CN101665765B - 一种封闭式平推流培养微藻的连续生产装置及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭式平推流培养微藻的连续生产装置及其生产方法，该装置包括至少一个透明培养单元装置，各个培养单元装置顺序排列、上下叠合1至10层平行间隔排列固定在地面或地面框架底座上的相互连通的连续生产装置，单元装置高1-3米，宽2-4米，长5-100米，内设横向中心线隔板，若干个折流板及光照源，套管式搅拌器，CO2微型喷嘴单向出口，沉淀池，超声波沉淀器及自动控制装置。该装置结构独特，操作简单、空间利用率高，成本低，全天候高效封闭式平推流的连续生产装置，可广泛适用于各种微藻特别富油微藻的生产。

Description

一种封闭式平推流培养微藻的连续生产装置及其生产方法
技术领域
本发明涉及微藻培育工程领域，特别是涉及封闭式平推流培养微藻的连续生产装置及其生产方法。
背景技术
微藻类自古至今一直生殖在淡水、海水或咸湖水中，特别是例如众所周知螺旋藻是上世纪六十年代在乍得湖地区发现至今，得到迅速发展，只因为该微藻含丰富的蛋白质和营养成份，被称为浓缩营养宝库，被联合国粮农组织(FAO)推荐为21世纪最理想完美的食品，世界各国纷纷竞相生产，目前世界各国产量在万吨以上。
随着世界各国工业生产迅速发展，能源消耗不断增加，人类生存环境日趋恶化，工业CO2的排放量远远超过地球上植物所吸收的消耗的CO2，造成气候变暖，严重威胁到人类生存环境。然而不可再生的能源如天然气、石油及煤炭资源日趋减少，近年来石油价格飞涨，不得不告诫人们必须寻找可再生的新能源成为世界各国注意的焦点，其中含量富油微藻引起人们特别关注。根据有关调查研究表明，目前使用的石油、天然气正是源自史前的生物物质(包括海藻)，在高热高压条件下形成的，自然界的生物物质的分解过程特别是持续长达百万年之久。我们今天使用的很多石油都起源于200万年前石炭纪，例如北海海底获取的石油沉积物，部分是由一种已经分解的被称为球石藻的海藻组成。今天培养微藻，能在数天内实现，有可能成为未来世界各国开发新能源填补即将耗尽的石油及天然气资源。
目前，世界上培育的微藻(如螺旋藻等)的生产方式仍采用开放式露天大池生产系统进行生产，尽管生产简单，投资低，生产管理技术含量低，但这种生产方式存在诸多缺陷，例如易于生物污染，即来自水源、大气、环境、操作等造成的污染，并受气候条件严重制约，使微藻生产的产品质量及稳定生产带来极其不利影响，特别光照少多雨地区以及具有严冬季节长的地区无法全年正常生产，直接限制了微藻的培养与开发。进入上世纪八十年代以来，世界各国的微藻生产开发商(螺旋藻)及生产工程专家们为了克服上述生产发展的因素，开发多种封闭式培育微藻(如螺旋藻)的装置和方法，例如管道式结构光生物反应器及CN1475558A公开微藻(螺旋藻)的反应器系统，投资大，耗能高，成本高，不易长期工业化生产，至于对含富油微藻的培育装置及生产方法尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在缺陷和不足，开发一种投资低，操作简单，结构独特，空间利用率高，全天候高效封闭式平推流培养(或称培育)微藻的连续生产装置及其生产方法。
