CN214032498U - 一种微细藻类培养系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微细藻类培养系统，包括玻璃温室，所述玻璃温室内设置光生物反应器、供气装置、膜过滤装置、干燥装置和控制装置；所述光生物反应器包括垂直反应柱组，所述垂直反应柱组由单个垂直反应柱以方队形式排列组成，单个所述垂直反应柱顶部设有顶盖，所述顶盖上设有进水口，所述垂直反应柱底部设有出水口，单个所述垂直反应柱内设有二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管；所述垂直反应柱组分别与所述供气装置和所述膜过滤装置相连，所述膜过滤装置的出水口与所述垂直反应柱的进水口相连，所述膜过滤装置的出料口与所述干燥装置相连；所述供气装置、所述膜过滤装置和所述干燥装置分别与所述控制装置相连。

Description

一种微细藻类培养系统

技术领域

本实用新型属于藻类培养装置技术领域，具体涉及一种微细藻类培养系统。

背景技术

微细藻类是一类在光合作用下通过吸收二氧化碳制造维生素类、氨基酸、色素、蛋白质、多糖、脂肪酸等有用成分的微生物，其被广泛应用于饲料、食品、医学等诸多领域。又因其生长繁殖迅速、光能转换率高、环境适应性强、以及大量吸收二氧化碳等，近年来，微细藻类培养技术随之兴起。

微藻培养光生物反应器主要分为开放式和密闭式，开放式光生物反应器(开放池培养系统)结构简单，成本低但易污染；封闭式光生物反应器有发酵罐式、管式和平板式、柱状气升式等，培养条件稳定，可无菌操作，容易进行高密度培养，已成为今后的发展方向。但是在现有封闭型的培养装置中，因为微细藻类附着于培养容器的内壁，或在培养容器内一定时间后微细藻类形成群体而沉淀，使得光无法透射进入照到处于内部的微细藻类，从而导致培养效率显著降低，还可能使处于内部的微细藻类沉淀成为细菌的温床，造成培养液腐败。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型公开了一种微细藻类培养系统，本实用新型的技术方案为：

一种微细藻类培养系统，包括玻璃温室，所述玻璃温室内设置光生物反应器、供气装置、膜过滤装置、干燥装置和控制装置；所述光生物反应器包括垂直反应柱组，所述垂直反应柱组由单个垂直反应柱以方队形式排列组成，单个所述垂直反应柱顶部设有顶盖，所述顶盖上设有进水口，所述垂直反应柱底部设有出水口，单个所述垂直反应柱内设有二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管；所述垂直反应柱组分别与所述供气装置和所述膜过滤装置相连，所述膜过滤装置的出水口与所述垂直反应柱的进水口相连，所述膜过滤装置的出料口与所述干燥装置相连；所述供气装置、所述膜过滤装置和所述干燥装置分别与所述控制装置相连。

进一步地，所述顶盖上设有使所述传感器通过的通孔，所述通孔上设有孔堵。

优选地，单个所述垂直反应柱内的二氧化碳/氧气进气管为“1”字形管道，所述二氧化碳/氧气进气管穿过所述顶盖插入至所述垂直反应柱内，压缩空气进气管为U型管道，并且所述压缩空气进气管位于所述二氧化碳/氧气进气管的正下方。

进一步地，所述垂直反应柱组中，处于同一横列的垂直反应柱共用同一条二氧化碳/氧气支管路和压缩空气支管路，所述二氧化碳/氧气支管路和所述压缩空气支管路与该横列的垂直反应柱的二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管分别相通，所述压缩空气支管路和所述二氧化碳/氧气支管路还分别通过压缩空气总管路和二氧化碳总管路连通所述供气装置的空气压力槽与液化二氧化碳供应器和氧气供应器，所述液化二氧化碳供应器、所述氧气供应器和所述空气压力槽上均设有控制阀门一，所述控制阀门一和所述控制装置相连。

