CN210560455U - 一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，按照工艺顺序依次包括循环罐、循环水泵和培养管道，小球藻培养液在循环水泵的作用下在循环罐和培养管道内循环流动，使得小球藻在光照条件下生长；所述培养管道为纵横式结构，包括至少一组横管和竖管，所述横管与循环水泵相连，所述竖管与循环罐相连；所述培养管道还连接有CO₂供应系统和空气供应系统；所述CO₂供应系统连接在横管下方，所述空气供应系统连接在竖管下方。本实用新型通过纵横式管道设计提高小球藻生长所受光照强度，并利用横管增加CO₂的溶解，利用竖管促进O₂的解析，降低O₂对小球藻的生长抑制，促进小球藻的快速生长。

Description

一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器

技术领域

本实用新型涉及一种光生物反应器，具体涉及一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器。

背景技术

小球藻是人类最早分离培养的一种绿藻，它具备降解有机污染物、高效吸附重金属和吸收氮磷等功能，同时具有生长速度快，生长周期一般8-12h可以增殖一代，可利用光能将无机碳(二氧化碳或碳酸盐)转化为碳水化合物等优点，其光合作用效率是一般高等植物的10倍左右。小球藻含有优质的营养蛋白，且品质极高，同时具有丰富的脂肪、维生素和微量元素，是一种优质食品原料。目前生物反应技术快速发展，而要使小球藻快速生长需要对其温度、pH、DO、流速等参数进行严格控制。

因此，需要设计一种能够快速生产小球藻的光生物反应器，可以控制温度、pH、DO、流速等参数，缩短小球藻生长周期，提高产率，减少能耗，降低成本，这对于大规模生产小球藻产品尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，通过纵横式管道设计提高小球藻生长所受光照强度，并利用横管增加CO₂的溶解，利用竖管促进O₂的解析，降低O₂对小球藻的生长抑制，促进小球藻的快速生长。

本实用新型实现实用新型目的采用如下技术方案：

一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，按照工艺顺序依次包括循环罐、循环水泵和培养管道，小球藻培养液在循环水泵的作用下在循环罐和培养管道内循环流动，使得小球藻在光照条件下生长；

所述培养管道为纵横式结构，包括至少一组横管和竖管，所述横管与循环水泵相连，所述竖管与循环罐相连；所述培养管道还连接有CO₂供应系统和空气供应系统；所述CO₂供应系统连接在横管下方，所述空气供应系统连接在竖管下方。

进一步地，所述横管由水平管通过弯管连接而成，所述竖管由垂直管道通过弯管连接而成。

进一步地，所述横管下方设置有开口方向向下的CO₂进气口，所述CO₂进气口通过管道与CO₂供应系统相连，所述竖管下方设置有开口方向向下的空气进气口，所述空气进气口与空气供应系统相连，所述竖管上方还设置有开口方向上的出气口。

进一步地，所述循环罐设置两个进料口和两个出料口，所述两个进料口分别与培养管道和进液管相连，所述两个出料口分别与循环水泵和排液管相连。

进一步地，所述小球藻光生物反应器包括喷淋系统，所述喷淋系统包括潜水泵、喷淋管、集水沟和储水池，所述喷淋系统设置在培养管道的上方，当潜水泵开启时，喷淋管中喷出水能够降低培养液温度，喷淋后的水通过集水沟收集后排入到储水池。

进一步地，所述小球藻培养单元包括的管道上设置有阀门，具体包括七个阀门，分别为第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门，所述第一阀门设置在循环罐与培养管道的连接管道上，所述第二阀门设置在进液管上，所述第三阀门设置在排液管上，所述第四阀门设置在循环罐和循环水泵的连接管道上，所述第五阀门设置在循环水泵与培养管道的连接管道上，所述第六阀门和第七阀门设置储水池的进水口和出水口上。

进一步地，所述小球藻光生物反应器包括控制器和在线监测系统，所述在线监测系统包括温度在线监测装置、pH在线监测装置、光照在线监测装置和DO在线监测装置，用于监测管道内培养液的温度、pH、DO和光照强度。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果体现在：

1、通过纵横式管道设计提高小球藻生长所受光照强度，横管的设计可以增加CO₂在管道里的停留时间，增加CO₂的溶解，提高小球藻对CO₂的吸收效率；竖管接入空气泵空气，增加管道内水力扰动，同时竖管设计通过释放管道内部压力，促进O₂的解析，降低O₂对小球藻的生长抑制，促进小球藻的快速生长；

