CN104214845A

CN104214845A - 一种微藻氧吧介导的空气净化装置

Info

Publication number: CN104214845A
Application number: CN201410469519.4A
Authority: CN
Inventors: 宋昊; 朱榕璧; 周文广; 阮榕生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-17

Abstract

本发明提供一种既能净化空气和保持空气湿度、又能释放纯净氧气的微藻氧吧介导的空气净化装置，从而确保过滤后的空气新鲜无污染。本发明的技术方案是：一种微藻氧吧介导的空气净化装置，在机壳上开设进风口和出风口，在出风口处安装风扇，在所述机壳内设有1个或多个微藻过滤器，促进微藻光合自养的生长光源，促进微藻生长的水槽和水泵；将微藻引入到中间介质上，通过循环喷淋、生长光源等培养条件的控制，使微藻贴壁成长，从而形成所述微藻过滤器，微藻过滤器设置在进风口到出风口的通道上。

Description

一种微藻氧吧介导的空气净化装置

技术领域

本发明属于家庭、办公及室内公共场所空气净化技术设备领域，特别涉及一种利用微藻氧吧介导的新型空气净化装置的开发。

背景技术

随着社会的发展和科学的进步，人们对生活、办公、公共场所等室内空间的空气质量要求越来越高，特别是近年来中国多地出现的雾霾天气，空气污染日趋严重，严重威胁人们的健康，因此急需开发一种安全、高效的空间环境气体净化装置。一般的空气污染物包括可吸入颗粒物、甲醛、苯系物、挥发性有机化合物（VOCs）、一氧化碳（CO）、臭氧(O₃)、病毒、细菌和真菌以及其他过敏源。当前去除这类空气污染源常用的方法包括：活性炭吸附法、过滤法、光催化法、离子净化法等等。但这些方法均存在着这样或那样的缺陷：例如，活性炭吸附法只能在短时间内吸附一定的细菌、尘土及有害气体，容易饱和，不易再生利用；过滤法对有害气体没有作用，且使用成本高。

微藻作为一种极为重要的光合作用的微生物，具有生长周期短、光合效率高、抗逆性强和吸附强度高等特点，其二氧化碳（CO₂）固定效率为一般陆生植物的10-50倍且能吸附空气中大量悬浮颗粒物、重金属等及保持空气湿度。此外，它还可以吸收转化空气中大量的二氧化碳（CO₂）产生大量氧气，并合成油脂，通过收集加工可提炼成生物柴油，供汽车、火车作为动力燃料，进一步加工还可作为航空燃料，供飞机使用。因此利用微藻的光合效率高、生长速率快、抗逆性强及吸附强度高等特点，进行空气中CO₂和其他有毒有害气体及固体的吸附固定，吸附空气中的其他悬浮物及保持环境湿度，生产大量新鲜氧气等是解决由环境污染、大气温室效应等导致的一系列环境问题非常有前景的一项低成本高效率的新技术，而且在工业废气回收及空气中CO₂浓度及其它污染物控制等方面也具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有空气净化技术及设备的不足，提供一种既能净化空气和保持空气湿度，又能释放纯净氧气的一种微藻氧吧介导的空气净化装置，从而确保过滤后的空气新鲜无污染。

本发明的技术方案是：一种微藻氧吧介导的空气净化装置，在机壳上开设进风口和出风口，在出风口处安装风扇，在所述机壳内设有1个或多个微藻过滤器，促进微藻光合自养的生长光源，促进微藻生长的水槽和水泵；将微藻引入到中间介质上，通过循环喷淋、生长光源等培养条件的控制，使微藻贴壁成长，从而形成所述微藻过滤器，微藻过滤器设置在进风口到出风口的通道上。微藻过滤器可以为1个、2个、3个或3个以上。

上述方案中，所述生长光源设置在微藻过滤器的上方，所述水槽和水泵设置在微藻过滤器的下方。

上述方案中，在所述机壳内、进风口到出风口的通道上还设有：活性炭过滤器、不同孔径滤膜过滤器、UV光过滤器、UV灭菌灭病毒器，选择其中之一或其组合。

上述方案中，所述微藻过滤器的中间介质是网状、条状或中空多孔的结构，其材料包括但不限于：泡沫塑料、麻布、尼龙，铝制、铁制、铜制、不锈钢等金属，纤维素、半纤维素、木质素等可再生材料。

