CN201864717U - 光合养藻三相反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光合养藻三相反应器，设有一底部组接压力洗烟器的透明管体，此压力洗烟器于顶部连接位置设有散气板，并于内部设有一将其分为上、下部空间的过滤材料；又下部空间外侧连接进气装置与进水管路，而下部空间内底部设有一组接进气装置的曝气管，另曝气管上方设有第一连管与第二连管，由第一连管将上、下部空间连通，再由第二连管将下部空间与透明管体连通。本实用新型由进气装置提供压力洗烟器内部液体上升及散气板出气的动力，并于压力环境下增进二氧化碳水溶性，另透过过滤材料在上、下部空间形成循环水流，且无机械剪应力来破坏藻类，以利反应器能连续操作并减少维护清理工作。

Description

光合养藻三相反应器

技术领域

本实用新型有关一种连续培养光合藻类繁殖技术的反应器，特别是指一种以三相流体化床曝气且无机械剪应力产生的光合养藻三相反应器。

背景技术

由于工业革命带给人们快速的科技发展和经济成长，促使生活水平大幅提升，但随着工业革命所衍生而来的是带给大自然重大的冲击和破坏，像现今大气层中聚积了容易吸收温度而不易排除温度的温室气体，促使地球表面的温度逐年上升，极地冰山不断地崩解，造成地球表面温暖化的温室效应现象。

在过去的150年间，人类除了大量的排放二氧化碳之外，同时持续将森林滥砍滥乏伐，致使大气层中二氧化碳的浓度大约增加了25％的程度，使得全球的年均温升高0.5℃。此外，造成大气层中二氧化碳浓度大幅增加的主要原因，就是人类大量的使用石化燃料所导致，人类未来将面临诸如粮食、能源、矿产、建材等自然资源缺乏以及生态环境恶化的极大考验。

随着地球化石燃料日益短缺，与环保意识的抬头、目前世界各国都在积极寻找开发大自然中可取得的替代能源，像是水力、潮汐、风力、地热、太阳能以及生质能等绿色环保能源的开发皆已积极展开。

所谓生质能源是指生物体经转换以后所产生的能量，其来源主要一般皆为植物，例如：甘蔗、玉米、藻类(大型海藻及微藻)等，以藻类为例，各种可行光合作用的藻类吸收了二氧化碳，可生成维生素、胺基酸、色素、蛋白质、多醣、纤维素、脂肪酸等各种有用的成分。

由于藻类具有生长快速、太阳能利用效率高、营养丰富等优点，除了可作为饲料、替代粮食或是利用藻类处理过剩的二氧化碳、甚至有些种类的藻类生物体中含有大量油脂，还可萃取裂解成为生质柴油，因此藻类已成为替代资源研究的关键对象。

是故如何快速且大量的培养藻类已成为相关领域的研究者所致力解决的问题，一般进行微细藻类的大量培养时，主要是需提供足够的光线、二氧化碳以及养分；为了有效利用光能，在培养过程中培养装置或系统必须达到受光面积大以及充分搅拌培养液，让藻类能有效率地接触光线，并且使藻类均匀地接触二氧化碳及养分，有效提高微生物培养密度与产量。

再者，充分搅拌也可有效率地排出藻类所产生的氧气，并且避免藻类附着于培养装置表面造成培养装置的透光率下降。而且，通常会将空气打入具有培养液体的培养槽中亦可作为微生物紊流循回的动力。

数十年来，许多藻类培养装置及方法陆续被提出。早期是以池状光合反应器进行藻类培养，其结构仅为水深大约十五至二十公分的水池，并且底部通气以促进循环及混合。此种反应器构造简单，容易制造，且成本低廉，但是由于养分混合不均，加上藻类沉降现象明显，因此逐渐被构造相似的渠道式反应器取代。

在渠道式光合反应器中，培养液是流动的，而流体与渠道壁间所产生的乱流可以提供培养液本身的混合及细胞悬浮的能力，故一般渠道光合反应器的细胞成长曲线会较池状光合反应器来得好。然而，前述的光合反应器属于户外开放式系统，虽然其具有成本低、可大规模培养等优点，但也有面积过大、易受他种生物或粉尘污染、易受天候影响、二氧化碳容易逸散等缺点。

因此密闭式培养系统因而问世。目前的密闭式培养系统包括发酵槽、管状光合反应器、板状光合反应器、螺旋管状光合反应器等。如中华民国第94208143号新型申请案所述，是在设置于培养槽内的一集气导流管底端环设具有多回路的气泡环管，并于环状管体上设置气孔，使培养液中的微生物充分紊流循回，藉以增加气泡并改善培养液高溶氧效果，进而改善槽口微生物滞流现象。

