CN203820761U - 一种吊袋式微藻光反应器及吊袋式微藻养殖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种吊袋式微藻光反应器及吊袋式微藻养殖系统。所述吊袋式微藻光反应器包括由端部封闭的透明薄膜袋形成的反应器主体；所述透明薄膜袋的内部空间由至少一条隔断线分割为多空间结构，所述隔断线存在非连续断开段。所述吊袋式微藻养殖系统中包括至少一个所述的吊袋式微藻光反应器。本实用新型所述的吊袋式微藻光反应器透光性能好，增加了CO₂气体在水体中的滞留时间，更有利于微藻培养体系对CO₂气体的吸收。所述的吊袋式微藻养殖系统结构更简单，制造和使用成本低廉，可以实现封闭式清洁高品质微藻养殖要求。

Description

一种吊袋式微藻光反应器及吊袋式微藻养殖系统

技术领域

本实用新型涉及一种吊袋式微藻光反应器及吊袋式微藻养殖系统，是一种利用透明薄膜袋实施光合微藻养殖的装置。

背景技术

微藻能够利用简单的矿物质营养素，在光合作用（日光和人工照明）的情况下，将CO₂和水转化为我们生活需要的各种有机化合物（如色素、蛋白质、氨基酸、维生素和脂肪酸、多糖和矿物质等人体必需的营养成份）。由于藻类具有高效光利用率，以及从周围环境中快速高效吸收营养素（如CO₂、氮、磷等）并转化成有机化合物的能力，使藻类具有解决食品短缺、能源危机和CO₂减排的巨大经济潜力。

目前，微藻培养主要有开放式和封闭式两种光生物反应器。其中，封闭式光生物反应器主要有管道式、平板式、柱状气升式、浮式薄膜袋等。这些反应器不仅制造成本高，而且需要占用大量耕地或养殖水面，形成与农作物或水产品争地争水的局面。我国农业一直有农作物间种，即利用植物的不同高度、采收时间不同错时或分层种植，以提高单位面积产值和养殖空间的传统。吊袋式微藻光反应器有利于实现微藻的空中养殖，实现非占地养殖产业发展模式。

CN102086437A公开了薄膜挂袋式单胞藻光生物反应器及其制作方法，提出了一种底部带有倒圆锥状气升部的中空透明柱状体，也加设了悬挂结构。这种结构实质是对大直径单柱光反应器的一种简化，柱状体光反应器气体停留时间短，大直径的柱状结构导致中心部位光照不足，形成养殖暗区，养殖暗区降低了柱状光反应器养殖效率，加大光生物反应器重量，光生物反应器不得不加装加强结构，造成反应器制造成本提高，光反应器透光性不好。

CN102373150A和CN102373151A分别提出了两种形式的光生物反应器和光生物培养系统。通过在柔性薄膜袋上设置多个隔离点或竖向的线状隔离带，将光生物反应器内的光生物培养液分割成多个相互连通的液体区域。上述两篇现有专利是对目前常用薄膜培养袋横向隔离带结构的改造，与CN102086437A及现有技术相比，解决了大直径单柱光反应器透光和培养物分层问题，但其分割模式由线到点状分割，是两种极端情况，纵向隔离带与气体上升方向一致，反而不利于气体在培养体系的横向搅拌，点状隔离对解决培养气体搅拌与气体分布情况并不理想。

实用新型内容

为改善大型柱状薄膜挂袋式光生物反应器及其他现有光生物反应器的问题，提高微藻养殖效果，本实用新型提出一种吊袋式微藻光反应器及吊袋式微藻养殖系统，在实现微藻的高效空间养殖的同时，改善光反应器光照效果、营养物质的供给并延长CO₂气体在养殖水体的滞留时间，以提高水体光合养殖微藻的产量。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的目的之一在于提供一种吊袋式微藻光反应器，所述吊袋式微藻光反应器包括由端部封闭的透明薄膜袋形成的反应器主体；所述透明薄膜袋的内部空间由至少一条隔断线分割为多空间结构，所述隔断线存在非连续断开段。

