CN102586075B - 自清洁型管式光生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自清洁型管式光生物反应器，包括进气结构、排气结构和透明套管，所述透明套管的两端均设有与其密封连接的法兰，所述透明套管一端的法兰上设有进液口，所述透明套管另一端的法兰上设有排液口，所述透明套管内设有螺旋轴，所述螺旋轴被支承在所述透明套管两端的法兰上，且一端连接有驱动装置；所述透明套管上设有与其中心线平行的轨道，所述轨道上装有T型滑块，所述T型滑块上固定有清洁头，所述清洁头适配地装在所述螺旋轴的螺旋槽内。本发明具有自动清洁功能，能够控制微藻的贴壁生长，能够强化光生物反应器中的传热传质，快速调节光生物反应器中的培养环境，有利于室外的扩大培养，提高微藻生产量，扩大单位光照面积。

Description

自清洁型管式光生物反应器
技术领域
本发明涉及一种管式光生物反应器，特别是涉及一种自清洁型管式光生物反应器。
背景技术
微藻在光自养培养过程中可固定大量CO2，地球上生物每年通过光合作用可固定8×1010t碳，生产14.6×1010t生物质，其中一半以上应归功于藻类光合作用。将CO2注入微藻，通过光合作用转化为生物燃油，是近十余年来在可再生能源领域的重大突破。光生物反应器微藻培养装置，通过可循环光合作用，实现微藻油脂的连续合成，为微藻油脂高通量生产奠定基础。
传统的光生物反应器大致可以分成四类：跑道池、管式光生物反应器、平板式光生物反应器和气升式光生物反应器。但是不同类型的光生物反应器在存在某些优点的同时，也存在明显的缺点，请见下表。
Figure BDA0000130536100000011
上述不同类型光生物反应器的缺点，限制了微藻的扩大化培养，因此开发新型的高密度、低廉高效、适用于扩大培养的光生物反应器成为微藻生物柴油技术的关键。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种自清洁型管式光生物反应器。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种自清洁型管式光生物反应器，包括进气结构、排气结构和透明套管，所述透明套管的两端均设有与其密封连接的法兰，所述透明套管一端的法兰上设有进液口，所述透明套管另一端的法兰上设有排液口，所述透明套管内设有螺旋轴，所述螺旋轴被支承在所述透明套管两端的法兰上，且一端连接有驱动装置；所述透明套管上设有与其中心线平行的轨道，所述轨道上装有T型滑块，所述T型滑块上固定有清洁头，所述清洁头适配地装在所述螺旋轴的螺旋槽内。
所述螺旋轴的螺旋外缘上固定有清洁块，所述清洁块与所述透明套管的内壁接触。
所述进气结构包括设置在所述螺旋轴上的中空通道，所述中空通道上设有进气口，所述进气口与所述驱动装置分设在所述螺旋轴的两端；所述螺旋轴上设有与所述中空通道相通的径向导流孔。
所述排气结构包括设置在所述透明套管上的排气槽，所述排气槽与所述透明套管的中心线平行，所述排气槽上设有与所述透明套管固接的罩体，所述罩体上设有排气口。
本发明具有的优点和积极效果是：
1)通过采用在透明套管内设置螺旋轴，并在螺旋轴上设置清洁部件的结构，使其在微藻培养的过程中，微藻难以附着，无法贴壁生长，实现了自清洁的功能。
2)进一步地，通过采用在螺旋轴上设中空通道和径向导流孔的结构，气体通过中空通道和径向导流孔直接均匀地分散到光生物反应器内部，该通气方法一方面使通过螺旋轴上径向导流孔排出的气体冲刷螺旋轴表面，达到微藻难以在螺旋轴表面附着生长的目的，另一方面可配合螺旋轴的转动加强反应器中微藻、培养基、空气的混合，达到强化传热传质的作用。
3)另外本发明也考虑到了气液分离问题，通过采用在透明套管上形成排气通道的结构，可以及时地将废气和溶解氧排出，使整个系统中减少了独立的气液分离装置。
综上所述，本发明具有自动清洁功能，能够控制微藻的贴壁生长，能够强化光生物反应器中的传热传质，快速调节光生物反应器中的培养环境，有利于室外的扩大培养，提高微藻生产量，扩大单位光照面积。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图。
图中：1、透明套管；2、螺旋轴；3、排气口；4、径向导流孔；5、法兰；6、排液口；7、进气口；8、清洁块；9、轨道；10、进液口；11、驱动装置；12、T型滑块；13、清洁头，14、排气槽，15、罩体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图2，一种自清洁型管式光生物反应器，包括透明套管1，所述透明套管1的两端均设有与其密封连接的法兰5，所述透明套管一端的法兰5上设有进液口10，所述透明套管另一端的法兰5上设有排液口6，
