CN206986158U - 一种多层微藻生长繁殖装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多层微藻生长繁殖装置，属于微藻繁殖技术领域。本实用新型提供的多层微藻生长繁殖装置包括外壳(4)，外壳内部设有隔板(5)、进料装置和出料装置；每层隔板上方设置有液位限定装置(3)、光源(8)、搅拌装置和微藻生长繁殖床(7)。本实用新型提供的多层微藻生长繁殖装置占地面积小、微藻生长繁殖不受季节、天气影响、光照强度可控、曝光面积大、藻类生产效率高，能够实现薇藻工业化生产。

Description

一种多层微藻生长繁殖装置

技术领域

本实用新型涉及微藻生长繁殖技术领域，具体涉及一种多层微藻生长繁殖装置。

背景技术

随着工业化进程加快，温室气体排放是人类面临的最大难题之一。藻类利用太阳能，通过光合作用固碳，使之转化为碳水化合物，藻类不仅吸收大量的二氧化碳，释放氧气，而且生产有机食物、饲料、肥料。随着清洁能源的广泛开发和利用，生物质能源得到了快速发展。西方国家从上世纪七十年代就开展了大规模的油藻的研究和小工业生产。因此，藻类的生态效益得到越来越多的重视。

我国目前已经开始了大面积的藻类养殖。但还主要用于高档食品和保健品生产。在山东、云南和内蒙等地建立了大规模的小球藻和螺旋藻的养殖基地，并建立了大规模的营养品和保健品的生产厂，形成了规模化的产业链。河北新奥集团利用油藻生产柴油和汽油。国际上和我国许多科研单位也开展了藻类污水处理的研究。藻类处理污水的同时还能够吸收二氧化碳，并释放大量的氧气，对生态环境有极大的好处。但在目前阶段藻类处理污水还主要在实验室研究，还没有进入工业化应用，现有技术并没有提供一种适合工业化生产的藻类处理污水的方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多层微藻生长繁殖装置。本实用新型提供的多层微藻生长繁殖装置占地面积小、光照强度可控、生产时间不受季节、天气和昼夜的影响。通过本专利，微藻生产比传统的自然环境生产提供效率3 倍以上。特别是，本实用新型能够实现微藻的工业化生产、污水处理、生态环保和新能源等各个领域的生产和应用。

本实用新型提供了一种多层微藻生长繁殖装置，其特征在于，包括外壳4，外壳内部设有隔板5、进料装置和出料装置；每层隔板上方设置有液位限定装置3、光源8、搅拌装置和微藻生长繁殖床7。

优选的是，所述液位限定装置3为穿过隔板5的管道。

优选的是，所述进料装置包括通过营养物质输送机构12依次连接的微藻营养物质喷头11、微藻营养物质给料装置17、微藻营养液配料装置15、微藻液体回流泵23和微藻液体回流控制阀22。

优选的是，所述搅拌装置的搅拌方式包括机械搅拌和气体动力搅拌。

优选的是，采用机械搅拌方式的搅拌装置包括依次连接的搅拌装置叶片 6、搅拌驱动机构2和搅拌装置电机1；

每层隔板上方设置有搅拌叶片，每层的搅拌叶片6与搅拌驱动机构2连接，搅拌驱动机构2与搅拌装置电机1连接。

优选的是，所述出料装置包括依次连接的微藻回收排出管路14、微藻收集装置18和微藻储存及后处理装置19；所述微藻收集装置18还与微藻液体排出管道20和微藻液体排放控制阀依次连接。

优选的是，所述外壳4和隔板5的材质包括透明材料和不透明材料。

优选的是，所述光源8包括人造光源、自然光。

本实用新型提供了一种多层微藻生长繁殖装置。本实用新型提供的多层微藻生长繁殖装置占地面积小(与微藻自然生产相比，对于相同面积多层塔的有效曝光面积提高10～100倍以上)、生产时间不受季节、天气和昼夜的影响、微藻曝光强度可控，与微藻自然生产相比，对于相同面积多层塔的有效曝光面积提高10～100倍，藻类处理污水效率高，能够实现藻类在处理污水中的工业化应用，且能够应用于微藻固碳和微藻的大规模生产等领域。

