微藻生產裝置中的水中水技術的製作方法
2023-08-01 10:48:51
專利名稱：微藻生產裝置中的水中水技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及微藻生產裝置(又稱太陽能生物轉化器)中的生物轉化過程，使微藻生產過程實現穩定高效和可控。
太陽能生物轉化器是通過微藻的光合作用快速有效地固定太陽輻射能量的封閉式裝置。微藻生產使太陽能的生物轉化突破了傳統農業的模式，傳統農業所利用的葉綠素載體是一些高等植物，通過種植綠色植物以獲取食品。太陽能生物轉化器不依賴傳統農業所必需的土壤、氣候等自然條件，在有陽光的地方，包括荒漠戈壁，都可以造就高生產力。我國著名科學家錢學森在其首創的「沙產業」理論中提出要運用全部的現有科學技術，包括物理、化學、生物學這樣的基礎學科，在不毛之地上，通過植物的光合作用，固定轉化太陽能。利用微型藻類作為太陽能生物轉化器已被中、外科學家證明是最有效、最有潛力的手段。因為(1)微藻結構最簡單(單細胞)歷史最久遠(生命的誕生以它為起點)，無所不在(極為惡劣的條件下都有)，頑強生命力有相對強大的葉體。
(2)同化CO2通過全部表面，不像高等植物要通過氣孔。
(3)個體小，比表面積大，與外部環境進行物質交換快。
(4)生命周期短。
(5)生長和繁殖快，可以在人工調控下維持幾何級數增殖。
(6)不存在水的無效蒸騰，適合在水源短缺環境中應用。
(7)可以工廠化生產(連續的，制式的)(8)利用人工光源可以全天候生產。
(9)光合生產中，消耗CO2，排放氧氣。
(10)生產過程可達到「綠色食品」工藝要求。
(11)產品營養全面，且可做工業和能源材料。
(12)針對不同的水質和光熱條件選擇適合的藻種。
(13)藻的某些生物習性可以誘導改變。
(14)可控制產品的成份。
(15)可以集成應用現代科技的新成果和新工藝材料。
已有的微藻生產技術和裝置，可以分為兩類開放式和封閉式。
開放式生產是建造培育池，使微藻在池中生長、繁殖。
從六十年代開始，國外開始研究各種封閉式微藻培養系統。到目前為止，已知的封閉培養系統中，曾經更換過各種各樣的容器，但比較成熟並形成規模化應用的只有管道式系統，該系統也稱為太陽能生物轉化器。
本專利發明人在93108855.0專利技術中應用了封閉式的管道生產技術。這一技術實現了微藻的工廠化生產，克服了開放池式生產中的產品不純淨，產量不高，管理困難，效率低等缺點。目前，國內外的微藻封閉式生產大都應用矽硼玻璃管道，依靠陽光作為光源，人工添加營養成份，保障微藻生產正常。
微藻管道試驗和生產裝置運行的結果證明，生產的一般條件容易創造。例如，營養液的配製可根據生產過程的需要進行調整；又例如，微藻進行光合作用要求相應的光照，可通過管道裝置的排列方式的變化進行調整。現有技術中唯一無法解決的難題就是管道中懸浮液的溫度限制了微藻的穩定持續高產。
光合作用是由光化學過程、物質擴散過程和生化反應過程構成的，這些過程都要求一定的溫度條件。一般說來10℃-45℃之間，活細胞才積極進行生命活動，細胞內的反應速率，隨溫度的增加而加速。太陽能生物轉化器中應用的葉綠體載體微藻，都是喜溫的高產種。喜溫的微藻只在水溫達到適中的高溫時，才加強自己的生命活力，顯示出高產的優異性。小球藻、螺旋藻的最佳生長溫度是35℃-37℃。過高的溫度，將引起分子活性的異常增強。對有機體的穩定，有傷害作用。呼吸的加強，不僅使同化產物衰減，而且會引起光休克出現。水溫達到45℃時，微藻細胞開始死亡，但水溫低於最佳適中溫度10℃-25℃時，微藻群體生長微弱，或停止生長。
陽光的大部分能量均以熱輻射的形式提高空氣、水及其他物體的溫度，參與光合作用，增加產量。陽光輻射的光能，既是參與光合作用的光子物質來源，也是創造光合作用條件的熱量來源。太陽輻射的強度，在一年之內和一天之中，都是不恆定的。太陽能生物轉化器接受熱輻射在一天中可相差十倍以上。輻射變化造成的溫熱條件波動對微藻產量產生巨大影響。
在封閉式生產裝置中，用電加熱或熱交換器的辦法來調溫。但在高氣溫時，溫度由於強太陽輻射急劇上升，造成容器內出現同步的高光強、高水溫、高氧，這將導致光合裝置的完全崩潰失效。由於玻璃管道與空氣接觸面很大，散熱和吸熱的速度很快，因此，要維持在封閉的裝置中有均衡的適中溫度，以維持高產，是太陽能生物轉化器急待解決的技術難題。
本發明的目的是維持在封閉的裝置中有均衡的適中溫度，保證光合作用順利進行，以獲取微藻的穩定高產。
實施本發明的技術方案是1、工藝與裝置(1)水中水，是一種工藝技術，用於封閉式的太陽能生物轉化裝置中。
(2)水中水，是一個統一的裝置系統，由外水和內水構成。