优选地，所述垂直反应柱组通过多个循环管道与循环泵相连，并且每个所述循环管道上均设有控制阀门二，所述控制阀门二与所述控制装置相连。

进一步地，所述空气压力槽内设有冷却&加热器，所述空气压力槽与空气压缩机相连。

进一步地，每条二氧化碳/氧气支管路和压缩空气支管路上均设有控制阀门三，所述控制阀门三与所述控制装置相连。

进一步地，所述垂直反应柱组与所述膜过滤装置相连的管道上设有水泵，所述水泵和所述控制装置相连。

优选地，所述膜过滤装置优选中空纤维膜过滤器。

进一步地，所述垂直反应柱组中，每横列垂直反应柱正前方设有与其平行相对的日光灯组。

进一步地，所述玻璃温室顶部设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述日光灯组相连。

进一步地，所述培养系统还包括分析检测装置，所述分析检测装置包括多个传感器，多个所述传感器分别与数据变送器相连，所述数据变送器与数据控制装置相连；传感器将检测到的数据通过数据变送器发送给数据控制装置，数据控制装置并检测数据进行处理并输出，从而可以监测并分析所述垂直反应柱组内的藻液生长情况。

进一步地，所述传感器至少包括温度传感器和pH值传感器。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的培养系统通过将光生物反应器等装置设置在玻璃温室内，可以同时保证光生物反应器的光照强度和保温效果；通过将单个垂直反应柱以方队形式排列组成垂直反应柱组，并且在垂直反应柱内同时设置二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管，其中二氧化碳/氧气进气管的作用主要是提供藻类培养的原料，压缩空气进气管的作用是在垂直反应柱内产生搅动，从而使二氧化碳、氧气能够与藻类进行充分的接触，并且避免藻类在培养过程中产生沉淀，充分保证微藻在良好而稳定的养殖环境中生长，可以大幅提高微藻生长的速度，单位面积产量较高，并且缩短了微藻的生长周期。此外，本实用新型的培养系统可以全自动在线运行，结构简单，操作简便易行。

附图说明

图1是本实用新型的培养系统的结构示意图。

图2是本实用新型的培养系统的结构控制框图。

图3是本实用新型的垂直反应柱组的排布示意图。

图4是本实用新型的单个垂直反应柱的结构示意图。

图1-4中，1-玻璃温室，2-光生物反应器，3-垂直反应柱，4-顶盖，5-进水口，6-出水口，7-二氧化碳/氧气进气管，8-压缩空气进气管，9-液化二氧化碳供应器，10-空气压力槽，11-膜过滤装置，12-干燥装置，13-控制装置，14-分析检测装置，15-温度传感器，16-pH值传感器，17-数据变送器，18-数据控制装置，19-二氧化碳/氧气支管路，20-压缩空气支管路，21-二氧化碳总管路，22-压缩空气总管路，23-控制阀门一，24-冷却&加热器，25-控制阀门三，26-水泵，27-日光灯组，28-太阳能电池板，29-通孔，30-孔堵，31-加料罐，32-氧气供应器，33-臭氧发生器，34-控制阀门二，35-循环泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供了一种微细藻类培养系统，该系统包括玻璃温室1，玻璃温室1内设置加料罐31、光生物反应器2、供气装置、膜过滤装置11、干燥装置12和控制装置13。加料罐31和光生物反应器2之间设有水泵26，水泵26和控制装置13相连，以实现自动加料过程。光生物反应器2包括2个垂直反应柱组，垂直反应柱组由单个垂直反应柱3以方队形式排列组成，并且每横列的垂直反应柱3依次串联连接。这样设置的好处在于规整并且节省空间，还可以根据培养规模在相关管道上加装控制阀门，从而决定启动1横列或者多个横列的垂直反应柱。

在本实施例中，每组垂直反应柱组一共是54个横列，每个横列有12根反应柱，处于同一横列的垂直反应柱共用同一条二氧化碳/氧气支管路19和压缩空气支管路20，二氧化碳/氧气支管路19和压缩空气支管路20与该横列的垂直反应柱的二氧化碳/氧气进气管7和压缩空气进气管8分别相通，压缩空气支管路19和二氧化碳/氧气支管路20还分别通过压缩空气总管路22和二氧化碳总管路21连通供气装置的空气压力槽10与液化二氧化碳供应器9和氧气供应器32，其中液化二氧化碳供应器9和氧气供应器32通过三通管道与二氧化碳/氧气支管路20相连，即二氧化碳和氧气走同一个支管道和进气管。此外，为了更好地促进微细藻类的培养过程，垂直反应柱组通过多个循环支管道、循环总管道与循环泵35相连，并且每个循环支管道上均设有控制阀门二34，控制阀门二34与控制装置相连，可以根据需要启动需要循环的微细藻类培养液，进而促进微细藻类在培养液中的生长发育。