2、由循环水泵和空气进气口的气浮作用来提供小球藻循环的动力，双动力可以通过控制器单独进行调节；

3、设置喷淋降温系统，防止高温使小球藻大量死亡，给小球藻提供适宜的环境；

4、通过精准控制CO₂量，调节小球藻生长适宜pH；采用空气泵和循环水泵为系统运行提供动力；

5、本实用新型提供的生物反应器，利用控制器和在线监测系统可以自动控制小球藻培养液的温度、pH、DO、流速等参数，控制最优的小球藻生长条件，从而达到缩短小球藻生长周期、提高小球藻产率、减少能耗、降低成本的目的。

附图说明

图1是本实用新型的布置图；

附图标记说明

1-循环罐，2-循环水泵，3-培养管道，31-横管，32-竖管，4-CO₂供应系统，41-CO₂进气口，5-空气供应系统，51-空气进气口，6-进液管，7-排液管，8-喷淋系统，81-潜水泵，82-喷淋管，83-集水沟，84-储水池，11-第一阀门，12-第二阀门，13-第三阀门，14-第四阀门，15-第五阀门，16-第六阀门，17-第七阀门，9-控制器，10-在线监测系统。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。

一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，按照工艺顺序依次包括循环罐1、循环水泵2和培养管道3，小球藻培养液在循环水泵2的作用下在循环罐1和培养管道3内循环流动，使得小球藻在光照条件下生长；

所述培养管道3为纵横式结构，包括至少一组横管31和竖管32，所述横管31与循环水泵2相连，所述竖管32与循环罐1相连；所述培养管道3还连接有CO₂供应系统4和空气供应系统5；所述CO₂供应系统4连接在横管31下方，所述空气供应系统5连接在竖管32下方；

具体而言，CO₂供应系统4和空气供应系统5为小球藻光生物反应器中供应CO₂和空气；所述CO₂供应系统4利用二氧化碳气罐供气，但由于气罐内部压力很大，需要使用分压表控制输出压力；而所述空气供应系统5有两种供气方式，一种是直接将空气压缩后提供给管道，另一种是将空气压缩后存储在气瓶内，再通过分压表供应空气；

作为比较手段，当培养管道3包括多组横管31和竖管32时，所述横管31和竖管32间隔设置，第一组横管31设置在离循环罐1和循环水泵2较近处，并依次连接设置竖管32，这种设置方式可以增大水力扰动，同时加入了空气曝气，促进生成的氧气排出，减少氧气对小球藻生长的抑制，促进小球藻的生长。

在本实施例中，所述培养管道3包括两组横管31和竖管32，这种小球藻光生物反应器按照工艺顺序依次包括循环罐1、循环水泵2、第一组横管31、第一组竖管32、第二组横管31和第二组竖管32；

更进一步地，所述横管31由水平管通过弯管连接而成，所述竖管32由垂直管道通过弯管连接而成。

作为比较手段，所述横管31下方设置有开口方向向下的CO₂进气口41，所述CO₂进气口41通过管道与CO₂供应系统4相连，所述竖管32下方设置有开口方向向下的空气进气口51，所述空气进气口51与空气供应系统5相连，所述竖管32上方还设置有开口方向上的出气口52；通过控制空气供应系统5的空气量搅拌培养液，为系统运行提供动力，除去小球藻培养液饱和DO，同时提高光照效果。

作为比较手段，所述循环罐1设置两个进料口和两个出料口，所述两个进料口分别与培养管道3和进液管6相连，所述两个出料口分别与循环水泵2和排液管7相连。

作为比较手段，所述小球藻光生物反应器包括喷淋系统8，所述喷淋系统8包括潜水泵81、喷淋管82、集水沟83和储水池84，所述喷淋系统8设置在培养管道3的上方，当潜水泵81开启时，喷淋管82中喷出水能够降低培养液温度，喷淋后的水通过集水沟83收集后排入到储水池84。

更进一步地，所述小球藻培养单元包括的管道上设置有阀门，具体包括七个阀门，分别为第一阀门11、第二阀门12、第三阀门13、第四阀门14、第五阀门15、第六阀门16和第七阀门17，所述第一阀门11设置在循环罐1与培养管道3的连接管道上，所述第二阀门12设置在进液管6上，所述第三阀门13设置在排液管7上，所述第四阀门14设置在循环罐1和循环水泵2的连接管道上，所述第五阀门15设置在循环水泵2与培养管道3的连接管道上，所述第六阀门16和第七阀门17设置储水池84的进水口和出水口上。

作为比较手段，所述小球藻光生物反应器包括控制器9和在线监测系统10；优选的，所述控制器9采用PLC。

所述在线监测系统10包括温度在线监测装置(图未示)、pH在线监测装置(图未示)、光照在线监测装置(图未示)和DO在线监测装置(图未示)，用于监测管道内培养液的温度、pH、DO和光照强度；所述温度在线监测装置、pH在线监测装置、光照在线监测装置和DO在线监测装置均能够通过购买得到，其中，所述温度在线监测装置可以是但不限于UL-WD01水温在线监测仪，所述pH在线监测装置可以是但不限于pH在线监测仪W-3005D，所述光照在线监测装置可以是但不限于LS126C光强仪，所述DO在线监测装置可以是但不限于SIN-DO550工业在线溶氧仪DO仪。

