CN102408982B - 光生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光生物反应器，包括：藻液池；弧形顶板，所述弧形顶板设置在所述藻液池的上方，所述弧形顶板布置成第一端比第二端高；和泵，所述泵将所述藻液池中的藻液泵送到所述弧形顶板的第一端，使得所述藻液从所述弧形顶板的第一端沿着整个弧形外表面流向位置较低的第二端，并从所述弧形顶板的第二端回流到所述藻液池中，从而实现藻液的循环培养。本发明还包括藻液池外部的一个反光板，此反光板的作用是通过反光板和弧形顶板内部的反光材质将自然光反射至藻液池中，以便在自然光照不充足的情况下对藻液池进行补光。

Description

光生物反应器
技术领域
本发明涉及光生物培养技术领域，尤指一种光生物反应器。
背景技术
近年来，国际市场能源价格突飞猛进，许多国家将粮食产品用于燃料的生产，进而成为导致粮价飞涨的一个重要因素。据统计，2007年全球用于生产燃料的粮食超过了1亿吨，而2009年美国1/4的粮食用于生产汽车燃料。使用植物原料生产车用燃料存在着一系列问题：一是是否适合当地气候，实现高产稳产；二是种植过程中产生的土地资源紧缺的问题以及由此引起的其他农作物价格上涨的问题。特别在我国人多地少的情况下，这些问题尤为突出。传统的生物燃料生产方法有待于更新。
微藻作为生产生物能源物质的新原料，能够利用阳光进行光合作用，并能利用CO2作为其生长的原料，产生的油脂可以直接合成生物燃料，同时还能起到CO2减排和固定回收利用的作用。与其他植物相比，微藻生产油脂的速度快，在经济与时间成本上具有很大的竞争力，而且某些特殊藻种的含油量可达到80％。同时其占地面积小，因此也不存在与其他农作物争地的问题。另外微藻还含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸、多种生理活性物质，都是具有很高附加值的产品。
目前规模化生产微藻可行的方法之一即为使用开放式跑道池反应器，具有结构简单，操作容易，成本低廉等特点。早在二十世纪五十年代，就已经有人将跑道池用于大量培养微藻。
传统的跑道池反应器是占地面积为1000～5000m2，培养液深度为15cm的环形浅池。以自然光为光源和热源，靠叶轮转动的方式使培养液于池内混合、循环，防止藻体沉淀并提高藻体细胞的光能利用率，可通入空气或CO2气体进行鼓泡或气升式搅拌。
传统的跑道池反应器大多采用敞开式培养方式，单纯依靠叶轮的搅拌并不能达到很好的光利用率，且CO2利用效率低，培养温度也无法控制。
发明内容
本发明提供一种光生物反应器，用以解决现有技术中存在的光利用效率低的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种光生物反应器，包括：藻液池；弧形顶板，所述弧形顶板设置在所述藻液池的上方，所述弧形顶板布置成第一端比第二端高；和泵，所述泵将所述藻液池中的藻液泵送到所述弧形顶板的第一端，使得所述藻液从所述弧形顶板的第一端沿着整个弧形外表面流向位置较低的第二端，并从所述弧形顶板的第二端回流到所述藻液池中，从而实现藻液的循环培养。
在本发明的一个优选实施例中，为了防止藻液从弧形顶板的侧部流出，将所述弧形顶板的两个侧部边缘向上卷起，从而确保所述藻液不会从弧形顶板的侧部流出，而仅能从弧形顶板的第一端流向第二端。当然，本发明不局限于此，也可以在弧形顶板上方安置与弧形顶板相同形状的密闭式反应器，此反应器可以为软材质也可为硬材质，以保证藻液在弧形顶板上方均匀流淌，不会从侧部流下，且不会因液面薄而产生过多的蒸发。
根据本发明的一个优选实施例，所述藻液池的底部形成有至少两个逐次下降的台阶，从所述弧形顶板的第二端流下的藻液先到达所述藻液池的底部的最高的台阶上，然后沿着各个台阶逐个地往下流到最低的台阶处。
根据本发明的一个优选实施例，所述藻液池的底部形成为倾斜面，所述倾斜面的高度沿从所述第二端向所述第一端的方向逐渐降低。
根据本发明的另一个优选实施例，所述弧形顶板的弧形内表面具有反光层或反光装置，并且所述光生物反应器还包括位于藻液池之外的反光板，所述反光板被布置成将所述藻液池之外的其它区域的光线反射到所述弧形顶板的内表面，并被所述弧形顶板的内表面反射到所述藻液池之中。
根据本发明的另一个优选实施例，所述弧形顶板通过支撑装置支撑在所述藻液池的上方。
根据本发明的另一个优选实施例，所述弧形顶板通过悬挂装置悬挂在所述藻液池的上方。
根据本发明的另一个优选实施例，所述支撑装置包括支撑在所述弧形顶板的第一端的第一支撑杆和支撑在所述弧形顶板的第二端的第二支撑杆。
根据本发明的另一个优选实施例，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆均为空心杆，藻液通过泵经由空心的第一支撑杆输送至弧形顶板的第一端，流至第二端后经由空心的第二支撑杆流回至藻液池中。
根据本发明的另一个优选实施例，所述第一撑杆和/或第二支撑杆的高度能够调节，从而能够调节所述弧形顶板倾斜度或高度。
