CN114032161B - 一种藻类养殖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种藻类养殖系统，包括养殖反应器以及与养殖反应器连接的控制装置、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元，供水单元通过三条并联管路连接养殖反应器，分别用于提供纯水、消毒水和清洗水；供气单元包括空气模块和二氧化碳模块；冷却单元的冷水机向养殖反应器提供冷却水；藻种单元和营养液单元分别向养殖反应器提供藻类养殖所需的藻种来源和营养液；收获单元接收养殖反应器完成养殖的藻液，并通过离心机获取固体藻细胞；供蒸汽单元向养殖反应器提供高温蒸汽，用于消毒杀菌；控制装置通讯连接并控制养殖反应器、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元。

Description

一种藻类养殖系统
技术领域
本发明属于藻类养殖设备技术领域，具体涉及一种藻类养殖系统。
背景技术
雨生红球藻是一种单细胞绿藻，细胞呈椭圆形或卵形，细胞大小从4微米到30-80微米左右，有时甚至更大一些；细胞生有两条鞭毛用于推动细胞自由游动；细胞壁和原生质间具有空隙，其间充满胶状物质，细胞壁和原生质体间由细胞质相连；营养繁殖为细胞分裂，形成2、4、8、16、32甚至更多个子细胞。
处于生长增殖阶段的雨生红球藻呈绿色细胞；当环境条件改变对其生长不利时，比如在缺氮、缺磷或在强光能射的条件下，雨生红球藻的细胞生长变得缓慢，并失去运动鞭毛，形成胶群体或厚壁孢子，同时，细胞内虾青素的大量累积，使雨生红球藻细胞的颜色迅速变成深红色。实验研究表明，雨生红球藻的生物量、产量和细胞内虾青素含量，与藻种和养殖条件密切相关，例如，养殖环境的净化程度、温度、溶解氧、藻液组成、养殖光线的光谱结构、光能强度、光能面积和光照时间等因素，均会对雨生红球藻细胞造成显著影响。因此，雨生红球藻的工业化养殖要求极为苛刻，虾青素产量不高，生产成本较高，严重制约雨生红球藻生产虾青素的工业推广。
目前，雨生红球藻的工业化养殖设备主要分为跑道式和塔釜式。跑道式养殖反应器存在的缺陷是管道壁容易被藻细胞粘连导致培养期间透光性下降、温度不稳定及清洗困难，而且藻类培养过程中种群密度较低，导致藻类跑道式养殖无法实现大规模生产，且单位面积虾青素的产量较低。塔釜式养殖反应器内部空间较大，可以获得较大的藻类种群密度，然而，在较大的养殖空间内很难控制养殖条件在各个空间位置都均匀一致，导致反应器内藻类的种群密度不均一，无法协调藻类的整体养殖进度，影响反应器整体的虾青素产量。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种藻类养殖系统，包括养殖反应器以及与养殖反应器连接的控制装置、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元，所述供水单元通过三条并联管路连接养殖反应器，分别用于提供纯水、消毒水和清洗水；所述供气单元包括空气模块和二氧化碳模块，所述空气模块的压缩空气经过消毒后输入养殖反应器用于曝气，所述二氧化碳模块用于向养殖反应器补充碳源；
所述冷却单元的冷水机向养殖反应器提供冷却水，用于维持藻液的养殖温度；所述藻种单元和营养液单元分别向养殖反应器提供藻类养殖所需的藻种来源和营养液；所述收获单元接收养殖反应器完成养殖的藻液，并通过离心机进行固液分离，获取固体藻细胞；所述供蒸汽单元向养殖反应器提供高温蒸汽，用于完成采收后的养殖反应器的消毒杀菌；
所述控制装置通讯连接并控制养殖反应器、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元。
可选的，所述养殖反应器包括反应罐体，反应罐体的上部设有CIP清洗器、进水口、藻种进口、营养液进口和蒸汽进口，中部设有若干个LED补光灯、温度传感器、密度传感器和pH传感器，中下部设有冷凝盘管和液位传感器，底部设有二氧化碳曝气管和压缩空气曝气管。
进一步可选的，所述CIP清洗器并联消毒水管道和清洗水管道，进水口连接纯水管道，所述消毒水管道、清洗水管道和纯水管道连接所述供水单元。
