CN100535099C - 生物光合反应堆生产微藻的装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物光合反应堆生产微藻的装置及工艺，在透明光合温室中，安装至少一个透明密闭循环管道单元，每个密闭循环管道单元包括至少一层平行排放彼此相同的密闭式循环管道，密闭循环管道由高聚能稀土转光材料制成光合温室是由高聚能稀土转光材料制成的转光板或转光膜，在密闭循环管道中放养小球藻，能充分利用自然光照，避免杂菌、微生物的侵入和环境对微藻悬浮液的污染，有效的控制温度和二氧化碳的添加，生产的小球藻高产量、高洁净。

Description

生物光合反应堆生产微藻的装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种放养微藻的装置及工艺，特别涉及一种利用生物光合反应堆生产微藻的装置及工艺。
背景技术
目前，国内外普遍采取露天开放池放养微藻，类似于经营鱼塘，藻的悬浮生长体与外界环境直接接触，不容易控制最适中的工艺参数，露天开放池的水面与外界频繁地进行热量交换。外界的大气不仅一年四季，而且每天都有剧烈地变化；尤其是干旱沙漠地区，早晚的温差多达十几度。因此，目前世界上的许多微藻生产装置，每到低温季节，产量大减，有的不能生产。在一天之中，产量也伴随温度的变化起伏不定。藻类生长过程中，吸收大量的CO2，因此要进行CO2施肥。在开放池系统中，很大部分的CO2将白白浪费，起不到应有的效果。CO2施肥困难。
开放池生产的水面蒸发也是一个不可忽视的因素，在缺水的干旱区，对水的珍惜利用，是无废弃工艺的构成部分。开放池生产无法控制生产要素而受制于自然条件，这样，就根本无法进行工业化的全天候周年生产。开放池生产工艺中，耗水量大、微藻的收取，既耗费能量，又要使用大量的劳力，给生产的集约管理造成困难。
已知的露天开放池微藻生产装置，水体的深度多半小于1米，大多数在50公分左右。生长期间，微藻在水体的表层集聚成层，使光照不能穿射到下层水体，因而，水体的深处见不到光照；在水体流动和有搅拌的情况下，当微藻密度加大后，悬浮体的遮蔽使深层的水体依然有严重的遮蔽现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够充分利用自然光照，能够避免杂菌、微生物的侵入和环境对微藻悬浮液的污染，有效的控制温度和二氧化碳的添加的生物光合反应堆生产微藻的装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种生物光合反应堆生产微藻尤其是小球藻的工艺。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，在透明光合温室中，安装至少一个光合反应透明密闭循环管道单元，每个密闭循环管道单元包括至少一层平行排放彼此相同的密闭循环管道，每层密闭循环管道的管路进口与进水口、二氧化碳源、微藻悬浮液槽相连，出口与微藻悬浮液槽，微藻悬浮液槽与微藻收集器和氧气收集器相连，所述密闭循环管道由高聚能稀土转光材料制成，所述光合温室是由高聚能稀土转光材料制成的转光板或转光膜。
所述密闭循环管道的高聚能稀土转光材料包括高聚能稀土硅硼玻璃、高聚能稀土转光高分子材料，光合温室的高聚能稀土转光材料包括高聚能稀土转光高分子材料。高聚能稀土转光高分子材料包括透明稀土转光聚氯乙稀、透明稀土转光聚丙烯。