上述方案中，将微藻引入到中间介质上和微藻过滤器形成的步骤包括：(1) 微藻的转接和培养：将生长的微藻藻菌接种至生物反应装置中，在微藻培养基中光照培养，微藻细胞包括对数生长的早期、中期和晚期以及稳定期的前期、中期和晚期的微藻细胞；（2）微藻干粉的制备：将步骤(1)藻液通过物理或化学方法进行浓缩，低温干燥，制成干粉；（3）培养液的制备：取出浓缩培养基，其与水按1:80-200比例稀释，制备成培养液，然后倒入水槽中；（4）微藻过滤器的形成：取出步骤(2)的微藻干粉，按0.1 g微藻干粉加入50-250mL浓缩培养基的比例，将微藻干粉加入到水槽的培养液中，然后打开生长光源，开动水泵，让水槽中微藻干粉和培养液在中间介质上循环喷淋并充分吸附固定到中间介质上，微藻细胞会快速分裂生长，并在中间介质上继续贴壁生长，微藻达到一定浓度后会在光合自养条件下继续生长形成微藻过滤器。

上述方案中，所述步骤(1)的微藻包括但不限于：Chlorella sp.,Cylindrotheca sp., Diatom, Nitzschia sp., Schizochytrium sp.,Dunaliella, Scenedesmus sp.,Nannochloris sp., Chlamydomonas sp., Tetraselmis sp., 或Eudorina sp.。

上述方案中，所述步骤(1)的微藻培养基包括但不限于：BG-11 培养基、F/2 培养基、 Walne 培养基、TAP 培养基或其他任何经过修改的微藻培养基。

上述方案中，所述步骤(1)的微藻培养基还包括市政废水、工业废水或动物粪便等有机液体。

上述方案中，所述步骤(3)浓缩培养基包括：K₂HPO₄·3H₂O 0.01-100g/L，MgSO₄·7H₂O 0.01-100g/L，CaCl₂·2H₂O 0.01-1000g/L，Citric acid 0.01-100g/L，Ferric ammonium citrate 0.01-100g/L，EDTA 0.01-100g/L， NaNO₃0.01-1000g/L，Na₂CO₃ 0.01-100g/L， H₃BO₃2.86g/L，MnCl₂·4H₂O 1.81g/L，ZnSO₄·7H₂O 0.222g/L，NaMoO₄·2H₂O 0.39g/L， CuSO₄·5H₂O 0.079g/L ， CoCl₂·6H₂O 0.05g/L ，选择其中之一或其组合。

上述方案中，可以在水槽中养鱼。

本发明的创新点及其有益效果在于，引入了微藻进入到新型空气过滤装置中，并通过自养浓缩培养基和水的配置以及循环喷淋、生长光源等培养条件的控制，使微藻贴壁生长在中间介质上，从而形成微藻过滤器，使空气净化装置具有同时附着固定空气中的悬浮颗粒、固定二氧化碳（CO₂）并释放纯净氧气（O₂）、保持空气湿度等综合功能，还可以具有杀病毒杀菌的功能，空气过滤装置的水池也可以养鱼，将鱼缸和空气过滤器结合于一体，是最佳的新型室内空气净化装置。

附图说明

图1是本发明的微藻氧吧介导的空气净化装置的结构示意图。

其中：0 机壳；1 进风口；2 微藻过滤器；3 生长光源； 4 水泵；5 活性炭过滤器；6 UV光通道／UV光过滤器；7 风扇；8 水槽；9 透光挡板；10 出风口；21 中间介质。

具体实施方式

下面结合图1所示的结构示意图，并列举实施例对本发明予以进一步说明，本发明包括但不限于本实施例。

本发明提供一种微藻介导的新型空气净化装置，在机壳0上开设进风口1和出风口10，在出风口10处安装风扇7，在机壳0内设有2个微藻过滤器2，促进微藻光合自养的生长光源3，促进微藻生长的水槽8和水泵4，还设有活性炭过滤器5和 UV光过滤器6；将微藻引入到中间介质21上，通过循环喷淋、生长光源3等培养条件的控制，使微藻贴壁成长，从而形成微藻过滤器2；微藻过滤器2、活性炭过滤器5和 UV光过滤器6设置在进风口1到出风口10的通道上。