进一步可选的，所述藻种进口通过藻种管道连接所述藻种单元，所述营养液进口通过营养液管道连接所述营养液单元，所述蒸汽进口通过蒸汽管道连接所述供蒸汽单元。
进一步可选的，所述冷凝盘管的两端分别通过冷凝水进水管和冷凝水出水管连接所述冷却单元。
进一步可选的，所述二氧化碳曝气管的进口通过二氧化碳通气管连接所述二氧化碳模块，所述压缩空气曝气管的进口通过空气通气管连接所述空气模块。
进一步可选的，反应罐体的底部设有收获出口，且并联收获管道和排放管道，收获管道连接所述收获单元。
可选的，所述供水单元包括依次连接的原水箱、原水泵、供水过滤器、缓存水箱、一级水泵和反渗透装置；
所述反渗透装置的下游侧并联所述消毒水管道和清水管道，所述清水管道上设有纯水水箱，纯水水箱的下游侧并联所述清洗水管道和纯水管道。
可选的，所述空气模块包括依次连接的空气压缩机、储气罐、空气过滤器和干燥机，干燥机的气体下游侧通过所述空气通气管连接压缩空气曝气管的进口。
可选的，所述二氧化碳模块包括依次连接的二氧化碳储罐、气化器、减压阀和二氧化碳过滤器。
可选的，所述冷却单元包括冷水机、冷水水泵和混合水箱，所述冷水机的供水口通过管道连接混合水箱的底部，再由混合水箱输出并连接一个冷水水泵和所述冷凝水进水管，为反应罐体提供冷凝水；所述冷凝水出水管连接混合水箱的上部，再由混合水箱输出并连接另一个冷水水泵，然后连接冷水机的回水口。
可选的，所述藻种单元包括藻种釜和藻种泵，藻种釜用于驯化藻类细胞，藻种釜的底部设有曝气管，藻种釜的底部出口通过所述藻种管道依次连接藻种泵和加藻种阀门，用于反应罐体刚启动养殖时，向反应罐体投加驯化后的藻种。
可选的，所述营养液单元包括营养液箱和营养液泵，营养液箱的底部优选设有曝气管，营养液箱的底部出口通过所述营养液管道依次连接营养液泵和加营养液阀门。
可选的，所述供蒸汽单元包括依次连接的蒸汽发生器和气水分离器，气水分离器的出口连接所述蒸汽管道，用于产生高温蒸汽，然后再分离得到高温蒸汽。
可选的，所述收获单元包括依次连接的第一导液泵、缓存罐、第二导液泵、离心机和产品罐，第一导液泵通过所述收获管道连接在收获阀门的下游侧，离心获得的固体为藻类细胞，细胞中含有虾青素。
传统的雨生红球藻养殖反应器只能单独养殖处于游动阶段(绿色阶段)的藻细胞，或者处于不动阶段(红色阶段)的藻细胞，大致包括两种养殖方式，一种是一个反应器内完成游动阶段的养殖，再将藻细胞转移到另一个反应器进行不动阶段的养殖；另一种是在同一个反应器内先进行游动阶段的养殖，然后再进行不动阶段的养殖。上述两种方式均是为了能够在同一反应器内、同一时间段内提供一种养殖条件，便于养殖操作，统一藻细胞的生长状态。然而，现有模式要么多占用反应器，要么整体养殖周期较长，无法实现连续生产。
可选的，所述养殖反应器为立式圆柱体形状，其内部包括若干个立式圆柱体形状的分区，所述分区由可收放的遮光板分隔为不动阶段养殖区和游动阶段养殖区，所述遮光板展开后围成的圆柱形区域内部为不动阶段养殖区，遮光板外部为游动阶段养殖区；所述不动阶段养殖区内设有若干圈LED补光灯，游动阶段养殖区内也设有若干圈LED补光灯。
可选的，所述分区在养殖反应器的反应罐体内的布置形式为：若干个所述分区由反应罐体内壁向反应罐体中心(即由外向内)排成若干个圆圈，每个圆圈的分区与相邻圆圈的分区相切，且组成每个圆圈的分区彼此相切；相邻两个圆圈的分区之间形成不规则形状的空置区。
可选的，一个所述分区由内到外包括所述不动阶段养殖区、遮光板和游动阶段养殖区，不动阶段养殖区由内到外设置若干圈灯圈，每个灯圈由若干个LED补光灯间隔相同距离排列而成，相邻灯圈的间距相等，处于不动阶段的藻细胞或孢子分布在不动阶段养殖区的LED补光灯间隙之间代谢产生虾青素；
所述游动阶段养殖区由遮光板向外设置若干圈灯圈，每个灯圈由若干个LED补光灯间隔相同距离排列而成，相邻灯圈的间距相等，处于游动阶段的藻细胞或孢子分布在游动阶段养殖区的LED补光灯间隙之间生长繁殖，当细胞密度和/或细胞数量达到预设值时，在曝气作用下，进入不动阶段养殖区积累虾青素。
可选的，所述遮光板包括若干根排成圆圈的支撑杆以及遮光卷帘，支撑杆竖直设置，支撑杆内部设有卷轴，卷轴上卷绕遮光卷帘，支撑杆的侧面设有卷帘出口，卷帘出口的高度不小于遮光卷帘的高度，遮光卷帘靠近卷帘出口的一边的顶部和底部分别设有牵引绳，牵引绳的另一端分别连接相邻支撑杆的卷轴的顶部和底部。
