CN101701180B - 一种微藻规模化养殖供气系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微藻规模化养殖供气系统。本发明的供气系统该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、高效过滤器、光生物反应器、连接管道、阀门等组成。管道包括主气管道、支气管道、微孔管，主气管道贯穿整个系统，支气管道连接各个光生物反应器，微孔管位于光生物反应器内，采气装置安装在主气管道上；阀门包括进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀等；采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。利用本发明的供气系统，可以有效提高微藻细胞的生物量，大大降低微藻养殖过程中的污染，可以用于连续和半连续利用细胞工程培养微藻，开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。

Description

一种微藻规模化养殖供气系统

技术领域

本发明涉及微藻养殖生物技术领域，具体地说是一种在微藻细胞培养过程中给微藻规模化养殖供气的系统。

背景技术

自然界中有数以万计的微藻资源，它们分布于地球的每个角落，从陆地到海洋，从沙漠到草原，从淡水到温泉，都有微藻的存在和繁衍，它们能够适应不同的温度、湿度和营养生境，正因如此，微藻在种质、生态分布、遗传信息、生化合成、代谢途径等方面具有出多样性、复杂性和特殊性，进一步决定了其且在的营养和药学价值，人类可以从中开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。

但是，自然界中存在的微藻高度混杂和分散，并没有大量单一种类的微藻可以直接收集，因此，开发微藻资源需要通过光生物反应器来养殖。

目前国际上，微藻规模化人工养殖采用的光生物反应器有：管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器等等，但是以往的养殖方式只关注光生物反应器的形状、结构、体积、表面积、体积与表面积的比例，光照、温度、pH值等培养参数的控制，很少关注给光生物反应器供气的系统，因此，造成供气系统与光生物反应器间不匹配，消耗大量的电力、管材，气体供应量不足，气体的利用率低，微藻细胞光合作用效率低，有机物积累缓慢，呼吸速率低，藻体内能量得不到充分释放，藻细胞生长繁殖速率低，生物量增值慢，生产周期长，微藻养殖规模发展慢。

微藻的养殖以实现经济价值为目的，生产实践中在不增加反应器数量、体积、供气系统配置的前提下，提高供气气体的流量，增加气体的利用率，增大单位体积内微藻的生物量，可以缩短培养的时间，节约生产成本，提升微藻细胞培养效率，将成为微藻生物技术规模化发展中的关键核心技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服微藻规模化培养过程生物量小、气体供应量小、气体利用率低、供气系统与光生物反应器间不匹配的问题，提供一种微藻规模化养殖供气系统，为微藻规模化养殖提供技术支撑。

本发明结合生产实践经验的基础上，通过不断试验，成功的构建了采气、加热、冷却、过滤、供气等一种供气系统，为微藻规模化养殖提供技术支撑。

本发明的技术方案为：

该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、高效过滤器、光生物反应器、连接管道、阀门组成；管道包括主气管道、支气管道、微孔管，主气管道贯穿整个系统，支气管道连接各个光生物反应器，微孔管位于光生物反应器内，采气装置安装在主气管道上；阀门包括进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀，进气管阀安装在主气管道上，位于采气装置前端，出气管阀安装在主气管道上，位于采气装置后端，泄压阀安装在主气管道上，排污阀安装在气液分离器底部，支气管阀安装在支气管道上；采气装置、冷凝器、气液分离器、高效过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。

采气装置至少由两套构成，可以实现微藻养殖过程中连续性供气。进气管阀前端设有初效过滤器。在采气装置与冷凝器间装有管道式加热器。气液分离器与过滤器间装有去雾器。光生物反应器的类型为：管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器。光生物反应器内设有微孔管。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

1、本发明的供气系统，移动运输、安装连接、拆卸维修等操作方便，占地面积小。

2、本发明的采气装置两端安装有控制阀门，任何一台采气装置在维修保养的过程中不会影响其它采气装置的正常供气。

3、本发明供气系统产生气体，经过微米级的微孔管道排出，气液间的接触面积增大，气体利用率增加，而且总气压和气流量可以减小，节约电力和采气装置的费用投入。

4、本发明供气系统给光生物反应器内微藻供热，由原来的外部传导供热改为气体直接加热。

5、本发明供气系统给光生物反应器内微藻降温，由原来的外部传导降温改为气体直接降温。

6、经采气装置出来的气体在过管道加热器，可以进行瞬间高温灭菌，为微藻规模化养殖提供无菌气体。

7、本发明供气系统提供的气体经过气液分离器、去雾器处理，成为干燥洁净的气体。

8、本发明的供气系统安装在光生物反应器的下方，根据流体力学的规律，由下往上放输送气体，减小气体与管壁间摩擦力。

9、本发明供气系统设置在离光生物反应器最近的位置，管道、阀门和附属设施布局简洁、流畅、整齐，减小气压和气流量的损耗。

附图说明

图1是本发明的给微藻规模化养殖供气的系统结构示意图。

图中，1-初效过滤器；2-主气管道；3-进气管阀；4-采气装置；5-出气管阀；6-泄压阀；7-压力表；8-管道式加热器；9-管道式冷凝器；10-气液分离器；11-排污阀；12-去雾器；13-(高效)过滤器；14-支气管阀；15-支气管；16-微孔管；17-光生物反应器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具体结构如下：

