CN107475100A - 一种微藻养殖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微藻养殖系统，所述微藻养殖系统包括微藻预处理池、气液混合装置、热交换器、二氧化碳输送管、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池；所述微藻预处理池、气液混合装置、气液混合装置、热交换器、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池依次相连接；所述生物反应器分别与二氧化碳输送管、藻液输送管相连接，所述气液混合装置内设置有藻液pH电极和测量二氧化碳浓度的二氧化碳检测器，所述生物反应器的底部通过二氧化碳输送管与曝气装置相连接，所述气液混合装置与热交换器相连接；所述生物反应器内设置有培养液。本发明结构简单，培养效率高，具有能降低能量的消耗，减少微藻的沉淀和附壁，提高微藻的收集率。

Description

一种微藻养殖系统
技术领域
本领域涉及微藻技术领域，尤其是涉及一种微藻养殖系统。
背景技术
随着全球经济高速增长，化石能源快速消耗，且因二氧化碳排放引起的温室效应已经成为人类可持续发展的重大威胁，寻求新能源，减少二氧化碳排放已经成为全人类关注的热点问题。经多年探索，科学家发现微藻是解决以上问题的最终出路之一，用它能生产不同形式的生物燃料(biofuel)，如甲烷、生物柴油、航空燃油、氢甚至生物乙醇等。另一方面，微藻的养殖是通过微藻的光合作用固定二氧化碳，将气态碳转化成生物有机碳，微藻能源是一种二氧化碳“零”排放的清洁能源。
EM菌(Effective Microorganisms)为一种混合菌一般包括芽孢菌、酵母菌、乳酸菌等等有益菌类。可用于食品添加，养殖病害防治，土壤改良、生根壮苗、污水治理等等。EM菌原液渗入水体后，其群体作用能杀死或抑制病原微生物和有害物质，调整养殖生态环境，增加水中溶氧量(氧气)，促进养殖生态系中的正常菌群和有益藻类活化生长，保持养殖水体的生态平衡；拌入饵料投喂，直接增强鱼类的吸收功能和防病抗逆能力，促进健壮生长。EM菌原液中的光合菌还能利用水中的硫化氢、有机酸、氨及氨基酸兼有反硝化作用中去除水中的亚硝酸铵，因而能使养殖池中的排泄物和残饵污染得到净化，改善水质，减少鱼病。
微藻的规模化人工养殖目前主要有开放池和封闭式生物反应器两种方式。无论形式如何，降低成本、提高效率是最终目的。微藻生物柴油技术能否顺利发展在很大程度上取决于微藻规模化养殖技术的不断进步。
开放池培养最突出的优点就是结构简单、成本低廉及操作简单。主要有四种类型：浅水池、循环池、跑道池、池塘。其中最典型的开放池培养系统是Oswald 1969年设计的跑道池反应器。跑道池反应器自上世纪50年代以来就被广泛用于微藻的养殖。它由一条封闭的环形浅池组成，池深一般为15-30cm，池道由水泥或粘土砌成，也可铺上一层白色的塑料。白天在桨轮前方连续进料，培养液由桨轮驱动沿跑道池流动，微藻在流动中不断生长，并于桨轮后部(循环结束点) 被收获。桨轮连续地操作以防止微藻沉降。在开放式跑道池反应器中，系统的冷却主要依靠水分的蒸发，因此系统温度随季节和时间变化比较显著。蒸发损失的水量也十分巨大，而且微藻产量容易因外界生物或灰尘的污染而受到影响，任何来自水源、空气、肥料、仪器的天敌生物以及其他藻类都极易浸入污染，导致整个培养彻底失败，只有极少数能在极端环境中生长的微藻可以利用该方式养殖。强光、温度波动、密度、O2、机械力容易伤害微藻生长，造成产率下降，因此生产效率也较低。
与开放池系统不同，封闭式生物反应器可以实现微藻单种、纯种的培养，而且培养条件易于控制，培养密度高、易收获，所以效率更高，但是建造与操作成本也随之提高。
在微藻养殖过程中，保证微藻能够接受充分的阳光照射是关键所在，随着藻液养殖浓度的提高，光线难以照射到藻液深处，阻碍了微藻的光合作用，本发明中藻液以薄层形式流过藻液导流面，并使藻液在藻液导流面和藻液存储单元内的藻液区之间循环，保证了微藻能够充分接受阳光，解决了此问题。另一方面，在微藻养殖的实践中发现，微藻对阳光强度高度敏感，并非光强越高越好，许多种类的微藻在过强的日光下会死亡，尤其在微藻刚接种初期，藻液浓度较稀，此问题更为严重。
目前，缺乏一种培养效率高的微藻养殖系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种培养效率高的微藻养殖系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：本发明的一种微藻养殖系统，所述微藻养殖系统包括微藻预处理池、气液混合装置、热交换器、二氧化碳输送管、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池；所述微藻预处理池、气液混合装置、气液混合装置、热交换器、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池依次相连接；
所述生物反应器分别与二氧化碳输送管、藻液输送管相连接，所述气液混合装置内设置有藻液pH电极和测量二氧化碳浓度的二氧化碳检测器，所述生物反应器的底部通过二氧化碳输送管与曝气装置相连接，所述气液混合装置与热交换器相连接；
所述生物反应器内设置有培养液。
进一步地，所述培养液包括质量份数计的如下组分组成：
进一步地，所述生物反应器内的藻液的流速控制在10-40cm/s。
进一步地，所述生物反应器的入口处设置有多个导流堰。