每条二氧化碳/氧气支管路20和压缩空气支管路19上均设有控制阀门三25，控制阀门三25与控制装置13相连。

液化二氧化碳供应器9、氧气供应器32和空气压力槽10上均设有控制阀门一23，控制阀门一23和控制装置13相连，通过控制装置13控制其灵活启闭，从而实现单列或多列垂直反应柱的启闭。此外，空气压力槽10用于装载压缩空气并且稳压用，进而为垂直反应柱内提供搅动气流，空气压力槽10与空气压缩机相连，空气压力槽10内还设有冷却&加热器24，可以根据需要调整冷却后的空气温度，从而辅助控制垂直反应柱内微藻的培养温度，空气压力槽10还起到稳压的作用。垂直反应柱组分别与供气装置和膜过滤装置11通过管道相连。垂直反应柱组与膜过滤装置11相连的管道上还设有水泵26，水泵26和控制装置13相连。膜过滤装置11的出水口还与垂直反应柱3的进水口5相连(如果膜过滤装置的出水水质未达到微藻培养要求时，需要先引入外设的水处理装置(水处理过滤器)进行处理后再引入至光生物反应器中)，膜过滤装置11的出料口与干燥装置12相连，此外，膜过滤装置11还与臭氧发生器33相连，臭氧发生器33生成的臭氧直接进入膜过滤装置对过滤出来的藻类和滤液中的有害细菌进行消杀。膜过滤装置11优选中空纤维膜过滤器，自动化程度高、使用寿命长，且对微藻的过滤效率较高，而且出水水质好，可以进一步循环使用。供气装置、膜过滤装置11和干燥装置12分别与控制装置13相连。

如图4所示，垂直反应柱3顶部设有顶盖4，顶盖4上设有进水口5，顶盖4可以打开，并且顶盖4上设有使传感器通过的通孔29，通孔29上设有孔堵30。在垂直反应柱组中，无需每个垂直反应柱的顶盖都设有进水口5和供传感器深入至培养液中进行参数检测的通孔29，每横列的垂直反应柱中只需在其中一个反应柱的顶盖上开设即可，因为同横列垂直反应柱3是通过底部出水口6依次相连，那么在注料时，通过在其中一个开设有进水口5的垂直反应柱3内加料后，其它反应柱中也会充满装载微藻种子的培养液。因为在垂直反应柱组中都是至少1个或多个横列来启动运行。垂直反应柱3底部设有出水口6，垂直反应柱3内设有二氧化碳/氧气进气管7和压缩空气进气管8，并且二氧化碳/氧气进气管7为“1”字形管道，二氧化碳/氧气进气管7穿过顶盖4插入至垂直反应柱3内，压缩空气进气管8为U型管道，并且压缩空气进气管8位于二氧化碳/氧气进气管7的正下方。每横列垂直反应柱最末端反应柱的底部设有取样阀(图中未显示)，取样阀用于实时从该反应柱内取样，从而监测该横列反应柱中培养液浓度下的藻类计数。

此外，在本培养系统的加料管道上、出料管道上都设有控制阀门，这些控制阀门均和控制装置13相连，以实现进料、出料等过程的自动控制过程。

控制装置13具体为PLC控制器，通过PLC控制器的控制指令，可以实现微藻培养过程中的自动加料、进气、出料、过滤、干燥等过程，全程高度自动化，无需过多人工干涉，可以大大提高微藻培养的效率，并节省人工成本。

该培养系统还包括分析检测装置，分析检测装置包括温度传感器和pH值传感器，温度传感器和pH值传感器分别与数据变送器相连，数据变送器与数据控制装置相连；传感器将检测到的数据通过数据变送器发送给数据控制装置，数据控制装置并检测数据进行处理并输出，从而可以监测并分析所述垂直反应柱组内的藻液生长情况。此外，还可以根据需要增加浊度传感器、叶绿素浓度传感器等。

此外，为了降低光照的季节性差异，以及阴雨天气对藻类培养的影响，在垂直反应柱组中，每横列垂直反应柱正前方设有与其平行相对的日光灯组27。玻璃温室1顶部设有太阳能电池板28，太阳能电池板28与日光灯组27相连，用以给日光灯组27供电。为了保证微藻培养的稳定型，本实用新型中的其他装置和机构还是采用传统供电方式。

