CN117568139A - 一种新型微藻培养光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
一种新型微藻培养生物反应器，包括生物反应器主体、多个生物反应器副体、供气系统，多个生物反应器副体设置在生物反应器主体周围，供气系统向生物反应器主体和多个生物反应器副体供气；所述生物反应器主体包括内外套设的透明内管和透明外管，透明外管套设于透明内管外，透明外管和透明内管之间的环形空间内设有曝气管，曝气管的一侧沿其高度方向间隔设有多个曝气孔，透明内管内设有多个LED灯管。本发明通过曝气孔喷射出的气体不仅为微藻生长提供了充足的CO2，提高了光合作用效率，同时喷射出的气体由于浮力作用在向上运动的过程中，带动曝气孔一侧的藻液流动，促使光生物反应器中的藻液沿着曝气管循环流动，强化了管段径向藻液的混合效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物质能源技术领域，尤其涉及一种新型微藻培养光生物反应器。
背景技术
近年，随着传统石化能源的不断干涸，人类对能源的需要不断增加，以及环境污染日益恶化等问题，开发一些绿色、高效的代替燃料的呼声越来越高。生物燃料作为一种来源广泛的可再生能源，已成为世界重要研究对象。在众多的可制取生物柴油的生物中，微藻因为具有光合作用效率高、含油量高、成长速度快、单位产油面积高、不占用可耕地面积等优势，被认为是最有潜力代替传统石油的生物质动力。
微藻是一类细胞构成简单、成长速度快的原核或真核微生物，大多数微藻可以进行光合自养。微藻散布广泛，品种繁多，现已发现的藻种有30000多种。许多微藻都具有较高的油脂含量，与传统严油作物大豆、麻疯树、棕桐等相对比，微藻的养殖不仅有更高的含油比重且不需要占用土地。大多数的藻类是水生的，散布范围遍及温带的森林到极地的苔原。某些变种可生长于土壤中，可以耐受较长时间的缺水条件:另一些生长于雪中，少数种能在温泉中茂盛成长。关于国内可使用土地资本相对缺乏，荒漠、海域面积广阔等特色，买现动力微藻的大面积养殖，关于减轻动力危机具有十分积极的意义。
微藻的培育遭到许多因素的影响，例如微藻品种、培育液成分、培育体系的混合情况、光照强度及散布情况、反应器的构造等等。这些年有关反应器的开展对比，各种新式的反应器层出不穷，并且微藻的培育体系和生物质量化检查技能也在不断完善。
目前，微藻的培育体系主要有开放式、密闭式以及混合式三种形式。开放式反应体统优势有构建简略、成本低廉及操作简洁，但是存在易受污染、培育条件不安稳等许多缺陷。开放式培育体系典型代表是露天式跑道池。密闭式反应器中微藻培育对比简单操控，因而培育条件安稳，可完成无菌操作，并且易进行高密度培育，是现阶段研讨的热点，密闭式光反应器主要有：管道式、平板式、柱状式等。目前微藻的培育体系存在水平光程方向的藻液活动速度过小，藻液的光暗循环周期较长的问题。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种新型微藻培养光生物反应器。旨在增大水平光程方向的藻液活动速度，以明显降低藻液的光暗循环周期。在试验得到藻液光衰减规则和最佳通气速率基础上，经过剖析藻液成长密度和光暗区间等参数，讨论了培养参量所构成的生物学影响，取得了微藻的成长曲线规则，为进一步优化微藻光反应器完成工程使用供给参阅根据。
本发明采用的技术方案是：一种新型微藻培养生物反应器，包括生物反应器主体、多个生物反应器副体、供气系统，多个生物反应器副体设置在生物反应器主体周围，供气系统向生物反应器主体和多个生物反应器副体供气；
所述生物反应器主体包括内外套设的透明内管和透明外管，透明外管套设于透明内管外，透明外管和透明内管之间的环形空间内设有曝气管，曝气管的一侧沿其高度方向间隔设有多个曝气孔，透明内管内设有多个LED灯管；所述透明内管和透明外管的顶端共同连接有第一法兰，透明内管和透明外管的底端共同连接有第二法兰，第一法兰、第二法兰封闭透明内管和透明外管的上下两端；所述第一法兰上设有与所述环形空间连通的进液口和排气口，第二法兰上设有与所述环形空间连通的出液口和与曝气管下端连通的进气口；进液口设有进液阀，出液口设有出液阀，进气口与供气系统连通；