更进一步地，所述EM菌为0.03份。
进一步地，所述生物反应器的外壁上设置有吸热涂层。
有益效果：本发明结构简单，培养效率高，具有能降低能量的消耗，减少微藻的沉淀和附壁，提高微藻的收集率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的反应器是封闭式的反应器，动力消耗小，占地面积小，造价便宜，清洗方便，容易在室内繁殖培养。
(2)本发明用以吸收太阳热能提高藻液温度，在重力的作用下，藻液自上而下缓慢流动，以利于藻液与二氧化碳充分混合，提高养殖效率，一个培养周期12-24h可实现微藻的一次培养，浓度不够时可再次或多次培养。
(3)EM菌具能促进微藻的生长；能抑制对微藻有害的细菌繁殖。本发明的EM菌的用量应满足加速微藻生长的需要，既不能因用量过少而不起作用，又不能因用量过大而与微藻竞争消耗过多的营养物质。添加EM菌大大促进了微藻的生长并迅速消耗了无机氮源。
(4)六偏磷酸钠在为微藻提供磷元素和钠元素的同时，一方面可以作为Ph 调节剂，另一方面可以稳定微藻的天然色素，保护微藻的色泽，而且还能保持微藻的质地均匀，提高微藻的持水性。
(5)葡萄糖酸亚铁在为微藻提供糖分和亚铁的同时，还可以协助六偏磷酸钠共同保护微藻的色泽；葡萄糖酸亚铁的特点是生物利用率高，在水中溶解性好，利于微藻藻种的吸收。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下通过实施例和说明书附图进一步说明本发明。应该理解的是，这些实施例是本发明的阐释和举例，并不以任何形式限制本发明的范围。
实施例1
本发明的一种微藻养殖系统，所述微藻养殖系统包括微藻预处理池、气液混合装置、热交换器、二氧化碳输送管、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池；所述微藻预处理池、气液混合装置、气液混合装置、热交换器、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池依次相连接；
所述生物反应器分别与二氧化碳输送管、藻液输送管相连接，所述气液混合装置内设置有藻液pH电极和测量二氧化碳浓度的二氧化碳检测器，所述生物反应器的底部通过二氧化碳输送管与曝气装置相连接，所述气液混合装置与热交换器相连接；
所述生物反应器内设置有培养液。
所述培养液包括质量份数计的如下组分组成：
六偏磷酸钠在为微藻提供磷元素和钠元素的同时，一方面可以作为Ph调节剂，另一方面可以稳定微藻的天然色素，保护微藻的色泽，而且还能保持微藻的质地均匀，提高微藻的持水性。
葡萄糖酸亚铁在为微藻提供糖分和亚铁的同时，还可以协助六偏磷酸钠共同保护微藻的色泽；葡萄糖酸亚铁的特点是生物利用率高，在水中溶解性好，利于微藻藻种的吸收。
所述生物反应器内的藻液的流速控制在30cm/s。
所述生物反应器的入口处设置有多个导流堰。
所述EM菌为0.03份。
所述生物反应器的外壁上设置有吸热涂层。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：本发明的所述培养液包括质量份数计的如下组分组成：
所述生物反应器内的藻液的流速控制在10cm/s。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：本发明的所述培养液包括质量份数计的如下组分组成：
所述生物反应器内的藻液的流速控制在40cm/s。
对比例1
对比例1与实施例1至3的区别仅在于：培养液中不添加EM菌。
养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了1.1×108个/mL藻液，测得培养结束时藻液的pH自然升高到7.8。添加EM菌大大促进了微藻的生长并迅速消耗了无机氮源。
对比例2
对比例2与实施例1至3的区别仅在于：培养液中不添加葡萄糖酸亚铁。
养殖过程中测得对比例2制得的藻体的浓度为2*104-105个/ml，低于实施例 1至实施例3所述制得的藻体浓度为107-109个/ml。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种微藻养殖系统，其特征在于：所述微藻养殖系统包括微藻预处理池、气液混合装置、热交换器、二氧化碳输送管、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池；所述微藻预处理池、气液混合装置、气液混合装置、热交换器、藻液输送管、曝气装置、生物反应器和藻液收集池依次相连接；
所述生物反应器分别与二氧化碳输送管、藻液输送管相连接，所述气液混合装置内设置有藻液pH电极和测量二氧化碳浓度的二氧化碳检测器，所述生物反应器的底部通过二氧化碳输送管与曝气装置相连接，所述气液混合装置与热交换器相连接；所述生物反应器内设置有培养液。
2.根据权利要求1所述的微藻养殖系统，其特征在于：所述培养液包括质量份数计的如下组分组成：
3.根据权利要求1所述的微藻养殖系统，其特征在于：所述生物反应器内的藻液的流速控制在10-40cm/s。
4.根据权利要求1所述的微藻养殖系统，其特征在于：所述生物反应器的入口处设置有多个导流堰。
5.根据权利要求1所述的微藻养殖系统，其特征在于：所述EM菌为0.03份。
6.根据权利要求1至5任一项所述的微藻养殖系统，其特征在于：所述生物反应器的外壁上设置有吸热涂层。
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