CN204848857U

CN204848857U - 一种微藻跑道池的湍流补碳装置

Info

Publication number: CN204848857U
Application number: CN201520516208.9U
Authority: CN
Inventors: 潘克厚; 韩吉昌; 张琳; 王松; 李赟
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2025-07-16

Abstract

本实用新型公开了一种微藻跑道池的湍流补碳装置，包括透明封闭罩和底板，透明封闭罩位于底板上方，透明封闭罩内壁和底板上垂直于水流方向设置水流阻挡板，水流阻挡板和曝气装置，曝气装置位于底板上并且在水流阻挡板的前面，所述的透明封闭罩中垂直水流方向的前面开口，透明封闭罩两侧、后面和顶部设有封闭板。本实用新型与现有的跑道池曝气技术相比，能够在内部引起多处湍流、增加藻细胞与气泡的有效接触几率，有效促进二氧化碳溶解，促进藻液上下层的对流、提高单位水体接收到的有效光能总量且有效避免了表层细胞受到光损伤；进而降低成本、提高微藻培养的产率。

Description

一种微藻跑道池的湍流补碳装置

技术领域

本实用新型涉及一种微藻跑道池的湍流补碳装置，属于微藻培养工程领域。

背景技术

微藻是自然水体的最重要的初级生产者，在全球能量转化和碳素循环中发挥重要作用。通过微藻光合作用固定的CO₂占全球CO₂固定量的40%以上。同时，微藻细胞富含多种必需氨基酸、色素、多糖、多不饱和脂肪酸等高附加值生物活性物质，使其在功能食品、化妆品、医药及精细化工等领域具有重要的应用价值。除此之外，随着传统化石能源（石油、煤炭等）的日益枯竭，社会对纯净得可再生能源需求不断高涨。微藻，具有生长速度快、油脂含量高、培养周期短等一系列特点，使其成为了最重要的生物能源候选物种。

目前，微藻的规模化培养主要通过自养及异养两种方式。由于具备异养能力的微藻种类较少，微藻规模化培养仍以自养为主，如跑道池、管式反应器及壁式反应器等。跑道池因成本较低、易于操作等优点，广泛应用与多种微藻的规模化培养（小球藻、微拟球藻、螺旋藻等）。由于微藻的生长需要光能与二氧化碳；因此，在微藻培养过程中，提高二氧化碳的利用率，藻细胞接收的有效光能的总量，对提高微藻培养的产率具有重要的意义。

随着微藻密度的增加，光线在藻液内部的传播会迅速衰减，其穿透距离最低时只有1mm左右。此即意味着单位水体内的绝大多数细胞处于缺光环境中。

微藻在光反应阶段，藻细胞接收光并将其转化为化学能；在暗反应阶段，藻细胞利用化学能合成细胞组分。在暗反应中，藻细胞不需要光照，甚至持续的光照会降低微藻的代谢速度。然而，微藻在光-暗间歇（闪光效应）环境中的生长速率明显高于持续光源；因此，在跑道池培养过程中，有效实现藻液上下层之间的交换，使细胞处于闪光环境中，将会大大提高微藻的培养效率。传统的开放式跑道池虽成本较低，但二氧化碳的利用率亦较低。由于藻液的深度一般在20-30cm之间，通过曝气装置散布的气体，来不及充分溶解即从水体中逃逸。这既造成了二氧化碳的浪费，又无法满足藻细胞对二氧化碳的需求。

因此，延长二氧化碳在藻液中的滞留时间，促进二氧化碳的有效溶解；有效实现藻液上下层的对流使藻细胞持续处于上下翻滚的状态，以增加单位水体的微藻接收的有效光能总量，成为提高微藻培养效率的关键技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种微藻跑道池的湍流补碳装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的微藻跑道池的湍流补碳装置，包括透明封闭罩和底板，透明封闭罩位于底板上方，透明封闭罩内壁和底板上垂直于水流方向设置水流阻挡板，曝气装置位于底板上并且在水流阻挡板的前面，所述的透明封闭罩中垂直水流方向的前面开口，透明封闭罩两侧、后面和顶部设有封闭板。

