CN109370874A - 太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法 - Google Patents

太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微藻养殖技术领域，具体涉及一种太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法。本发明提供的太阳能微藻生长繁殖装置能够采用自然光源为微藻生长繁殖提供光能，采用本发明提供的装置培养微藻，能耗小，运行成本低，比传统采用人造光源的工业化装置减少能源消耗90％以上，比自然环境中微藻生产效率提高3倍以上；并且占地面积小、温度可控、光照强度可控，能够实现微藻的工业化生产、污水处理、生态环保和可再生新能源等各方面的有机结合。

Description

太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法
技术领域
本发明涉及微藻养殖技术领域，具体涉及一种太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法。
背景技术
地球上所有生命消耗的能源都来自于太阳。植物是唯一能够直接吸收太阳光的生物，它将太阳能转换为蛋白质、脂肪等有机能源为动物提供生命的原始动力和氧气。而在植物中，85％来自于海洋中的微藻。因此，微藻的开发和利用对人类社会的发展起着重要作用。
在自然环境中，由于受到气温、阳光穿透深度、光照强度的影响，微藻生长缓慢、生长繁殖装置占地面积很大。因此，微藻的工业化利用程度很低。为解决这一问题，工业上采用了室内管式养殖方法，可以控制温度，并且阳光衰减较小。但这种装置为了采集到足够的阳光，微藻管布置的很稀，房屋建筑面积很大，造价很高，也无法实现大规模工业化利用。
为了解决这一问题，申请号为201710487602.8的专利公开了一种多层微藻生长繁殖装置，该装置不仅可以控制温度、控制阳光穿透行程，而且结构紧凑、占地面积小，生产效率提高80多倍，可以实现微藻工业化生产。但多层微藻生长繁殖装置采用的是工业人造光源，需要消耗大量的电力；特别是对于大规模工业化利用，这种装置运行成本很高。因此，对于大规模工业应用来说，必须解决能源消耗问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能微藻生长繁殖装置和微藻生长繁殖的方法，本发明提供的装置能够采用自然光源为微藻生长繁殖提供光能，能耗小，运行成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种太阳能微藻生长繁殖装置，包括微藻塔和太阳能聚焦-传输系统；所述太阳能聚焦-传输系统包括聚光反射镜1、聚光接收器2、光传输装置4、分光器6和分光传输装置11，其中，所述聚光接收器2设置于所述聚光反射镜1的聚焦点位置，并顺次连接所述光传输装置4、分光器6、分光传输装置11和所述微藻塔。
优选地还包括有机质预处理系统，所述有机质预处理系统包括顺次连通的有机质储存容器8、有机质预处理装置9和有机质输送泵10；所述有机质输送泵10与微藻塔连通。
优选地，所述太阳能聚焦-传输系统还包括依次连通的太阳能集热器5、介质传输装置7和太阳能换热器13，所述太阳能集热器5设置于所述聚光接收器2的背面，所述有机质输送泵10经太阳能换热器13与所述微藻塔连通。
优选地，所述太阳能聚焦-传输系统还包括光调节阀3，所述光调节阀3设置于所述光传输装置4上。
优选地，所述微藻塔包括微藻塔外壳16、设置于所述微藻塔外壳16顶部的排气管14和微藻种加入口15、设置于所述微藻塔外壳16底部的微藻排出管19、设置于所述微藻塔内部的气体曝气头18、微藻连通管12和发光板17。
优选地，所述发光板17将所述微藻塔的内部分隔成若干层，每一层的空间高度独立地为200～800mm。
优选地，每一个所述发光板17至少与一条分光传输装置11相连接。
优选地，所述微藻塔还包括微藻储存箱20和风机21，所述微藻储存箱20与所述微藻排出管19连通；所述风机21经气体管路与气体曝气头18连通。
本发明提供了一种微藻生长繁殖的方法，采用上述技术方案任一项所述太阳能微藻生长繁殖装置实现微藻生长繁殖，包括以下步骤：
将微藻液置于微藻塔内，太阳能聚焦-传输系统将太阳光聚焦后传输至所述微藻塔内，所述微藻塔内的微藻通过光合作用进行生长繁殖。
优选地，所述微藻生长繁殖的过程中还需要有机质和气体碳源。
本发明提供了一种太阳能微藻生长繁殖装置，本发明提供的装置能够采用自然光源为微藻生长繁殖提供光能，采用本发明提供的装置培养微藻，能耗小，运行成本低，比传统采用人造光源的工业化装置减少能源消耗90％以上，比自然环境中微藻生产效率提高3倍以上；并且占地面积小、温度可控、光照强度可控，能够实现微藻的工业化生产、污水处理、生态环保和可再生新能源等各方面的有机结合。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能微藻生长繁殖装置的结构示意图；