另外，所述控制器9通过控制循环水泵2、喷淋系统8、CO₂供应系统4和空气供应系统5来自动控制小球藻培养液的pH、温度、DO和流速；

具体而言，控制器9控制空气供应系统5开启关闭，并根据DO进行调节，当DO过高时，控制器9控制空气供应系统5开启，同时调节循环水泵2的功率输出，DO减少时，空气量减小；

所述温度在线监测装置监测管道内培养液的温度，当监测温度超过设置温度时，由控制器9启动喷淋系统8降低培养液温度，储水池84内的潜水泵81开启，将水由喷淋管82喷出，喷淋后的水通过集水沟83收集后排入到储水池84；

所述pH在线监测装置监测管道内培养液的pH，控制器9通过控制CO₂供应系统4以控制CO₂的排出量，从而控制培养液的pH在7-8范围内，同时为小球藻生长提供碳源。

这种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器具体工作方式包括：打开第二阀门12，培养液和藻种经由进液管6注入循环罐1中，关闭进液管6和排液管7上设置的第二阀门12和第三阀门13，打开其他剩余阀门，开启循环水泵2，使小球藻液在循环罐1和培养管道3内循环流动，在光照和通入CO₂的条件下，利用控制器9和在线监测系统10控制小球藻培养液的pH、温度、DO、流速等参数使小球藻快速生长。

其中，循环罐1、循环水泵2和培养管道3通过直径100mm的不锈钢管道连接，培养管道3使用内径外径100mm的高硅硼玻璃管道；反应器系统的运行由循环水泵2和空气供应系统5同时提供动力，并且可以根据培养液的量设置运行参数。

通过以上实施例，通过纵横式管道设计提高小球藻生长所受光照强度，横管31的设计可以增加CO₂在管道里的停留时间，增加CO₂的溶解，提高小球藻对CO₂的吸收效率；竖管32接入空气供应系统5空气，增加管道内水力扰动，同时竖管32设计通过释放管道内部压力，促进O₂的解析，降低O₂对小球藻的生长抑制，同时，这种反应器还设置有控制器9，并在光照条件下自动控制小球藻培养液的pH、温度、DO、流速等参数促进小球藻的快速生长。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，按照工艺顺序依次包括循环罐、循环水泵和培养管道，小球藻培养液在循环水泵的作用下在循环罐和培养管道内循环流动，使得小球藻在光照条件下生长；

所述培养管道为纵横式结构，包括至少一组横管和竖管，所述横管与循环水泵相连，所述竖管与循环罐相连；所述培养管道还连接有CO₂供应系统和空气供应系统；所述CO₂供应系统连接在横管下方，所述空气供应系统连接在竖管下方。

2.根据权利要求1所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述横管由水平管通过弯管连接而成，所述竖管由垂直管道通过弯管连接而成。

3.根据权利要求1所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述横管下方设置有开口方向向下的CO₂进气口，所述CO₂进气口通过管道与CO₂供应系统相连，所述竖管下方设置有开口方向向下的空气进气口，所述空气进气口与空气供应系统相连，所述竖管上方还设置有开口方向上的出气口。

4.根据权利要求1所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述循环罐设置两个进料口和两个出料口，所述两个进料口分别与培养管道和进液管相连，所述两个出料口分别与循环水泵和排液管相连。

5.根据权利要求4所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述小球藻光生物反应器包括喷淋系统，所述喷淋系统包括潜水泵、喷淋管、集水沟和储水池，所述喷淋系统设置在培养管道的上方，当潜水泵开启时，喷淋管中喷出水能够降低培养液温度，喷淋后的水通过集水沟收集后排入到储水池。

6.根据权利要求5所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述小球藻培养单元包括的管道上设置有阀门，具体包括七个阀门，分别为第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门和第七阀门，所述第一阀门设置在循环罐与培养管道的连接管道上，所述第二阀门设置在进液管上，所述第三阀门设置在排液管上，所述第四阀门设置在循环罐和循环水泵的连接管道上，所述第五阀门设置在循环水泵与培养管道的连接管道上，所述第六阀门和第七阀门设置储水池的进水口和出水口上。

7.根据权利要求6所述的一种纵横式气电双动力小球藻光生物反应器，其特征在于，所述小球藻光生物反应器包括控制器和在线监测系统，所述在线监测系统包括温度在线监测装置、pH在线监测装置、光照在线监测装置和DO在线监测装置，用于监测管道内培养液的温度、pH、DO和光照强度。

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