CN209685744U - 光生物反应器微藻养殖系统及管网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物技术领域，提供了一种光生物反应器微藻养殖系统及管网系统，包括：反应器组，反应器组包括多个反应器，反应器包括支撑架和固定在支撑架内部的内衬，支撑架呈笼子状封底圆柱形，内衬为由透明材料制成的多个棱形盛液区域，反应器依次连接，形成藻液封闭循环，并与外界压缩空气和藻液连通。本实用新型具有以下有益效果：将反应器的支撑架和内衬拆解设置，工艺大大简化，制造成本大幅度降低，十分易于推广应用；还破坏了微藻天敌——轮虫的生存条件，不仅使所生产的藻粉质量达到顶级，而且大幅度提高产量，极大地提高企业的经济效益。

Description

光生物反应器微藻养殖系统及管网系统

技术领域

本实用新型涉及生物技术领域，特别是涉及一种光生物反应器微藻养殖系统及管网系统。

背景技术

目前“微藻高效规模化养殖技术”是微藻生物技术的核心之一。封闭式光生物反应器，即封闭式培养系统，它与传统大池跑道式养殖相比优势突出，封闭式光生物反应器可以实现微藻单种、纯种的培养，而且培养条件易于控制，培养密度高、易收获，所以效率更高，但是反应器结构往往设计复杂，大规模应用建造与运行成本高，令使用者难以接受。综合分析国内外的微藻生物反应器，无论是管道式的、箱式的、板式的、多层状结构或其它结构的生物反应器，它们的突出弊病的共性都是使用透明材料制成一定厚度的管道或其反应器组，来实现其功能，这样由于承受藻液压力本身要求反应器壁就够厚的了，有的反应器还需要一定的负压，这样就要求其厚度增加，大量消耗了透明材料，这是传统生物反应器成本昂贵关键所在，一般来说传统光生物反应器的壁厚为5～10mm(售价4500～5000元/个)，当然还有结构复杂、气体解离差、抑制生长、产量低、运行成本高，导致难以大规模推广应用的问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种光生物反应器微藻养殖系统及管网系统，解决现有技术中生物反应器壁厚耗材、生产工艺复杂、制造成本高、一次性投资费用高、运行耗能高、难以大规模推广应用的问题；另一方面是解决微藻在传统养殖过程中，经常的遭到天敌(例如：轮虫)的侵害，导致产量和质量低下及卫生条件差的问题，无法避免藻粉有轮虫尸体被检出，使出口产品往往导致超标使产品不合格。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光生物反应器微藻养殖系统，包括：反应器组，所述反应器组包括多个反应器，每个所述反应器包括支撑架和固定在所述支撑架内部的内衬，所述支撑架呈笼子状封底圆柱形，所述内衬为由透明材料制成的多个棱形盛液区域，所述多个反应器依次连接，形成藻液封闭循环，并将外界压缩空气通入藻液。

其中，还包括风光驱动温控子系统，所述风光驱动温控子系统包括储能池、太阳能集热机构、空气压缩机，所述储能池包括进气管路、出气管路和进水管路，所述太阳能集热机构与所述进水管路连接，所述空气压缩机与所述储能池的进气管路连接，所述储能池的出气管路与所述反应器连接。

其中，所述储能池包括位于沙地地下的、由多个洞池连接而成的地下保温连环洞结构。

其中，还包括纳米管，所述纳米管置入内衬里底部，并连接在所述出气管路。

其中，所述内衬由透明塑料袋制成，所述支撑架由金属或高强度高分子制成。

其中，所述反应器的高度为1-6米，横截面的直径为20-100cm。

其中，所述反应器包括设于中心的第一反应器和围绕于所述第一反应器周围的第二反应器。

其中，所述第二反应器组的数量为2-16个。

本实用新型还公开一种管网系统，包括：培养液管网、出藻液管网以及多个如本实用新型所述的光生物反应器微藻养殖系统，多个所述光生物反应器微藻养殖系统分别与所述培养液管网和所述出藻液管网连接。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种光生物反应器微藻养殖系统及管网系统，具有以下有益效果：

1、将反应器支撑和盛液两个功能拆解设计，由支撑架和内衬结构完成，内衬由透明材料制成透明袋，由传统售价4500～5000元/个的反应器简化成十几元至几十元，制造工艺大大简化，不需要精密的大型设备，制造成本大幅度降低，一次性投入与传统反应器相比不足10％；其养殖运营成本也大幅度降低，因为在养殖过程中上述透明袋十分易于更换，更换新袋只需十几元，费用极低，也破解了反应器洗刷清洁的难题；同时内衬的适时更换也突破了反应器透明塑料老化的问题，可见，十分易于推广应用；