图2为将槽式集热器进行改进后所得槽式聚光反射镜的结构示意；
图3为将塔式集热器进行改进后所得塔式聚光反射镜的结构示意图；
图4为聚光反射镜、聚光接收器与光传输装置的连接方式示意图，左图为反射式太阳光聚光接收器与聚光反射镜、光传输装置的连接方式示意图，右图为透射式太阳光聚光接收器与聚光反射镜、光传输装置的连接方式示意图；
图中，1-聚光反射镜，2-聚光接收器，3-光调节阀，4-光传输装置，5-太阳能集热器，6-分光器，7-介质传输装置，8-有机质储存容器，9-有机质预处理装置，10-有机质输送泵，11-分光传输装置，12-微藻连通管，13-太阳能换热器，14-排气管，15-微藻种加入口，16-微藻塔外壳，17-发光板，18-气体曝气头，19-微藻排出管，20-微藻储存箱，21-风机，22-太阳光接收塔，23-反射式太阳光聚光接收器的反射镜面。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能微藻生长繁殖装置，包括微藻塔和太阳能聚焦-传输系统；所述太阳能聚焦-传输系统包括聚光反射镜1、聚光接收器2、光传输装置4、分光器6和分光传输装置11，其中，所述聚光接收器2设置于所述聚光反射镜1的聚焦点位置，并顺次连接所述光传输装置4、分光器6、分光传输装置11和所述微藻塔。
在本发明中，微藻生长繁殖需要一定的有机质，所述有机质优选经过预处理后通入微藻塔中为微藻顺利生长繁殖提供条件。作为本发明的一个实施例，所述太阳能微藻生长繁殖装置还包括有机质预处理系统，所述有机质预处理系统包括顺次连通的有机质储存容器8、有机质预处理装置9和有机质输送泵10；所述有机质输送泵10与微藻塔连通。本发明对于所述有机质预处理装置9的具体结构没有特殊的限定，能够对有机质进行预处理、以满足微藻生长繁殖需要即可，具体可以参照申请号为201120294347.3的专利中公开的多相流沼气池对有机质进行预处理，以达到微藻生长繁殖的要求。
在本发明中，微藻生长繁殖是通过光合作用实现。在本发明中，所述太阳能聚焦-传输系统能够将太阳光聚焦后传输至所述微藻塔内，使所述微藻塔内的微藻通过光合作用进行生长繁殖，具体的，太阳光照射到聚光反射镜1上，聚光反射镜1将光进行聚焦后反射到聚光接收器2上；聚光接收器2经光传输装置4传输至分光器6，分光器6把传输来的光分配后经分光传输装置11传输至微藻塔，使光辐射到盛放于微藻塔内部的微藻液中，为微藻的光合作用提供光能，实现其生长繁殖。
在本发明中，聚光反射镜1的功能是跟踪太阳，使太阳的入射角最小，并能将太阳光反射，聚焦到聚光接收器2上面，并使聚光接收器2的聚光反射面的温度达到100～1000℃。本发明对于所述聚光反射镜1的具体结构没有特殊的限定，能够实现上述功能即可。在本发明的实施例中，所述聚光反射镜1可以通过太阳能集热器改进而成，所述太阳能集热器优选包括塔式集热器、槽式集热器、蝶式集热器或线性菲涅尔式集热器，更优选包括塔式集热器或槽式集热器。普通槽式集热器的聚焦轴线上安装有热能接收器，用以吸收太阳能；在本发明的实施例中，是将轴线上安装的所述热能接收器换成聚光接收器2即可。具体的，将所述槽式集热器进行改进后所得槽式聚光反射镜的结构示意图如图2所示，将所述塔式集热器进行改进后所得塔式聚光反射镜的结构示意图如图3所示。
在本发明中，所述聚光接收器2用以接收聚光反射镜1投射来的太阳光，并与光传输装置4相连接。在本发明中，所述聚光接收器2包括透射式接收器或反射式接收器；其中，所述透射式接收器是将聚光反射镜1投射来的阳光透过接收器，并投射到光传输装置4的接受面上；所述反射式接收器是将聚光反射镜1投射来的阳光反射到光传输装置4的接受面上。具体的，所述聚光反射镜1、聚光接收器2与光传输装置4的连接方式示意图见图4，左图为反射式太阳光聚光接收器与聚光反射镜、光传输装置的连接方式示意图，右图为透射式太阳光聚光接收器与聚光反射镜、光传输装置的连接方式示意图。
在本发明中，所述光传输装置4能够传送太阳光；本发明对于所述光传输装置4没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的光传输装置即可，具体如光纤或光导管。
在本发明中，所述分光器6与光传输装置4和分光传输装置11相连接，其功能是将光传输装置4输送来的阳光均匀分配到分光传输装置11上，然后通过分光传输装置11把阳光再输送到微藻塔中的各个发光板17(所述发光板17会在后续详细说明)上；本发明对于所述分光器6没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够实现光均匀分配的目的即可，具体如漫射玻璃。
在本发明中，所述分光传输装置11是将传送到分光器上的阳光传送到各个发光板17上，优选与光传输装置4的选择一致。
