CN110656023A - 一种新型柱式多管微藻生物反应器 - Google Patents

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张业尼
裴雯雯
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Abstract

本发明提供了一种新型柱式多管微藻生物反应器，包括储液箱、支架、透明培养管、缓冲槽、电磁阀、灯管、离心泵和控制箱；所述支架上设有若干个纵向排列的透明培养管，支架的下方设有与透明培养管连通的储液箱，支架的上方设有与透明培养管连通的缓冲槽，所述透明培养管的下端出液口处设有电磁阀；所述支架上还设有用于提供光源的灯管；所述储液箱和缓冲槽通过连接管连通，连接管上连接有用于将储液箱内的液体抽入缓冲槽的离心泵；所述控制箱为PLC控制箱，所述电磁阀、灯管和离心泵均由控制箱内的PLC控制器控制其工作。本发明所述的新型柱式多管微藻生物反应器能够提高光合效果，提高微藻生物质产率。

Description

一种新型柱式多管微藻生物反应器
技术领域
本发明属于微藻反应器领域，尤其是涉及一种新型柱式多管微藻生物反应器。
背景技术
微藻是光合效率最高的原始植物之一，与农作物相比，单位面积的产率可高出数十倍。微藻生物柴油技术首先包括微藻的筛选和培育，获得性状优良的高含油量藻种，然后在光生物反应器中吸收阳光、CO2等，生成微藻生物质，最后经过采收、加工，转化为微藻生物柴油。
现有的微藻光合生物反应器的光合效果不佳，不能很好的吸收光照、CO2等，生产的微藻生物质的产率不是很高，限制了微藻的光合反应。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种能够提高光合效果，提高微藻生物质产率的新型柱式多管微藻生物反应器。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型柱式多管微藻生物反应器，包括储液箱、支架、透明培养管、缓冲槽、电磁阀、灯管、离心泵和控制箱；
所述支架上设有若干个纵向排列的透明培养管，支架的下方设有与透明培养管连通的储液箱，支架的上方设有与透明培养管连通的缓冲槽，所述透明培养管的下端出液口处设有电磁阀；所述支架上还设有用于提供光源的灯管；所述储液箱和缓冲槽通过连接管连通，连接管上连接有用于将储液箱内的液体抽入缓冲槽的离心泵；所述控制箱为PLC控制箱，所述电磁阀、灯管和离心泵均由控制箱内的PLC控制器控制其工作。
进一步，所述灯管与透明培养管间隔设置，且灯管与透明培养管相互平行。
进一步，所述支架包括下支撑座、上支撑座和用于连接并支撑下支撑座和上支撑座的支柱，所述透明培养管安装在下支撑座和上支撑座之间；所述下支撑座上设有与透明培养管和储液箱相通的排液孔，所述电磁阀设在排液孔处，所述上支撑座上设有与透明培养管和缓冲槽相通的进液孔。
进一步，所述透明培养管内设有清洗刷，所述清洗刷包括毛刷和刷杆，所述刷杆的顶部向上依次穿过透明培养管和缓冲槽，位于透明培养管内的刷杆上设有毛刷。
进一步，所述储液箱的底部设有移动轮。
进一步，所述透明培养管的材质为亚克力透明材料。
相对于现有技术，本发明所述的新型柱式多管微藻生物反应器具有以下优势：
(1)本发明所述的新型柱式多管微藻生物反应器设有多个透明培养管，将微藻液分散在多个透明培养管中，更有利于微藻的光合作用，培养管是透明的，有利于微藻的光照。光照通过灯管提供，灯管通过PLC控制箱控制工作，可实现每天定时定量的光照，保证光合作用对光的需求。储液箱和缓冲槽通过连接管连通，通过离心泵将微藻液抽入缓冲槽，然后再排入透明培养管中，培养一定时间后再开启电磁阀，将微藻液排入储液箱，如此循环，可以满足液体中微藻细胞的光合作用、养分均化和温度的调解。而且，电磁阀和离心泵通过PLC控制箱控制工作，可实现每天定时循环，节省人力，提高了工作效率。
(2)本发明所述的灯管与透明培养管间隔设置，且灯管与透明培养管相互平行，使透明培养管的每一个角度都有光照，保证微藻的光照充足。
(3)本发明所述的透明培养管内设有清洗刷，使用时只需提拉或转动刷杆，毛刷就能够对透明培养管壁进行清洗；在培养微藻时也可以及时清理附着在管内壁的微藻细胞，提高光合效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的新型柱式多管微藻生物反应器的剖面图；
图2为本发明实施例所述的新型柱式多管微藻生物反应器的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的清洗刷的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的新型柱式多管微藻生物反应器的控制原理图；
