一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器。該階梯落差式微藻光反應(yīng)器包括若干個階梯系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，每個階梯系統(tǒng)包括若干個呈落差式分層設(shè)置的階梯，每兩個相鄰上下兩個階梯之間分別設(shè)有溢出口，每個階梯的兩端分別設(shè)置擋板進行阻擋，所述溝渠系統(tǒng)包括藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置，所述藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置通過管道相連通，最下方的階梯上設(shè)有流出口，所述藻液收集裝置設(shè)于所述流出口處，通過藻液輸送動力裝置將藻液收集裝置中的藻液循環(huán)至最上方的階梯內(nèi)。
【專利說明】
一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是光合作用效率最高的生物體，富含蛋白質(zhì)、多不飽和脂肪酸和類胡蘿卜素等多種高附加值物質(zhì)，同時微藻具有吸收氮/磷，以及在培養(yǎng)過程中積累油脂的能力。因此，微藻在食品、餌料、飼料、環(huán)保及生物能源等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用，特別是近年來在生物能源方面，微藻被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的生物柴油等生物燃料制備的原料;此外，微藻固碳和微藻處理富含氮/磷廢水的潛力也非常巨大。
[0003]光生物反應(yīng)器是微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)的核心裝置。目前，用于微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器有敞開式和封閉式兩種。
[0004]敞開式微藻培養(yǎng)系統(tǒng)(跑道池和圓池)存在著結(jié)構(gòu)簡單、建造容易、操作方便及運行成本低等優(yōu)點。但是，敞開式池子存在著較多的缺點，如藻細(xì)胞生長慢，藻細(xì)胞密度較低(通常藻細(xì)胞密度<1.0g/L)，易受外界環(huán)境條件的影響，培養(yǎng)條件難以控制，容易受到原生動物等敵害生物的污染。同時，較低的藻細(xì)胞密度會造成較高的采收成本。與敞開式微藻培養(yǎng)系統(tǒng)相比，封閉式光生物反應(yīng)器具有培養(yǎng)條件穩(wěn)定可控，藻細(xì)胞生長速率快及藻細(xì)胞密度高等優(yōu)點，但是封閉式光生物反應(yīng)器存在著投資、運行及維護成本高和放大困難等問題，使得它們目前難以大規(guī)模應(yīng)用于非高附加值微藻(能源微藻)的光自養(yǎng)培養(yǎng)。因此，封閉式光生物反應(yīng)器目前主要應(yīng)用于微藻的藻種培養(yǎng)及高附加值微藻(如雨生紅球藻)的培養(yǎng)。
[0005]光生物反應(yīng)器的光程及單位體積光照面積是影響反應(yīng)器性能的重要因素。一般而言，光程越短及單元體積藻液的光照面積越大，光生物反應(yīng)器的性能越優(yōu)，藻細(xì)胞的生長速率越快，藻細(xì)胞密度越高。目前，敞開式池子中藻液深度通常為15?30cm左右，而能充分接受光照的區(qū)域僅在藻液的表層，僅約幾個厘米，大部分的藻細(xì)胞處于暗區(qū)(光強低于藻細(xì)胞生長所需的最低光強)，無法充分地接受光照，導(dǎo)致藻細(xì)胞無法進行有效地光合作用而快速生長。封閉式光生物反應(yīng)器，如管式光生物反應(yīng)器，柱式光生物反應(yīng)器及平板式光生物反應(yīng)器的光程一般在5cm?20cm左右。與敞開式培養(yǎng)系統(tǒng)相比，封閉式光生物反應(yīng)器的光程相對較小，比光照面積較大。雖然，藻細(xì)胞能夠在封閉式光生物反應(yīng)器中獲得較高密度，但封閉式的光生物反應(yīng)器的設(shè)備投資非常大，動力消耗率高，難以規(guī)?；瘧?yīng)用于一般低價值微藻的培養(yǎng)。同時，在較高的藻細(xì)胞密度下，光在藻液中的衰減程度增加，一般僅能穿透藻液層1-2cm左右。因此，封閉式光生物反應(yīng)器的光程仍然過大，在較高藻細(xì)胞密度下，大部分藻細(xì)胞仍處于暗區(qū)而受到光限制。
[0006]為了增加微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的受光表面積，提高單個藻細(xì)胞獲得的光能，一些研究者采取相關(guān)措施對微藻培養(yǎng)系統(tǒng)進行了改造。
[0007]為了更大程度地充分利用空間光照，提高藻細(xì)胞對光能的利用效率、低成本的實現(xiàn)微藻規(guī)模化、高密度及高效率培養(yǎng)。因此，本領(lǐng)域仍然需要一種簡單、低成本及具有較大比光照面積的新型微藻培養(yǎng)系統(tǒng)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0008]本實用新型為提供一種結(jié)構(gòu)簡單、在微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程中降低藻液厚度，增加藻液受光面積，使藻細(xì)胞能充分接受空間光照，藻液輸送動力效率高，可以實現(xiàn)微藻的低成本、高密度及高效率培養(yǎng)的階梯落差式微藻光反應(yīng)器。