作为本发明的一个实施例，所述太阳能聚焦-传输系统还包括光调节阀3，所述光调节阀3设置于所述光传输装置4上，可以根据微藻光合作用需要调节光量。
作为本发明的一个实施例，所述太阳能聚焦-传输系统还包括依次连通的太阳能集热器5、介质传输装置7和太阳能换热器13，所述太阳能集热器5设置于所述聚光接收器2的背面(所述聚光接收器2的背面是以接收太阳光的面为基准，即聚光接收器2中接收太阳光的面为正面，所述正面相对的面为背面)，所述有机质输送泵10经太阳能换热器13与所述微藻塔连通。在本发明中，所述太阳能集热器5能够将部分太阳能转化为热能，并将太阳能聚焦和传输过程中的余热收集，通过介质传输装置7(盛放有热量传输介质)传输到太阳能换热器13中进行循环换热，对预处理后的有机质进行加热后再通入微藻塔；本发明对于所述介质传输装置7中盛放的热量传输介质没有特殊的限定，能够实现热量传输即可，具体如水或导热油。
本发明对于所述微藻塔没有特殊的限定，采用申请号为201710487602.8的专利公开得多层微藻生长繁殖装置即可。本发明对于所述微藻塔的尺寸以及形状没有特殊的限定，根据实际需要进行设计即可。
作为本发明的一个实施例，所述微藻塔包括微藻塔外壳16、设置于所述微藻塔外壳16顶部的排气管14和微藻种加入口15、设置于所述微藻塔外壳16底部的微藻排出管19、设置于所述微藻塔内部的气体曝气头18和微藻连通管12和发光板17。
在本发明中，发光板17的功能是将分光传输装置输送来的太阳光均匀分配到整个发光板的表面，保证光均匀的辐射到盛放于微藻塔内部的微藻液中，为微藻的光合作用提供光能，实现其生长繁殖。在本发明中，所述发光板17的均光性能可以通过填充漫发射材料予以实现，具体如在玻璃中填充玻璃微珠，玻璃微珠的漫射功能能够实现整个发光板的均光特性。作为本发明的一个实施例，所述发光板17固定在所述微藻塔外壳16的内部，将所述微藻塔的内部分隔成若干层，具体如1～100层；每一层的空间高度独立地为200～800mm(即微藻塔中每一层的高度)，每一层中盛放的微藻液通过微藻连通管12联通。作为本发明的一个实施例，每一层由若干个(具体如1～100个)发光板17拼接而成，以保证光的均匀辐射。作为本发明的一个实施例，每一个所述发光板17至少与一条分光传输装置11相连接。
在本发明中，微藻生长繁殖需要一定的气体碳源；作为本发明的一个实施例，所述气体碳源通过气体曝气头18通入微藻液中，每一层微藻液中设置若干个气体曝气头18，保证每个气体曝气头18的服务面积为1～4m2；当微藻将所述气体碳源中二氧化碳、一氧化碳、粉尘、微量元素等各种可吸收的物质吸收后，所得废气经过排气管14排入大气中。
作为本发明的一个实施例，所述微藻塔还包括风机21，所述风机21经气体管路与气体曝气头18连通。在本发明中，所述气体碳源通过风机21经气体管路被输送入气体曝气头18中，然后均匀分布于微藻液内保证微藻顺利生长繁殖。
作为本发明的一个实施例，所述微藻塔还包括微藻储存箱20，所述微藻储存箱20与所述微藻排出管19连通。在本发明中，微藻在光合作用下生长繁殖达到一定浓度(0.5～2wt％)后经过微藻排出管19排出微藻塔，进入微藻储存箱20，再将这些微藻进入下一道工序使用(比如经过浓缩后作为农作物的高端肥料，或者进行浓缩、烘干后作为生物能源生产柴油、汽油等)。
本发明提供了一种微藻生长繁殖的方法，采用上述技术方案所述太阳能微藻生长繁殖装置(如图1所示)实现微藻生长繁殖，包括以下步骤：
将微藻液置于微藻塔内，太阳能聚焦-传输系统将太阳光聚焦后传输至所述微藻塔内，所述微藻塔内的微藻通过光合作用进行生长繁殖。
本发明对于微藻的种类没有特殊的限定，根据实际用途，采用本发明提供的装置对所需种类的微藻进行培养即可，具体如分属于蓝藻门、绿藻门、金藻门或红藻门的微藻。
在本发明中，所述微藻生长繁殖的过程中优选还需要有机质和气体碳源。本发明对于所述有机质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的有机质即可，具体如粪污、污泥或酒糟。在本发明中，所述有机质在使用前优选进行预处理以达到微藻生长繁殖的要求；本发明对于所述预处理的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的预处理方法即可。本发明对于所述气体碳源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的气体碳源即可，具体如火力发电厂、化工厂、窑炉等排出的烟气(含有二氧化碳、一氧化碳、空气、粉尘、微量元素等)。
本发明对于所述微藻生长繁殖过程中具体的操作参数没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作参数即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用本发明提供的太阳能微藻生长繁殖装置实现微藻生长繁殖的方法包括以下步骤：
