(thiobacillus denitrificans)；
19.c.硫球菌属(thiosphaera)：泛养硫球菌(thiosphaera pantotropha)；
20.d.嗜热丝菌属(thermothrix)：伴硫嗜热丝菌(thermothrix thiopara)；
21.e.贝日阿托式菌属(beggiatoa)：白色贝日阿托氏菌(beggiatoa alba)、beggiatoa leptomitoformis；
22.f.硫辫菌属(thioploca)：thioploca araucae、thioploca chileae、英格利辫硫菌(thioploca ingrica)、施氏辫硫菌(thioploca schmidlei)；
23.g.枝硫菌属(thiodendron)：thiodendron latens；
24.h.硫细菌属(thiobacterium)：thiobacterium bovistum；
25.i.大单胞菌属(macromonas)：macromonas bipunctata；
26.j.无色菌属(achromatium)：草酸无色菌(achromatium oxaliferum)；
27.k.硫螺菌属(thiospira)：维氏硫螺菌(thiospira winogradskyi)；
28.l.硫碱微菌属(thioalkalimicrobium)：嗜气硫碱微菌(thioalkalimicrobium aerophilum)、thioalkalimicrobium cyclicum；
29.m.硫碱螺旋菌属(thioalkalispira)：微需氧硫碱螺旋菌(thioalkalispira microaerophila)；
30.n.硫化叶菌属(sulfolobus)：硫磺矿硫化叶菌(sulfolobus solfataricus)；
31.o.酸菌属(acidianus)：下层酸菌(acidianus infernus)。
32.在本发明中，废气可能由发电厂、石油厂、垃圾焚烧厂或钢铁厂在工艺过程中产生，并可以进一步包括空气中的颗粒物质。
33.在下文中，将提供优选实施例以帮助理解本发明，但对于本领域技术人员而言显而易见的是：以下实施例仅用于说明本发明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行各种改变和修改。应当理解，这样的改变和修改落入所附权利要求的范围内。
34.[实施例]
[0035]
实施例1：硫氧化微生物的预培养
[0036]
将含有1g/l(nh4)2so4、0.5g/l mgso4·
7h2o、250mg/l cacl2·
2h2o、3g/l kh2po4、10mg/l feso4·
7h2o以及10g/l硫粉的50ml培养基置于100ml烧瓶中，并将1ml硫氧化微生物(氧化硫嗜酸硫杆菌e29(acidithiobacillus thiooxidans e29))接种到其中，在培养温度为30℃以及转速为150rpm的摇床培养箱中培养7天，然后用于主培养接种。
[0037]
实施例2：确认so
x
和no
x
的减少
[0038]
比较组：将1600ml水置于3l培养箱中，然后在30℃的温度和800rpm的搅拌速率下评估so
x
和no
x
的量是否被水减少。对应于与对照组相同的条件，通过在以0.5/天的稀释率供应淡水的同时回收产物，保持1600ml的工作体积。在此，供应的气体由95ccm的混合气体(30％的co2、200ppm的so
x
、200ppm的no
x
以及余量的n2)和890ccm的空气组成。通过每小时一次的废气分析对so
x
和no
x
的量进行分析。
[0039]
对照组：将含有1g/l(nh4)2so4、0.5g/l mgso4·
7h2o、250mg/l cacl2·
2h2o、3g/l kh2po4、10mg/l feso4·
7h2o以及10g/l硫粉的1600ml培养基置于3l培养箱中，然后将50ml预培养液接种于其中，接着在ph为3.5、温度为30℃、搅拌速率为800rpm下分批培养(batch culture)4天，然后在以0.5/天的稀释率加入具有相同组成的新鲜培养基的同时连续培养回收产物。在此，供应的气体由95ccm的混合气体(30％的co2、200ppm的so
x
、200ppm的no
x
和
余量的n2)以及890ccm的空气组成。通过每天一次或两次的废气分析来对so
x
和no
x
的量进行分析。
[0040]
由下表1可以显而易见地确认比较组和对照组中都有95％以上的so
x
被去除，比较组中的no
x
几乎没有被去除，而对照组中的no
x
减少了45％。对照组初始接种时微生物浓度为4.2
×
107个细胞/毫升，连续培养时微生物浓度为8.5
×
109个细胞/毫升。可以发现，通过固定作为唯一碳源的co2可以增加微生物的生物量。
[0041]
[表1]
[0042][0043]
工业适用性
[0044]
根据本发明，基于将废气中所含的co2用作碳源，将经氧化溶解的no
x
用作氮营养源的原理，减少二氧化碳和空气污染物的方法在同时减少二氧化碳和空气污染物的排放方面是有效的。
[0045]
尽管已经参照具体特征详细描述了本发明，但对于本领域技术人员显而易见的是，该描述只是对本发明的优选实施方案的描述，并不限制本发明的范围。因此，本发明的实质范围将由所附权利要求及其等同方案来限定。