如中国专利公开号为CN101249405号的发明申请案所述的气升式环流反应器，则具有一塔体、一设置于该塔体内且与该塔体同轴设置的导流筒及一设置在该导流筒下方的气体分布器，藉由在该导流筒上、下部分别设置多孔结构的开孔段、无孔的封闭段，用以改善气含率在轴向的分布情形，使反应器底部也有较高的含氧率。

如中国专利公告号为CN2217019号的实用新型申请案所述的气升式发酵反应器，则是藉由与发酵罐呈同轴设置的同心管，及设置于该同心管底部下方的莲嘴喷头，使发酵液在发酵罐中形成循环流动状态，进而达到高溶氧与低能耗的效益。

前述不同类型的生物培养装置，虽然皆具有培养微生物的功能，但实际上当培养液与微生物在培养装置的管柱内循环时，管柱内仍有许多死角，且随着时间增加，生物量也随之增加，循环气流无法带动所有生物循环，导致部分生物沉积在管柱死角处而无法在管柱内循环，而有培养空间有限及培养效率相对较不佳的缺点。

因此，如何实用新型出一种藻类培养装置，具有容易制造、成本低廉、操作弹性、高生产效率、二十四小时光源导入以及改善生物循环空间以避免生物沉积在死角等优点，以快速且大量地培养所需的藻类，将是目前所欲积极克服之。

发明内容

本实用新型的主要目的，旨在提供一种光合养藻三相反应器，由进气装置器提供压力洗烟内部液体上升以及散气板出气至透明养藻管体的动力，并利用内部过滤材料造成的压差作用，使得压力洗烟器形成一内部水循环，如此即可让三相反应器不会产生机械剪应力来破坏藻类，以利养藻反应器能连续操作并减少维护清理的工作。

本实用新型的次要目的在于三相反应器增加了气体与液体的接触机会，并可透过压力调整来加强二氧化碳溶于水的效率，有效地提供藻类进行光合作用所需的二氧化碳供应量。

本实用新型的另一目的在于三相反应器于藻类行光合作用处另行设置人工光源，让三相反应器除了在白天自行做光合作用之外，亦可在光源不足或是晚上时段开启人工光源来进行光合作用。

本实用新型的再一目的在于养藻三相反应器可配合藻类回收设备组接，藉以形成一重复使用藻类及液体的自体循环系统。

为达到所述目的，本实用新型设有一供容置养殖藻类的透明管体以及一组接于上述透明管体底部的不透明压力洗烟器，其中，上述压力洗烟器于顶部透明管体的连接位置设有一散气板，并于压力洗烟器内部设有一过滤材料，由上述过滤材料将压力洗烟器分为一上部空间与一下部空间。

上述下部空间外侧连通至少一进气装置与进水管路，并于下部空间内底部设有一连接上述进气装置的曝气管，上述曝气管上方设有一个或一个以上的第一连管与一个或一个以上的第二连管，上述第一连管穿过上述过滤材料将下部空间与上部空间相连通，上述第二连管穿过上述过滤材料及上部空间将下部空间与透明管体相连通。

本实用新型透过进气装置使压力洗烟器压力大于透明管体，让下部空间的洗烟水会因压差作用而挤压至透明管体内部，且散气板所产生的细致气泡亦会挤压至透明管体，另由上部空间与下部空间的压差及重力作用于压力洗烟器内部形成水循环。

于一较佳实施例中，上述第一连管的顶部设有一洒水器，藉可让过滤材料表面形成水膜。上述第二连管的顶部设为沿着上述透明管体切线方向进入的出水口，如此可让第二连管兼具分散水流与辅助搅拌藻类培养液的功效。而上述进气装置与进水管路皆设有一防止气体与液体逆流的逆止阀结构。

本实用新型由压力洗烟器于底部曝气管周围进行第一曝气手段，并于过滤材料周围形成的水膜进行第二曝气手段，最后再由散气板产生的细致气泡进行第三曝气手段；大幅提升了气体与液体的接触机会，并可透过压力调整来加强二氧化碳溶于水的效率，有效地提供藻类进行光合作用所需的二氧化碳量。

此外，本实用新型透明管体顶部可进一步连接设置一藻类回收设备及一排气装置，上述藻类回收设备另与进水管路连接形成一藻类及液体的循环使用系统，而上述排气装置用以排出透明管体内部藻类光合作用所产生氧气及过剩的其它气体。

而上述透明管体内部另可进一步设有一辅助用的防水照明装置；于一较佳实施例中，上述照明装置设为一位于透明管体中央向四周侧投射的长条灯管结构，此为人工光源利用的最佳位置。