具体步骤如下：

（1）微藻的转接和培养

选取淡水绿藻（小球藻）Chlorella protothecoides UTEX 249，购自美国德克萨斯大学藻种保藏中心，将生长在斜面琼脂固体培养基上的小球藻单菌落接种至生物反应装置中，在微藻培养基中光照培养，微藻细胞浓度在0.01-100.0 g/L之间。具体培养条件设置如下：温度控制在4-45℃的范围内，以28℃为最佳；光照培养氮源如甘氨酸、酵母提取物等初始浓度介于1-15 g.L^-1，优选4 g.L^-1，通入空气或空气、CO₂的混合气体，通气量50-300 L/h，优选80-120L/h；CO₂浓度0.1-10%；培养过程中采用10-200 μmol.m^-2s^-1的光照射，pH值控制在5-9之间，以7.0为佳；总培养时间视细胞生长情况而定，一般介于40-400小时，优选160-200小时。所述生物反应装置包括试管、摇瓶、三角瓶、通气瓶、水槽、烧杯、平板光反应器、管式光反应器、线圈式光反应器、袋状光反应器、漂浮式光反应器、垂直圆柱形光反应器、叠加式光反应器、开放式跑道池式反应器等光生物反应器、发酵罐、或开放培养池。所述微藻培养基包括但不限于：BG-11 培养基、F/2 培养基、Walne 培养基、TAP 培养基或其他任何经过修改的微藻培养基；所述微藻培养基还包括市政废水、工业废水或动物粪便等有机液体。

（2）微藻干粉的制备

当微藻细胞进入对数生长末期或稳定期前期，将藻液通过物理或化学方法进行浓缩，在低温条件下快速冷冻，然后在低温下真空干燥，使藻种的新陈代谢活动处于高度静止状态，制成微藻干粉，最后在低温避光条件下保存备用。

（3）水槽中培养液的制备

取出浓缩培养基，其与水按1:100比例稀释，制备成培养液，然后倒入空气净化装置的水槽8中。所述浓缩培养基包括K₂HPO₄·3H₂O 4g/L，MgSO₄·7H₂O 7.5g/L，CaCl₂·2H₂O 3.6g/L，Citric acid 0.6g/L，Ferric ammonium citrate 0.6g/L，EDTA 0.1g/L，NaNO₃150g/L，Na₂CO₃ 2g/L，H₃BO₃2.86g/L，MnCl₂·4H₂O 1.81g/L，ZnSO₄·7H₂O 0.222g/L，NaMoO₄·2H₂O 0.39g/L，CuSO₄·5H₂O 0.079g/L 和 CoCl₂·6H₂O 0.05g/L。

（4）微藻过滤器的形成

取出一小包微藻干粉，按约0.1 g微藻干粉加入100 mL浓缩培养基的比例，将微藻干粉加入到水槽8的培养液中，然后打开生长光源3，开动水泵4，让水槽8中微藻干粉和培养液在中空多孔的中间介质21上循环喷淋并充分吸附固定到中间介质21上，然后，微藻细胞会快速分裂生长，并在中间介质21上继续贴壁生长，微藻达到一定浓度后会在光合自养条件下继续生长形成微藻过滤器2。微藻细胞培养过程中细胞密度通过定时测定光密度值（OD_540nm）来估算。OD_540nm与细胞干重的线性关系可以用以下公式表示：y = 0.4155x, (R² = 0.9933, P＜0.05)，其中y表示细胞密度（g.L^-1），x表示540 nm处光吸收密度值。

（5）空气净化装置的使用

开启空气净化器装置中风扇7和UV光过滤器6的开关，让室内空气循环进出微藻氧吧介导的新型空气净化装置，空气从进风口1进入，经过两层微藻过滤器2，一层活性碳过滤器5，一层UV光过滤器6，净化的空气然后经过风扇7排出，详见图1所示。由于微藻过滤器2的作用，该系统具有同时附着固定空气中的悬浮颗粒、固定CO₂并释放纯净O₂、保持空气湿度的功能，由于UV光过滤器，该系统还具有杀菌杀病毒的功能。通过监控通气前和通气后空气中CO₂、CO和PM2.5以及O₂的变化，可以得出本发明的微藻介导的新型空气净化装置净化空气效果非常理想的结论。