(3)內水是太陽能生物化器的主體，內部盛放的是微藻懸浮液。內水中的水，是生理功能的水，相應的裝置保障懸浮液處於理想的光合作用條件下適中的PH值充足的營養(礦物營養)微藻懸浮液形成湍流狀態尾端的氣體交換器及時排氧CO2混合氣體的適時補加
(4)外水盛放的純淨的天然水，做為介質的水是一種工質，利用水的一系列物理特性。
外水，透光，參與內水光合作用的光的波段，很容易地穿過外水，進入作為內水的生物反應器中。
外水，有一定的厚度，又處於易於調控的流動狀態中。
水的比熱最高，一克水增加溫度1℃時，約需1卡的熱量。利用外水的這些特質，就可以為自動化控溫以及手工調溫提供了條件。
(5)內水的循環，用相應功率的泵，使懸浮液處於湍流狀態。
(6)根據微藻品種生長的適中條件，外水可以處於靜止、低水速和高水速流動狀態。視具體的裝置環境，外水在低氣溫時，可使用存放的調溫櫃溫水、地熱水或工廠餘熱水，在高溫時使用冷水。這些降溫用的冷水，在迴路終端可達40℃，存放在調溫櫃中備用。
(7)內水、外水的容器壁，採用透明度較高的軟塑料材質，兩端用硬質塑料件固定。若干段連接為一單元，每單元內水、外水獨立循環。若干單元組合構成太陽能生物轉化器。
2、管中管，內水在內管中循環，外水在外管中循環，內管和外管通過硬質塑料接頭套裝在一起。
3、池中管，內水在管道中循環，內水管道固定在水池中，池水為外水，通過水池進出口或加水泵調節池水流量和溫度。
4、囊中管，內水在管道中循環，內水管道固定在軟質水囊中，囊中水為外水，通過囊的進出水口或加水泵，調節囊中水的流量和溫度。
5、池中囊，內水在軟質透明囊中循環，內水囊固定在池中，池水為外水，通過水池進、出水口或加水泵調節池水流量和溫度。
6、囊中囊，內水在軟質透明囊中循環，內水囊固定在軟質外水囊中，外囊中水為外水，通過外囊的進、出水口或加水泵，調節囊中水的流量和溫度。
7、箱中囊，內水在軟質透明囊中循環，內水囊固定在硬質外水箱中，箱中水為外水，通過箱的進、出水口或加水泵，調節箱中水的流量和溫度。
本發明與現有技術相比具有如下特點1、本發明克服了現有封閉式的管道生產技術中控制懸浮液溫度耗資大的缺點。
2、本發明通過控制外水的溫度最大限度地減少了溫熱條件波動，使懸浮液(內水)始終處於恆定的最佳溫度中。
3、本發明實現了微藻的穩產、高產和生產的連續性、自動化。
圖1微藻生產裝置中水中水技術的管中管工藝與裝置示1-外水2-內水圖2微藻生產裝置中水中水技術的池中管工藝與裝置示1-外水2-內水圖3微藻生產裝置中水中水技術的囊中管工藝與裝置示1-外水2-內水圖4微藻生產裝置中水中水技術的池中囊工藝與裝置示1-外水2-內水圖5微藻生產裝置中水中水技術的囊中囊工藝與裝置示1-外水2-內水圖6微藻生產裝置中水中水技術的箱中袋工藝與裝置示1-內水2-外水附發明人田裕釗同志的背景資料(見附頁1.2.3.4)
權利要求
1.一種控制微藻生產裝置(太陽能生物轉化器)中微藻生長繁殖速度的方法，其特徵是在微藻生長的懸浮液循環系統之外設置另一水循環系統，前者為內水，後者為外水，通過調節外水溫度和流量，使懸浮液處於均衡的適中溫度，控制微藻生長。
2.一種用於權利要求1方法的管中管裝置，其特徵在於含有微藻的內水在內管中循環，外水在外管中循環，內管置於外管中，通過調節外水水流和溫度，使內水中微藻獲得適宜生長的溫度。
3.一種用於權利要求1方法的池中管裝置，其特徵在於含有微藻的內水在管道中循環，內管置於水池中，通過調節池水水流和溫度，使內水中微藻獲得最適宜生長的溫度。
4.一種用於權利要求1方法的的囊中管裝置，其特徵在於含有微藻的內水在管道中循環，內管置於外囊中，通過調節囊中水的水流和溫度，使內水中微藻獲得最適置生長的溫度。
5.一種用於權利要求1方法的池中囊裝置，其特徵在於含有微藻的內水在囊中循環，囊置於池中，通過調節池水水流和溫度，使內水中微藻獲得最適宜生長的溫度。
6.一種用於權利要求1方法的囊中囊裝置，其特徵在於含有微藻的內水在內囊中循環，而內囊置於外囊之中，通過調節外囊水的水流和溫度，使內囊中的微藻獲得最適宜生長的溫度。
7.一種用於權利要求1方法的箱中袋裝置，其特徵在於含有微藻的內水在袋中循環，而袋置於箱中，通過調節箱中水的水流和溫度，使袋中的微藻獲得最適宜生長的溫度。
全文摘要
本發明涉及一種微藻生產裝置(太陽能生物轉化器)控制微藻生長溫度的方法和工藝裝置,將含有微藻的懸浮液循環系統置於另一水循環系統之內,前者稱為內水,後者稱為外水,通過調節外水溫度和水流,控制內水溫度,根據這一方法設計的管中管、池中管、囊中管、池中管、囊中囊、箱中袋等水中水裝置均可獲得微藻的穩定高產,且大大降低了生產成本。
文檔編號C12N1/12GK1199095SQ97111800
公開日1998年11月18日 申請日期1997年5月12日 優先權日1997年5月12日
發明者田裕釗 申請人:田裕釗, 田耕, 馮錦祥, 陳奕成