CN214032457U - 用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，包括透光养殖单元，透光养殖单元包括垂直透光管，垂直透光管顶壁通过顶部节流管与输气分配管连通；垂直透光管下端侧壁通过底部节流管与输液分配管连通，底部节流管与加气分配管连通；输液分配管通过三通管接头分为两路：一路经A电控阀、回流管、液位传感器与换热器壳程内腔进口连通，另一路经B电控阀、增压管、离心机与所述调配罐相通；加气分配管与外部压缩空气相通；换热器壳程内腔出口与增压管连通；输气分配管一端口与大气相通而另一端口与调配罐相通。本实用新型通过压力平衡和负压消除技术避免了微生物的影响，垂直透光管的设置，大大减少了占地面积，提高了薇藻养殖效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及薇藻养殖领域，尤其是涉及用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统。
背景技术
微藻是一类光合自养微生物，在地球上分布广泛，种类繁多，营养丰富，光合利用度高，能够利用光能和二氧化碳通过光合作用合成有机物，如多糖、蛋白、脂质以及维生素等，作为一种纯天然的绿色植物资源，这些活性物质使其在保健品、食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。
大规模高效率养殖薇藻需要面对的环境因素复杂多变，因此光反应器需要能适应薇藻的生长需求，改善环境因素的变化对薇藻的影响，减少突变环境因素的减产损失，提高养殖效益。目前，获取微藻生物质的方法主要有两类，一类是通过开放式或半开放式的跑道池培养薇藻，另一类是通过封闭的光生物反应器培养薇藻。由于跑道池构造简单，成本低，是使用最广泛的一种模式，但是开放的环境下培养过程容易受到污染，不能获得高品质的微藻。封闭式的光生物反应器有管道式、平板式、柱状等，相对密闭的环境使得培养过程可控，获取的微藻资源可进一步开发为食品级和药品级资源。因此，管道式光生物反应器是当前应用最为广泛的一种封闭式培养薇藻模式。管道式光生物反应器主要由水平管道、循环罐和驱动泵三部分组成。具体地，在泵的作用下液体沿管道流动，同时接受自然光或人工光照进行光合作用，流动一定距离后返回循环罐，进行气液交换，脱除光合作用产生的溶解氧并补充二氧化碳，保持一定停留时间后再由泵输回水平管道。管道式光生物反应器存在的不足是：1，水平管道占地面积大，托举支架结构复杂，材料承重要求高，安装成本高；2，清理困难，拆装时间长，影响生产周期；3，微藻在水平管道中进行流动的同时进行光合作用，随着流动距离的增加，溶液中的溶解氧逐渐增多，使得后期抑制了光合作用；为解决此问题，水平管道的长度不能太长，因此限制了薇藻规模化培养；４，气温变化对薇藻的培养液温度影响较大；要改善温度影响，降温一般采取遮阴、通风、喷雾降温法，但水垢会影响透光管的透光率而降低生产效率；升温还没有有效手段，只能靠依靠天气条件，气温过高或过低只能停产怠工；５，所使用的循环罐兼顾调配与气液交换，所以每套循环单元需配一个循环罐，循环罐容积占整个培养系统总容积的三分之一以上，由于循环罐不透光或透光较弱，也影响了薇藻培养过程中整体的光合作用， 降低了薇藻养殖效率。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种薇藻养殖效率高、占地面积少的用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，包括透光养殖单元，所述透光养殖单元包括并排间隔设置的多个垂直透光管，多个所述垂直透光管顶壁分别通过顶部节流管与输气分配管连通；多个垂直透光管下端侧壁分别通过底部节流管与输液分配管连通，每个所述底部节流管分别通过开设在其侧壁上的加气孔与加气分配管连通；所述输液分配管通过三通管接头分为两路：一路经A电控阀、回流管、液位传感器与换热器壳程内腔进口连通，另一路经B电控阀、增压管、离心机与所述调配罐相通；所述加气分配管经单向进气阀、加气电控阀和加气过滤器与外部压缩空气相通；换热器壳程内腔出口经电控阀、流量传感器、增压循环泵、单向出液阀、压力传感器与增压管连通；所述输气分配管一端口通过空气过滤器与大气相通而另一端口与调配罐相通。