可选的，所述营养液进口并联若干个营养液分管，每个营养液分管对应每个分区的不动阶段养殖区的上部。
可选的，所述藻种进口并联若干个藻种分管，每个藻种分管对应每个分区的游动阶段养殖区的上部。
可选的，所述压缩空气曝气管在对应每个分区的部分都分为强曝气区和弱曝气区，所述强曝气区对应不动阶段养殖区，为异养藻细胞提供较多氧气；所述弱曝气区对应游动阶段养殖区，且其曝气孔分为两部分，一部分曝气孔向不动阶段养殖区方向倾斜，倾斜角度为20-60°，当藻细胞将要进入不动养殖阶段时，驱动生长成熟的藻细胞游动到不动阶段养殖区积累虾青素；另一部分曝气孔为普通的竖直向上，为游动阶段养殖区的藻细胞提供氧气；两部分气孔均匀交错分布。
可选的，每个所述空置区设有一个竖直的混合曝气管，混合曝气管的高度不低于所述分区的高度；混合曝气管的底部连通所述二氧化碳曝气管和压缩空气曝气管，使得二氧化碳和压缩空气均能通入混合曝气管；混合曝气管面向分区的侧面均开设竖排的曝气孔。
附图说明
图1为所述藻类养殖系统的连接示意图；
图2为养殖反应器的示意图；
图3为供水单元的示意图；
图4为空气模块的示意图；
图5为二氧化碳模块的示意图；
图6为冷却单元的示意图；
图7为藻种单元的示意图；
图8为营养液单元的示意图；
图9为供蒸汽单元的示意图；
图10为收获单元的示意图；
图11为反应罐体内分区的布置示意图；
图12为分区的示意图；
图13为遮光板的结构示意图。
附图中，1-控制终端，2-PLC控制器，3-养殖反应器，3-1-反应罐体，3-2-消毒阀门，3-3-清洗阀门，3-4-纯水阀门，3-5-CIP清洗器，3-6-窥视镜，3-7-压缩空气流量计，3-8-压缩空气阀门，3-9-二氧化碳阀门，3-10-二氧化碳流量计，3-11-出水阀门，3-12-进水阀门，3-13-压缩空气爆气管，3-14-二氧化碳爆气管，3-15-加藻种阀门，3-16-加营养液阀门，3-17-蒸汽阀门，3-18-LED补光灯，3-19-支架，3-20-温度传感器，3-21-密度传感器，3-22-pH传感器，3-23-取样口，3-24-冷凝盘管，3-25-液位传感器，3-26-收获阀门，3-27-排放阀门，4-供水单元，4-1-原水箱，4-2-原水泵，4-3-多介子过滤，4-4-活性碳过滤，4-5-阻垢剂加药器，4-6-保安过滤器，4-7-缓存水箱，4-8-一级水泵，4-9-反渗透装置，4-10-消毒水箱，4-11-纯水水箱，4-12-消毒水泵，4-13-CIP清洗水泵，4-14-纯水水泵，5-空气模块，5-1-空气压缩机，5-2-储气罐，5-3-第一过滤器，5-4-冷冻式干燥机，5-5-第二过滤器，5-6-吸附式干燥机，5-7-第三过滤器，6-二氧化碳模块，6-1-二氧化碳储罐，6-2-气化器，6-3-减压阀，6-4-二氧化碳过滤器，7-冷却单元，7-1-冷水机，7-2-冷水水泵，7-3-混合水箱，8-藻种单元，8-1-藻种釜，8-2-藻种泵，9-营养液单元，9-1-营养液箱，9-2-营养液泵，10-供蒸汽单元，10-1-蒸汽发生器，10-2-气水分离器，11-收获单元，11-1-第一导液泵，11-2-缓存罐，11-3-第二导液泵，11-4-离心机，11-5-产品罐，12-分区，13-不动阶段养殖区，14-游动阶段养殖区，15-遮光板，15-1-支撑杆，15-2-遮光卷帘，15-3-卷轴，15-4-卷帘出口，15-5-牵引绳，16-空置区，17-灯圈，18-混合曝气管。
具体实施方式
本实施例提供的所述藻类养殖系统，如图1-13所示，包括养殖反应器3以及与养殖反应器3连接的控制装置、供水单元4、供气单元、冷却单元7、营养液单元9、藻种单元8、供蒸汽单元10和收获单元11，所述供水单元4通过三条并联管路连接养殖反应器3，分别用于提供纯水、消毒水和清洗水；所述供气单元包括空气模块5和二氧化碳模块6，所述空气模块5的压缩空气经过消毒后输入养殖反应器3用于曝气，所述二氧化碳模块6用于向养殖反应器3补充碳源；
所述冷却单元7的冷水机7-1向养殖反应器3提供冷却水，用于维持藻液的养殖温度；所述藻种单元8和营养液单元9分别向养殖反应器3提供藻类养殖所需的藻种来源和营养液；所述收获单元11接收养殖反应器3完成养殖的藻液，并通过离心机11-4进行固液分离，获取固体藻细胞；所述供蒸汽单元10向养殖反应器3提供高温蒸汽，用于完成采收后的养殖反应器3的消毒杀菌；