（6）水槽可以养鱼，将鱼缸和空气过滤器结合于一体

空气净化装置下面的水槽8中可以养鱼等，生长的微藻可作为这些鱼等的饲料，而这些鱼等也可帮助微藻继续生长。该系统是最佳的氧吧和室内空气净化装置。

Claims

1.一种微藻氧吧介导的空气净化装置，其特征在于，在机壳上开设进风口和出风口，在出风口处安装风扇，在所述机壳内设有1个或多个微藻过滤器，促进微藻光合自养的生长光源，促进微藻生长的水槽和水泵；将微藻引入到中间介质上，通过循环喷淋、生长光源等培养条件的控制，使微藻贴壁成长，从而形成所述微藻过滤器，微藻过滤器设置在进风口到出风口的通道上。

2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述生长光源设置在微藻过滤器的上方，所述水槽和水泵设置在微藻过滤器的下方。

3.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其特征在于，在所述机壳内、进风口到出风口的通道上还设有：活性炭过滤器、不同孔径滤膜过滤器、UV光过滤器、UV灭菌灭病毒器，选择其中之一或其组合。

4.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其特征在于，所述微藻过滤器的中间介质是网状、条状或中空多孔的结构，其材料包括但不限于：泡沫塑料、麻布、尼龙，铝制、铁制、铜制、不锈钢等金属，纤维素、半纤维素、木质素等可再生材料。

5.根据权利要求1或2所述的空气净化装置，其特征在于，将微藻引入到中间介质上和微藻过滤器形成的步骤包括：(1) 微藻的转接和培养：将生长的微藻藻菌接种至生物反应装置中，在微藻培养基中光照培养，微藻细胞包括对数生长的早期、中期和晚期以及稳定期的前期、中期和晚期的微藻细胞；（2）微藻干粉的制备：将步骤(1)藻液通过物理或化学方法进行浓缩，低温干燥，制成干粉；（3）培养液的制备：取出浓缩培养基，其与水按1:80-200比例稀释，制备成培养液，然后倒入水槽中；（4）微藻过滤器的形成：取出步骤(2)的微藻干粉，按0.1 g微藻干粉加入50-250mL浓缩培养基的比例，将微藻干粉加入到水槽的培养液中，然后打开生长光源，开动水泵，让水槽中微藻干粉和培养液在中间介质上循环喷淋并充分吸附固定到中间介质上，微藻细胞会快速分裂生长，并在中间介质上继续贴壁生长，微藻达到一定浓度后会在光合自养条件下继续生长形成微藻过滤器。

6.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，所述步骤(1)的微藻包括但不限于：Chlorella sp.,Cylindrotheca sp., Diatom, Nitzschia sp., Schizochytrium sp.,Dunaliella, Scenedesmus sp.,Nannochloris sp., Chlamydomonas sp., Tetraselmis sp.,或 Eudorina sp.。

7.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，所述步骤(1)的微藻培养基包括但不限于：BG-11 培养基、F/2 培养基、Walne 培养基或TAP 培养基。

8.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，所述步骤(1)的微藻培养基还包括市政废水、工业废水或动物粪便等有机液体。

9.根据权利要求5所述的空气净化装置，，其特征在于，所述步骤(3)浓缩培养基包括K₂HPO₄·3H₂O 0.01-100g/L，MgSO₄·7H₂O 0.01-100g/L，CaCl₂·2H₂O 0.01-1000g/L，Citric acid 0.01-100g/L，Ferric ammonium citrate 0.01-100g/L，EDTA 0.01-100g/L， NaNO₃0.01-1000g/L，Na₂CO₃ 0.01-100g/L， H₃BO₃2.86g/L，MnCl₂·4H₂O 1.81g/L，ZnSO₄·7H₂O 0.222g/L，NaMoO₄·2H₂O 0.39g/L， CuSO₄·5H₂O 0.079g/L ， CoCl₂·6H₂O 0.05g/L ，选择其中之一或其组合。

10.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，在水槽中养鱼。