根据本发明的另一个优选实施例，所述反光板的反射角度能够调节。
根据本发明的另一个优选实施例，所述台阶表面或倾斜面上具有多个突起，以便藻液在藻液池中借助重力作用在台阶表面或倾斜面上流淌时，能够分散均匀流动而不会形成沟流，而且突起还能起到搅拌作用以更加充分地搅拌藻液。
根据本发明的另一个优选实施例，所述突起为线状、点状或柱状。
本发明的光生物反应器包括弧形顶板，并用泵将藻液送到弧形顶板的外表面上，使得藻液能够被充分地搅拌，从而提高光利用效率，而且能够及时排出藻液中产生的氧气，不会抑制微藻的生长速度。
附图说明
图1显示根据本发明的一个优选实施例的光生物反应器的立体结构示意图；
图2显示图1所示的光生物反应器的循环搅拌藻液的过程图；
图3显示反光板对藻液池中的藻液进行补光的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
图1显示根据本发明的一个优选实施例的光生物反应器的立体结构示意图。图2显示图1所示的光生物反应器的循环搅拌藻液的过程图。
如图1和图2所示，光生物反应器主要包括藻液池100、弧形顶板200和泵500。
在图1中，藻液池100为由底部和外围侧壁构成的敞口式藻液池。为了便于定义方向，如图1所示，不妨将藻液池100的长度方向或纵向用字母Y表示，宽度方向或横向用字母X表示，高度方向用字母Z表示。
如图1所示，弧形顶板200设置在藻液池100的正上方，并且弧形顶板200倾斜地布置，如图1所示，弧形顶板200左端200a(第一端)最高，右端200b(第二端)最低。
如图2所示，泵500的入口与藻液池100连通，并从藻液池100中吸入藻液，然后将藻液泵送到弧形顶板200最高的第一端，在重力的作用下，藻液会沿着弧形顶板200的整个弧形外表面流向位置最低的第二端，然后，藻液从弧形顶板200的第二端回流到藻液池100中。这样，就实现了藻液的循环搅拌培养。
在本发明的该优选实施例中，通过使藻液沿弧形顶板200的弧形外表面流动，来实现藻液的充分搅拌，从而提高藻液的光利用效率，提高微藻的生长速度，而且，由于藻液在弧形顶板200的弧形外表面上时液面较薄，可增加其受光率和光利用效率。另外，本发明的该优选实施例还能够及时排出微藻生长过程中产生的氧气，从而不会由于藻液中氧气过多而抑制微藻的生长。
在本发明的一个优选实施例中，为了防止藻液从弧形顶板200的侧部流出，可以将弧形顶板200的两个侧部边缘向上卷起(未图示)，从而确保藻液不会从弧形顶板200的侧部流出，而仅能从弧形顶板200的第一端200a流向第二端200b。当然，本发明不局限于此，也可以在弧形顶板200上方安置与弧形顶板200相同形状的密闭式反应器，此反应器可以为软材质也可为硬材质，以保证藻液在弧形顶板上方均匀流淌，不会从侧部流下，且不会因液面薄而产生过多的蒸发。
请继续参见图1，如图1所示，藻液池的底部被设计成梯田形式。具体地，藻液池100的底部形成有多个逐次下降的台阶，例如两个、三个、四个或更多个。如图1所示，藻液池100的底部的最高的一个台阶(最右边的一个台阶)与弧形顶板200的最低的第二端(右端)相对应，因此，从弧形顶板200的第二端流下的藻液先到达藻液池100的底部的最高的台阶上，然后在重力的作用下沿着各个台阶逐个地往下流到最低的台阶处(最左边的一个台阶)。
尽管未图示，在本发明的一个优选实施例中，各个台阶的表面上分别形成有多个突起，用于进一步搅拌藻液。突起的形状可以为线状、点状或柱状。
在本发明的该优选实施例中，藻液在藻液池内通过重力作用流动时达到充分搅拌均匀以便增加光、空气和CO2利用效率。
图3显示反光板对藻液池中的藻液进行补光的示意图。如图3所示，弧形顶板200的弧形内表面具有反光层(未标示)，该反光层可以通过涂覆反光材料形成。如图1和图3所示，光生物反应器还包括反光板300。
反光板300被倾斜地布置在藻液池100的前方，如图3中的箭头所示，用于将藻液池100前方区域的光线反射到弧形顶板200的内表面，然后，光线再被弧形顶板200的内表面反射到藻液池100之中，从而能够将藻液池100之外的其它区域的光线反射到藻液池100之中，实现对藻液池100中的藻液进行补光的目的。特别是，当光照不足时，可以通过反光板300来增加光照强度，提高光照效率，促进藻液池100中微藻的生长。
如图1所示，在一个优选实施例中，弧形顶板200通过支撑装置支撑在藻液池100的正上方。但是，本发明不局限于此，弧形顶板200也可以通过吊杆等悬挂装置悬挂在藻液池100的正上方。
请继续参见图1，在图示的优选实施例中，支撑装置包括支撑在弧形顶板200的第一端200a的第一支撑杆400a和支撑在弧形顶板200的第二端200b的第二支撑杆400b。
在本发明的一个优选实施例中，第一支撑杆400a和第二支撑杆400b均为空心杆，藻液通过泵500并经由空心的第一支撑杆400a输送至弧形顶板200的第一端200a，流至第二端200b后经由空心的第二支撑杆400b流回至藻液池100中。当然，本发明不局限于此，第一支撑杆400a和第二支撑杆400b也可以是实心的，藻液可以通过额外的管道输送。