所述的高聚能稀土转光高分子材料的稀土离子独特的外层电子结构，使得其在形成有机或无机化合物后，容易吸收近紫外光的激发，因而发射出相应于中心离子的可见荧光发射。稀土转光材料，是利用有机配体对紫外光的高吸收、稀土离子的高发光效率，并把稀土有机配合物分散到透明高分子材料中研制而成的，从而具有荧光转换发光功能。稀土转光材料可以将太阳光中对微藻生长不利的紫外光(约占阳光总辐射量的7％)的绝大部分转变为微藻光合作用能直接利用的红橙光，提高微藻的光合效率。
光合温室是根据沙漠戈壁地区特殊的光热条件，按照升温快，保温好，受光强的原则设计的，光合温室直接面向太阳，形成高聚能受光体；光合温室受光体内，每层密闭循环管道由U型管道和直管连接组成平行排放、彼此相通的密闭循环管道，多层密闭循环管道组成一个光合反应立体循环结构单元。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，光合温室上安装通风口、供暖阀、光敏元器件和温度传感器。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，光合温室内安装二极管光源，二极管光源由光敏开关控制。日出时，光合温室内二极管光源自动熄灭，密闭循环管道内微藻悬浮液利用自然光进行光合作用；日落时，光敏开关自动启动二极管光源，密闭循环管道内微藻悬浮液利用人工光源进行光合作用，在无自然光条件下有效促进生物的光合作用，实现二十四小时运行，节能高效。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，密闭循环管道置于循环水槽或循环水管道中，以循环水的温度调节管道的温度，实际操作中，为节省成本，仅将部分密闭循环管道置于循环水槽或循环水管道中，即可达到调节循环管道温度的作用。密闭循环管道上装有温度传感器，循环水与光合温室的控温系统联合调节密闭循环管道的温度。
通过进口泵向密闭循环管道中加藻种、水，得到微藻悬浮液，关闭水源，持续通二氧化碳，微藻在充满悬浮液的密闭循环管道和悬浮液槽中循环流动生长。待微藻悬浮液中微藻细胞密度达到一定值后，将微藻悬浮液槽接通微藻收集器，离心分离收取产品藻泥，所得的水相返回到密闭循环管道中稀释微藻悬浮液，稀释后的微藻悬浮液继续在密闭循环管道、微藻悬浮液槽中循环流动，微藻继续光合作用生长。
一种应用上述生物光合反应堆生产微藻的装置生产微藻的工艺，在透明光合温室中的密闭循环管道中放养小球藻，密闭循环管道内小球藻悬浮液处于湍流状态，流速为1m/s，小球藻的光合反应的光反应和暗反应瞬间交替。密闭循环管道内各层之间，小球藻悬浮液微团作不规则的横向掺混，相应地，流场内任何一点处的流速大小和方向作不规则的脉动，从而，保持管道内的小球藻悬浮液周而复始地运动，促成阳光辐射能的充分利用，促进细胞壁和溶液处于物流的积极交换状态。湍流条件不间断地改善小球藻悬浮液化学环境条件，小球藻体内也加强液态状对流，加速和活化光合作用。湍流加快小球藻悬浮液的传热和传质速度，其效应是加强、增快光合作用效率。湍流促进交换的过程，保证小球藻藻生命体新陈代谢活力和潜能得以充分发挥。
本发明所述的生物光合反应堆生产微藻的工艺，密闭循环管道内小球藻悬浮液的温度为8-39℃。
本发明所述的生物光合反应堆生产微藻的工艺，密闭循环管道内小球藻悬浮液的细胞密度OD值为0.5-3.5时，收集小球藻。
本发明所述的生物光合反应堆生产微藻的工艺，分离小球藻后所得的水相返回密闭循环管道中，或更换部分新鲜水后返回密闭循环管道中，继续用于微藻的生产，收集的水相含有生物活性物质，作为无污染的生物营养液，可以作为动物的液体饲料或植物的液体肥料。
本发明所述的生物光合反应堆生产微藻装置及工艺，具有如下优点和效果：
1、避免了开放式结构设备的液面直接与大气接触，避免了杂菌，微生物的侵入和环境对悬浮液的污染，尤其是风沙、飞虫、飘落尘埃等。