[0009]本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器，包括若干個階梯系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，每個階梯系統(tǒng)包括若干個呈落差式分層設(shè)置的階梯，每兩個相鄰上下兩個階梯之間分別設(shè)有溢出口，每個階梯的兩端分別設(shè)置擋板進行阻擋，所述溝渠系統(tǒng)包括藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置，所述藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置通過管道相連通，最下方的階梯上設(shè)有流出口，所述藻液收集裝置設(shè)于所述流出口處，通過藻液輸送動力裝置將藻液收集裝置中的藻液循環(huán)至最上方的階梯內(nèi)。
[0011 ]最上方的階梯上設(shè)有流入口，上方的流入口、中間的若干個溢出口和下方流出口兩兩相鄰之間相互左右交錯設(shè)置。
[0012]所述階梯的微藻液面之上設(shè)有透明層，透明層與階梯之間形成空腔;或者階梯落差式微藻光反應(yīng)器外部設(shè)有透明層。
[0013]所述階梯的內(nèi)表面上設(shè)有反光層，以增加反光供微藻吸收。
[0014]所述藻液收集裝置內(nèi)設(shè)有過濾部件，以實現(xiàn)對微藻的有效濃縮或者采收。
[0015]所述藻液輸送動力裝置包括藻液收集槽、栗、用于連通的管道和智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述藻液收集槽設(shè)于所述流出口處，所述栗和藻液收集槽通過管道相連通，所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)與所述栗電連接。
[0016]所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器還包括通氣系統(tǒng)，所述通氣系統(tǒng)包括氣栗和通氣管，所述通氣管伸入階梯系統(tǒng)內(nèi)，所述氣栗與所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)電連接;所述藻液輸送動力裝置還包括存儲罐，所述藻液收集槽收集的藻液流入存儲罐內(nèi)，通過栗將存儲罐內(nèi)的藻液向上輸送到最上方的階梯內(nèi)，所述通氣管伸入所述存儲罐內(nèi)。
[0017]所述管道上和通氣管上均設(shè)有閥門。
[0018]微藻的液面高度為l-30cmo
[0019]微藻的液面高度為3-lOcm。
[0020]所述溢出口處設(shè)有插板，所述插板上下移動或者左右移動實現(xiàn)溢出口的大小調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)藻液高度和流量大小，所述插板采用人工或者自動調(diào)節(jié)。
[0021 ]所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度位于10° -75°之間。
[0022]所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度位于25°-60°之間。
[0023]本實用新型所帶來的有益效果是:
[0024]本實用新型中，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器包括若干個階梯系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，每個階梯系統(tǒng)包括若干個呈落差式分層設(shè)置的階梯，藻液依次從上面的階梯流至下面的階梯，再通過溝渠系統(tǒng)將藻液循環(huán)至最上層的階梯，依次循環(huán)。所述階梯可以是水平設(shè)置或者傾斜設(shè)置，可以根據(jù)地球上不同地方瑋度的光照規(guī)律設(shè)置以實現(xiàn)最大的光照輻射，特別是控制藻液面的高度和有效光程一致，且可以根據(jù)日間的光照強度進行人工或者自動調(diào)節(jié)，使得培養(yǎng)的藻細(xì)胞接收的光能達(dá)到最佳水平;機械提升及栗送加上自動溢流使得藻液運輸?shù)挠行恿π蚀蟠蟾哂诔ㄩ_式和原有的封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)，原有的培養(yǎng)系統(tǒng)動力輸運的大部分藻液在暗區(qū)，有效藻液兩一般只有10%-20%，敞開式往往在5%以下，而且封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)藻液與壁的接觸面積較大，導(dǎo)致摩擦阻力增大，動力損耗嚴(yán)重，而本實用新型的輸送有效率高達(dá)50%-90%，且宏量提升阻力小，效率高。本實用新型采用的階梯落差式微藻反應(yīng)器可以采用廉價的結(jié)構(gòu)件和壁板，如塑料、鋼鐵、水泥、木材、玻璃等，建造成本低，栗送效率高進而帶來運行成本低，也可以用坡地、梯田等自然土地系統(tǒng)和條件，極大地節(jié)約建造成本。
【附圖說明】
[0025]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明。
[0026]圖1為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中部件名稱對應(yīng)的標(biāo)號如下:
[0030]1、階梯;2、溢出口；3、擋板;4、管道;5、流出口；6、流入口；7、過濾部件;8、藻液收集槽;9、栗；10、智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)；11、氣栗；12、通氣管；13、存儲罐；14、閥門；15、插板；16、透明層。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳述:
[0032]實施例一:
[0033]作為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的實施例，如圖1所示意，包括三個階梯系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，每個階梯系統(tǒng)包括四個呈落差式分層設(shè)置的階梯1，每兩個相鄰上下兩個階梯之間分別設(shè)有溢出口 2，每個階梯I的兩端分別設(shè)置擋板3進行阻擋，所述溝渠系統(tǒng)包括藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置，所述藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置通過管道4相連通，最下方的階梯上設(shè)有流出口 5，所述藻液收集裝置設(shè)于所述流出口 5處，通過藻液輸送動力裝置將藻液收集裝置中的藻液循環(huán)至最上方的階梯I內(nèi)。
[0034]本實施例中，最上方的階梯I上設(shè)有流入口6，上方的流入口 6、中間的三個溢出口 2和下方流出口 5兩兩相鄰之間相互左右交錯設(shè)置。如此交錯設(shè)置，可以有效地使藻液在階梯I內(nèi)流動，并且順利流向下一個階梯I或者藻液收集裝置內(nèi)。
[0035]本實施例中，所述階梯I的內(nèi)表面上設(shè)有反光層(圖中未示出)，以增加反光供微藻吸收。
[0036]本實施例中，所述藻液收集裝置內(nèi)設(shè)有過濾部件7，以實現(xiàn)對微藻的有效濃縮或者米收。
[0037]本實施例中，所述藻液輸送動力裝置包括藻液收集槽8、栗9、用于連通的管道4和智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)10，所述藻液收集槽8設(shè)于所述流出口 5處，所述栗9和藻液收集槽8通過管道4相連通，所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)10與所述栗9電連接。
[0038]本實施例中，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器還包括通氣系統(tǒng)，所述通氣系統(tǒng)包括氣栗11和通氣管12，所述通氣管12伸入階梯系統(tǒng)內(nèi)，所述氣栗11與所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)10電連接;所述藻液輸送動力裝置還包括存儲罐13，所述藻液收集槽8收集的藻液流入存儲罐13內(nèi)，通過栗9將存儲罐13內(nèi)的藻液向上輸送到最上方的階梯I內(nèi)，所述通氣管12伸入所述存儲罐13內(nèi)。定時在存儲罐13中補充新鮮的培養(yǎng)基或水，以彌補白天蒸發(fā)的水量。在藻細(xì)胞達(dá)到一定密度時，處于待采收階段時，停止向微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中補充新鮮水，利用陽光的照射，依靠水分的蒸發(fā)作用對藻細(xì)胞進行濃縮，以實現(xiàn)藻細(xì)胞的采收。
[0039]本實施例中，所述管道4上和通氣管12上均設(shè)有閥門14。通過手動調(diào)節(jié)閥門14以調(diào)節(jié)藻液流量，或也可以通過智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)10根據(jù)光照強度、溫度、藻細(xì)胞濃度自動控制栗9和閥門14以調(diào)節(jié)藻液流量。這樣可以實現(xiàn)根據(jù)光照條件、藻液層厚度、氣溫和水溫、藻細(xì)胞濃度、藻細(xì)胞生長階段等多種因素綜合優(yōu)化，達(dá)到最大的藻細(xì)胞生物量增加。
[0040]本實施例中，微藻的液面高度為5cm。
[0041 ] 本實施例中，所述溢出口2處設(shè)有插板15，所述插板15左右移動實現(xiàn)溢出口的大小調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)藻液高度和流量大小，所述插板15采用人工調(diào)節(jié)。
[0042]本實施例中，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度為30°。
[0043]當(dāng)然，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器也可以包括一個或者兩個或者若干行或者若干列或者陣列排布的階梯系統(tǒng)，然后通過溝渠系統(tǒng)將各個階梯系統(tǒng)連通起來;每個階梯系統(tǒng)也可以包括三個至五十個之間任意數(shù)值的呈落差式分層設(shè)置的階梯;所述插板也可以上下移動實現(xiàn)溢出口的大小調(diào)節(jié);所述插板也可以采用自動調(diào)節(jié)的方式。那么，也都在本實用新型保護范圍之內(nèi)，這里不再一一贅述。
[0044]實施例二:
[0045]作為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的實施例，如圖2所示，本實施例中，階梯落差式微藻光反應(yīng)器外部設(shè)有透明層16。整個透明層16將整個階梯落差式微藻光反應(yīng)器包裹起來。
[0046]本實施例中，微藻的液面高度為30cm。
[0047]本實施例中，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度為10°。
[0048]當(dāng)然，所述階梯的內(nèi)底面上也可以設(shè)置縱向或者橫向和縱向交錯設(shè)置的限流部件。
[0049]本實施例中，其余結(jié)構(gòu)及有益效果均與實施例一一致，這里不再一一贅述。