在一个优选实施例中，第一支撑杆和第二支撑杆的高度均能调节，例如通过螺纹调节方式，这样，就能够调节弧形顶板200的高度和倾斜度，从而就能够调节藻液从弧形顶板200流到藻液池100的时间。如果弧形顶板200高度越高、倾斜度越小，则藻液从弧形顶板200流到藻液池100的时间就越长，反之相反。但是，需要说明的是，也可以仅调节第一支撑杆和第二支撑杆中一个来调节弧形顶板200的倾斜度。
如图3所示，在本发明的一个优选实施例中，反光板300的反射角度能够自动或手动地调节，这样就能够根据需要调整补光量。例如，当光照强度较弱时，可以将反光板300调节成正好迎着光照光线，从而使得最多的光线补充到藻液池中，以便提高光照强度。相反，如果光照强度较强时，可以将反光板300调节成仅将部分光照光线补充到藻液池中。
在图3所示的实施例中，反光板300为平面反射板。但是，本发明不局限于此，反光板也可以为具有一定聚集功能的弧形反射板。
尽管未图示，藻液池的底部也可以形成为倾斜面，该倾斜面的高度沿从弧形顶板200的第二端200b向第一端200a的方向逐渐降低。
尽管未图示，在本发明的一个优选实施例中，在倾斜面上形成有多个突起，用于进一步搅拌藻液。突起的形状可以为线状、点状或柱状。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (13)

1.一种光生物反应器，包括：
由底部和外围侧壁构成的敞口式藻液池(100)；
弧形顶板(200)，所述弧形顶板(200)设置在所述藻液池(100)的上方，具有沿藻液池纵向(Y)的第一端(200a)和第二端(200b)，并且所述弧形顶板(200)被布置成第一端(200a)比第二端(200b)高；和
泵(500)，所述泵(500)将所述藻液池(100)中的藻液泵送到所述弧形顶板(200)的第一端，使所述藻液从所述弧形顶板(200)的第一端沿弧形外表面流向第二端，并从所述弧形顶板(200)的第二端回流到所述藻液池(100)中，
所述弧形顶板(200)的内表面具有反光装置，所述光生物反应器还包括反光板(300)，通过对反光板(300)的布置，使光线能够反射到所述弧形顶板(200)的内表面，并被所述弧形顶板(200)的内表面反射到所述藻液池(100)之中。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述藻液池(100)的底部形成有高度逐级下降的至少两个台阶，使从所述弧形顶板(200)的第二端流下的藻液先到达所述藻液池(100)的底部的最高的台阶上，然后沿着各个台阶逐级往下流。
3.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述藻液池(100)的底部形成为倾斜面，所述倾斜面的高度沿从所述第二端向所述第一端的方向逐渐降低。
4.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述弧形顶板(200)通过支撑装置被支撑在所述藻液池(100)的上方。
5.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述弧形顶板(200)通过悬挂装置悬挂在所述藻液池(100)的上方。
6.根据权利要求4所述的光生物反应器，其特征在于，所述支撑装置包括支撑在所述弧形顶板(200)的第一端(200a)的第一支撑杆(400a)和支撑在所述弧形顶板(200)的第二端(200b)的第二支撑杆(400b)。
7.根据权利要求6所述的光生物反应器，其特征在于，所述第一支撑杆(400a)和所述第二支撑杆(400b)均为空心杆，藻液通过泵经由空心的第一支撑杆输送至弧形顶板的第一端，流至第二端后经由空心的第二支撑杆流回至藻液池中。
8.根据权利要求6所述的光生物反应器，其特征在于，所述第一支撑杆和/或第二支撑杆的高度能够调节。
9.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述反光板(300)的反射角度能够调节。
10.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述弧形顶板(200)的两个侧部边缘向上卷起，以确保所述藻液不会从弧形顶板(200)的侧部流出。
11.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，所述台阶表面上具有多个突起。
12.根据权利要求3所述的光生物反应器，其特征在于，所述倾斜面上具有多个突起。
13.根据权利要求11或12所述的光生物反应器，其特征在于，所述突起为线状、点状或柱状。
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