本实用新型所述的吊袋式微藻光反应器在透明薄膜袋上设置至少一条隔断线，同时在隔断线上设置非连续断开段，便于不同隔断区之间的物质交换，加入培养液后，形成若干相互连通的液体区域。在使用时，从底部分布的气体在上升过程中一部分滞留在隔断线内，多余的气体溢出向上移动、层层滞留，强化了培养液的扰动，增加了CO₂气体在水体中的滞留时间。

所述隔断线可选择一条、三条、四条、六条等，可由本领域技术人员根据实际情况进行选择。

所述隔断线由数组并列排布的倒V形、倒U形或W形的线条组成。

所述透明薄膜袋的上部设有营养液入口和排气口，底部设有进气口和排料口。所述排料口为单独设置于透明薄膜袋底部的单独接口，或与进气口共用同一接口。

所述透明薄膜袋的材料可选择聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯PU薄膜等。所述吊袋式微藻光反应器的透光性能好。

本实用新型的目的之二在于提供一种吊袋式微藻养殖系统，所述系统中包括至少一个如上所述的吊袋式微藻光反应器。所述吊袋式微藻养殖系统的其他部件，如输气、输液、排气等具体部件的设计，可由本领域技术人员进行选择，本实用新型并无特殊限制。

以下为本实用新型所述吊袋式微藻养殖系统的优选形式。

本实用新型所述微藻养殖系统主要由输液输气系统、吊袋式微藻光反应器、气体回收系统、培养液回收系统和辅助支架组成。

所述输液输气系统包括营养罐和连入营养罐底部的气源。其主要作用是向吊袋式微藻光反应器中输入营养液和含有CO₂的气体。

所述营养罐分为上部的气体空间和下部的液体空间；气体空间连接有输气管，其末端通过输气针头接入透明薄膜袋底部的进气口，并与透明薄膜袋底部的布气软管连接；液体空间连接有输液管，其末端通过输液针头接入透明薄膜袋上部的营养液入口。

本实用新型所述输液输气系统中气源与营养罐连接，输液管入口浸没在营养罐的液体空间，输气管设置在营养罐的气体空间，由气源向营养罐提供压力推动气体和营养液向吊袋式微藻光反应器内流动。

所述输气管上设有输气阀。另外，所述输气管上还设有加热器和冷却器，能够实现对输送气体的温度调节，以及吊袋式微藻光反应器培养体系的温度调控。

所述输液管上设有输液阀，调节输液阀采用滴定的方式向吊袋式微藻光反应器输送营养液。

所述布气软管开有若干微孔，能够保证气体分布均匀。

所述气体回收系统包括依次连接的排气针头、气袋和压气机；所述排气针头与透明薄膜袋上部的排气口连通，压气机与气源连通。

气体回收系统连接在透明薄膜袋的排气口上，将送入袋内未被微藻利用而排出的气体，经过气袋和压气机送回气源，实现气体回收再循环利用，解决目前CO₂气体在培养液中吸收率较低，未被微藻利用的大量CO₂气体直接排放到空气中造成环境污染的问题。

所述培养液回收系统包括依次连接的排料管阀、过滤器及水箱，所述排料管阀与透明薄膜袋底部的排料口连通。所述排料口为设置在透明薄膜袋底部的单独接口或者与透明薄膜袋底部的进气口共用接口，排料管阀用于培养的微藻排出光反应器的转运和收集过程的调控。所述水箱与营养罐连通，用于培养液的回用输送。在水箱内液体静压差不能满足培养液回流营养罐时，在水箱和营养罐之间设置输液泵。