给微藻规模化培养供气的系统主要由采气装置4、冷凝器9、气液分离器10、高效过滤器13、光生物反应器17以及连接管道、阀门等组成。管道包括主气管道2、支气管道15、微孔管16，主气管道2贯穿整个系统。采气装置至少由两套构成，可以实现微藻养殖过程中连续性供气。在采气装置与冷凝器间装有管道式加热器8，气液分离器10与高效过滤器13间装有去雾器12。光生物反应器的类型为：管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器，光生物反应器17内设有微孔管16。采气装置4安装在主气管道2上，支气管15连接各个光生物反应器17；阀门包括进气管阀3、出气管阀5、支气管阀14、泄压阀6、排污阀11，进气管阀3安装在主气管道2上，位于采气装置4前端，出气管阀5安装在主气管道2上，位于采气装置4后端，泄压阀6安装在主气管道2上，排污阀11安装在气液分离器10和去雾器12底部，支气管阀14安装在支气管道15上。初效过滤器1位于进气管阀3前端，出气管阀5后端主气管道上分别依次安装管道式加热器8、管道式冷凝器9、气液分离器10、去雾器12、高效过滤器13，压力表7安装在泄压阀6前端主气管道上，光生物反应器17设置在主气管道末端。

为了落实上述方案，选择柱状光生物反应器和一套供气系统为代表，说明微藻规模化养殖供气的系统结构组成。

具体应用实例：

在离柱状光生物反应器最近距离内，平整3-4平方的土地，按图1方式安装系统。

首先，供气系统的主管道全采用Φ200黑色PE管、镀锌管，控制阀为Φ200涡轮阀、Φ20PE球阀，初效过滤器、高效过滤器、管道式冷凝器、管道式加热器、气液分离器、去雾器、压力表均可采用市售产品。

在初效过滤器的后端，安装2套出气管阀5后方的主气管道2上，同样安装一套并排的采气装置，若供气系统在运行过程中其中一套采气装置需要进行停机休息、维护、保养、检修，也不会影响给光生物反应器的正常供气。

其次在整个系统全部安装完毕后，通入臭氧，进行系统消毒，保持系统的无菌状态。

最后，利用上述供气系统给微藻(以红球藻为代表)养殖供气，具体过程如下：

1、柱状光生物反应器17内接入雨生红球藻，每个柱状光反应器的体积为0.2吨，高度为1.5米。

2、开启采气装置4，气体通过初效过滤器1，滤掉大颗粒的杂质，进入采气装置。

3、气体经采气装置后加压，流速加快，流量增大，根据压力7表显示数据，逐步关闭泄压阀6，调节到0.02-0.05Mpa的压力。

4、气体经过管道加热器8进行瞬间高温灭菌，杀灭气体中的杂藻、细菌、真菌、原生动物，提高气体洁净度，而且可以给雨生红球藻和培养液内部直接加温，提高能源的利用率。

5、高温气体经过管道式冷凝器9，气温可以降低。若光生物反应器内雨生红球藻和培养溶液因阳光照射温度过高，可以将经过管道冷凝器9的气体进行低温冷却，低温气体在雨生红球藻和培养液内部直接降温，给雨生红球藻提供适宜温度。

6、气体又进入气液分离器10和水雾分离器12，气温降低后，气体内部产生水滴和水雾，通过两个分离器处理，除去水分，成为洁净干燥的气体，可以保护高效过滤器的精度及使用寿命。

7、气体通过高效过滤器13后，被管道加热器杀死的原生动物、真菌、细菌、其他藻类的死体被挡住，出来气体彻底变为无菌且洁净度更高气体。

8、最后无菌气体经Φ20支气管道15进入光生物反应器17，通过微米级的微孔管道16，分解为直径达微米级的微小气泡，溶解于雨生红球藻的培养溶液，为雨生红球藻生长代谢提供氧气或二氧化碳气体，气体利用率得到提高。

9、供气系统在运行过程中，随时检查气液分离器、水雾分离器，若有水分则通过排污阀11排出。

实施结果表明，本发明利用流体力学中流体的规律，近距离由下往上供气，减小气体与管壁间的摩擦力，保持总气压和流量最大化，气体经过初效、高温、高效处理，成无菌气体，减少污染，利用微米级的微孔管道排入培养液，气体的利用率增大，培养效率提高，节约培养时间。所以在不增加光生物反应器的数量和体积、供气系统配置的前提下的前提下，利用本发明的供气系统，可以有效提高微藻细胞的生物量，大大降低微藻培养污染，可以用于连续和半连续细胞工程培养，为开发微藻生物资源提供实际的技术支撑，开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。

Claims (6)

1.一种微藻规模化养殖供气系统，其特征在于：该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器、连接管道、阀门组成；管道包括主气管道、支气管道、微孔管，主气管道贯穿整个系统，支气管道连接各个光生物反应器，微孔管位于光生物反应器内，采气装置安装在主气管道上；阀门包括进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀，进气管阀安装在主气管道上，位于采气装置前端，出气管阀安装在主气管道上，位于采气装置后端，泄压阀安装在主气管道上，排污阀安装在气液分离器底部，支气管阀安装在支气管道上；采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。

2.根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统，其特征在于采气装置至少由两套构成，可以实现微藻养殖过程中连续性供气。

3.根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统，其特征在于在采气装置与冷凝器间装有管道式加热器。

4.根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统，其特征在于气液分离器与过滤器间装有去雾器。

5.根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统，其特征在于光生物反应器的类型为：管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器。

6.根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统，其特征在于进气管阀前端设有初效过滤器。

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