所述透光养殖单元至少两个，各透光养殖单元的所述A电控阀之间通过回流管连通，各透光养殖单元的所述B电控阀之间通过增压管连通。
所述调配罐内设置有液位传感器，所述液位传感器信号输出端与单片机信号输入端连接。
所述换热器内设置有液位、温度传感器，所述液位、温度传感器信号输出端与单片机信号输入端连接。
所述换热器和调配罐底部分别通过排污阀与排污管连通；换热器壳程内腔通过排气管和排气单向阀与大气相通。
每个所述垂直透光管上管口均与快接顶盖密封连接，每个所述垂直透光管下管口均与快接底座密封连接。
每个所述垂直透光管内均设置有清管器。
所述A电控阀、B电控阀、电控阀、增压循环泵、离心机、流量传感器、压力传感器、液位传感器的开启/关闭均由单片机控制。
本实用新型优点体现在以下方面：
１，本循环光反应为全封闭系统，通过所述离心机加入压力平衡和负压消除技术避免了微生物的影响。
２，所述垂直透光管的设置，相比现有管道式光生物反应器水平管道布置，大大减少了占地面积，提高了薇藻养殖效率；同时，垂直透光管与快接底座、快接顶盖进行装配，结构简单，提高了安装、维护效率。
３，垂直透光管内设置清管器（中国实用新型专利：ＺＬ２０１９２１３３７３７３.２），实现了对垂直透光管内壁自动清理，节省了维护成本和时间。
４，所述输液管（增压管、回流管、输液分配管）可以设置在地下管廊内，与地上透光养殖单元集约化布局，提高了地面使用率。
５，通过单片机控制，减少了调配罐配置的成本和人工控制成本，优化了薇藻在暗环境停留时间，提高了薇藻品质。
６，设置换热器调节薇藻养殖最佳温度，稳定了产量，使设备的管理和运营更高效可靠，应对不利生产环境多了一种选择，可以减少意外损失，使产量更有保证。
附图说明
图1是本实用新型所述的系统结构示意图。
图2是本实用新型所述的透光养殖单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
如图1、2所示，本实用新型所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，包括多个透光养殖单元1H-nH、增压循环泵014、调配罐023、离心机027、换热器019。
如图1、2所示，每个透光养殖单元结构相同，包括并排间隔设置的多个垂直透光管3，每个垂直透光管3顶壁分别通过顶部节流管7与输气分配管２连通，每个输气分配管２通过输气管033互通连接，输气管033一端口通过空气过滤器015与大气相通而另一端口与调配罐023相通。每个垂直透光管3下端侧壁分别通过底部节流管6与输液分配管1连通；底部节流管6通过开设在其侧壁上的加气孔5与加气分配管029连通，加气分配管029经单向进气阀008、加气电控阀003和加气过滤器016与外部压缩空气相通；换热器019壳程内腔020出口经电控阀001、流量传感器012、增压循环泵014、单向出液阀007、压力传感器013与增压管030连通；各透光养殖单元1H-nH的输液分配管1通过三通管接头分为两路：一路经对应该透光养殖单元的A电控阀、液位传感器010与换热器019壳程内腔020进口连通，另一路经对应该透光养殖单元的B电控阀。
调配罐023内设置有液位传感器022，液位传感器022信号输出端与单片机信号输入端连接；换热器019内设置有液位传感器０１７、温度传感器011，液位传感器０１７、温度传感器011信号输出端与单片机信号输入端连接；系统各电控阀根据单片机设定的程序进行启/闭控制。
如图1所示，本实用新型工作原理简述如下：
一，培养液加注过程：
