CN110656034A - 一种微藻螺旋式高效光合生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微藻螺旋式高效光合生物反应器，包括底座、螺旋反应器、灯管、第一离心泵、第二离心泵、配电箱和储液桶；所述底座上设有螺旋反应器，所述螺旋反应器包括起支撑作用的支柱和螺旋缠绕在支柱上的透明的培养管，所述培养管的两端分别通过第一离心泵和第二离心泵连接储液桶；所述底座上还设有用于为微藻反应提供光源的灯管；所述灯管、第一离心泵和第二离心泵均由配电箱分配电能。本发明所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，能够提高光合效率、设备生产材料造价低及占地面积少。

Description

一种微藻螺旋式高效光合生物反应器

技术领域

本发明属于微藻反应器领域，尤其是涉及一种微藻螺旋式高效光合生物反应器。

背景技术

微藻制油的原理是利用微藻光合作用，将化工生产过程中产生的二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素，再通过诱导反应使微藻自身的碳物质转化为油脂，然后利用物理或化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外，再进行提炼加工，从而生产出生物柴油。即通过藻类的光合作用，将废水中的营养物质和空气中的二氧化碳转化为生物燃料、蛋白质。这是一个变废为宝的产业，而且还可以生产更多的下游产品。在石油价格大幅上升，粮食短缺问题日渐突出的今天，该产业有着广阔的发展前景。

最大程度地接收光能、设备生产材料造价低及占地面积少等是微藻培养的生物反应器开发的瓶颈问题。尤其是微藻收获直接影响到微藻生物学产量从而获得高产油脂市场生物柴油。生物反应器的设计直接影响着微藻光合效率，微藻收获方式，最终决定着微藻生物质产量、生物柴油的开发成本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种能够提高光合效率、设备生产材料造价低及占地面积少的微藻螺旋式高效光合生物反应器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种微藻螺旋式高效光合生物反应器，包括底座、螺旋反应器、灯管、第一离心泵、第二离心泵、配电箱和储液桶；

所述底座上设有螺旋反应器，所述螺旋反应器包括起支撑作用的支柱和螺旋缠绕在支柱上的透明的培养管，所述培养管的两端分别通过第一离心泵和第二离心泵连接储液桶；所述底座上还设有用于为微藻反应提供光源的灯管；所述灯管、第一离心泵和第二离心泵均由配电箱分配电能。

进一步，所述支柱的数目为2个以上，支柱固定在底座上；所述培养管绕在支柱的外围，且支柱和培养管共同围成一个空腔，所述灯管位于空腔内。

进一步，所述支柱的顶部设有用于固定支柱的固定盘。

进一步，所述支柱与固定盘连接处设有外螺纹，所述固定盘通过螺母与支柱连接。

进一步，所述底座上还设有控制器，控制器用于控制灯管和第一离心泵、第二离心泵间歇工作。

进一步，所述底座上还设有光通量设备，所述培养管搭在光通量设备的检测口处；所述光通量设备的一侧设有固定架，固定架上设有用于提供光通量检测所需光源的手电筒。

进一步，所述底座的底部设有移动轮。

进一步，所述培养管的材质为聚酯材质。

相对于现有技术，本发明所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器具有以下优势：

(1)本发明所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器设有螺旋反应器，微藻在螺旋缠绕的培养管中进行光合反应，灯管为微藻反应提供光源，第一离心泵和第二离心泵用于实现微藻液在培养管和储液桶之间形成循环。该设备有效的增加了微藻接收光能的面积，提高了光合效率，而且该设备材料造价低，占地面积少，使用便捷。

(2)本发明所述的灯管位于支柱和培养管共同围成的空腔中，使培养管可以更均匀的接收到光照，更有利于微藻的光合反应。

(3)本发明所述的底座上还设有控制器，控制器用于控制灯管和第一离心泵、第二离心泵间歇工作。通过控制器可以控制第一离心泵和第二离心泵工作，实现微藻液定时循环，以及控制灯管定时对微藻液提供光照。

(4)本发明所述的底座上还设有光通量设备，通过对光通量的检测，可以得到微藻的细胞浓度，从而知晓微藻的收获时间。

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微藻螺旋式高效光合生物反应器的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的螺旋反应器的结构示意图。

附图标记说明：

1-底座；2-支柱；3-固定盘；4-螺母；5-培养管；6-灯管；7-第一离心泵；8-第二离心泵；9-配电箱；10-控制器；11-光通量设备；12-固定架；13-手电筒；14-移动轮。

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。

一种微藻螺旋式高效光合生物反应器，包括底座1、螺旋反应器、灯管6、第一离心泵7、第二离心泵8、配电箱9和储液桶，第一离心泵7和第二离心泵8采用排污泵，排污泵可以采用PW型污水泵，配电箱9采用现有生活中常用的配电箱结构，储液桶盛装30公斤微藻培养液。