2、可保证产品质量的稳定和产量的稳定，通过自动化控制技术可以精确控制产品所需的物理和化学的参数，便于产业化生产和现代化企业的管理。
3、本发明的密闭循环管道，没有水分的蒸发，分离小球藻后的水相循环利用，节约水资源，尤其适用于荒漠地区。
4、本发明的装置，采用循环管道多层排列放养微藻，形成立体循环结构单元，相比较开放池，单位面积上的微藻受光面积大大增加，能充分利用阳光资源，提高光合效率
5、本发明的装置，采用多层立体循环管道结构，占地面积小，节约土地资源。
6、本发明的工艺为全效益工艺，在生产微藻的过程中无任何废弃物产生，无污染排放，并且消耗二氧化碳，释放氧气，能够净化空气，所得的小球藻产品为生物营养物质，分离小球藻后所得的水相，含有生物活性物质，作为无污染的生物营养液，可以作为动物的液体饲料或植物的液体肥料。
7、本发明的装置简单可靠，造价低廉，使用维护修理简易。
附图说明
图1是本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置的实施例示意图
图2是本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置的一个密闭循环管道单元实施例的正视图
图3是本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置的一个密闭循环管道单元实施例的俯视图
1-循环管道  2-光合温室  3-循环水槽  4-微藻悬浮液槽
5-进口泵  6-循环管道单元  7-二极管光源
具体实施方式
实施例1
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，透明光合温室2是由透明稀土转光聚丙烯制成的转光膜，光合温室2直接面向太阳，形成高聚能受光体。光合温室2内安装四个密闭循环管道单元6，每个密闭循环管道单元6包含三层相互平行的单独循环的密闭循环管道，每层密闭循环管道包含六条相互水平平行的转光硅硼玻璃直管，直管由U型转光硅硼玻璃管道连接，彼此相通，管路进口安装进口泵5，与水源、二氧化碳源和微藻悬浮液槽4相连，管路出口与微藻悬浮液槽4相连，微藻悬浮液槽4与微藻收集器和氧气收集器相连，微藻收集器通过管式离心机分离微藻。每层密闭循环管道构成光合反应水平密闭循环结构层。
稀土转光硅硼玻璃和透明稀土转光聚丙烯能将太阳光中对微藻生长不利的紫外光的绝大部分转变为微藻光合作用能直接利用的红橙光，通过本发明的装置的光照质量，进而提高微藻的光合效率。
光合温室2的受光外壳顶部和侧面安装电动百叶通风口和供暖阀，由光敏元器件与温度传感器组成的电脑室温控制系统，控制室温在适宜微藻生长的范围内。密闭循环管道置于循环水槽3中，以循环水的温度调节管道的温度。密闭循环管道上装有温度传感器，循环水与光合温室的控温系统联合调节循环管道的温度。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，光合温室内二极管光源7，二极管光源7由光敏开关控制。日出时，光合温室内二极管光源7自动熄灭，循环管道内微藻悬浮液利用自然光进行光合作用；日落时，光敏开关自动启动二极管光源7，密闭循环管道内微藻悬浮液利用人工光源进行光合作用，在无自然光条件下有效促进生物的光合作用，实现二十四小时运行，节能高效。
通过进口泵5向循环管道1中加微藻种、水，得到微藻悬浮液，关闭水源，持续通二氧化碳，微藻悬浮液在密闭循环管道1、微藻悬浮液槽4中循环流动生长。待微藻悬浮液中微藻细胞密度达到一定值后，微藻悬浮液槽接通微藻收集器，离心分离收集产品藻泥，所得的水相返回到密闭循环管道中稀释微藻悬浮液，稀释后的微藻悬浮液继续在密闭循环管道1和微藻悬浮液槽4中循环流动，微藻继续光合作用生长。分离藻泥后的水相，或更换部分新鲜水后返回密闭循环管道中，继续用于形成微藻悬浮液，用于微藻的光合作用生产，收集的水相含有生物活性物质，作为无污染的生物营养液，可以作为动物的液体饲料或植物的液体肥料。