所述的透明封闭罩和底板可以通过多根支柱固定连接在一起，也可以单独将透明封闭罩固定。

优选的，所述的补气装置中水流阻挡板设有两块，第一水流阻挡板位于透明封闭罩内壁顶部，第二水流阻挡板位于底板上并且在第一水流阻挡板的后面。

优选的，为减少藻液在通过该装置时受到的阻力，透明封闭罩两侧外缘区域可以设计为具有弧形或锥形的“帽子”结构。

优选的，透明封闭罩长度为跑道池长度的1/20-1/5；宽度为跑道池宽度的1/5-1。

优选的，第一水流阻挡板高度为藻液总高度的1/5-1/2；第二水流阻挡板为透明封闭罩总高度的1/5-1/2；第一和第二水流阻挡板之间的距离为总封闭罩长度的1/5-1/3；曝气装置与第一水流阻挡板之间的距离为总透明封闭罩长度的1/5-1/3。

优选的，透明封闭罩两侧封闭板高度为藻液总高度的1/10-1/5。

优选的，水流阻挡板通过粘结、铆钉或螺丝的方式与透明封闭罩和底板可拆卸式固定连接。

本实用新型的封闭罩和水流阻挡板选取透光性好的材料（玻璃、有机玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、橡胶、树脂等材质的薄板或薄膜），通过粘结或缠绕模具等方式构建密封的。

本实用新型的湍流补碳装置封闭罩完全浸入水面以下；其中曝气装置释放二氧化碳气泡；水流进入透明封闭罩区域后，带动气泡向前流动；气泡上浮至封闭罩上部，漂浮于液面表层继续前进，受到第一水流阻挡板的阻隔后下潜，藻液在此处形成湍流，有效促进气泡与藻细胞的充分接触；水流继续向前，下方的水流遭遇第二水流阻挡板的阻拦后会形成湍流，与后方及上方夹杂气泡的水流形成涡旋，再次促使二氧化碳气泡与藻液充分接触，同时实现藻细胞的上下翻滚；水流通过第二水流阻挡板的上部继续前进，剩余的二氧化碳上浮遭遇封闭罩的阻挡，继续在水体中前进；水流遭遇封闭罩外缘部分的阻挡，形成湍流，再一次促进气泡与水流的接触，同时实现藻液上下层的对流，促使藻细胞持续处于上下翻滚状态，有效提高了单位水体藻细胞接收的有效光能总量。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型与现有的跑道池曝气技术相比具有以下优点：（1）本实用新型通过封闭罩防止气体逃逸，通过内设的两重挡板引导气泡与藻液流动路线；有效的防止了未溶解二氧化碳的逃逸，延长了二氧化碳在藻液中的滞留时间；从而有效提高了二氧化碳的利用率。（2）本实用新型使流经此装置的藻液形成多处湍流，使藻细胞与气泡频繁处于涡旋状态，大大增加了藻液与气泡的有效接触，促进二氧化碳的溶解，提高藻细胞吸收二氧化碳的效率。（3）本实用新型使藻液在封闭罩区域内多次实现上下层对流，既避免了表层细胞的光损伤，又使得更多的底层细胞受到光照，从而使得单位水体的藻细胞获得更多的有效光能总量。（4）本实用新型成本低，易制造，效率高，有助于降低微藻规模化培养的成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。图中箭头代表水流的方向。

图2为本实用新型置于跑道池中的俯瞰图。

图3为本实用新型置实施例2示意图。

图中，1透明封闭罩，2第一水流阻挡板，3第二水流阻挡板，4曝气装置，5底板，6封闭板。

具体实施方式

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供的微藻跑道池的湍流补碳装置，包括透明封闭罩和底板，透明封闭罩位于底板上方，透明封闭罩内壁和底板上垂直于水流方向设置水流阻挡板，曝气装置位于底板上并且在水流阻挡板的前面，所述的透明封闭罩中垂直水流方向的前面开口，透明封闭罩两侧、后面和顶部设有封闭板。