2、本反应器的构造还破坏了微藻天敌——轮虫生存的生态条件，即轮虫不能在该反应器内存活，以便生产无虫藻粉。这在国内外均未见报道。传统跑道式养殖方式螺旋藻每年由于虫害减产达到三分之一左右，因此，该反应器神奇的效果，不仅使所生产的藻粉质量达到顶级，而且大幅度提高产量，极大地提高企业的经济效益。这是微藻养殖技术发生了革命性的跨越，具有巨大地经济价值和应用前景。

附图说明

图1为本实用新型光生物反应器微藻养殖系统的俯视图；

图2为本实用新型反应器的俯视图；

图3为本实用新型风光驱动温控子系统的结构示意图；

图4为本实用新型地下保温连环洞的结构示意图；

图5为本实用新型太阳能集热机构的结构实体图；

图6为本实用新型一种管网系统的结构示意图。

图中，1、反应器组；11、第一反应器；12、第二反应器；111、支撑架；112、内衬；2、风光驱动温控子系统；21、储能池；22、太阳能集热机构；23、风力发电机；24、空气压缩机；25、地下保温连环洞；26、水温检测器；27、控制器；3、培养液管网；4、出藻液管网；5、光生物反应器微藻养殖系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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实用新型中的具体含义。

如图1-图6所示，本实用新型公开一种光生物反应器微藻养殖系统5，其特征在于，包括：反应器组1，所述反应器组1包括多个反应器，每个所述反应器包括支撑架111和固定在所述支撑架111内部的内衬112，所述支撑架111呈笼子状封底圆柱形，所述内衬112为由透明材料制成的多个棱形盛液区域，所述多个反应器依次连接，形成藻液封闭循环，并将外界压缩空气通入藻液。

具体的，本实用新型通过对反应器传统设计的突破，将用于支撑作用的支撑架111和用于盛放液体的内衬112拆分，支撑架111可以用于固定内衬112，内衬112由透明材料制成(例如塑料袋等)，当液体进入盛液区域后，由于压力所致会呈棱状突起，增加光照面积，外形像仙人柱一样体现仿生学效果。并且多个反应器组1成封闭连接，并通入压缩空气至藻液，使藻液在反应器内部持续循环搅拌。

其中，还包括风光驱动温控子系统2，所述风光驱动温控子系统2包括储能池21、太阳能集热机构22、空气压缩机24，所述储能池21包括进气管路、出气管路和进水管路，所述太阳能集热机构22与所述进水管路连接，所述空气压缩机24与所述储能池21的进气管路连接，所述储能池21的出气管路与所述反应器连接。具体的，本实施例还公开一种风光驱动温控子系统2利用太阳能和风能提供驱动力，储存并输出具有一定温度的压缩空气。空气经空气压缩机24压缩后进入储能池21，此时，储能池21下部储存藻液，上部储存压缩空气，省去了庞大的气液热交换系统和数量庞大的储气罐，便于储能和实现规模化生产，通过出气管路将压缩空气从储能池21运送至反应器。本实施例中的风光驱动温控子系统2利用风能发电，其中风力发动机为兆瓦级，给空气压缩机24提供压缩空气所需要的电力，本实施例均利用清洁能源提供压缩空气所需要的电能以及压缩空气本身所需要的热能。本实施例的储能池21接纳太阳能加热的热水和压缩空气，输出一定温度的压缩空气通入反应器，调控藻液的温度和达到搅拌的目的。储能池21包括进气管路、出气管路、进水管路以及出水管路，空气经压缩后进入进气管路，在储能池21中与温水换热，然后从出气管路排出进入到反应器中，其中，进水管路和出水管路分别用于输入和排出储能池21中的水。

其中，储能池21包括位于沙地地下的、由多个洞池连接而成的地下保温连环洞25结构。本实施例的储能池21为埋在沙地地下，由于沙漠沙层疏松，经定点爆破出地下空间四周壁的强度比水泥高几倍，符合储藏一定压力的压缩空气，这样克服了规模化生产时所用储气罐数量太大的弊病，如10000个反应器需要200个10立方容积的储气罐供气，更不要说规模更大了。这样较大的地下空间，同时储有温水和压缩空气，两者在一个空间，实时实现热传递，省去了气液热交换器和储气罐，大大节约了资源和成本。本实施例中的压缩空气也可混入一定浓度的CO₂气体为微藻提供碳源，CO₂气体是来自于经过预处理的碱厂排除的废气，充分利用自然资源为微藻提供适生环境。