本发明提供的封闭式平推流培养微藻的连续生产装置，其特征在于包括至少一个透明培养单元装置(简称单元装置)，各个培养单元装置顺序排列、上下叠合1-10层平行间隔排列固定在地面或地面框架底座上的相互连通的连续生产装置；所述培养单元装置高为1-3米，宽2-4米，长度为5-100米，内设一横向中心线隔板将培养单元装置分成对称两个长方体形，在两个长方体形内分别设有互相对称若干个间隔纵向交叉排列的直立折流板，各相邻的两块折流板一直立边分别与单元装置长的外侧边或中心线隔板相连接，另一直立边分别与中心线隔板或单元装置的长外侧边间隔一定距离构成折流通道，微藻培养液在两个长方体内连续平推流流动通过折流板折流通道呈S形流径；光照源设在相邻折流板折流通道的纵向端边处及与长的外侧边连接端边处，；在两个长方体内平推流流经各相邻两折流板间折流通道前端处设有套管式搅拌器及CO2微型喷嘴单向出口，固定在单元装置的上盖下支撑架上，该上盖上中间处设二个出气(氧气)调节孔，搅拌器轴上等距离相互交叉设有3-5层叶片，每层叶片为3-6片浆式叶片，呈60-120°角，CO2微型喷嘴单向出口分别设在每层搅拌器的套管壁孔处及叶片上，与(单元)装置的CO2供给系统相连接，构成全方位立体均匀搅拌，有效防止微藻沉淀，特别沉淀于壁上及搅拌器管边上，各层叶片的形状可以相同或不同；培养单元装置的一端设折流通道，通道中间处(周定在底上)设有调节泵，根据培养微藻的种类、单元装置尺寸、微藻培养周期等因素通过调节泵来调节单元装置内平推流流速，确保培养周期；另一端设沉淀池，沉淀池中设有超声波沉淀器，促使培养液中产生的微藻连续在沉淀池中沉淀，进行收集送至收集系统经离心去水(回收水返回培养单元装置中)或喷雾干燥得藻粉，或再进行处理产生生物汽柴油油品等；电脑控制系统进行装置的连续生产的自动控制；各装置电器设施与装置电源系统相连，构成统一控制系统，见图1。
本发明提供的封闭式平推流培养微藻的连续生产方法，包括在培养微藻的连续生产装置或培养微藻单元装置中，装入或连续装入接种微藻液或接种微藻营养液，营养液如含有KNO3为0.2-0.4g/L，KH2PO4为0.04-0.88/L及微量生长激素，在CO2存在下连续平推流通过所述装置，培养温度10-40℃，优选20-35℃，PH值为6.8-7.5，在太阳光光照下或光照源(光强度600-7500Lut)光照下迅速繁殖，已培养液在沉淀池中不断沉淀收集微藻送至处理装置，经沉淀后的微藻培养液仍连续进入另一培养单元装置进行培养构成连续生产方法。
按照本发明提供的封闭式培养微藻的连续生产装置及培养微藻的生产方法中，所述微藻包括来自淡水微藻、咸湖水微藻或海水微藻等，例如绿藻、蓝藻、硅藻、红球藻、雨生红球藻或蓝球藻等，优先为富油微藻如蓝球藻、红球藻、雨生红球藻等。接种微藻无需补充新接种微藻液。
本发明微藻培养中微藻所需CO2气体来自电厂或其它CO2源排出经处理除去气体中所含不利于微藻繁殖的杂质气体和微粒(包括粉尘)物质(即符合微藻生长繁殖所要求的CO2的气体)，因为来自电厂的CO2资源丰富，价廉，而且是热的CO2，可通过热CO2或加热CO2来调节培养温度，培养温度一般10-40℃，根据不同微藻采用不同的培养温度。
所述透明单元装置透光材料如采用透光性好的玻璃，加强玻璃如高硼硅加强玻璃，有机玻璃，透明性聚合物材料如透明性聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯或一氧化碳与脂肪不饱和化合物的共聚物等。