所述控制装置通讯连接并控制养殖反应器3、供水单元4、供气单元、冷却单元7、营养液单元9、藻种单元8、供蒸汽单元10和收获单元11。
可选的，所述养殖反应器3包括反应罐体3-1，反应罐体3-1的上部设有CIP清洗器3-5、进水口、藻种进口、营养液进口和蒸汽进口，中部设有若干个LED补光灯3-18、温度传感器3-20、密度传感器3-21和pH传感器3-22，中下部设有冷凝盘管3-24和液位传感器3-25，底部设有二氧化碳曝气管3-14和压缩空气曝气管3-13；所述LED补光灯3-18由支架3-19固定；所述CIP清洗器3-5、LED补光灯3-18、温度传感器3-20、密度传感器3-21、pH传感器3-22和液位传感器3-25通讯连接所述控制装置。
所述LED补光灯3-18采用市场上普通的LED补光灯即可。
进一步可选的，所述CIP清洗器3-5并联消毒水管道和清洗水管道，消毒水管道上设有消毒阀门3-2，清洗水管道设有清洗阀门3-3，利用CIP清洗器3-5先后喷洒消毒水和清洗水，清洗反应罐体3-1；进水口连接纯水管道，纯水管道上设有纯水阀门3-4，向反应罐体3-1内的藻液补充纯水，调节藻液情况；所述消毒水管道、清洗水管道和纯水管道连接所述供水单元4。
进一步可选的，所述藻种进口通过藻种管道连接所述藻种单元8，藻种管道上设有加藻种阀门3-15；所述营养液进口通过营养液管道连接所述营养液单元9，营养液管道上设有加营养液阀门3-16；所述蒸汽进口通过蒸汽管道连接所述供蒸汽单元10，蒸汽管道上设有蒸汽阀门3-17。
进一步可选的，所述冷凝盘管3-24的两端分别通过冷凝水进水管和冷凝水出水管连接所述冷却单元7，冷凝水进水管上设有进水阀门3-12，冷凝水出水管设有出水阀门3-11，冷凝盘管3-24带来的冷量可调节因LED补光灯3-18和藻类细胞代谢产生的热量而使藻液温度升高的情况。
进一步可选的，所述二氧化碳曝气管3-14的进口通过二氧化碳通气管连接所述二氧化碳模块6，二氧化碳通气管上设有二氧化碳流量计3-10和二氧化碳阀门3-9；所述压缩空气曝气管3-13的进口通过空气通气管连接所述空气模块5，空气通气管上设有压缩空气流量计3-7和压缩空气阀门3-8。
进一步可选的，所述反应罐体3-1的侧面设有若干个窥视镜3-6，便于观察反应罐体3-1内部的养殖情况；反应罐体3-1的中下部设有取样口3-23和取样阀门，用于实时取样检测藻细胞的生长情况和藻液情况；反应罐体3-1的底部设有收获出口，且并联收获管道和排放管道，收获管道连接所述收获单元11，收获管道上设有收获阀门3-26，排放管道上设有排放阀门3-27，并连接废物回收装置或下水管道，用于排放采收后的反应罐体3-1内的废弃水体。
可选的，所述供水单元4包括依次连接的原水箱4-1、原水泵4-2、供水过滤器、缓存水箱4-7、一级水泵4-8和反渗透装置4-9，所述供水过滤器选自多介子过滤器4-3、活性炭过滤器4-4、保安过滤器4-6中的一种或两种以上的组合；
所述反渗透装置4-9的下游侧并联所述消毒水管道和清水管道，所述消毒水管道上依次设有消毒水箱4-10和消毒水泵4-12，消毒水泵4-12的下游侧设置所述的消毒阀门3-2；所述清水管道上设有纯水水箱4-11，纯水水箱4-11的下游侧并联所述清洗水管道和纯水管道，清洗水管道上设有CIP清洗水泵4-13，CIP清洗水泵4-13的下游侧为所述清洗阀门3-3，纯水管道上设有纯水水泵4-14，纯水水泵4-14的下游侧为所述纯水阀门3-4。
优选的，所述供水过滤器包括依次连接的多介子过滤器4-3、活性炭过滤器4-4和保安过滤器4-6，在活性炭过滤器4-4和保安过滤器4-6之间设置阻垢剂加药器4-5。
优选的，实际养殖过程中，可以向所述消毒水箱4-10加入消毒剂，混合而成的消毒水经过CIP清洗器3-5喷洒进入反应罐体3-1。
所述供水单元4将原水经过过滤后，再经过反渗透处理，得到水质较好的纯水，用于作为消毒水来源、清洗水来源和藻类养殖的水体来源。
可选的，所述空气模块5包括依次连接的空气压缩机5-1、储气罐5-2、空气过滤器和干燥机，干燥机的气体下游侧通过所述空气通气管连接压缩空气曝气管3-13的进口；优选的，所述空气过滤器和干燥机的部分包括依次连接的第一过滤器5-3、冷冻式干燥机5-4、第二过滤器5-5、吸附式干燥机5-6和第三过滤器5-7，有效改善压缩空气的净化和干燥效果。