由前述说明可知本实用新型的优点在于：由进气装置提供压力洗烟器内部液体上升以及散气板出气至透明养藻管体的动力，并利用内部过滤材料造成的压差作用，让三相反应器不会产生机械剪应力来破坏藻类，以利养藻反应器能连续操作并减少维护清理的工作。

此外，三相反应器大幅增加了压力洗烟器内部气体与液体的接触机会，另可透过进气装置调整压力来加强二氧化碳溶于水的效率，有效地提供藻类进行光合作用所需的二氧化碳量。

再者，反应器可于藻类行光合作用处另于反应器中央设置人工光源，藉此让人工光源可产生最大效用，并让三相反应器可在白天与晚上进行光合作用；另可配合一藻类回收设备形成一可重复使用藻类及液体的自体循环系统。

附图说明

图1是本实用新型光合养藻三相反应器一较佳实施例的立体示意图；

图2是图1的断面示意图；

图3是本实用新型光合养藻三相反应器外接进气装置与藻类回收设备的使用状态图；

图4是本实用新型光合养藻三相反应器内部气体流动的路径图；

图5是本实用新型光合养藻三相反应器内部液体流动的路径图；

图6是本实用新型光合养藻三相反应器内部固体流动的路径图；以及

图7是本实用新型光合养藻三相反应器额外添加藻类流动的路径图。

【主要组件符号说明】

10------三相反应器        125------第一连管

11------透明管体          126------第二连管

12------压力洗烟器        127------洒水器

120-----散气板            13------进气装置

121------过滤材料         14------进水管路

122------下部空间         15------藻类回收设备

123------上部空间         16------照明装置

124-----曝气管

具体实施方式

为便于更进一步对本实用新型的构造、使用及其特征有更深一层明确详实的认识与了解，现举出较佳实施例，配合附图详细说明如下：

首先，请参阅图1及图3所示，本实用新型光合养藻三相反应器10包含一透明管体11以及一不透明的压力洗烟器12，上述透明管体11用以容置养殖藻类并用以接收光线让藻类进行光合作用来产生生物质及氧气，而上述压力洗烟器12设置于上述透明管体11底部，并配合组接至少一进气装置13与进水管路14，用以进行二氧化碳的曝气与养殖液体的传输。

请参阅图2所示，上述压力洗烟器12于顶部透明管体11的连接位置设有一散气板120，上述散气板120于一可行实施例中是由陶瓷材料所制成，而上述压力洗烟器12内部具有一过滤材料121，并由上述过滤材料121将压力洗烟器12的容置空间分为一下部空间122与一上部空间123。

其中，上述下部空间122外侧连通上述进气装置13与进水管路14，并于下部空间122内底部设有一连接上述进气装置13的曝气管124，而上述曝气管124上方另设有一个或一个以上的第一连管125与第二连管126，由上述第一连管125穿过上述过滤材料121将下部空间122与上部空间123相连通，另由上述第二连管126穿过上述过滤材料121及上部空间123将下部空间122与透明管体11相连通。

于图示一较佳实施例中，上述第一连管125的顶部设有一洒水器127，由于过滤材料121的气体阻力会产生上、下部空间123、122的气压差，使过滤材料121下方的水被挤压输送至第一连管125，再艾萨克水器让过滤材料121表面形成水膜。上述第二连管126的顶部设为沿着上述透明管体11切线方向进入的出水口，如此可让第二连管126兼具分散水流与辅助搅拌藻类培养液的功效。而上述进气装置13与进水管路14皆设有一防止气体与液体逆流的逆止阀结构，造成压力洗烟器12内部压力，以输送液体及气体至透明管体11。

请参阅图4所示，本实用新型三相反应器10中的气体流路是由进气装置13将含有二氧化碳气体由压力洗烟器12打入下部空间122的曝气管124，让二氧化碳与液体进行第一次曝气接触，而第一次曝气后的二氧化碳通过下部空间122接触到过滤材料121，与过滤材料121表面形成的水膜进行第二次曝气接触，最后经第二次曝气的二氧化碳通过过滤材料121至上部空间123，由于压力洗烟器12透过进气装置13维持正压力，故二氧化碳会由上部空间123的散气板120来产生细致的气泡，这些小气泡将会与透明管体11中的液体进行第三次曝气接触。

同时，上述散气板120所产生的气泡将会提供透明管体11内部培养藻类所需的上浮动力，且经由三次气、液接触后的气体将由透明管体11上方排出，此时所排出的气体组成中，二氧化碳大部分皆以被藻类进行光合作用而消耗掉，因此，透明管体11所排出的气体会具有较高的含氧量与过剩的其它气体。