密闭式循环管道单元6和光合温室2两部分通过自动化控制系统整合为统一的微藻光合反应系统。
本发明的生物光合反应堆生产微藻的装置，采用光合温室和密闭式循环管道系统，能够充分利用大片的荒漠空间和阳光资源，避免了杂菌等微生物的侵入和环境对悬浮液的污染，生产高洁净的微藻，并且能够有效的控制的生产微藻的工艺参数，提高微藻的产量。
实施例2、
同实施例1所述的生物光合反应堆生产微藻的装置，所述的密闭循环管道由透明聚丙烯(PVC)制成。
实施例3
一种应用实施例1或2所述的生物光合反应堆生产微藻的装置生产小球藻的工艺，在透明光合温室中的密闭循环管道中放养小球藻，通过进口泵5向密闭循环管道1中加入6吨水(平均每个循环单元1.5吨)和小球藻种，形成微藻悬浮液，关闭水源，通过进口泵5向管道中通二氧化碳，并通过泵控制密闭循环管道内小球藻悬浮液处于湍流状态，流速为1m/s。小球藻悬浮液在密闭循环管道内进行光合作用，生长繁殖，并且通过进口泵5的控制，在密闭循环管道和微藻悬浮液槽之间循环流动，通过循环水槽3和光合温室2的温度控制系统，控制密闭循环管道内小球藻悬浮液的温度为8℃，温度低于8℃时，小球藻的生长缓慢或停止生长。待密闭循环管道内小球藻悬浮液的细胞密度OD值为0.5时收集小球藻液，小球藻悬浮液槽中的液体进入小球藻收集器，离心分离得到小球藻泥。分离小球藻泥后的6吨水相，全部返回密闭循环管道，或收集其中的1吨，然后向剩余的5吨中添加1吨新鲜的水后再返回密闭循环管道，稀释的小球藻形成小球藻悬浮液，进行下一轮的生长繁殖，收集的水相含有生物活性物质，作为无污染的生物营养液，可以作为动物的液体饲料或植物的液体肥料。
实施例4
同实施例3所述的生产小球藻的工艺，控制循环管道内小球藻悬浮液的温度为39℃，温度高于39℃时，小球藻生长缓慢或死亡。待循环管道内小球藻悬浮液的细胞密度OD值为3.5时，收集小球藻。
实施例5
同实施例3所述的生产小球藻的工艺，控制循环管道内小球藻悬浮液的温度为30℃，待密闭循环管道内小球藻悬浮液的细胞密度OD值为2时，收集小球藻。

Claims (3)

1、生物光合反应堆生产微藻的装置，其特征是，在透明光合温室(2)中，安装至少一个透明密闭循环管道单元(6)，每个密闭循环管道单元(6)包括至少一层平行排放彼此相同的密闭式循环管道(1)，部分密闭循环管道(1)置于循环水槽或循环水管道中，每层密闭循环管道(1)的管路进口与水源、二氧化碳源、微藻悬浮液槽(4)相连，出口与微藻悬浮液槽(4)相连，微藻悬浮液槽(4)与微藻收集器和氧气收集器相连，所述密闭循环管道(1)由稀土转光硅硼玻璃或透明稀土转光聚丙烯制成；所述光合温室(2)是由透明稀土转光聚丙烯制成的转光板或转光膜，光合温室(2)上安装通风口、供暖阀、光敏元器件和温度传感器，光合温室(2)内安装二极管光源。
2、一种应用权利要求1所述的生物光合反应堆生产微藻的装置生产微藻的工艺，其特征是，在光合温室(2)中的密闭循环管道中放养小球藻，密闭循环管道(1)内小球藻悬浮液处于湍流状态，流速为1m/s，且密闭循环管道(1)内小球藻悬浮液的温度为30℃。
3、根据权利要求2所述的生物光合反应堆生产微藻的工艺，其特征在于，密闭循环管道(1)内小球藻悬浮液的细胞密度OD值为0.5-3.5时，收集小球藻。
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