图5为微藻生长OD值与微藻干物质变化趋势图；
图6为微藻吸收污水中氨氮和有机氮的总和变化趋势图；
图7为微藻吸收污水中正磷酸盐含量的变化趋势图。
附图标记说明：
1-储液箱；2-下支撑座；3-支柱；4-透明培养管；5-上支撑座；6-缓冲槽；7-排液孔；8-进液孔；9-电磁阀；10-灯管；11-毛刷；12-刷杆；13-连接管；14-离心泵；15-移动轮；16-控制箱。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种新型柱式多管微藻生物反应器，包括储液箱1、支架、透明培养管4、缓冲槽6、电磁阀9、灯管10、离心泵14和控制箱16；
所述支架上设有16根内直径14cm的纵向排列的透明培养管4，支架的下方设有与透明培养管4连通的储液箱1，储液箱1内盛装50公斤微藻培养液，支架的上方设有与透明培养管4连通的缓冲槽6，缓冲槽6内的微藻液通过自流方式流入透明培养管4内，所述透明培养管4的下端出液口处设有电磁阀9，电磁阀9可以采用SJ2000系列，电磁阀9开启，能够实现透明培养管4内的微藻液流入储液箱1内，电磁阀9关闭，则将微藻液截留在透明培养管4内；所述支架上还设有用于提供光源的灯管10，所述灯管10采用25瓦led灯；所述储液箱1和缓冲槽6通过连接管13连通，以实现储液箱1、缓冲槽6和透明培养管4的液体循环，连接管13上连接有用于将储液箱1内的液体抽入缓冲槽6的离心泵14，离心泵可以采用排污泵，排污泵可以采用PW型污水泵；所述控制箱为PLC控制箱，PLC控制箱可以采用西门子厂家开发的，所述电磁阀9、灯管10和离心泵14均由控制箱内的PLC控制器控制其定时工作；其中，电磁阀9和离心泵14通过PLC控制器实现自动控制，使微藻液大约5分钟循环一次，这种方式大大地增加光合作用表面积，提高光合作用效率；灯管10通PLC控制器实现每进行20分钟光照后自动切段电源，照明系统关闭10分钟，微藻开始进行暗反应，10分钟后自动开启电源，微藻细胞继续进行光合作用。这样光照条件模式，每24小时微藻细胞可以增加积累细胞干物质15-30％不等，油脂积累量提高10-15％。
优选的，所述灯管10与透明培养管4间隔设置，且灯管10与透明培养管4相互平行，保证每根透明培养管4内的微藻光照充足。
所述支架包括下支撑座2、上支撑座5和用于连接并支撑下支撑座2和上支撑座5的支柱3，所述透明培养管4安装在下支撑座2和上支撑座5之间；所述下支撑座2上设有与透明培养管4和储液箱1相通的排液孔7，所述电磁阀9设在排液孔7处，所述上支撑座5上设有与透明培养管4和缓冲槽6相通的进液孔8。
所述透明培养管4内设有清洗刷，所述清洗刷包括毛刷11和刷杆12，所述刷杆12的顶部向上依次穿过透明培养管4和缓冲槽6，位于透明培养管4内的刷杆12上设有毛刷11，毛刷11仅设有两列，对称分布在刷杆12上，一方面起到清洗作用，一方面不占用透明培养管4的内部空间。使用时只需提拉或转动刷杆12，毛刷12就能够对透明培养管壁进行清洗；在培养微藻时也可以及时清理附着在管内壁的微藻细胞，提高光合效率。
所述储液箱1的底部设有移动轮15，移动轮15可以采用带刹车的万向轮。
所述透明培养管4的材质为亚克力透明材料。
在使用该设备进行微藻光合反应时，先通过离心泵14将储液箱1内的微藻液抽入缓冲槽6中，缓冲槽6内的微藻液通过进液孔8自行流入透明培养管4中，灯管10为微藻的反应提供间歇的光源。进行一段反应后，PLC控制器控制电磁阀9打开，使透明培养管4中的微藻液通过排液孔7自行流入储液箱1中，同时PLC控制器控制离心泵14，将微藻液再抽回缓冲槽6，如此反复，使微藻液循环一段时间后，关闭电磁阀9；再用离心泵14将微藻液抽入缓冲槽6，使透明培养管4填充满微藻液，关闭离心泵14，微藻液再在透明培养管4中继续反应。
该设备空间利用合理，操作方便，复合微藻光合作用。同时，通过液体循环可以满足液体中微藻细胞的光合作用、养分均化和温度的调解。微藻生物学产量和油脂积累量比目前报道的微藻培养光合生物反应器分别高出20-50％不等。
50公升微藻光合生物反应器每天消耗污水中的氮磷钾分别为：
微藻生物质干重达到2.0-3.0克/每升/每天；含油量达到生物质干重的40％以上；污水中氮、磷等元素及化合物利用率达到或超过95％。经过数月运行设备工作稳定，微藻长势良好。
图5是微藻生长OD值与微藻干物质变化趋势图，微藻OD值和微藻干物质积累呈正相关趋势；图6是微藻吸收污水中氨氮和有机氮的总和变化趋势图，图7是微藻吸收污水中正磷酸盐含量的变化趋势图，污水中氮、磷等元素及化合物利用率达到或超过95％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (6)