所述水箱与输液泵之间设有排液管阀，其作用是调控过滤器滤出培养微藻的水及其回收的营养液向营养罐的输送，并方便设备检修。

所述输液泵与营养罐之间设有输液隔断阀，其作用是防止营养罐内液体向输液泵倒流并方便设备检修。

所述培养液回收系统连接在透明薄膜袋底部的排料口，将透明薄膜袋内培养液滤出微藻后，回收再利用培养液资源，减少目前微藻培养系统对水及营养资源的大量消耗。

本实用新型输液针头、输气针头和排气针头是一种优选的插拔式快速连接方式，与其他固定式接头方式有等效技术功效。

本实用新型所述的吊袋式微藻养殖系统的运行方法如下：

1）将两端封闭的吊袋式微藻光反应器吊挂在辅助支架上，将系统设备安装好后，通过输液针头、输气针头或排气针头向袋内加装微藻藻种；

2）将配置好的营养液注入营养罐内并密封罐口，接通输液输气系统，开启气源输出阀，在营养罐内达到一定压力后，开启输液阀和输气阀，营养罐内的液体空间通过输液阀向吊袋式微藻光反应器输送营养液，营养罐内的气体空间通过输气阀向吊袋式微藻光反应器输送富含CO₂气体的混合气体，输液输气量通过调节输液阀和输气阀的开关调节；

3）未被微藻利用的气体，一部分以气泡形式储存在吊袋式微藻光反应器的隔断线内，另一部分由排气针头排出，经过气袋和压气机组成的气体回收系统，回到气源继续循环使用；

4）待到微藻产量达到养殖收获要求后，通过排料管阀，将微藻及培养液一并排出，留取部分藻种在吊袋式微藻光反应器内继续繁殖，如此反复实现微藻的多批次培养；

5）由排料管阀排出的微藻及培养液，经过过滤器、水箱及输液泵组成的培养液回收系统，滤出微藻后对培养液重新调节营养成分后，送回到营养罐继续循环使用。

本实用新型所述吊袋式微藻养殖系统，在收获微藻并实现微藻与培养液分离后，培养液可作为农作物肥料和水源，输送到农作物根部，实现微藻与农作物之间资源循环利用。

本实用新型气源为富含CO₂气体的混合气体，混合气体中CO₂气体的含量为0.05%～100%。

与已有技术方案相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的吊袋式微藻光反应器与现有的薄膜挂袋式单胞藻光生物反应器相比，采用隔断线实现光反应器的结构扁平化，反应器透光性能更好，倒V形、倒U形或W形隔断线结构，便于气体在水体滞留，增加了CO₂气体在水体中的滞留时间，更有利于微藻培养体系对CO₂气体的吸收。

与现有的微藻光养殖系统相比，本实用新型所述的吊袋式微藻养殖系统结构更简单，制造和使用成本低廉，与目前开放池养殖系统相比，可以实现封闭式清洁高品质微藻养殖要求。吊袋式微藻养殖系统采用高空养殖，可满足立体、大面积、成本低的经济性养殖需求。

附图说明

图1为本实用新型的吊袋式微藻养殖系统组成示意图；

图2为本实用新型的吊袋式微藻光反应器结构示意图。

图中：1-吊袋式微藻光反应器；2-气源；3-营养罐；4-输液管；5-输液阀；6-输液针头；7-输气管；8-输气阀；9-输气针头；10-排气针头；11-排料管阀；12-布气软管；13-透明薄膜袋；14-隔断线；15-辅助支架；16-气袋；17-排气管阀；18-压气机；19-过滤器；20-水箱；21-排液管阀；22-输液泵；23-输液隔断阀。

下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

为更好地说明本实用新型，便于理解本实用新型的技术方案，本实用新型的典型但非限制性的实施例如下：

一种吊袋式微藻光反应器，所述吊袋式微藻光反应器包括由端部封闭的透明薄膜袋13形成的反应器主体；所述透明薄膜袋13的内部空间由至少一条隔断线14分割为多空间结构，所述隔断线14存在非连续断开段。