可选的，所述二氧化碳模块6包括依次连接的二氧化碳储罐6-1、气化器6-2、减压阀6-3和二氧化碳过滤器6-4。
所述第一过滤器5-3、第二过滤器5-5和二氧化碳过滤器6-4为具有气体过滤功能的过滤器即可。
可选的，所述冷却单元7包括冷水机7-1、冷水水泵7-2和混合水箱7-3，所述冷水机7-1的供水口通过管道连接混合水箱7-3的底部，再由混合水箱7-3输出并连接一个冷水水泵7-2和所述冷凝水进水管，为反应罐体3-1提供冷凝水；所述冷凝水出水管连接混合水箱7-3的上部，再由混合水箱7-3输出并连接另一个冷水水泵7-2，然后连接冷水机7-1的回水口。
可选的，所述藻种单元8包括藻种釜8-1和藻种泵8-2，藻种釜8-1用于驯化藻类细胞，藻种釜8-1的底部设有曝气管，藻种釜8-1的底部出口通过所述藻种管道依次连接藻种泵8-2和加藻种阀门3-15，用于反应罐体3-1刚启动养殖时，向反应罐体3-1投加驯化后的藻种；当所述藻类养殖系统包括多个养殖反应器3时，藻种泵8-2的出口可设置多个并联的分支管路，用于并联各个养殖反应器3的藻种管道。
可选的，所述营养液单元9包括营养液箱9-1和营养液泵9-2，营养液箱9-1用于向反应罐体3-1不定时添加营养液，满足藻类生长繁殖所需的营养；营养液箱9-1的底部优选设有曝气管，保持营养液流动状态；营养液箱9-1的底部出口通过所述营养液管道依次连接营养液泵9-2和加营养液阀门3-16；当所述藻类养殖系统包括多个养殖反应器3时，营养液泵9-2的出口可设置多个并联的分支管路，用于并联各个养殖反应器3的营养液管道。
可选的，所述供蒸汽单元10包括依次连接的蒸汽发生器10-1和气水分离器10-2，气水分离器10-2的出口连接所述蒸汽管道，用于产生高温蒸汽，然后再分离得到高温蒸汽；当所述藻类养殖系统包括多个养殖反应器3时，气水分离器10-2的出口可设置多个并联的分支管路，用于并联各个养殖反应器3的蒸汽管道。
可选的，所述收获单元11包括依次连接的第一导液泵11-1、缓存罐11-211-2、第二导液泵11-3、离心机11-4和产品罐11-5，第一导液泵11-1通过所述收获管道连接在收获阀门3-26的下游侧，离心获得的固体为藻类细胞，细胞中含有虾青素。
可选的，所述控制装置包括彼此连接的控制终端1和PLC控制器2，控制终端1例如电脑或手机上安装有对应所述藻类养殖系统的控制软件，进行采集、监控和控制所述藻类养殖系统，所述PLC控制器2通过内部预设的控制程序，配合控制终端1控制所述藻类养殖系统，实现全自动化养殖。
可选的，所述养殖反应器3为立式圆柱体形状，其内部包括若干个立式圆柱体形状的分区12，所述分区12由可收放的遮光板15分隔为不动阶段养殖区13和游动阶段养殖区14，所述遮光板15展开后围成的圆柱形区域内部为不动阶段养殖区13，遮光板15外部为游动阶段养殖区14；所述不动阶段养殖区13内设有若干圈LED补光灯3-18，游动阶段养殖区14内也设有若干圈LED补光灯3-18。
可选的，所述分区12在养殖反应器3的反应罐体3-1内的布置形式为：若干个所述分区12由反应罐体3-1内壁向反应罐体3-1中心(即由外向内)排成若干个圆圈，每个圆圈的分区12与相邻圆圈的分区12相切，且组成每个圆圈的分区12彼此相切；相邻两个圆圈的分区12之间形成不规则形状的空置区16。
在本发明的一个具体实施方式中，沿着所述反应罐体3-1的内壁设置第一分区12圈，组成第一分区12圈的分区12均与反应罐体3-1内壁相切，且相邻分区12彼此相切；第一分区12圈内设置第二分区12圈，组成第二分区12圈的分区12均与第一分区12圈的分区12相切，且相邻分区12彼此相切；第二分区12圈内设置第三分区12圈，组成第三分区12圈的分区12均与第二分区12圈的分区12相切，且相邻分区12彼此相切；如此类推，一直布置到反应罐体3-1横截面的中心，可能只能容纳一个或两个分区12。
本发明所述的反应罐体3-1内划分为若干个圆柱体的分区12，每个分区12结构相同，且每个分区12内均能同时进行不动阶段和游动阶段的藻细胞养殖，使得反应罐体3-1内除了所述空置区16以外的区域均能获得条件均衡的养殖条件和环境，避免了传统反应器内养殖条件不均衡或光线无法照射到某些区域的问题，也避免了某区域藻细胞密度过大而遮挡光线或营养成分不足的问题。技术人员可根据每个分区12的情况，单独调整该分区12的养殖条件，防止影响其它区域的藻细胞，使得整体反应罐体3-1内部的调控更为精准，有利于提高藻类的养殖效率和虾青素积累量。