[0050]實施例三:
[0051 ]作為本實用新型所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的實施例，如圖3所示，本實施例中，所述階梯I的微藻液面之上設(shè)有透明層16，透明層16與階梯I之間形成空腔。透明層16不僅可以使得微藻的培養(yǎng)形成封閉系統(tǒng)，減少外界環(huán)境，如風(fēng)沙，雨水，雜藻等對藻細(xì)胞培養(yǎng)的不利影響，降低水的蒸發(fā)量，而且可以在階梯I與透明層16形成空腔的底部通入純0)2或CO2和空氣的混合氣體，上浮的氣體和往下流動的藻液在空腔體中形成逆向流動，顯著地提高氣液傳質(zhì)及增強藻液的混合。
[0052]本實施例中，微藻的液面高度為lcm。
[0053]本實施例中，所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度為75°。
[0054]本實施例中，其余結(jié)構(gòu)及有益效果均與實施例一一致，這里不再一一贅述。
[0055]本實用新型中，所述藻液輸送動力裝置可以考慮容積式提升，比如水車等方式，可減少栗對藻細(xì)胞壁的破壞。那么，也都在本實用新型保護范圍之內(nèi)，這里不再一一贅述。
【主權(quán)項】
1.一種階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于包括若干個階梯系統(tǒng)和溝渠系統(tǒng)，每個階梯系統(tǒng)包括若干個呈落差式分層設(shè)置的階梯，每兩個相鄰上下兩個階梯之間分別設(shè)有溢出口，每個階梯的兩端分別設(shè)置擋板進行阻擋，所述溝渠系統(tǒng)包括藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置，所述藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置通過管道相連通，最下方的階梯上設(shè)有流出口，所述藻液收集裝置設(shè)于所述流出口處，通過藻液輸送動力裝置將藻液收集裝置中的藻液循環(huán)至最上方的階梯內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于最上方的階梯上設(shè)有流入口，上方的流入口、中間的若干個溢出口和下方流出口兩兩相鄰之間相互左右交錯設(shè)置。3.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述階梯的微藻液面之上設(shè)有透明層，透明層與階梯之間形成空腔;或者階梯落差式微藻光反應(yīng)器外部設(shè)有透明層。4.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述階梯的內(nèi)表面上設(shè)有反光層，以增加反光供微藻吸收。5.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述藻液收集裝置內(nèi)設(shè)有過濾部件，以實現(xiàn)對微藻的有效濃縮或者采收。6.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述藻液收集裝置包括藻液收集槽，所述藻液輸送動力裝置包括栗、用于連通的管道和智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述藻液收集槽設(shè)于所述流出口處，所述栗和藻液收集槽通過管道相連通，所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)與所述栗電連接。7.如權(quán)利要求6所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器還包括通氣系統(tǒng)，所述通氣系統(tǒng)包括氣栗和通氣管，所述通氣管伸入階梯系統(tǒng)內(nèi)，所述氣栗與所述智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)電連接;所述藻液輸送動力裝置還包括存儲罐，所述藻液收集槽收集的藻液流入存儲罐內(nèi)，通過栗將存儲罐內(nèi)的藻液向上輸送到最上方的階梯內(nèi)，所述通氣管伸入所述存儲罐內(nèi)。8.如權(quán)利要求7所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述管道上和通氣管上均設(shè)有閥門。9.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于微藻的液面高度為1-30cmo10.如權(quán)利要求9所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于微藻的液面高度為3-1Ocm011.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述溢出口處設(shè)有插板，所述插板上下移動或者左右移動實現(xiàn)溢出口的大小調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)藻液高度和流量大小，所述插板采用人工或者自動調(diào)節(jié)。12.如權(quán)利要求1所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度位于10° -75°之間。13.如權(quán)利要求12所述的階梯落差式微藻光反應(yīng)器，其特征在于所述階梯落差式微藻光反應(yīng)器的落差角度位于25° -60°之間。
【文檔編號】C12M1/04GK205616876SQ201620458861
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】孫旭陽
【申請人】孫旭陽