所述隔断线14由数组并列排布的倒V形、倒U形或W形的线条组成。

所述透明薄膜袋13的上部设有营养液入口和排气口，底部设有进气口和排料口。

一种吊袋式微藻养殖系统，所述系统中包括至少一个如上所述的吊袋式微藻光反应器1。

所述系统主要由输液输气系统、吊袋式微藻光反应器1、气体回收系统、培养液回收系统和辅助支架15组成。

所述输液输气系统包括营养罐3和连入营养罐3底部的气源2。所述营养罐3分为上部的气体空间和下部的液体空间；气体空间连接有输气管7，其末端通过输气针头9接入透明薄膜袋13底部的进气口，并与透明薄膜袋13底部的布气软管12连接；液体空间连接有输液管4，其末端通过输液针头6接入透明薄膜袋13上部的营养液入口。

所述输气管7上设有输气阀8；所述输气管7上设有加热器和冷却器；

所述输液管4上设有输液阀5；所述布气软管12开有若干微孔。

所述气体回收系统包括依次连接的排气针头10、气袋16和压气机18；所述排气针头10与透明薄膜袋13上部的排气口连通，压气机18与气源2连通；所述气袋16和压气机18之间设有排气管阀17。

所述培养液回收系统包括依次连接的排料管阀11、过滤器19及水箱20，所述排料管阀11与透明薄膜袋13底部的排料口连通，排料口与透明薄膜袋13底部的进气口共用接口；所述水箱20与营养罐3连通，用于培养液的回用输送。在水箱20内液体静压差不能满足培养液回流营养罐3时，在水箱20与营养罐3之间设置输液泵22。

所述水箱20与输液泵22之间设有排液管阀21。

所述输液泵22与营养罐3之间设有输液隔断阀23。

如图1为本实用新型所述的吊袋式微藻养殖系统组成示意图。包括一组连体吊袋式微藻光反应器1安装在辅助支架15上，气源2、营养罐3、压气机18、输液泵22及其控制柜固定在集成平台上。输液输气系统中的气源2与营养罐3连接，营养罐3分别与输液管4和输气管7连接，输液管4通过输液针头6连接在吊袋式微藻光反应器1的上部，调节输液阀5采用滴定方式向吊袋式微藻光反应器1内输送营养液，输气管7通过输气针头9连接在吊袋式微藻光反应器1的底部，并与布气软管12连接，向吊袋式微藻光反应器1输送气体，并利用布气软管12实现气体的均匀分布。输入吊袋式微藻光反应器1内的气体，在上升过程中一部分滞留在隔断线14的倒V形隔档内，多余的气体溢出向上移动、层层滞留，强化培养液的扰动。溢出培养液的气体，通过气体回收系统储存在气袋16中，由压气机18排入气源2。

根据气体消耗量向营养罐3内鼓入气体，营养罐3内压力升高，营养罐3下部液体空间的营养液通过输液管4、输液阀5、输液针头6输送到吊袋式微藻光反应器1内，输液流量通过输液阀5调节；同样的，营养罐3上部气体空间的气体通过输气管7、输气阀8、输气针头9输送到吊袋式微藻光反应器1内，由布气软管12将输入吊袋式微藻光反应器1的气体均匀扩散到吊袋式微藻光反应器1的底部区域，输气流量通过输气阀8调节。在吊袋式微藻光反应器1的微藻养殖量达到收获要求时，关闭输气阀8开启排料管阀11，吊袋式微藻光反应器1内微藻与培养液通过与进气口共用的排料口排出，实现吊袋式微藻光反应器1内微藻的排出过滤收集与回收利用。