1.一种新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：包括储液箱(1)、支架、透明培养管(4)、缓冲槽(6)、电磁阀(9)、灯管(10)、离心泵(14)和控制箱(16)；
所述支架上设有若干个纵向排列的透明培养管(4)，支架的下方设有与透明培养管(4)连通的储液箱(1)，支架的上方设有与透明培养管(4)连通的缓冲槽(6)，所述透明培养管(4)的下端出液口处设有电磁阀(9)；所述支架上还设有用于提供光源的灯管(10)；所述储液箱(1)和缓冲槽(6)通过连接管(13)连通，连接管(13)上连接有用于将储液箱(1)内的液体抽入缓冲槽(6)的离心泵(14)；所述控制箱为PLC控制箱，所述电磁阀(9)、灯管(10)和离心泵(14)均由控制箱内的PLC控制器控制其工作。
2.根据权利要求1所述的新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：所述灯管(10)与透明培养管(4)间隔设置，且灯管(10)与透明培养管(4)相互平行。
3.根据权利要求1所述的新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：所述支架包括下支撑座(2)、上支撑座(5)和用于连接并支撑下支撑座(2)和上支撑座(5)的支柱(3)，所述透明培养管(4)安装在下支撑座(2)和上支撑座(5)之间；所述下支撑座(2)上设有与透明培养管(4)和储液箱(1)相通的排液孔(7)，所述电磁阀(9)设在排液孔(7)处，所述上支撑座(5)上设有与透明培养管(4)和缓冲槽(6)相通的进液孔(8)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：所述透明培养管(4)内设有清洗刷，所述清洗刷包括毛刷(11)和刷杆(12)，所述刷杆(12)的顶部向上依次穿过透明培养管(4)和缓冲槽(6)，位于透明培养管(4)内的刷杆(12)上设有毛刷(11)。
5.根据权利要求1所述的新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：所述储液箱(1)的底部设有移动轮(15)。
6.根据权利要求1所述的新型柱式多管微藻生物反应器，其特征在于：所述透明培养管(4)的材质为亚克力透明材料。
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