实施例2

采用实施例1所述的培养系统，并利用浅表地下水对用作植物性饵料的小球藻进行培养，该项目在沈阳富强生物科技有限公司实施，具体过程如下：先通过潜水泵将浅表地下水引入加料罐内，加料罐内装设有砂芯过滤器，对浅表地下水进行过滤，然后再将过滤水引入光生物反应器，再将小球藻和培养基引入光生物反应器，然后通入液化二氧化碳、氧气和压缩空气，注意控制光生物反应器中的pH范围为6.5～7，温度为20～24℃，培养7～10天，然后将培养液引入至膜过滤装置过滤，过滤的同时引入臭氧，再将小球藻引入干燥装置干燥既得，最终获得小球藻颗粒，较比传统的自养培养方式产量提升10～20％。

综上所述，本实用新型的培养系统通过将光生物反应器等装置设置在玻璃温室内，可以同时保证光生物反应器的光照强度和保温效果；通过将单个垂直反应柱以方队形式排列组成垂直反应柱组，并且在垂直反应柱内同时设置二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管，其中二氧化碳/氧气进气管的作用主要是提供藻类培养的原料，压缩空气进气管的作用是在垂直反应柱内产生搅动，从而使二氧化碳、氧气能够与藻类进行充分的接触，并且避免藻类在培养过程中产生沉淀，充分保证微藻在良好而稳定的养殖环境中生长，可以大幅提高微藻生长的速度，单位面积产量较高，并且缩短了微藻的生长周期。此外，本实用新型的培养系统可以全自动在线运行，结构简单，操作简便易行。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种微细藻类培养系统，其特征在于，包括玻璃温室，所述玻璃温室内设置光生物反应器、供气装置、膜过滤装置、干燥装置和控制装置；所述光生物反应器包括垂直反应柱组，所述垂直反应柱组由单个垂直反应柱以方队形式排列组成，单个所述垂直反应柱顶部设有顶盖，所述顶盖上设有进水口，所述垂直反应柱底部设有出水口，单个所述垂直反应柱内设有二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管；所述垂直反应柱组分别与所述供气装置和所述膜过滤装置相连，所述膜过滤装置的出水口与所述垂直反应柱的进水口相连，所述膜过滤装置的出料口与所述干燥装置相连；所述供气装置、所述膜过滤装置和所述干燥装置分别与所述控制装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，单个所述垂直反应柱内的二氧化碳/氧气进气管为“1”字形管道，所述二氧化碳/氧气进气管穿过所述顶盖插入至所述垂直反应柱内，压缩空气进气管为U型管道，并且所述压缩空气进气管位于所述二氧化碳/氧气进气管的正下方。

3.根据权利要求2所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述垂直反应柱组中，处于同一横列的垂直反应柱共用同一条二氧化碳/氧气支管路和压缩空气支管路，所述二氧化碳/氧气支管路和所述压缩空气支管路与该横列的垂直反应柱的二氧化碳/氧气进气管和压缩空气进气管分别相通，所述压缩空气支管路和所述二氧化碳/氧气支管路还分别通过压缩空气总管路和二氧化碳总管路连通所述供气装置的空气压力槽与液化二氧化碳供应器和氧气供应器，所述液化二氧化碳供应器、所述氧气供应器和所述空气压力槽上均设有控制阀门一，所述控制阀门一和所述控制装置相连。

4.根据权利要求3所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述垂直反应柱组通过多个循环管道与循环泵相连，并且每个所述循环管道上均设有控制阀门二，所述控制阀门二与所述控制装置相连。

5.根据权利要求3所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，每条二氧化碳/氧气支管路和压缩空气支管路上均设有控制阀门三，所述控制阀门三与所述控制装置相连。

6.根据权利要求1所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述垂直反应柱组与所述膜过滤装置相连的管道上设有水泵，所述水泵和所述控制装置相连。

7.根据权利要求6所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述膜过滤装置优选中空纤维膜过滤器。

8.根据权利要求1所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述垂直反应柱组中，每横列垂直反应柱正前方设有与其平行相对的日光灯组。

9.根据权利要求8所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述玻璃温室顶部设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述日光灯组相连。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种微细藻类培养系统，其特征在于，所述培养系统还包括分析检测装置，所述分析检测装置包括多个传感器，多个所述传感器分别与数据变送器相连，所述数据变送器与数据控制装置相连；传感器将检测到的数据通过数据变送器发送给数据控制装置，数据控制装置并检测数据进行处理并输出，从而可以监测并分析所述垂直反应柱组内的藻液生长情况。

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