所述生物反应器副体包括透明细管，透明细管内设有搅拌器；透明细管的上下两端分别设有细管法兰，细管法兰封闭透明细管的上下两端；透明细管上端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管进液口和细管排气口，透明细管下端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管出液口和细管进气口；细管进液口设有细管进液阀，细管出液口设有细管出液阀，细管进气口与供气系统连通。
进一步，所述透明内管和透明外管由硅玻璃、有机玻璃、树脂材料或透明塑料制成。
进一步，所述第一法兰、第二法兰与透明内管和透明外管之间均设有硅胶垫。
本发明的有益效果是：通过曝气孔喷射出的气体不仅为微藻生长提供了充足的CO2，提高了光合作用效率，同时喷射出的气体由于浮力作用在向上运动的过程中，带动曝气孔一侧的藻液流动，促使光生物反应器中的藻液沿着曝气管循环流动，强化了管段径向藻液的混合效果。此外，在混合气体中混入酸性或碱性气体，可通过本光生物反应器特殊的供气方式更加直接的调节藻液的pH值，减小管段沿管程的环境浓度梯度。该供气方式增加了反应器中藻液的扰动，有利于藻液中溶解氧的析出，减小培养液中的氧气浓度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是第一法兰的结构示意图。
图3是第二法兰的结构示意图。
图4是本发明的工作过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，如出现术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参照附图，一种新型微藻培养生物反应器，包括生物反应器主体1、多个生物反应器副体2、供气系统3，多个生物反应器副体2设置在生物反应器主体1周围，供气系统3向生物反应器主体和多个生物反应器副体供气；
所述生物反应器主体1包括内外套设的透明内管和透明外管，透明外管套设于透明内管外，透明外管和透明内管之间的环形空间内设有曝气管，曝气管的一侧沿其高度方向间隔设有多个曝气孔，透明内管内设有多个LED灯管；所述透明内管和透明外管的顶端共同连接有第一法兰，透明内管和透明外管的底端共同连接有第二法兰，第一法兰、第二法兰封闭透明内管和透明外管的上下两端；所述第一法兰上设有与所述环形空间连通的进液口和排气口，第二法兰上设有与所述环形空间连通的出液口和与曝气管下端连通的进气口；进液口设有进液阀，出液口设有出液阀，进气口与供气系统3连通；
所述生物反应器副体2包括透明细管，透明细管内设有搅拌器；透明细管的上下两端分别设有细管法兰，细管法兰封闭透明细管的上下两端；透明细管上端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管进液口和细管排气口，透明细管下端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管出液口和细管进气口；细管进液口设有细管进液阀，细管出液口设有细管出液阀，细管进气口与供气系统3连通。
实施例二
参照附图，基于实施例一提供的一种新型微藻培养生物反应器，气体通过法兰上的进气口直接进入反应器的藻液中，之后由反应器上部的排气口排出。一种微藻培养生物反应器包括供气系统、内置7条LED灯管、8个4.5L小型透明柱管、1个120L大型透明柱管、搅拌器和电力系统等6个组成。两端法兰分别由8个标准M5六角螺栓紧固，连接处由硅胶垫密封，此光生物反应器全部使用透光性良好的有机玻璃制作。其中大型透明柱管外径420mm，内径400mm，高1000mm，壁厚10mm，上下侧由厚3mm的法兰与进出液阀及进气口进行连接，下进气口与供气系统连接，经过处理的气体从光生物反应器的底端进入藻液，并由供气系统根据需要进行调控。