所述底座1上设有螺旋反应器，所述螺旋反应器包括起支撑作用的支柱2和螺旋缠绕在支柱2上的长25米、内径3厘米的透明的聚酯材质的培养管5，所述培养管5的两端均与储液桶连接，且培养管5的两端还分别连接有提供循环动力的第一离心泵7和第二离心泵8；所述底座1上还设有用于为微藻反应提供光源的灯管6，灯管6可以采用15瓦led灯；所述灯管6、第一离心泵7和第二离心泵8均由配电箱9分配电能。

优选的，所述支柱2的数目为6个，支柱2固定在底座1上，6个支柱2排列的形状的俯视图呈圆形；所述培养管5绕在支柱2的外围，且支柱2和培养管5共同围成一个空腔，所述灯管6位于空腔内，以保证培养管5接受到均匀的光照。

所述支柱2的顶部设有用于固定支柱2的固定盘3。所述支柱2与固定盘3连接处设有外螺纹，所述固定盘3通过螺母4与支柱2连接。

优选的，所述底座1上还设有控制器10，控制器10采用PLC控制器，具体采用西门子S7-200可编程控制器，控制器10用于控制灯管6和第一离心泵7、第二离心泵8间歇工作。第一离心泵7和第二离心泵8通过控制器10控制，大约5分钟循环一次，满足液体中微藻细胞的光照条件，如光照强度、温度、pH、CO₂通入量、养分均化等最佳参数的调解。灯管6通控制器10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。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20-40％不等

所述底座1上还设有光通量设备11，光通量设备11可以采用泰仕TES-133光通量计，所述培养管5搭在光通量设备11的积分球的取样孔处；所述光通量设备11的一侧设有固定架12，固定架12上设有用于提供光通量检测所需光源的手电筒13。

微藻细胞收获分离时间是根据微藻细胞在液体系统里的细胞浓度来进行的。如果细胞浓度(OD值)达到2.0以上时候开始收获。在该微藻实验新型设备中连接一套光通量设备，定期人工进行OD值测定，同时记录下此时光通量计的数值，直到OD值达到2.0以上，此时就开始收获。之后将测定的OD值和记录的光通量值做成对应的表格，在日后进行实验时，只需根据光通量数值并对照表格，即可以得出OD值，从而可知微藻细胞收获分离时间。

所述底座1的底部设有移动轮14，移动轮14可以采用带刹车的万向轮。

使用该设备进行微藻培养时，可先在培养管5中添加漂浮的无色塑料打包带子，用于使微藻附着在上面生长，也可以不添加任何材料，使微藻在水体中生长。通过PLC控制器控制第一离心泵7和第二离心泵8每5分钟启动一次，使微藻液在培养管5和储液桶之间形成液体循环。同时通过PLC控制器控制灯管6对微藻进行间隙光照。

利用该设备培养光合自养型微藻，污水中的氮磷钾和二氧化碳可以直接被微藻吸收利用，积累生物质和油脂进一步生产生物柴油。可谓一举两得。20立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2.5-3.0克/每升/每天；含油量达到生物质干重的95％以上；污水中氮、磷等元素及化合物利用率达到或超过45％。经过数月运行设备工作稳定，微藻长势良好。

该设备具有成本低、占地面积少及自然光利用率高等特点。

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 (7)

1.一种微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：包括底座(1)、螺旋反应器、灯管(6)、第一离心泵(7)、第二离心泵(8)、配电箱(9)和储液桶；

所述底座(1)上设有螺旋反应器，所述螺旋反应器包括起支撑作用的支柱(2)和螺旋缠绕在支柱(2)上的透明的培养管(5)，所述培养管(5)的两端分别通过第一离心泵(7)和第二离心泵(8)连接储液桶；所述底座(1)上还设有用于为微藻反应提供光源的灯管(6)；所述灯管(6)、第一离心泵(7)和第二离心泵(8)均由配电箱(9)分配电能。

2.根据权利要求1所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述支柱(2)的数目为2个以上，支柱(2)固定在底座(1)上；所述培养管(5)绕在支柱(2)的外围，且支柱(2)和培养管(5)共同围成一个空腔，所述灯管(6)位于空腔内。

3.根据权利要求2所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述支柱(2)的顶部设有用于固定支柱(2)的固定盘(3)。

4.根据权利要求3所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述支柱(2)与固定盘(3)连接处设有外螺纹，所述固定盘(3)通过螺母(4)与支柱(2)连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述底座(1)上还设有控制器(10)，控制器(10)用于控制灯管(6)和第一离心泵(7)、第二离心泵(8)间歇工作。

6.根据权利要求1所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述底座(1)上还设有光通量设备(11)，所述培养管(5)搭在光通量设备(11)的检测口处；所述光通量设备(11)的一侧设有固定架(12)，固定架(12)上设有用于提供光通量检测所需光源的手电筒(13)。

7.根据权利要求1所述的微藻螺旋式高效光合生物反应器，其特征在于：所述底座(1)的底部设有移动轮(14)。

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