CN108641923A - 一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，属于微藻大规模培养领域。该系统主要包括用于微藻培养的跑道池子系统、藻液调节子系统和微藻采收子系统。通过用于微藻培养的养殖子系统中具有预定坡度的跑道池，使得藻液在重力的作用下沿跑道池流动，极大的降低了驱动藻液流动的能耗；通过将跑道池与封闭式光生物反应器相耦合，实现了造价低廉、操作简便、培养条件容易控制且受环境污染少的目的；通过利用滤膜实现微藻的实时采收，极大的降低了采收成本。

Description

一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统
技术领域
本发明涉及一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，属于微藻大规模培养领域。
背景技术
藻类是没有根、茎、叶分化的、以光合自养模式生存的生物总称，其中形态微小，需要借助显微镜才能观察到的微小藻类被称为微藻，包括蓝细菌、绿藻、红藻、褐藻、金藻和甲藻等具有光合作用能力的众多真核和原核生物，以及某些异养型和共生型生物。微藻有单细胞、单细胞群体和多细胞个体等多种形态。微藻细胞内含有多种碳水化合物和油脂等，近年来越来越多的研究者认为，微藻可以作为优异的营养保健品和生物质能源的原料，因此致力于微藻的大规模养殖。
光生物反应器是指能用于光合微生物及具有光合能力的组织或细胞培养的一类装置，微藻的培养密度和生长速度都会受到反应器结构的影响和制约，因此，光生物反应器是经济、高效、快速、大量培养藻类的关键之一。
目前,正在研究开发的光反应器根据是否密封可分为开放式和封闭式。开放式光生物反应器造价低廉、操作简便、生产成本较低，但培养环境不稳定、培养条件不易控制，培养效率较低、容易受到环境污染。开放式光生物反应器封闭式光生物反应器比开放式光生物反应器更精密，培养条件更容易控制，较少受到环境污染，因此可以达到可以较高的藻液密度，维持较长的生长期，保持微藻产品的卫生和纯度。但是建造成本高，不易清洗，而高纯度和高卫生要求的微藻生产必须采用封闭式光生物反应器培养。
由于微藻个体微小，大部分几微米到几十微米，且细胞表面多带负电荷，在培养液中的浓度很低，处于均匀地分散悬浮在藻液中，形成稳定的状态，因此采收难度很大。常用的传统分离方法有沉淀、过滤和离心和气浮等方法，其中过滤法操作简单、成本低廉，但个体较小的微藻容易堵塞滤膜的孔，使滤膜在很短的时间内失效。有数据表明，微藻采收的成本占其养殖成本(包括培养和采收)的20％～30％。
发明内容
目前在微藻培养中存在的系统结构复杂，建造成本高，且操作和清洗复杂、条件不易控制、容易受到环境污染、二氧化碳利用率低、保温效果差，且运行能耗高、采集成本高等问题，为了解决上述问题，本发明提供了一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，所述系统包括用于微藻培养的养殖子系统(1)、藻液调节子系统(2)和微藻采收子系统(3)；所述用于微藻培养的养殖子系统(1)分别与所述藻液调节子系统(2)、微藻采收子系统(3)相连；
所述用于微藻培养的养殖子系统(1)包括具有预定坡度的跑道池。
可选的，所述用于微藻培养的养殖子系统(1)还包括隔板和水泵；所述具有预定坡度的跑道池通过所述隔板分为两侧，每侧为独立的具有预定坡度的水池，且两侧坡度走向相反，所述水泵用于将藻液从水位低的一侧抽提到水位高的一侧。
可选的，所述用于微藻培养的养殖子系统(1)还包括透明封闭罩；所述具有预定坡度的跑道池顶部采用透明封闭罩覆盖。
可选的，所述微藻采收子系统包括滤膜和安装滤膜的卡口；所述滤膜用于收集达到收集标准的微藻。
可选的，所述藻液调节子系统(2)包括蓄液池、加药口、通气口、曝气口、采样口、蠕动泵和太阳能集热器；在每个培养周期开始的时候，利用所述蠕动泵从加药口加入营养液；所述通气口为可开合装置，用以释放所述蓄液池中产生的氧气；所述曝气口连接气瓶或空气泵，用于向藻液中补充CO2；所述采样口装有阀门，通过所述采样口对藻液进行采样从而检测藻液中各物质的含量；所述太阳能集热器用于对池中藻液进行加热。
可选的，所述微藻采收子系统还包括紫外灯；所述紫外灯用于防止污染。
可选的，所述用于微藻培养的养殖子系统，还包括挡流板；所述挡流板设置在所述跑道池底部，用于扰动水流从而提高藻液中的传质效率。
可选的，所述用于微藻培养的养殖子系统中的跑道池的底部和池壁刷有太阳能吸热涂料，用于吸收太阳能从而提高藻液温度。
可选的，所述跑道池周围设置一圈浅水槽，所述透明封闭罩采用透光材料，所述透光材料在浅水槽中采用水封法密封。
可选的，所述预定坡度为1％-5％。
本发明有益效果是：
通过用于微藻培养的养殖子系统中具有预定坡度的跑道池，使得藻液在重力的作用下沿跑道池流动，极大的降低了驱动藻液流动的能耗；通过将跑道池与封闭式光生物反应器相耦合，实现了造价低廉、操作简便、培养条件容易控制且受环境污染少的目的；通过利用滤膜实现微藻的实时采收，极大的降低了采收成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统结构示意图；
图2是本发明提供的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统的剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的目的是降低微藻大规模培养和采收的成本与能耗，提供了一种结合了开放式和封闭式光生物反应器优点的封闭坡式跑道池系统，可用于微藻大规模培养和采收。系统同时具有跑道池和封闭式光生物反应器的优点：结构简单、建造成本低廉、操作和清洗简单、条件易控制、不易受环境污染、二氧化碳利用率高、保温效果好等，同时还具有运行能耗低、采收成本低等优点。