附图说明

图1为本实用新型说明书提供的多层微藻生长繁殖装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的沼气-多层微藻处理系统的工艺流程图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种多层微藻生长繁殖装置，其特征在于，包括外壳4，外壳内部设有隔板5、进料装置和出料装置；每层隔板上方设置有液位限定装置3、光源8、搅拌装置和微藻生长繁殖床7。

在本实用新型中，所述多层微藻生长繁殖装置结构示意图如图1所示。其中，1为搅拌装置电机；2为搅拌驱动机构；3为液位限定装置；4为外壳； 5为隔板；6为搅拌装置叶片；7为微藻生长繁殖床；8为光源；9为电源配电装置；10为电力输送装置；11微藻营养物质喷头；12为营养物质输送机构；13为微藻回收吸入口；14为微藻回收排出管路；15为微藻营养液配料装置； 16为微藻营养液；17为微藻营养物质给料装置；18为微藻收集装置；19为微藻储存及后处理装置；20为微藻液体排出管道；21为藻液排放控制阀；22 为微藻液体回流控制阀；23为微藻液体回流泵。

在本实用新型中，所述多层微藻生长繁殖装置优选为多层塔，本实用新型对所述繁殖装置的形状没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的培养装置的常规形状即可，如圆柱形，长方体形。本实用新型的多层微藻生长繁殖装置包括外壳，本实用新型对所述外壳的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的外壳材料即可，如不透明材料，具体为金属、玻璃钢；本实用新型所述外壳材料优选为透明材料，具体为玻璃，更具体为有机玻璃、钢化玻璃。本实用新型透光材料外壳的选择能够充分利用太阳光，使装置内部形成良好通透的光照环境。

在本实用新型中，所述多层微藻生长繁殖装置包括隔板5。所述隔板将多层微藻生长繁殖装置分为多层结构，本实用新型对每两个隔板之间的间距没有特殊的限定，尺寸的设定根据实际应用进行选择即可，具体的，每两个隔板之间的间距优选为0.2～1.5m，更优选为0.5m。每层培养微藻的装置为微藻生长繁殖床7。

在本实用新型中，所述液位限定装置3为穿过隔板5的管道，液体超过液位限定装置上端后自动流入下一层隔板。本实用新型对所述液位限定装置在隔板上的水平位置没有特殊的限定。本实用新型对所述管道的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的管道材料即可。本实用新型对所述液位限定装置3控制的液位的高度没有特殊的限定，尺寸的设定根据实际应用进行选择即可，具体的，隔板上方的液位控制在0.1～1.0m，更优选为0.3m。

在本实用新型中，所述进料装置包括通过营养物质输送机构12依次连接的微藻营养物质喷头11、微藻营养物质给料装置17、微藻营养液配料装置15、微藻液体回流泵23和微藻液体回流控制阀22。在本实用新型中，所述营养物质包括碳源，所述碳源包括气体碳源和液体碳源，所述气体碳源包括一氧化碳和二氧化碳；本实用新型对所述液体碳源的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的微藻繁殖用液体碳源即可，如生活污水、人畜粪污、水解后的秸秆、城市污泥等。所述营养物质优选还包括氮、磷、钾和微量元素。在本实用新型中，所述微藻营养液配料装置15将原料配制成营养液体或营养气体。本实用新型对所述营养液体和营养气体的配制方法没有特殊的限定，采用常规的配量方法配制成适应微藻繁殖的营养物质即可。

在本实用新型中，所述微藻营养物质给料装置17与微藻营养配料装置连接，本实用新型所述微藻营养物质给料装置17优选根据营养物质的形态进行选择，当营养物质为营养液体时，所述微藻营养物质给料装置17优选为离心泵；当营养物质为营养气体时，所述微藻营养物质给料装置17优选为风机。本实用新型对所述微藻营养物质喷头没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的喷头即可，如营养液体优选采用常规喷洒用喷头。营养气体优选采用常规曝气头，如筛网式曝气头。