透明外管内径为100-300mm，壁厚5-15mm，根据通气速度的不同，在曝气管上部每隔一段距离装有一个Φ30-100的排气口。透明内管外径为50-200mm，壁厚3-5mm，在曝气孔直径为0.5-4mm，开孔间距、孔径、方向由培养规模、通气条件、藻种等具体培养条件决定。透明外管由普通透光性良好的硅玻璃、有机玻璃、树脂材料或透明塑料制成，管段长度根据实际培养过程中的微藻种类、培养条件决定，如果一个单元管段过长，需要每隔一段距离在套管之间设有支撑装置。透明内管与透明外管由光生物反应器两端的第一、第二法兰连接，通过第一、第二法兰控制内管的安装位置。
透明细管的存在是为了更好的利用生物反应器主体无法利用的LED光辐射量，管外径134mm，管内径130mm，高1000mm，壁厚2mm，上下侧由厚2mm的法兰与供气系统、出液口进行连接。
具体的工作方式：微藻细胞在沿程曝气型内置LED光源生物反应器内外管之间的环状结构中培养。进液口与输液装置连接，藻液由进液口进入光生物反应器内部接受光照进行光合作用，并由出液口排出。进气口与输气装置连接，可根据培养规模的大小调整输气量，过滤后的空气由法兰上进气口进入光生物反应器内曝气管，通过内曝气管上的曝气孔为藻液提供气体，在气泡浮力的作用下，微藻光合作用产生的氧气和未被利用的气体会聚集在光生物反应器上部并由排气口排出反应器。
通过曝气孔喷射出的气体不仅为微藻生长提供了充足的CO2，提高了光合作用效率，同时喷射出的气体由于浮力作用在向上运动的过程中，带动曝气孔一侧的藻液流动，促使光生物反应器中的藻液沿着曝气管循环流动，强化了管段径向藻液的混合效果。此外，在混合气体中混入酸性或碱性气体，可通过本光生物反应器特殊的供气方式更加直接的调节藻液的pH值，减小管段沿管程的环境浓度梯度。该供气方式增加了反应器中藻液的扰动，有利于藻液中溶解氧的析出，减小培养液中的氧气浓度。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.一种新型微藻培养生物反应器，其特征在于：包括生物反应器主体、多个生物反应器副体、供气系统，多个生物反应器副体设置在生物反应器主体周围，供气系统向生物反应器主体和多个生物反应器副体供气；
所述生物反应器主体包括内外套设的透明内管和透明外管，透明外管套设于透明内管外，透明外管和透明内管之间的环形空间内设有曝气管，曝气管的一侧沿其高度方向间隔设有多个曝气孔，透明内管内设有多个LED灯管；所述透明内管和透明外管的顶端共同连接有第一法兰，透明内管和透明外管的底端共同连接有第二法兰，第一法兰、第二法兰封闭透明内管和透明外管的上下两端；所述第一法兰上设有与所述环形空间连通的进液口和排气口，第二法兰上设有与所述环形空间连通的出液口和与曝气管下端连通的进气口；进液口设有进液阀，出液口设有出液阀，进气口与供气系统连通；
所述生物反应器副体包括透明细管，透明细管内设有搅拌器；透明细管的上下两端分别设有细管法兰，细管法兰封闭透明细管的上下两端；透明细管上端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管进液口和细管排气口，透明细管下端的细管法兰上设有与透明细管内腔连通的细管出液口和细管进气口；细管进液口设有细管进液阀，细管出液口设有细管出液阀，细管进气口与供气系统连通。
2.如权利要求1所述的一种新型微藻培养生物反应器，其特征在于：所述透明内管和透明外管由硅玻璃、有机玻璃、树脂材料或透明塑料制成。
3.如权利要求1所述的一种新型微藻培养生物反应器，其特征在于：所述第一法兰、第二法兰与透明内管和透明外管之间均设有硅胶垫。
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