在所述培养微藻的连续生产装置中，培养微藻单元装置可以独立单独生产微藻或者多个顺序排列、上下叠合平行间隔排列构成连续生产装置，各个单元装置的氧气排气口(调节孔)都可连接在一个管线上，作回收或放空处理。同时这种排列可充分利用自然太阳光使培养微藻单元装置全方位都处于太阳光照射之下，能充分利用太阳光。与此同时，在太阳光不足的天气及晚间可采用光照源同样能以自然太阳光一样光照使微藻快速繁殖。微藻在正常生长条件下，每0.1-5天即可繁殖一代，微藻可以在太阳光照射下，于接种微藻液中吸收CO2就能迅速繁殖，为了使微藻繁殖更迅速，还可以在接种微藻液中加入营养液如适量KNO3及KH2Po4，微量元素及富油量的生长激素(都是市售产品)。所产述微藻培养单元装置中内设一横向中心线隔板将整个培养单元装置均等分成二个培养单元装置，延长单元装置长度，实际上增加培养时间，有效利用空间，提高培养效率。培养单元装置折流板位置交叉排列可使接种微藻液在单元装置中通过折流通道平行(平推流)呈S形流径，搅拌(装置器)叶片多层交叉排列分布整个空间立体全方面搅拌使接种微藻液全方位湍动而又整体平行流动(平推流流动)达到最大限度促进微藻迅速繁殖生长。在套管及叶片上设有CO2微喷嘴，CO2可通过此微型喷嘴不断向接种培养液中补充CO2，使CO2整个单元装置中培养液均匀充分混合分布均一，CO2分布浓度接近完全相同，有利于微藻繁殖迅速生长。
所述光照源全方位设置在单元装置内，发出类似于自然太阳光源或最适宜微藻生长光源，使整个单元装置空间频率和波长全方位处于类太阳光照下，微藻能吸收到几乎相同于太阳光的光照能量，在相同光照条件下繁殖：由于是套管式光照源它处于管内，避免了光照装置直接接触微藻，产生受局部过热不利于生产繁殖或死亡。
本发明提供的培养微藻的连续生产装置及其生产方法的特点为：
1、培养微藻的生产装置结构独特，操作简单方便，占地面积小，能充分利用太阳光，节省电能，降低生产成本。
2、在连续生产装置中每一个单元生产装置设有中心线隔板及若干个折流板均匀全方位以相同条件下迅速繁殖，没有死角。
3、采用封闭式结构以及能全天侯连续生产完全控制外来环境生物异物的污染，确保微藻能正常迅速繁殖生长。
4、采用电厂的CO2气源和其他CO2源，变废为宝，通过搅拌器套管上设置的CO2喷嘴及叶片上喷嘴使CO2在反应分布均匀，上下浓度均一，并通过此热CO2源能有效调节培养温度确保全天侯的培养温度。
5、本发明的单元装置由于科学合理设计，隔板、折流板及搅拌器独特结构，一出现不利于微藻生长现象，可打开上盖用高压水喷枪极易清洗及进行彻底消毒。
6、本发明的生产装置及方法既可以以培养微藻单元装置进行单独生产，又能多个或上百单元装置顺序排列叠合进行连续生产，连续采集微藻装置，保养维修简单。
7、只要进行一次接种微藻，后续生产无需要再接种微藻。
附图说明
图1为培养微藻单元装置的府视结构示意图
具体实施方案
本发明用下列具体实施方案结合附图进一步说明本发明；但本发明的保护范围并不限于下列具体实施方案。
实施例1
本发明提供的封闭式平推流培养微藻的连续生产装置，包括500个透明培养单元装置1，顺序排列、上下叠合5层平行间隔排列固定在地面框架底座上的相互连通的连续生产装置；培养单元装置高为2米，宽为3米，长度40米内设一横向中心线隔板2将培养单元装置分成对称两个长方体形，在两个长方体形内分别设有互相对称若干个间隔纵向交叉排列的直立折流板3，各相邻的两块折流板一直立边分别与单元装置长的外侧边或中心线隔板相接，另一直立边分别与中心线隔板或单元装置长的外侧边侧边间隔一定距离成折流通道，微藻培养液在两个长方体内连续平推流动