在本实用新型中，所述搅拌装置的搅拌方式包括机械搅拌和气体动力搅拌。在本实用新型中，采用机械搅拌方式的搅拌装置包括依次连接的搅拌装置叶片6、搅拌驱动机构2和搅拌装置电机1；每层隔板上方设置有搅拌叶片，每层的搅拌叶片6与搅拌驱动机构2连接，搅拌驱动机构2与搅拌装置电机1 连接。

在本实用新型中，所述出料装置包括依次连接的微藻回收排出管路14、微藻收集装置18和微藻储存及后处理装置19；所述微藻收集装置18还与微藻液体排出管道20和微藻液体排放控制阀依次连接。本实用新型对所述微藻收集装置18没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的微藻收集装置即可。在本实用新型中，所述微藻收集装置的选择优选根据微藻的长度进行选择，具体地，当微藻为50μm～1mm时，采取普通过滤的方式和压滤的方式收集。对于特细的微藻，如直径3～6μm的小球藻优选采取超滤的方式收集。对于特殊要求的情况，可以采取反渗透(RO)方式过滤。所述微藻收集装置优选采用常规市售收集装置即可。本实用新型对微藻储存及后处理装置没有特殊的限定，优选根据微藻的应用来进行选择，如，当微藻的用途为食用时，优选采用灭菌及烘干等方式进行处理；当微藻的用途为作为肥料时(如利用污水及废物生产的微藻)优选直接进行施肥。

在本实用新型具体实施例中，所述多层微藻生长繁殖装置具体结构优选为：1为搅拌装置电机；2为搅拌驱动机构；3为微藻液位限定装置；4为繁殖塔外壳；5为繁殖塔内部隔板；6为搅拌装置叶片；7为微藻生长繁殖床；8 为发光灯具；9为电源配电装置；10为电力输送装置；11微藻营养物质喷头； 12为营养物质输送机构；13为微藻回收吸入口；14为微藻回收排出管路；15 为微藻营养液配料装置；16为微藻营养液；17为微藻营养物质给料装置；18为微藻收集装置；19为微藻储存及后处理装置；20为微藻液体排出管道；21 为藻液排放控制阀；22为微藻液体回流控制阀；23为微藻液体回流泵。

本实用新型对多层微藻生长繁殖装置的使用方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的各装置的常规使用方法即可。

在本实用新型中，操作方法具体优选如下：

利用微藻营养液配料装置15配制微藻营养物质，微藻液体回流泵23提供动力，通过营养物质输送机构12送入微藻营养物质喷头11，将营养物质喷入微藻生长繁殖床7中。在微藻生长繁殖床7中，微藻液位限定装置3穿过每一层隔板5。微藻液位限定装置的高度与微藻生长繁殖床7的液位控制高度相同，当营养液加料超过液位超过液位限定装置3的高度后，上一层的液体就自动流向下一层生长繁殖床7。使每一层微藻生长繁殖床都装有微藻营养物质。

本实用新型在每层微藻生长繁殖床7中设置有搅拌装置，所述搅拌装置由搅拌装置电机1、搅拌驱动机构2和搅拌叶片6组成。其中，驱动机构2与置于每一层的生长繁殖床中的搅拌叶片6相连。整个搅拌装置的执行程序是：通过搅拌电机1带动搅拌驱动机构2，再由搅拌驱动机构2带动搅拌叶片6执行搅拌。使得整个生长繁殖床内的液体和微藻处于运动状态，有利于微藻生长繁殖。在本实用新型中，所述搅拌装置优选采用气动搅拌方式，所述搅拌装置优选包括包括风机、气体输送管道和曝气器。采用风机将搅拌气体，包括二氧化碳、一氧化碳，或空气加压到一定程度，通过气体管道送入置于每一层的曝气装置中，通过曝气器将气体均匀喷入每一层的微藻生长繁殖床中。若采用有机气体做微藻生长繁殖营养物质，这种气体搅拌装置可以同时兼备营养物质分配和搅拌功能。本实用新型对所述风机、气体输送管道和曝气器的型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的风机、气体输送管道和曝气器的市售产品即可。