其中，太阳能集热机构22还包括水温检测器26和控制器27，水温检测器26用于监测进水管路处的水温，控制器27用于控制进水管路的打开和关闭，当水温达到预先设定的温度时，温水就注入地下保温连环洞25。具体的，水温检测器26为温度传感器，而控制器27为管路开关。

其中，还包括纳米管，所述纳米管置入内衬里底部，并连接在所述出气管路，用于输出压缩空气微气泡，纳米管起到气体分散器的作用。

其中，内衬112由透明塑料袋制成，支撑架111由金属或高强度高分子制成，这样将反应器的支撑架111和内衬112分别用不同材料制成，工艺简单，降低制作成本。根据实际需要，支撑架111也可以选用其他具有支撑作用的材料制成，而内衬112也可以利用其他廉价的透明材料制成。例如：支撑架111由聚丙烯酸酯类或不锈钢等材料制成。

其中，反应器的高度为1-6米，横截面的直径为20-100cm。根据实际需要，也可以制成其他尺寸类型的反应器。其底部为圆形实底座，周向为金属或高强度高分子材料制成的笼筋(经线)从左到右平行旋其一周上下连接，组成反应器主体。根据需要所设计的反应器主体较高和直径较大时，可以加数道纬线予以加固，其顶部加装透明顶盖。内衬112为具有一定强度的柔性透明塑料袋，该透明塑料袋制作圆底，其直径大于外罩的直径，盛入藻液时，由于液体压力，使藻液袋按着笼式结构走势突出成形，整体象分布在沙漠的植物——仙人柱外形，由下而上楞状突起，达到增加光照面积，防止水分蒸发的仿生学效果。

其中，反应器包括设于中心的第一反应器11和围绕于第一反应器11周围的第二反应器12。本实施例以第一反应器11作为中心，第二反应器12围绕中心均匀分布，其造型就像梅花状分布，第一反应器11作为“花心”，第二反应器12作为“花瓣”，各反应器的气路水路连通，其距离可调，以互不遮荫为度；压缩空气通过出气管路分别从第二反应器12底部通入，上部液体流入花心位置的第一反应器11，第一反应器11底部液体补给花瓣外围的第二反应器12，形成藻液循环。具体的操作方式：本实施例中的反应器地面布局呈梅花状，“花心圆点”处放一个第一反应器11，以其为中心，一定半径划圆，在圆周上分等份放置第二反应器12，如四等分、六等分、八等份等，在圆周上的第二反应器12均与在圆点上的第一反应器11以水路相连，该水路是双向的，对于第一反应器11而言，上端是回水，来自于各第二反应器12，下端为出水，补充流入第二反应器12，形成了藻液循环，达到了藻液搅拌目的。它们的推动力是第二反应器12与第一反应器11藻液密度差，由于第二反应器12通入压缩空气，气泡上升藻液密度变小，而第一反应器11不通入压缩空气相对藻液密度大从下端水路补充流入各第二反应器12，被气流携带向上运行，上端藻液陆续回流至第一反应器11，形成藻液循环通路，从而达到专业搅拌和控温的目的。值得注意的是，第一反应器11和第二反应器12的结构相同。

优选地，第二反应器12的数量为2-16个，第二反应器12可以为4个、6个或8个及以上，均匀分布于以第一反应器11为圆心的圆周上。

本实用新型还公开一种管网系统，包括：培养液管网3、出藻液管网4以及多个如本实用新型的光生物反应器微藻养殖系统5，多个光生物反应器微藻养殖系统5分别与培养液管网3和出藻液管网4连接。本实用新型公开一种管网系统，其布置多个光生物反应器微藻养殖系统5，通过统一的培养液管网3输入和统一的出藻液管网4输出。具体的，各反应器的进液口与进培养液管网3连接以及通气口通过出气管路与地下保温连环洞25连接。各反应器的出藻液口与出藻液管网4连接，实现大规模养殖。