请参阅图5所示，关于本实用新型三相反应器10中的液体流路则是由进水管路14输入至压力洗烟器12的下部空间122，经由上、下部空间123、122的压差影响下，在下部空间122中行程依如同填充床洗烟原理的内部水循环，由于压力洗烟器12为一密闭的压力室，当下部空间122压力大于透明管体11的水压时，下部空间122的液体将会被挤压至透明管体11。

请参阅图3所示，本实用新型透明管体11顶部可进一步连接设置一藻类回收设备15，另由藻类回收设备15连接上述进水管路14，藉使整个三相反应器10形成一重复使用藻类及液体的循环系统。

请参阅图6所示，关于本实用新型三相反应器10中的固体流路主要是透明管体11的藻类会配合澄清液体传输至藻类回收设备15中，这些澄清液体中仍残留一些藻类，可作为培养透明管体11植种的来源。

请参阅图7所示，如果三相反应器10内部有发生藻类不足的情况，另可透过此一藻类回收装置来添加藻种，并由压力洗烟器12的压差作用透过第一连管125传输至透明管体11进行循环运作。

此外，本实用新型的透明管体11内部另可进一步设置一辅助用的照明装置16，让光合养藻三相反应器10除了可在白天自行做光合作用之外，亦可在光源不足或是晚上时段开启人工光源来进行光合作用，藉以提升三相反应器10的实用性。

于图示一较佳实施例中，上述照明装置16为一设置于透明管体11中央向四周侧均匀投射的长条灯管结构，然而，此一实施例仅用为方便举例说明之用，并非加以限制照明装置16的结构设计。

在本实用新型的设计当中所有藻类培养及输送的过程皆是以压力差的柔性方式为考虑，让整个光合养藻三相反应器10无机械剪应力破坏藻类的顾虑。另外，将辅助照明装置16设计在透明管体11当中，可充分利用人工光源来进行光合作用。

于一可行实施例中，本实用新型另可于透明管体11顶部设置一排气装置，上述排气装置用以排出内部藻类光合作用所产生的氧气及其它过剩气体。

综上所述，本实用新型光合养藻三相反应器采用进气装置提供压力洗烟器内部液体上升以及散气板出气至透明养藻管体的动力，并利用压力洗烟器内部过滤材料造成的压差作用，让三相反应器不会产生机械剪应力来破坏藻类，以利养藻反应器能连续操作并减少维护清理的工作。

此外，三相反应器大幅增加了压力洗烟器内部气体与液体的接触机会，另可透过进气装置调整压力来加强二氧化碳溶于水的效率，有效地提升藻类进行光合作用所产生的氧气量。再者，反应器可于藻类行光合作用处另行设置人工光源与藻类回收设备，藉此让三相反应器除了可在白天与晚上进行光合作用之外，亦使三相反应器形成一可重复使用藻类及液体的自体循环系统。

以上所举实施例仅用为方便说明本实用新型并非加以限制，在不离本实用新型精神范畴，熟悉本行业技术人员所可作的各种简易变形与修饰，均仍应含括于本实用新型专利保护的范围内。

Claims (7)

1.一种光合养藻三相反应器，其特征在于：设有一供容置养殖藻类的透明管体，另于透明管体底部组接一不透明的压力洗烟器，上述压力洗烟器于顶部透明管体的连接位置设有一散气板，并于内部设置一过滤材料，由上述过滤材料将压力洗烟器内部分为上部空间与下部空间；上述下部空间外侧连通至少一进气装置与进水管路，并于下部空间内底部设有一连接上述进气装置的曝气管，上述曝气管上方设有一个或一个以上的第一连管与一个或一个以上的第二连管，上述第一连管穿过上述过滤材料将下部空间与上部空间相连通，上述第二连管穿过上述过滤材料及上部空间将下部空间与透明管体相连通。

2.根据权利要求1所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述透明管体内部进一步设有一辅助用的照明装置。

3.根据权利要求2所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述照明装置设为一位于透明管体中央向四周侧投射的长条灯管结构。

4.根据权利要求1所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述散气板为陶瓷材料所制成。

5.根据权利要求4所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述第一连管的顶部设有一洒水器。

6.根据权利要求1所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述第二连管的顶部设为沿着上述透明管体切线方向进入的出水口。

7.根据权利要求1所述的光合养藻三相反应器，其特征在于：所述透明管体顶部进一步向外组接一藻类回收设备，另由藻类回收设备连接上述进水管路，使整个三相反应器形成一重复使用藻类及液体的循环系统。

Images