微藻生长繁殖的光源优选为人造光源，所述光源优选由电源配电装置9、电力输送装置10和发光灯具8组成。其中，电源系统从电网接入，再经过电源配电装置8，将电网电力经过变压、分配和保护装置，将适合于发光灯具8 的电力输送到电力输送装置10中。将电源通过并联方式与置于每一层的发光灯具8相连，使其发光，为微藻光合作用提供光源。为了节省电力，光源灯具优选采用白光LED灯。当外壳和隔板材料为透明时，本实用新型所述光源优选采用日光。

微藻生长成熟以后，通过收集系统将微藻排出生长繁殖塔，并加以利用。微藻收集系统由微藻回收吸入口13、微藻回收排出管路14、微藻回收装置 18和微藻储存及后处理装置19、微藻液体排出管道20、液体排放控制阀21、微藻液体回流控制阀22、微藻液体回流泵23组成。

其中，微藻回收吸入口13置于微藻生长繁殖塔底层。并与微藻液体排出管道20相通。再通过排出管路将含有微藻和水溶液的混合物送入微藻收集装置18内，将微藻与水分离。分离出来的微藻送入微藻储存及后处理装置19 中，对微藻进行下道工序进行深加工利用。对于分离装置排出的液体经过微藻液体排出管道20排出，根据液体性质和排放要求，其中大部分液体经过微藻液体回流控制阀22进行控制，经过微藻液体回流泵23送入微藻营养液配料装置15进行回流应用。对于液体的一部分通过液体排放控制阀21排出，或进行下一道液体处理工序。

本实用新型还提供了上述技术方案所述装置在繁殖微藻处理污水中的应用。在所述应用中，本实用新型优选以污水作为微藻的营养物质，同时进行污水的净化处理和微藻的生长繁殖。在应用过程中，本实用新型对所述装置的数量没有特殊的限定，每一个应用优选采用1～3个多层微藻生长繁殖装置进行污水的处理。

下面结合具体实施例对本实用新型所述的一种多层微藻生长繁殖装置做进一步详细的介绍，本实用新型的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

本实用新型于2014年利用微藻处理沼液。该项目在四川省遂宁市大英县一家养猪场，四川省天惠能源科技有限公司建设了一个粪污多相流沼气综合处理系统。2015年初开始建设，其中，采用粪污作为原料，用多相流沼气技术生产沼气，并用三级好氧系统处理沼液。该项目于2015年底建成，并开始运行。运行结果表明，多相流沼气系统循环正常，各项技术指标超过传统沼气池30％以上。但由于沼液含有大量的氨、氮、磷及盐类，沼液BOD、COD含量非常高，达到10000以上。使得生化降解只能达到50％左右，最终沼液 BOD、COD都在3000以上。并且沼液处理量实际指标9吨/天，实际指标2 吨/天都达不到。

鉴于单纯的沼气和传统沼液处理系统的弊病，2016年天惠能源公司对该系统进行了全面的综合改造。其中，项目改造的核心内容之一就是对沼液处理系统进行改造，其基本思路如下：

结合本申请的多层微藻生长繁殖塔，用微藻处理沼液，代替原有的好氧处理沼液。由于微藻属于植物类，而好氧处理系统中的微生物属于动物类。这种技术改造的处理模式发生了根本性改变。微藻对于消化氨、氮、磷及盐类有先天的优势。并且所选用的微藻含有丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素、矿物质等，可以作为高档营养保健品、饲料和肥料。而好氧处理的副产品是含有大量微生物尸体的“危废品”。使一个带有二次污染的粪污处理系统转变为一个完全的生态处理系统。