可选的，一个所述分区12由内到外包括所述不动阶段养殖区13、遮光板15和游动阶段养殖区14，不动阶段养殖区13由内到外设置若干圈灯圈17，每个灯圈17由若干个LED补光灯3-18间隔相同距离排列而成，相邻灯圈17的间距相等，处于不动阶段的藻细胞或孢子分布在不动阶段养殖区13的LED补光灯3-18间隙之间代谢产生虾青素；
所述游动阶段养殖区14由遮光板15向外设置若干圈灯圈17，每个灯圈17由若干个LED补光灯3-18间隔相同距离排列而成，相邻灯圈17的间距相等，处于游动阶段的藻细胞或孢子分布在游动阶段养殖区14的LED补光灯3-18间隙之间生长繁殖，当细胞密度和/或细胞数量达到预设值时，在曝气作用下，进入不动阶段养殖区13积累虾青素。
所述游动阶段养殖区14和不动阶段养殖区13的相邻灯圈17的间距以及相邻LED补光灯3-18的间距，可根据实际养殖情况而调整。两个区域的灯圈17的圆心相同，即灯圈17采用同心圆形式布置。所述灯圈17的圈内区域和圈外区域均能容纳和养殖藻细胞，例如游动阶段养殖区14的最外圈灯圈17与内侧相邻灯圈17的间距为h米，最外圈灯圈17向外的照射范围为h/2米，向内的照射范围也为h/2米，内侧相邻灯圈17向外的照射范围为h/2米，即两层灯圈17之间的藻细胞均可接受到光照，且光能不重叠浪费；一个分区12的边界为游动阶段养殖区14的最外圈灯圈17向外延伸出h/2米处，即所述分区12的边界并不是由设备物理分隔而成，而是按照游动阶段养殖区14的最外圈灯圈17的作用范围划定的。
本发明所述的分区12内部划分为两个区域，完成绿色阶段的藻细胞自主游动或曝气驱动到分区12内部的不动阶段养殖区13，两个区域可同时实施不同的养殖条件，实现同时养殖两个阶段的藻细胞，提高养殖效率，节约占地，缩短生产周期。
可选的，所述遮光板15包括若干根排成圆圈的支撑杆15-1以及遮光卷帘15-215-2，支撑杆15-1竖直设置，支撑杆15-1内部设有卷轴15-3，卷轴15-3上卷绕遮光卷帘15-215-2，支撑杆15-1的侧面设有卷帘出口15-4，卷帘出口15-4的高度不小于遮光卷帘15-215-2的高度，遮光卷帘15-215-2靠近卷帘出口15-4的一边的顶部和底部分别设有牵引绳15-5，牵引绳15-5的另一端分别连接相邻支撑杆15-1的卷轴15-3的顶部和底部。
在本发明的一个具体实施方式中，若干个支撑杆15-1距离其内部的不动阶段养殖区13的最外侧的灯圈17一定距离，且排成一个圆圈，支撑杆15-1的圆圈与灯圈17的圆心相同；一个支撑杆15-1的卷帘出口15-4朝向相邻支撑杆15-1的卷帘出口15-4的对侧面，例如定义支撑杆15-1具有卷帘出口15-4的一面为正面，卷帘出口15-4的对侧面为背面，则一个支撑杆15-1的正面朝向其顺时针方向或逆时针方向的相邻支撑杆15-1的背面，以这种方式顺时针或逆时针类推。所述卷轴15-3固定在反应罐体3-1的底板上，且贯穿底板连接对应的驱动电机，卷轴15-3穿过底板处设密封装置，若干个驱动电机设在反应罐体3-1的下方，一个驱动电机连接一个支撑杆15-1的卷轴15-3，驱动卷轴15-3转动，放卷遮光卷帘15-215-2，同时卷绕相邻支撑杆15-1的牵引绳15-5，从而牵拉相邻支撑杆15-1的遮光卷帘15-215-2，直至遮光卷帘15-215-2的外侧边到达相邻的支撑杆15-1的背面，完成两个相邻支撑杆15-1之间区域的遮挡。
由于处于不动阶段的藻细胞需要较强的光照以积累虾青素，因此，不动阶段养殖区13的LED补光灯3-18的光照强于游动阶段养殖区14，遮光卷帘15-215-2放卷后，能够遮挡不动阶段养殖区13的强光线；遮光卷帘15-215-2收卷后，能够允许游动阶段养殖区14的藻细胞进入不动阶段养殖区13的。
可选的，所述营养液进口并联若干个营养液分管，每个营养液分管对应每个分区12的不动阶段养殖区13的上部，用于向每个分区12提供藻细胞生长、繁殖、代谢所需的营养。由于处于不动阶段的藻细胞以异养为主，需要较多的营养物质，因此本发明的营养液分管处于不动阶段养殖区13，先供应不动阶段的藻细胞，随着营养液向外扩散进入游动阶段养殖区14，营养物质浓度有所下降，正好适合游动阶段的藻细胞摄取营养。