本实用新型提供的一种光生物反应器微藻养殖系统5及管网系统，具有以下有益效果：

1、将反应器功能拆解设计，由支撑架和内衬结构构成，内衬由透明材料制成，由传统售价4500～5000元/个的反应器简化成十几元至几十元，工艺大大简化，不需要精密的大型设备，制造成本大幅度降低，一次性投入与传统反应器相比不足10％，十分易于推广应用；

2、本反应器机构还破坏了微藻天敌——轮虫的生存条件，即轮虫不能在该反应器机构内存活，以便生产无虫藻粉。这在国内外均未见报道。传统跑道式养殖方式螺旋藻每年由于虫害减产达到大约三分之一，因此，该反应器神奇的效果，不仅使所生产的藻粉质量达到顶级，而且大幅度提高产量，极大地提高企业的经济效益。这是微藻养殖技术发生了革命性的跨越，具有巨大地经济价值和应用前景；

3、本实用新型的地下保温连环洞的设计，将温水和压缩空气一起储存在该连环洞，省去了庞大的气液热交换系统和数量庞大的储气罐，便于储能和实现规模化生产。该连环洞持续为光生物反应器提供一定温度的压缩空气，以此调控藻液温度，实现藻液搅拌、消除光照、温度、氧气、细胞密度、营养梯度，从而为微藻生长提供适生环境；

4、本实用新型设定温度的压缩空气(也可混入一定浓度的CO₂气体)通入光生物反应器一举多得，即实现了藻液的充分混合，实现活细胞随时的气体交换和氧气的排放，也实现了藻液温度的控制，还可为微藻提供碳源。这里热能是来自于太阳能，搅拌力是来自于风能，CO₂气体是来自于经过预处理的工厂排除的废气，因此，该系统是充分利用自然资源为微藻提供适生环境，可谓整个养殖系统使用洁净能源，低碳、绿色、环保，易于实现自动化控制；本实用新型通过光生物反应器编组设计，组间与进液管网和出液管网并连，布局简捷，组装灵活，可使藻类养殖实现条件可控、清洁低碳、环境友好，稳质高产、低成本运行和规模化智能化生产；

5、笼式结构生物反应器地面布局呈梅花状，“花心圆点”处放一个第一反应器，以其为中心，一定半径划圆，在圆周上分等份放置第二反应器，如四等分、六等分、八等份等，在圆周上的第二反应器均与在圆点上的第一反应器以水路相连，这样不仅形成藻液循环通路，达到专业搅拌和控温的目的，而且这样的布局连接在一起，抗风、抗暴风雪、抗沙尘暴等自然灾害能力十分强劲。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，包括：反应器组(1)，所述反应器组(1)包括多个反应器，每个所述反应器包括支撑架(111)和固定在所述支撑架(111)内部的内衬(112)，所述支撑架(111)呈笼子状封底圆柱形，所述内衬(112)为由透明材料制成的多个棱形盛液区域，所述多个反应器依次连接，形成藻液封闭循环，并将外界压缩空气通入藻液。

2.如权利要求1所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，还包括风光驱动温控子系统(2)，所述风光驱动温控子系统(2)包括储能池(21)、太阳能集热机构(22)、空气压缩机(24)，所述储能池(21)包括进气管路、出气管路和进水管路，所述太阳能集热机构(22)与所述进水管路连接，所述空气压缩机(24)与所述储能池(21)的进气管路连接，所述储能池(21)的出气管路与所述反应器连接。

3.如权利要求2所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，所述储能池(21)包括位于沙地地下的、由多个洞池连接而成的地下保温连环洞(25)结构。

4.如权利要求2所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，还包括纳米管，所述纳米管置入内衬里底部，并连接在所述出气管路。

5.如权利要求1所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，所述内衬(112)由透明塑料袋制成，所述支撑架(111)由金属或高强度高分子制成。

6.如权利要求1所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，所述反应器的高度为1-6米，横截面的直径为20-100cm。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，所述反应器包括设于中心的第一反应器(11)和围绕于所述第一反应器(11)周围的第二反应器(12)。

8.如权利要求7所述的光生物反应器微藻养殖系统，其特征在于，所述第二反应器(12)的数量为2-16个。

9.一种管网系统，其特征在于，包括：培养液管网(3)、出藻液管网(4)以及多个如权利要求1-8中任意一项所述的光生物反应器微藻养殖系统(5)，多个所述光生物反应器微藻养殖系统(5)分别与所述培养液管网(3)和所述出藻液管网(4)连接。