2016年底完成了该系统的技术改造。改造后的沼气-多层微藻处理系统的工艺流程图如图2所示，其中，a为粪污收集1，b为配料箱，c为给料泵，d 为多相流沼气池，e为储气柜，f为燃烧炉与换热器，g为沼液循环泵，h为沼液储蓄箱，i为沼液给料泵，j为微藻沼液生长繁殖塔，k为微藻分离装置，l 为烟囱，m为沼渣压滤机，n为有机肥生产装置。

本实用新型采用了两级多层微藻生长繁殖塔串联运行。多层塔的内部结构除搅拌装置采用气动搅拌方式外，其它结构与本实用新型图1所示装置的结构相同。本实用新型的原料先后采用了养猪场粪污、城市污泥、酒糟和秸秆等多种物料，将合格的沼液从多层生长繁殖塔的上部进入第一级塔，经过第一级生长繁殖后再进入第二级继续生长繁殖。在微藻经过两级生长繁殖后，从第二级繁殖塔底部排出，进入微藻混合液压滤机对微藻和液体进行分离。在将分离后的液体送入PP棉超滤机进一步对液体进行分离。该系统在2017 年5月正式运行。

经过运行实验表明，以“微藻多层生长繁殖塔”为核心技术之一的有机废物生态处理系统在技术上是成功的。并且经过微藻多层曝光生长繁殖塔处理的沼液达到了很好的效果。采用新技术以后，粪污的处理量从每天200kg/d 提高到1000kg/d，沼液处理量由原来的2t/d提高到20t/d以上。经过处理后的水质指标得到极大的提高，沼液水质检测报告如表1所示，沼液处理后的 BOD：11.8mg/L(国家养殖场废水排放标准150mg/L)，COD37mg/L(国家标准400mg/L)，总氮12.2mg/L(国家标准80mg/L)，总磷：9.52mg/L(国家标准8mg/L，本申请结果略高于国家标准，实际后期工程中可进一步改进达标)，悬浮量27.5mg/L(国家标准200)。可见本专利实用新型的微藻处理技术在污水处理中有重大的技术突破。

表1沼液水质检测报告(养殖废水检测结果)

单位：mg/L(pH除外)

项目	检测结果
		pH	7.68
悬浮物	27.5
		总磷	9.52
总氮	12.2
		氨氮	14.5
化学需氧量	37
		五日生化需氧量	11.8
色度	16(倍)

本实用新型的微藻多层塔曝光生长繁殖塔处理各种沼液和污水是成功的，可以用于现实的工农业沼液和污水处理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多层微藻生长繁殖装置，其特征在于，包括外壳(4)，外壳内部设有隔板(5)、进料装置和出料装置；每层隔板上方设置有液位限定装置(3)、光源(8)、搅拌装置和微藻生长繁殖床(7)；

所述进料装置包括通过营养物质输送机构(12)依次连接的微藻营养物质喷头(11)、微藻营养物质给料装置(17)、微藻营养液配料装置(15)、微藻液体回流泵(23)和微藻液体回流控制阀(22)；

所述出料装置包括依次连接的微藻回收排出管路(14)、微藻收集装置(18)和微藻储存及后处理装置(19)；所述微藻收集装置(18)还与微藻液体排出管道(20)和微藻液体排放控制阀依次连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液位限定装置(3)为穿过隔板(5)的管道。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述搅拌装置的搅拌方式包括机械搅拌和气体动力搅拌。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，采用机械搅拌方式的搅拌装置包括依次连接的搅拌装置叶片(6)、搅拌驱动机构(2)和搅拌装置电机(1)；

每层隔板上方设置有搅拌叶片，每层的搅拌叶片(6)与搅拌驱动机构(2)连接，搅拌驱动机构(2)与搅拌装置电机(1)连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳(4)和隔板(5)的材质包括透明材料和不透明材料。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源(8)包括人造光源、自然光。