可选的，所述藻种进口并联若干个藻种分管，每个藻种分管对应每个分区12的游动阶段养殖区14的上部，用于向每个分区12提供原料藻种。由于游动阶段养殖区14呈圆环形包围在不动阶段养殖区13的外围，藻种分管优选设在远离不动阶段养殖区13的游动阶段养殖区14的部分，便于在藻种生长繁殖过程中被曝气驱动，向不动阶段养殖区13移动。
可选的，所述压缩空气曝气管3-13在对应每个分区12的部分都分为强曝气区和弱曝气区，所述强曝气区对应不动阶段养殖区13，为异养藻细胞提供较多氧气；所述弱曝气区对应游动阶段养殖区14，且其曝气孔分为两部分，一部分曝气孔向不动阶段养殖区13方向倾斜，倾斜角度为20-60°，当藻细胞将要进入不动养殖阶段时，驱动生长成熟的藻细胞游动到不动阶段养殖区13积累虾青素；另一部分曝气孔为普通的竖直向上，为游动阶段养殖区14的藻细胞提供氧气；两部分气孔均匀交错分布。
可选的，每个所述空置区16设有一个竖直的混合曝气管18，混合曝气管18的高度不低于所述分区12的高度；混合曝气管18的底部连通所述二氧化碳曝气管3-14和压缩空气曝气管3-13，使得二氧化碳和压缩空气均能通入混合曝气管18；混合曝气管18面向分区12的侧面均开设竖排的曝气孔，将所在空置区16的游离的处于游动阶段的藻细胞向对应方向的分区12驱赶，减少游离在分区12之外的藻细胞数量；另外，混合曝气管18也能扰动空置区16的藻液，使得游动阶段养殖区14的部分营养物质外溢，同时增加处于空置区16的少量藻细胞的供气量，使得该部分藻细胞在远离游动阶段养殖区14的适宜养殖条件下，也能正常生产繁殖。
在本发明的一个具体实施方式中，由三个分区12围成的所述空置区16的中部设置一个竖直的混合曝气管18，其高度等于三个分区12的高度，混合曝气管18的底部连通二氧化碳曝气管3-14和压缩空气曝气管3-13，混合曝气管18面向三个分区12的侧面均开设1-2排竖排的曝气孔，向对应的分区12方向曝气，将所在空置区16的游离的处于游动阶段的藻细胞分别向三个分区12驱赶，即按照就近原则将游离在外的藻细胞赶入最近的分区12。由四个分区12围成的所述空置区16的中部设置一个竖直的混合曝气管18，与上述形式相同，区别在于，混合曝气管18面向四个分区12的侧面均开设1-2排竖排的曝气孔。
至此，本发明能够将反应罐体3-1内的体积最大限度的利用，在不动阶段养殖区13促进藻细胞积累虾青素，在游动阶段养殖区14培养藻细胞，在空置区16驱赶藻细胞的同时也提供养殖环境，极大提高了反应罐体3-1的利用率和养殖效率。
优选的，每个分区12的游动阶段养殖区14和不动阶段养殖区13均设有温度传感器3-20、密度传感器3-21和pH传感器3-22，实时监测不同区域的养殖环境情况。
可选的，每个不动阶段养殖区13的底部均设有收获分口，用于收获每个分区12的积累好虾青素的藻细胞，所有分区12的收获分口通过并联管路连接所述收获出口。
可选的，每个不动阶段养殖区13设有取样分口，用于采取对应分区12的藻细胞样本，所有分区12的取样分口通过并联管路连接所述取样出口。

Claims (3)

1.一种藻类养殖系统，其特征在于，包括养殖反应器以及与养殖反应器连接的控制装置、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元，所述供水单元通过三条并联管路连接养殖反应器，分别用于提供纯水、消毒水和清洗水；所述供气单元包括空气模块和二氧化碳模块，所述空气模块的压缩空气经过消毒后输入养殖反应器用于曝气，所述二氧化碳模块用于向养殖反应器补充碳源；
所述冷却单元的冷水机向养殖反应器提供冷却水，用于维持藻液的养殖温度；所述藻种单元和营养液单元分别向养殖反应器提供藻类养殖所需的藻种来源和营养液；所述收获单元接收养殖反应器完成养殖的藻液，并通过离心机进行固液分离，获取固体藻细胞；所述供蒸汽单元向养殖反应器提供高温蒸汽，用于完成采收后的养殖反应器的消毒杀菌；
所述控制装置通讯连接并控制养殖反应器、供水单元、供气单元、冷却单元、营养液单元、藻种单元、供蒸汽单元和收获单元；