将微藻生长繁殖所需要的有机质输送入有机质储存容器8中，然后将有机质通过有机质预处理装置9进行预处理，对经过预处理并达到要求的有机质通过有机质输送泵10输送入太阳能换热器13中对其进行加热，将加热后的有机质输送入盛放有微藻液的微藻塔内，微藻液通过连通管12相联通，能够自发地从微藻塔的顶层流到底层；同时将气体碳源通过风机21输送入置于微藻液中的气体曝气头18，通过所述气体曝气头18进入微藻液中；
太阳光照射到聚光反射镜1上，聚光反射镜1将光进行聚焦后反射到聚光接收器2上，聚光接收器2经光传输装置4传输至分光器6，分光器6把传输来的光分配后经分光传输装置11传输至微藻塔中的发光板17中，使光均匀辐射到盛放于微藻塔内部的微藻液中，为微藻的光合作用提供光能，实现其生长繁殖；同时，太阳能集热器5能够将部分太阳能转化为热能，并将太阳能聚焦和传输过程中的余热收集，通过介质传输装置7(盛放有热量传输介质水)传输到太阳能换热器13中进行循环换热；
微藻在光合作用下生长繁殖达到浓度为1wt％后经过微藻排出管19排出微藻塔，进入微藻储存箱20，再将这些微藻进入下一道工序使用。
本发明提供的装置能够采用自然光源为微藻生长繁殖提供光能，采用本发明提供的装置培养微藻，能耗小，运行成本低，比传统采用人造光源的工业化装置减少能源消耗90％以上，比自然环境中微藻生产效率提高3倍以上；并且占地面积小、温度可控、光照强度可控，能够实现微藻的工业化生产、污水处理、生态环保和可再生新能源等各方面的有机结合，非常适于大规模工业化生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，包括微藻塔和太阳能聚焦-传输系统；所述太阳能聚焦-传输系统包括聚光反射镜(1)、聚光接收器(2)、光传输装置(4)、分光器(6)和分光传输装置(11)，其中，所述聚光接收器(2)设置于所述聚光反射镜(1)的聚焦点位置，并顺次连接所述光传输装置(4)、分光器(6)、分光传输装置(11)和所述微藻塔。
2.根据权利要求1所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，还包括有机质预处理系统，所述有机质预处理系统包括顺次连通的有机质储存容器(8)、有机质预处理装置(9)和有机质输送泵(10)；所述有机质输送泵(10)与微藻塔连通。
3.根据权利要求2所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，所述太阳能聚焦-传输系统还包括依次连通的太阳能集热器(5)、介质传输装置(7)和太阳能换热器(13)，所述太阳能集热器(5)设置于所述聚光接收器(2)的背面，所述有机质输送泵(10)经太阳能换热器(13)与所述微藻塔连通。
4.根据权利要求1所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，所述太阳能聚焦-传输系统还包括光调节阀(3)，所述光调节阀(3)设置于所述光传输装置(4)上。
5.根据权利要求1所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，所述微藻塔包括微藻塔外壳(16)、设置于所述微藻塔外壳(16)顶部的排气管(14)和微藻种加入口(15)、设置于所述微藻塔外壳(16)底部的微藻排出管(19)、设置于所述微藻塔内部的气体曝气头(18)、微藻连通管(12)和发光板(17)。
6.根据权利要求5所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，所述发光板(17)将所述微藻塔的内部分隔成若干层，每一层的空间高度独立地为200～800mm。
7.根据权利要求6所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，每一个所述发光板(17)至少与一条分光传输装置(11)相连接。
8.根据权利要求1所述的太阳能微藻生长繁殖装置，其特征在于，所述微藻塔还包括微藻储存箱(20)和风机(21)，所述微藻储存箱(20)与所述微藻排出管(19)连通；所述风机(21)经气体管路与气体曝气头(18)连通。
9.一种微藻生长繁殖的方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述太阳能微藻生长繁殖装置实现微藻生长繁殖，包括以下步骤：
将微藻液置于微藻塔内，太阳能聚焦-传输系统将太阳光聚焦后传输至所述微藻塔内，所述微藻塔内的微藻通过光合作用进行生长繁殖。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述微藻生长繁殖的过程中还需要有机质和气体碳源。
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