通过折流板折流通道呈S形流径；光照源4设在相邻两折流板的纵向端边处及与长的外侧边练接端处，在两个长方体内平推流流径相邻两折流板间折流通道前端中间处设有管套式搅拌器5及单向出口CO2微型喷嘴，固定在单元装置的上盖下支撑架上，上盖没有二氧气排出气调节孔，搅拌器轴上等距离相互交叉设有3层叶片，每层叶片为6个叶片，呈60°角，CO2微型喷嘴单向出口分别设在每层搅拌器的套管壁孔处及叶片上，与单元装置的CO2供给系统相连接，构成全方位立体均匀搅拌，有效防止位在沉淀于壁上及搅拌器管等上，各层叶片的形状相同；在各个培养单元装置的一端，设有折流通道，通道中设有调节泵6来调节平推流流速，另一端为沉淀池7，沉淀池中设有超声波沉淀器8，促使已培养液中产生的雨生红球藻连续在沉淀池中沉淀，进行收集送至收集系统径离心去水(回收水返回培养装置中)或喷雾干燥得藻粉，再进行处理得生物汽柴油油品；电脑控制系统进行装置的连续生产自动控制，见图1。
培养雨生红球藻在上述连续生产装置中，装入或连续装入接种藻液，在来自电厂CO2存在下，连续平推流通过所述装置，培养温度25-35℃，PH为7.0-7.2，在太阳光光照下或光照源光照下迅速繁殖，已培养液在沉淀池中不断沉淀收集雨生红球藻，经过沉淀后的培养液再连续进行培养。
实施例2
实施例2使用装置及步骤相同于实施例1，不同是微藻为蓝球藻。

Claims (2)

1.一种封闭式平推流培养微藻的连续生产装置，其特征在于包括至少一个透明培养单元装置(1)，各个培养单元装置顺序排列、上下叠合1-10层平行间隔排列固定在地面或地面框架底座上的相互连通的连续生产装置；所述培养单元装置高为1-3米，宽为2-4米，长度5-100米，内设一横向中心线隔板(2)将培养单元装置分成对称两个长方体形，在两个长方体形内分别设有互相对称若干个间隔纵向交叉排列的直立折流板(3)，各相邻两块折流板一直立边分别与单元装置长的外侧边或中心线隔板相连接，另一直立边分别与中心线隔板或单元装置长的外侧边间隔一定距离构成折流通道，微藻培养液在两个长方形体形内连续平推流流动通过折流板折流通道呈S形流径；光照源(4)设在相邻折流板的折流通道的纵向两端边处及与长的外侧边连接端边处；在两个长方体形内相邻两折流板间中间折流通道前端处设有套管式搅拌器(5)和CO2微型喷嘴单向出口，固定在单元装置的上盖下支撑架上，在上盖上设二个出气调节孔，搅拌器轴上等距离相互交叉设有3-5层叶片，每层叶片为3-6片浆式叶片，呈60-120°角，CO2微型喷嘴单向出口分别设在每层搅拌器的套管壁孔及叶片上，与单元装置的CO2供给系统相连接，各层叶片的形状可以相同或不同；培养单元装置的一端为折流通道，中间设有调节泵(6)，另一端为沉淀池(7)，沉淀池中设有超声波沉淀器(8)，微藻连续在沉淀池中沉淀浓 聚收集送至收集系统；电脑控制系统，进行装置的连续生产自动控制。
2.一种封闭式平推流培养微藻的连续生产方法，包括在权利要求1的封闭式平推流培养微藻的连续生产装置中，连续装入接种微藻液或接种微藻和营养液在CO2存在下连续平推流通过所述装置，培养温度10-40℃，PH值为6.8-7.5，在太阳光照下或光照源光照下迅速繁殖，已培养微藻液在沉淀池中在超声波沉淀器作用下不断沉淀浓聚收集微藻，送至处理装置，收集过的微藻培养液再连续进入下一个培养微藻单元装置继续培养。 
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