所述透明套管1内设有螺旋轴2，所述螺旋轴2被支承在所述透明套管两端的法兰5上，且一端连接有驱动装置11，所述螺旋轴2的螺旋外缘上固定有清洁块8，所述清洁块8与所述透明套管1的内壁接触；
所述透明套管1上设有与其中心线平行的轨道9，所述轨道9上装有T型滑块12，所述T型滑块上固定有清洁头13，所述清洁头13适配地装在所述螺旋轴的螺旋槽内。
在所述螺旋轴上设有中空通道，所述中空通道上设有进气口7，所述进气口7与所述驱动装置11分设在所述螺旋轴2的两端；所述螺旋轴2上设有与所述中空通道相通的径向导流孔4。
在所述透明套管1上设有排气槽14，所述排气槽14与所述透明套管1的中心线平行，所述排气槽14上设有与所述透明套管1固接的罩体15，所述罩体15上设有排气口3。
透明套管1的外径为100～200mm，扩大培养阶段，透明套管长度可视所培养的微藻周期和培养液流速的不同而确定，透明套管的厚度为5～15mm，材料为透光性好的树脂材料；螺旋轴2的直径为30～60mm，中空通道内径为10～20mm，螺距为4～10倍的直径，材料为树脂材料。
在应用过程中，过滤后的空气经螺旋轴上的进气口7和导流孔4进入光生物反应器内部，通过在过滤空气中直接混入酸性气体CO2或碱性气体NH3直接对培养液的pH进行控制，溶解氧以及未吸收的CO2等气体则由排气口3排出。螺旋轴2的转动由驱动装置11带动，驱动装置可根据培养微藻的种类、光照强度、培养液流动速度等因素调整螺旋轴转动的启停和转速。培养液由进液口10进入光生物反应器，反应后的培养液由排液口6排出。
在光生物反应器需要清洁时，只需要将装有清洁头的T型滑块12装在轨道9上，通过螺旋轴的转动即可带动T型滑块和清洁头沿着轨道作业，对光生物反应器内部进行清理。对反应器内部的清理，能够延长反应器的使用周期，降低工作强度，减少能量消耗，提高工作效率。
使气体通过中空通道和径向导流孔直接均匀地分散到光生物反应器内部，能够使微藻更充分地接触气体，同时使进入反应器的气体可冲刷螺旋轴表面，加强螺旋轴表面的流体流动，减小微藻贴壁生长的可能性，本发明中的气体供给方式不仅增大了流体的扰动，而且可配合螺旋轴的转动，有效地增加单位CO2接触面积和氧气的析出。
在光照强度比较高的季节和地区进行微藻的培养容易使微藻产生光抑制和光饱和，在本发明中可以通过调节驱动装置的转速和培养液的流速来调节微藻的光暗比，以此改善微藻的培养环境。
光生物反应器的培养温度由恒温水调控，整个反应器是浸入到水池中，对于水池的水的温度调节，可引入海水，利用海水温差变化小的特点，维持培养环境的温度。在技术可行的情况下也可将此系统引入海中培养，较少土地的占用面积；可以和热电厂、制药厂相结合，利用工厂低品位的废热，来控制培养环境的温度；可以结合地热优势，利用地热供暖或发电的废热，来控制培养环境的温度。
为结合实际情况和节能减排的要求，本发明不采用内置光源和人工光源，整个培养过程均使用自然光。
本发明是基于扩大培养微藻而设计的光生物反应器，但是在实验室小规模培养时可对实际情况进行模拟处理，如在实验室模拟阶段可采用太阳光模拟器对实验管段进行照射；微藻培养液的pH值由安装在光生物反应器上的pH器进行控制；由恒温水槽提供恒温水。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种自清洁型管式光生物反应器，包括进气结构、排气结构和透明套管，所述透明套管的两端均设有与其密封连接的法兰，所述透明套管一端的法兰上设有进液口，所述透明套管另一端的法兰上设有排液口，
其特征在于，所述透明套管内设有螺旋轴，所述螺旋轴被支承在所述透明套管两端的法兰上，且一端连接有驱动装置；
所述透明套管上设有与其中心线平行的轨道，所述轨道上装有T型滑块，所述T型滑块上固定有清洁头，所述清洁头适配地装在所述螺旋轴的螺旋槽内；
所述螺旋轴的螺旋外缘上固定有清洁块，所述清洁块与所述透明套管的内壁接触；
所述进气结构包括设置在所述螺旋轴上的中空通道，所述中空通道上设有进气口，所述进气口与所述驱动装置分设在所述螺旋轴的两端；所述螺旋轴上设有与所述中空通道相通的径向导流孔；
所述排气结构包括设置在所述透明套管上的排气槽，所述排气槽与所述透明套管的中心线平行，所述排气槽上设有与所述透明套管固接的罩体，所述罩体上设有排气口。
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