所述养殖反应器包括反应罐体，反应罐体的上部设有CIP清洗器、进水口、藻种进口、营养液进口和蒸汽进口，中部设有若干个LED补光灯、温度传感器、密度传感器和pH传感器，中下部设有冷凝盘管和液位传感器，底部设有二氧化碳曝气管和压缩空气曝气管；
所述养殖反应器为立式圆柱体形状，其内部包括若干个立式圆柱体形状的分区，所述分区由可收放的遮光板分隔为不动阶段养殖区和游动阶段养殖区，所述遮光板展开后围成的圆柱形区域内部为不动阶段养殖区，遮光板外部为游动阶段养殖区；
所述不动阶段养殖区内设有若干圈LED补光灯，游动阶段养殖区内也设有若干圈LED补光灯；
所述分区在养殖反应器的反应罐体内的布置形式为：若干个所述分区由反应罐体内壁向反应罐体中心排成若干个圆圈，每个圆圈的分区与相邻圆圈的分区相切，且组成每个圆圈的分区彼此相切；相邻两个圆圈的分区之间形成不规则形状的空置区；
所述不动阶段养殖区由内到外设置若干圈灯圈，每个灯圈由若干个LED补光灯间隔相同距离排列而成，相邻灯圈的间距相等，处于不动阶段的藻细胞或孢子分布在不动阶段养殖区的LED补光灯间隙之间代谢产生虾青素；
所述游动阶段养殖区由遮光板向外设置若干圈灯圈，每个灯圈由若干个LED补光灯间隔相同距离排列而成，相邻灯圈的间距相等，处于游动阶段的藻细胞或孢子分布在游动阶段养殖区的LED补光灯间隙之间生长繁殖，当细胞密度和/或细胞数量达到预设值时，在曝气作用下，进入不动阶段养殖区积累虾青素；
所述遮光板包括若干根排成圆圈的支撑杆以及遮光卷帘，支撑杆竖直设置，支撑杆内部设有卷轴，卷轴上卷绕遮光卷帘，支撑杆的侧面设有卷帘出口，卷帘出口的高度不小于遮光卷帘的高度，遮光卷帘靠近卷帘出口的一边的顶部和底部分别设有牵引绳，牵引绳的另一端分别连接相邻支撑杆的卷轴的顶部和底部；
所述营养液进口并联若干个营养液分管，每个营养液分管对应每个分区的不动阶段养殖区的上部，
所述藻种进口并联若干个藻种分管，每个藻种分管对应每个分区的游动阶段养殖区的上部，
所述压缩空气曝气管在对应每个分区的部分都分为强曝气区和弱曝气区，所述强曝气区对应不动阶段养殖区；所述弱曝气区对应游动阶段养殖区，且其曝气孔分为两部分，一部分曝气孔向不动阶段养殖区方向倾斜，另一部分曝气孔为竖直向上，两部分气孔均匀交错分布；
每个所述空置区设有一个竖直的混合曝气管，混合曝气管的高度不低于所述分区的高度；
混合曝气管的底部连通所述二氧化碳曝气管和压缩空气曝气管，使得二氧化碳和压缩空气均能通入混合曝气管；混合曝气管面向分区的侧面均开设竖排的曝气孔。
2.根据权利要求1所述的藻类养殖系统，其特征在于，所述CIP清洗器并联消毒水管道和清洗水管道，进水口连接纯水管道，所述消毒水管道、清洗水管道和纯水管道连接所述供水单元；
所述藻种进口通过藻种管道连接所述藻种单元，所述营养液进口通过营养液管道连接所述营养液单元，所述蒸汽进口通过蒸汽管道连接所述供蒸汽单元；
所述冷凝盘管的两端分别通过冷凝水进水管和冷凝水出水管连接所述冷却单元；
所述二氧化碳曝气管的进口通过二氧化碳通气管连接所述二氧化碳模块，所述压缩空气曝气管的进口通过空气通气管连接所述空气模块；
反应罐体的底部设有收获出口，且并联收获管道和排放管道，收获管道连接所述收获单元。
3.根据权利要求2所述的藻类养殖系统，其特征在于，所述供水单元包括依次连接的原水箱、原水泵、供水过滤器、缓存水箱、一级水泵和反渗透装置，所述反渗透装置的下游侧并联所述消毒水管道和清水管道，所述清水管道上设有纯水水箱，纯水水箱的下游侧并联所述清洗水管道和纯水管道；
所述空气模块包括依次连接的空气压缩机、储气罐、空气过滤器和干燥机，干燥机的气体下游侧通过所述空气通气管连接压缩空气曝气管的进口；所述二氧化碳模块包括依次连接的二氧化碳储罐、气化器、减压阀和二氧化碳过滤器；
所述冷却单元包括冷水机、冷水水泵和混合水箱；
所述藻种单元包括藻种釜和藻种泵，藻种釜的底部出口通过所述藻种管道依次连接藻种泵和加藻种阀门；
所述营养液单元包括营养液箱和营养液泵，营养液箱的底部出口通过所述营养液管道依次连接营养液泵和加营养液阀门；
所述供蒸汽单元包括依次连接的蒸汽发生器和气水分离器，气水分离器的出口连接所述蒸汽管道；
所述收获单元包括依次连接的第一导液泵、缓存罐、第二导液泵、离心机和产品罐，第一导液泵通过所述收获管道连接在收获阀门的下游侧。
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