所有电控阀默认关闭，打开加气电控阀003压缩空气经加气过滤器０１６、单向进气阀００８、加气总管０３５、各透光养殖单元的加气分配管０２９进入垂直透光管３内，并通过垂直透光管３内的清管器９后经输气分配管２、输气管０３３、单向排气阀００９向外排出。调配罐023的排气管０３４与各透光养殖单元顶部的输气管０３３通过防溢弯密封连通，打开电控阀００６向调配罐０２３注入经过过滤消毒后的水，同时加入定量营养液及适量藻种调配成培养液，当培养液达到高液位０２４时停止注水过程，关闭电控阀００６、打开电控阀002后培养液经过流量传感器０１２、增压循环泵０１４、单向阀出液００７、压力传感器０１３进入增压总管０３０。当流量传感器０１２的流量小于设定流量时增压循环泵０１４启动，并根据压力传感器０１３设定的压力向增压管030供培养液。
除第一透光养殖单元1H外，打开其余的透光养殖单元２H-nH的A电控阀、B电控阀，培养液进入除第一透光养殖单元1H外的各透光养殖单元２H-nH的垂直透光管３内，经过回流管０３１、液位传感器０１０进入换热器０１９壳程内腔020；换热器０１９壳程内腔020中的空气经排气管０３２、单向排气阀００９向上排出。由于排气管０３２和输气管０３３相通，输气管０３３和调配罐０２３的排气管０３４相通，使得带压气体经过单向排气阀００９向外排出，因此达到平衡系统压力的效果。当各垂直透光管３内的培养液达到设定的液位时，液位传感器０１０发出高液位信号给单片机，单片机控制增压循环泵０１４停止工作、关闭各透光养殖单元２H-nH的A电控阀、B电控阀，除第一透光养殖单元1H外的各透光养殖单元２H-nH培养液加注完成。
二，薇藻培养过程：
打开第一透光养殖单元1B电控阀、第二透光养殖单元2A电控阀、电控阀001，第二透光养殖单元2H内的培养液通过2A电控阀、换热器０１９、电控阀001、增压循环泵０１４、单向出液阀００７、电控阀1B进入第一透光养殖单元1H；当第一、第二透光养殖单元1H、2H内的培养液液位接近平衡时，根据设置在增压循环泵０１４进口的流量传感器０１２检测的流量减小信号启动增压循环泵０１４，并根据压力传感器０１３增压。
由于设置各透光养殖单元容积相等，当换热器０１９内置高液位０１８检测到液位信息时，透光养殖单元2H已经排空，增压循环泵０１４停止工作，单向出液阀００７阻止培养液回流，关闭电控阀门1B、2A，透光养殖单元1H开始静态培养。
经设定的延时时间后打开第二透光养殖单元2H电控阀2B、第三透光养殖单元3H电控阀3A，培养液开始下一级循环流动，培养液由透光养殖单元3H进入透光养殖单元2H内，如此递进式循环流动到透光养殖单元nH后返回透光养殖单元1H，如此完成一次大循环。
根据实际情况每天可以多次循环，达到优化微藻在暗环境里的培养时间以提高微藻产量和品质。
三，调配过程：
关闭电控阀１Ｂ-ＮＢ，打开电控阀００４、电控阀１Ａ-ＮＡ、电控阀００１，培养液进入调配罐０２３内。根据设置在增压循环泵０１４进口的流量传感器０１２的流量减小信号启动增压循环泵０１４，并根据压力传感器０１３向增压管030内增压，当换热器０１９壳程内腔020内置低液位０２１检测到低液位信息时，增压循环泵０１４停止工作，关闭电控阀００４而打开电控阀００６向调配罐０２３内注入经过过滤消毒后的水；当调配罐０２３内置高液位０２４检测到高液位信息时停止注水过程，加入定量营养液，随之关闭电控阀００６、电控阀１Ａ、电控阀１Ｂ、电控阀００１，打开电控阀2A-NA、电控阀2B-NB、电控阀００２后培养液通过流量传感器０１２、增压循环泵０１４、单向出液阀００７、压力传感器０１３进入增压管０３０。单片机根据流量传感器０１２流量减小信号启动增压循环泵０１４，并根据压力传感器０１３增压；培养液进入透光养殖单元2H-nH，经过回流管０３１、液位传感器０１０进入换热器０１９内，由于换热器０１９壳程内腔020空气压力与排气管０３２、输气管０３３、调配罐023的排气管０３４相通，输气管０３３与透光养殖单元2H-nH的输气分配管２相通，因此起到系统平衡压力的效果。输液分配管１里的培养液经过节流管６进入各垂直透光管３内，培养液达到垂直透光管３顶部时根据液位传感器０１０感知的高液位信号，增压循环泵０１４停止工作，关闭电控阀002、电控阀2A-NA、2B-NB，调配加注完成。
四，当达到养殖密度要求时，启动微藻收获过程:
关闭电控阀１Ｂ-nＢ，打开电控阀１Ａ-nＡ、电控阀００１、电控阀００５、电控阀０００后，启动高速离心机０２７在线收获浓缩藻液，高速离心机０２７过滤后剩余培养液进入调配罐０２３，根据设置在增压循环泵０１４进口处流量传感器０１２的流量减小信号启动增压循环泵０１４，并根据压力传感器０１３增压；当换热器０１９壳程内腔020内置低液位０２１检测到低液位信息时，增压循环泵０１４和高速离心机０２７停止工作，关闭电控阀００５和电控阀０００。
然后启动调配过程：打开电控阀００６，调配培养液后关闭电控阀００６、电控阀００１和电控阀１Ａ-１Ｂ，打开电控阀2A-nA、2B-nB、电控阀002后，经过调配的培养液经流量传感器０１２、增压循环泵０１４、单向出液阀００７、压力传感器０１３进入增压总管０３０。
根据流量传感器０１２流量减小信号启动增压循环泵０１４，并根据压力传感器０１３增压；培养液进入透光养殖单元2H-nH、输液分配管１，经回流管０３１、液位传感器０１０进入换热器０１９壳程内腔020。输液分配管１内的培养液经过节流管６进入垂直透光管３内，培养液达到垂直透光管３顶部时根据液位传感器０１０感知的高液位信号，增压循环泵０１４停止工作，关闭电控阀002、电控阀2A-NA、电控阀2B-NB，收获加注完成。
五，系统工作过程中根据温度传感器０１１检测的温度，通过单片机控制换热器019进行调温控制，完成温度补偿。
六，垂直透光管３内壁的自动清理，采用中国实用新型专利：ＺＬ２０１９２１３３７３７３.２技术进行。
Claims (8)
1.一种用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，包括透光养殖单元，其特征在于：所述透光养殖单元包括并排间隔设置的多个垂直透光管，多个所述垂直透光管顶壁分别通过顶部节流管与输气分配管连通；多个垂直透光管下端侧壁分别通过底部节流管与输液分配管连通，每个所述底部节流管分别通过开设在其侧壁上的加气孔与加气分配管连通；所述输液分配管通过三通管接头分为两路：一路经A电控阀、回流管、液位传感器与换热器壳程内腔进口连通，另一路经B电控阀、增压管、离心机与调配罐相通；所述加气分配管经加气管、单向进气阀、加气电控阀和加气过滤器与外部压缩空气相通；换热器壳程内腔出口经电控阀、流量传感器、增压循环泵、单向出液阀、压力传感器与增压管连通；输气管一端口通过空气过滤器与大气相通而另一端口与所述调配罐相通。
2.根据权利要求1所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：所述透光养殖单元至少两个，各透光养殖单元的所述A电控阀之间通过回流管连通，各透光养殖单元的所述B电控阀之间通过所述增压管连通。
3.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：所述调配罐内设置有液位传感器，所述液位传感器信号输出端与单片机信号输入端连接。
4.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：所述换热器内设置有液位、温度传感器，所述液位、温度传感器信号输出端与单片机信号输入端连接。
5.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：所述换热器和调配罐底部分别通过排污阀与排污管连通；换热器壳程内腔通过排气管和排气单向阀与大气相通。
6.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：每个所述垂直透光管上管口均与快接顶盖密封连接，每个所述垂直透光管下管口均与快接底座密封连接。
7.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：每个所述垂直透光管内均设置有清管器。
8.根据权利要求1或2所述用于薇藻养殖的递进式循环光反应系统，其特征在于：所述A电控阀、B电控阀、电控阀、增压循环泵、离心机、流量传感器、压力传感器、液位传感器的开启/关闭均由单片机控制。
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