所述的透明封闭罩和底板通过四根支柱固定连接在一起。

本实施例中水流阻挡板设有两块，第一水流阻挡板位于透明封闭罩内壁顶部，第二水流阻挡板位于底板上并且在第一水流阻挡板的后面。

为减少水流受到的阻力，透明封闭罩两侧外缘区域设计为具有弧形的“帽子”结构。

透明封闭罩长度为跑道池长度的1/10；宽度为跑道池宽度的1/3。

第一水流阻挡板高度为藻液总高度的1/3；第二水流阻挡板为透明封闭罩总高度的1/3；第一和第二水流阻挡板之间的距离为总封闭罩长度的1/4；曝气装置与第一水流阻挡板之间的距离为总透明封闭罩长度的1/4。

透明封闭罩两侧封闭板高度为藻液总高度的1/7。

水流阻挡板通过铆钉的方式与透明封闭罩和底板连接。

使用时，将该装置浸于水中后，水流带动曝气装置散布的气泡向前流动，气泡向前流动，同时向上浮动；分别遭遇第一水流阻挡板与封闭罩上部的阻挡；水流会在该处形成涡旋，藻液与二氧化碳气泡充分接触；藻液与气泡通过第一水流阻挡板的空隙继续向前流动，在此过程中气泡仍会上浮，但是由于下部的水流遭遇到第二水流阻挡板的阻挡后会在该阻挡板后方及对应的封闭罩上方再次形成湍流，引起藻细胞和气泡充分涡旋，能够促进藻液与气泡充分接触，促使二氧化碳进一步溶解；藻液与气泡继续向前流动，遭遇封闭罩外缘的阻挡，水流形成第三次湍流，引起涡旋，藻液与气泡再次充分接触。同时在此过程中，藻液的多次湍流，亦有效促进了藻液的上下层对流，使微藻细胞持续处于上下翻滚状态，使得单位水体内更多的藻细胞获得足够的光能。

使用前，可用紫外线照射或次氯酸钠浸泡等方式对该装置进行消毒，以此减少引入其它生物污染源。

实施例2

如图3所示，本实施例提供的微藻跑道池的新型补气装置与实施例1不同的是，所述的透明封闭罩和底板通过2根支柱固定连接在一起。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims

1.一种微藻跑道池的湍流补碳装置，其特征在于，包括透明封闭罩和底板，透明封闭罩位于底板上方，透明封闭罩内壁和底板上垂直于水流方向设置水流阻挡板，曝气装置位于底板上并且在水流阻挡板的前面，所述的透明封闭罩中垂直水流方向的前面开口，透明封闭罩两侧、后面和顶部设有封闭板。

2.根据权利要求1所述的补碳装置，其特征在于，水流阻挡板设有两块，第一水流阻挡板位于透明封闭罩内壁顶部，第二水流阻挡板位于底板上并且在第一水流阻挡板的后面。

3.根据权利要求1所述的补碳装置，其特征在于，透明封闭罩长度为跑道池长度的1/20-1/5；宽度为跑道池宽度的1/5-1。

4.根据权利要求2所述的补碳装置，其特征在于，第一水流阻挡板高度为跑道池中藻液总高度的1/5-1/2；第二水流阻挡板为透明封闭罩总高度的1/5-1/2；第一和第二水流阻挡板之间的距离为总封闭罩长度的1/5-1/3；曝气装置与第一水流阻挡板之间的距离为总透明封闭罩长度的1/5-1/3。

5.根据权利要求1所述的补碳装置，其特征在于，透明封闭罩两侧封闭板高度为藻液总高度的1/10-1/5。

6.根据权利要求1所述的补碳装置，其特征在于，水流阻挡板通过粘结、铆钉或螺丝的方式与透明封闭罩和底板可拆卸式固定连接。