实施例：
本实施例提供一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，参见图1，所述系统包括：
用于微藻培养的养殖子系统(1)、藻液调节子系统(2)和微藻采收子系统(3)，其中，所述用于微藻培养的养殖子系统(1)包括具有预定坡度的跑道池；预定坡度为1％-5％，本实施例以坡度1％为例进行说明。
在培养周期开始时(天亮时)，用配有流量控制阀的水泵将藻液从藻液调节子系统(2)中缓慢导入到养殖子系统(1)，由于跑道池具有一定坡度，所以藻液由于重力作用在跑道池内缓慢流动，经过一个培养周期(白天有阳光照射的8-12小时，)后，通过微藻采收子系统(3)采收部分微藻，剩余的微藻作为藻种，随藻液流入藻液调节子系统(2)，待第二天调节pH、温度、营养盐和CO2含量等因素后，再次进入养殖子系统循环(1)，其中采集到的部分微藻为达到收集标准的微藻，一般情况下，达不到收集标准的微藻会直接通过滤膜作为藻种。
养殖子系统(1)类似于跑道池，但两侧通过隔板完全隔开为A侧和B侧，每侧为独立的坡度1％的水池，两侧的坡度走向相反。在重力作用下，藻液从A-1端沿A侧坡道缓慢流至A-2端后，由水泵抽提到B-2端，继续沿B侧坡道流至B-1端。池顶用透明材料覆盖，池体周围环绕一圈浅水槽，透明材料在浅水槽中用水封法密封。池底布设挡流板，用以扰动水流从而提高藻液中的传质效率。池底和池壁刷有太阳能吸热涂料，用以吸收太阳能从而提高藻液温度。
藻液调节子系统(2)包括蓄液池、加药口、通气口、曝气口、采样口、蠕动泵和太阳能集热器。利用可精确控制流量的蠕动泵，从加药口按需求加入酸碱和营养盐等试剂的水溶液。通气口设置为可开合，夜间打开释放所述蓄液池中的氧气，其上覆盖有透气膜以防止污染。曝气口连接气瓶或空气泵，用于向藻液中补充CO2。采样口装有阀门，藻液可从采样口流出用于检测藻液中各物质的含量。太阳能集热器为池中藻液进行加热。
微藻采收子系统(3)包括滤膜、安装滤膜的卡口和紫外灯。每个培养周期结束时，在紫外灯照射下，从卡口中抽出已经收集到微藻的滤膜，插入新滤膜。紫外灯为了防止污染，滤膜取出后收获滤膜上的微藻。
本发明主要具有以下优点：(1)利用重力作用实现跑道池内藻液流动，极大地降低了驱动藻液流动的能耗；(2)以廉价的透光材料实现系统全密闭，最大程度地减少了污染、水分的蒸发、二氧化碳的溢出，并加强了对藻液的保温；(3)在蓄液池内利用太阳能对藻液进行加热、并补充二氧化碳和营养盐，减少了能耗以及建设成本；(4)利用滤膜实现微藻的实时采收，极大地降低了采收成本，藻液中残留的微藻作为藻种进入下一次循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述系统包括用于微藻培养的养殖子系统(1)、藻液调节子系统(2)和微藻采收子系统(3)；所述用于微藻培养的养殖子系统(1)分别与所述藻液调节子系统(2)、微藻采收子系统(3)相连；
所述用于微藻培养的养殖子系统(1)包括具有预定坡度的跑道池。
2.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述用于微藻培养的养殖子系统(1)还包括隔板和水泵；所述具有预定坡度的跑道池通过所述隔板分为两侧，每侧为独立的具有预定坡度的水池，且两侧坡度走向相反，所述水泵用于将藻液从水位低的一侧抽提到水位高的一侧。
3.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述用于微藻培养的养殖子系统(1)还包括透明封闭罩；所述具有预定坡度的跑道池顶部采用透明封闭罩覆盖。
4.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述微藻采收子系统包括滤膜和安装滤膜的卡口；所述滤膜用于收集达到收集标准的微藻。
5.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述藻液调节子系统(2)包括蓄液池、加药口、通气口、曝气口、采样口、蠕动泵和太阳能集热器；在每个培养周期开始的时候，利用所述蠕动泵从加药口加入营养液；所述通气口为可开合装置，用以释放所述蓄液池中产生的氧气；所述曝气口连接气瓶或空气泵，用于向藻液中补充CO2；所述采样口装有阀门，通过所述采样口对藻液进行采样从而检测藻液中各物质的含量；所述太阳能集热器用于对池中藻液进行加热。
6.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述微藻采收子系统还包括紫外灯；
所述紫外灯用于防止污染。
7.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述用于微藻培养的养殖子系统，还包括挡流板；
所述挡流板设置在所述跑道池底部，用于扰动水流从而提高藻液中的传质效率。
8.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述用于微藻培养的养殖子系统中的跑道池的底部和池壁刷有太阳能吸热涂料，用于吸收太阳能从而提高藻液温度。
9.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述跑道池周围设置一圈浅水槽，所述透明封闭罩采用透光材料，所述透光材料在浅水槽中采用水封法密封。
10.根据权利要求1所述的用于微藻大规模培养采收的封闭坡式跑道池系统，其特征在于，所述预定坡度范围为1％-5％。
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