图1示出了两个吊袋式微藻光反应器1对称的安装在辅助支架15上，通过并联多支路输液输气系统，实现多个吊袋式微藻光反应器1的联合养殖。

图2为吊袋式微藻光反应器1的结构示意图，图中两只吊袋式微藻光反应器1联接在一起，跨装在辅助支架15上，为突出吊袋式微藻光反应器1结构，用于支撑吊袋式微藻光反应器1的辅助支架15在图中被隐去。吊袋式微藻光反应器1由透明薄膜袋13制造，底部被压实封闭形成封闭空间，在吊袋式微藻光反应器1的底部安装有布气软管12，输气针头9穿过透明薄膜袋13插入布气软管12，输液针头6插入透明薄膜袋13，采用滴定模式缓慢加入营养液，排气针头10插入透明薄膜袋13，作为封闭吊袋式微藻光反应器1的排气口。在透明薄膜袋13内，以一定距离间隔压实成倒V形或倒U型或W形隔断线14，隔断线14存在非连续断开段，便于气流和培养物穿过间隔隔断14，也便于改变气体在吊袋式微藻光反应器的流动状态和滞留时间，达到均匀传质效果。

具体实施例：

以小球藻培养为例，利用针管取小球藻种源，利用输液针头6将待培养藻种注入吊袋式微藻光反应器1，连接输液与输气管道，以荧光灯为光源进行24小时连续培养，将细胞表面光强调整为50μmol m^-2s^-1，环境温度为30℃，加注营养液至一定量后，采用滴定方式缓慢加入营养液，每半小时通过布气软管12连续向吊袋式微藻光反应器1内通入CO₂与空气混合气体5分钟。随着培养物生长，藻种的不断繁殖数量增多，输入液体增多，输气时间加长，输液输气量根据藻种对营养物质的需求不断增加，试验结果表明，微藻的生长速率达25gm^-2d^-1，养殖结束后，利用培养液回收系统将培养物过滤收集干燥，实现产品培养与收获。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征以及方法，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种吊袋式微藻光反应器，其特征在于，所述吊袋式微藻光反应器包括由端部封闭的透明薄膜袋（13）形成的反应器主体；所述透明薄膜袋（13）的内部空间由至少一条隔断线（14）分割为多空间结构，所述隔断线（14）存在非连续断开段。

2.如权利要求1所述的吊袋式微藻光反应器，其特征在于，所述隔断线（14）由数组并列排布的倒V形、倒U形或W形的线条组成。

3.如权利要求1或2所述的吊袋式微藻光反应器，其特征在于，所述透明薄膜袋（13）的上部设有营养液入口和排气口，底部设有进气口和排料口。

4.一种吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述系统中包括至少一个如权利要求1-3之一所述的吊袋式微藻光反应器（1）。

5.如权利要求4所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述系统主要由输液输气系统、吊袋式微藻光反应器（1）、气体回收系统、培养液回收系统和辅助支架（15）组成。

6.如权利要求5所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述输液输气系统包括营养罐（3）和连入营养罐（3）底部的气源（2）；

所述营养罐（3）分为上部的气体空间和下部的液体空间；气体空间连接有输气管（7），其末端通过输气针头（9）接入透明薄膜袋（13）底部的进气口，并与透明薄膜袋（13）底部的布气软管（12）连接；液体空间连接有输液管（4），其末端通过输液针头（6）接入透明薄膜袋（13）上部的营养液入口。

7.如权利要求6所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述输气管（7）上设有输气阀（8）；所述输气管（7）上设有加热器和冷却器；所述输液管（4）上设有输液阀（5）；所述布气软管（12）开有若干微孔。

8.如权利要求5-7之一所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述气体回收系统包括依次连接的排气针头（10）、气袋（16）和压气机（18）；所述排气针头（10）与透明薄膜袋（13）上部的排气口连通，压气机（18）与气源（2）连通；所述气袋（16）和压气机（18）之间设有排气管阀（17）。

9.如权利要求5-7之一所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述培养液回收系统包括依次连接的排料管阀（11）、过滤器（19）及水箱（20），所述排料管阀（11）与透明薄膜袋底部的排料口连通；所述水箱（20）与营养罐（3）连通；所述水箱（20）与营养罐（3）之间设有输液泵（22）。

10.如权利要求9所述的吊袋式微藻养殖系统，其特征在于，所述水箱（20）与输液泵（22）之间设有排液管阀（21）；所述输液泵（22）与营养罐（3）之间设有输液隔断阀（23）。