一種跑道池光生物反應器的製造方法
2023-05-24 10:12:56 2
一種跑道池光生物反應器的製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種跑道池光生物反應器，包括跑道池（1）、變速攪拌系統、二氧化碳補給系統（4），地控溫系統，與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：（1）將可變的液壓攪拌系統引入反應器設計，從而適合不同機械抗性類型的微藻培養；（2）與傳統使用電機比較，一臺液壓攪拌系統可驅動多個跑道池，規模化應用可大大降低投資成本和運行能耗；（3）反應器增加二氧化碳補給系統，補給系統末端設置氣體細化器，延長二氧化碳在水中的滯留時間，提高微藻對二氧化碳的利用率；（4）跑道池頂部設置塑料薄膜，減低外來的汙染機率；（5）採用新型的循環控溫系統，延長微藻在冬季和夏季的培養時間，同時降低反應器能耗。
【專利說明】一種跑道池光生物反應器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微藻培養工程領域，特別涉及一種跑道池光生物反應器。
【背景技術】
[0002]微藻是自然水體的主要生產者，在全球能量轉化和碳素循環中發揮重要作用，每年通過微藻光合作用固定的CO2約佔全球CO2固定量的40%以上。同時，微藻細胞富含蛋白質、色素及多種不飽和脂肪酸等高附加值生物活性物質，逐步成為保健食品、醫藥及精細化工等領域的重要材料來源。隨著傳統化石能源(石油、煤炭等)的日益枯竭，微藻作為可再生能源(油脂等)得到了人們的高度重視，具有重要社會和環境效應的微藻產業則顯示出廣闊的應用前景。
[0003]目前,微藻的規模化培養主要有開放式和封閉式兩種培養模式。封閉式培養的反應器主要有柱式、板式和管式光生物反應器，其優點為光能利用率高、不易汙染、培養密度高等，但封閉式培養的投資和操作成本較高、噸級放大不穩定、清洗消毒較困難等缺點。
[0004]開放式培養的代表性反應器為跑道式培養池，作為開發最早和應用最廣的培養方式，有構建簡單、投資成本低、噸級放大簡單、清洗消毒便捷等優點。廣泛應用於國內外的微藻生產企業:美國Cyanotech公司、紐西蘭Aquaflow Bionomic公司、以色列Seambiotc公司、英國AlgaeVS公司；國內的雲南綠A生物工程有限公司、江蘇賜百年營養食品有限公司、荊州蝦青素有限公司、雲南麟瓏微藻養殖有限公司等。但跑道池同樣也存在光能利用率低、易汙染的缺點。尤其對一些普適性生長條件的微藻，讓其在培養初期更快適應跑道池生境，迅速成為優勢種，將大大提高微藻工業化的成功率。
[0005]循環攪拌系統是跑道池的核心組成部分，它的主要作用有:一、保障培養液中營養鹽的攪拌均勻，使藻細胞在培養液各位置都能得到充足的營養供應，二、保障充分的氣體交換，使大氣或專用的CO2氣罐的CO2在藻液中充分溶解以保障光合作用的順利進行，三、保證藻液在培養池內循環流動，保障微藻均勻的分布在培養液中提高其光能利用率，避免藻細胞的聚集沉降。
[0006]目前的跑道池反應器多採用電機帶動漿輪進行攪拌，且為了達到較低的轉速，常見的多為針輪擺線減速機。電機攪拌系統大多為定速攪拌，而調速電機雖然可以達到調節輸出轉速的目的，但一方面成本太高，另一方面無法滿足藻類培養的低轉速要求(5-50轉/分鐘)。
[0007]電機定速攪拌系統在微藻培養中的主要缺陷有:(1)無法解決微藻不同生長階段、生長條件與相應的攪拌頻率之間的矛盾。例如在微藻的生長初期，多需要較低的擾動和水流速率，高的攪拌頻率對部分微藻存在抑制作用；在生長後期，為保障更好的氣體交換和避免高密度藻細胞的聚集下沉則需要較高的攪拌頻率；(2)多適用於機械抗性較強的藻株培養(小球藻、螺旋藻等)，對於機械抗性較弱的藻株(雨生紅球藻等)培養則存在限制；(3)電機運行過程中能耗較高。
[0008]針對循環攪拌系統的缺點，蔡志武的「一種產業化培養微藻的生產裝置」(中國專利，CN201245640Y)公開了一種通過鼓氣方式實現藻液循環的生產裝置，該裝置的缺點是管路複雜，不適合大規模放大，不適合所有的藻株培養。張成武等的「一種實現微藻規模化培養的跑道池光生物反應器」(中國專利，CN102304462 B)公開了兩套藻液循環系統(分別是攪拌槳循環系統和鼓氣氣升式循環系統)以適應不同抗性的藻株培養。該裝置的缺點是增加了跑道池結構的複雜性和投資成本，同時也加大了後期的運行維護成本，不利於清洗和滅菌。
[0009]同時，傳統的跑道池光生物反應器還存在如何低成本有效控溫、CO2利用率偏低等缺點。
[0010]因此，亟待設計一種新型的跑道池光生物反應器方案以解決現有跑道池光生物反應器的上述缺陷。
實用新型內容
[0011]本實用新型的目前在於針對【背景技術】中存在的問題，提供一種跑道池光生物反應器，用以實現微藻的低成本高密度培養。
[0012]為解決以上技術問題，本實用新型提供的技術方案是，
[0013]一種跑道池光生物反應器，包括跑道池(I)、變速攪拌系統、二氧化碳補給系統
(4)，地控溫系統，
[0014]所述變速攪拌系統包括液壓動力系統(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置於跑道池內，使藻液在跑道池內循環流動；
[0015]液壓動力系統(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅動液壓馬達的電機(31)、油泵(32)和調節、控制液壓馬達的轉速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥
(36)、方向控制閥(35)構成；
[0016]所述二氧化碳補給系統(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置於跑道池(I)池底，所述氣體細化器設置在二氧化碳深槽中；
[0017]所述地控溫系統包括地下儲水池(51)、控溫系統(52 )和循環控溫管路(54 )，及位於所述循環控溫管路上的閥門和水泵，所述循環控溫管路由分布於跑道池(I)的分支管路並列而成。
[0018]作為優選項:
[0019]所述跑道池的正上方安裝可捲動的塑料透明薄膜。
[0020]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:(1)將可變的液壓攪拌系統引入反應器設計，從而適合不同機械抗性類型的微藻培養；(2)與傳統使用電機比較，一臺液壓攪拌系統可驅動多個跑道池，規模化應用可大大降低投資成本和運行能耗；(3)反應器增加二氧化碳補給系統，補給系統末端設置氣體細化器，延長二氧化碳在水中的滯留時間，提高微藻對二氧化碳的利用率；(4)跑道池頂部設置塑料薄膜，減低外來的汙染機率；(5)採用新型的循環控溫系統，延長微藻在冬季和夏季的培養時間，同時降低反應器能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為跑道池光生物反應器結構示意圖；
[0022]圖2為液壓循環攪拌系統的結構示意圖。[0023]圖3為地控溫系統的結構示意圖。
[0024]1-跑道池；2—液壓動力系統；3—攪拌槳；4一 二氧化碳補給系統；31—電機；32—油泵；33—油箱；34—壓力控制閥；35—方向控制閥；36—流量控制閥；37—液壓馬達構成；51—地下儲水池；52—控溫系統；54—循環控溫管路。
【具體實施方式】
[0025]本實用新型通過下列非限制的實施實例進一步加以說明，但非用以限制本發明的範圍。
[0026]如圖1，與圖2、圖3所示，一種跑道池光生物反應器，包括跑道池(I)、變速攪拌系統、二氧化碳補給系統(4)，地控溫系統，
[0027]所述變速攪拌系統包括液壓動力系統(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置於跑道池內，使藻液在跑道池內循環流動；
[0028]液壓動力系統(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅動液壓馬達的電機(31)、油泵(32)和調節、控制液壓馬達的轉速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥
(36)、方向控制閥(35)構成；
[0029]所述二氧化碳補給系統(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置於跑道池(I)池底，所述氣體細化器設置在二氧化碳深槽中；
[0030]所述地控溫系統包括地下儲水池(51)、控溫系統(52 )和循環控溫管路(54 )，及位於所述循環控溫管路上的閥門和水泵，所述循環控溫管路由分布於跑道池(I)的分支管路並列而成。
[0031]所述跑道池的正上方安裝可捲動的塑料透明薄膜。
[0032]所述跑道池I由水泥砌成的橢圓形淺池，高度通常為10-50cm，長度和寬度無特定要求，跑道池內表面光滑，在池內可加鋪PVC革、塑料薄膜等易清洗光滑材料。液壓系統為跑道池藻液提供動力，通過將液壓動力傳輸到液壓馬達37，經液壓馬達傳動攪拌槳2，達到為跑道池藻液循環提供動力的目的。攪拌槳的扭力和轉速可調O 5轉/分鐘)，根據不同藻株生長條件的差異及藻株不同生長階段對水動力需求的差異，調節壓力控制閥和流量控制閥以控制攪拌槳的扭力和轉速，機械抗性較強和機械抗性較弱的藻株均可適用。攪拌槳需採用抗腐蝕材料製作。
[0033]所述二氧化碳補給系統4主要用於培養液中二氧化碳的補給，
[0034]所述地控溫系統主要用於培養液冬季的升溫和夏季的降溫，所述地下蓄水池布置在地下，有利於水溫的穩定(冬暖夏涼)，降低能耗，同時冬季可使用加熱器或鍋爐的餘熱加溫，夏季可使用冷水機幫助降溫，保障適合於藻株生長的水溫。所述循環管路鋪設於跑道池內。
[0035]為更好地說明本實用新型，便於理解本實用新型的技術方案，進行了如下對比試驗:
[0036]對比試驗一
[0037]兩個長為4米、寬為2米的橢園型跑道池進行陽光大棚內的雨生紅球藻Qlaematococcus)培養。培養液高度為0.15米(裝液量1200升)，採用加富的MCM培養基，細胞接種密度2.0*104個/mL。其中對照跑道池的攪拌系統通過電機驅動，整個培養周期中轉速為30轉/分鐘，無二氧化碳補充體系。實驗組則採用本實驗新型跑道池，在藻液接入初期，攪拌頻率為10轉/分鐘，在藻液培養中期，轉速上調至17轉/分鐘，至藻液培養末期，轉速調製30轉/分鐘，培養過程中二氧化碳補充系統，通入空氣/C02的混合氣體(5%C02，v/v)，通氣量為0.2VVM。培養周期內，平均氣溫和光照強度為:8:00時17°C，150umol/m2/s, 13:00 時 29°C，400umol/m2/s，17:00 時 23°C，170umol/m2/s。培養 10 天后，取樣分析，藻細胞濃度達1.9*105個/mL，而對照組培養10天後藻細胞濃度為1.1 *105個/mL。相對於對照組，細胞培養濃度提高了 72.7%。
[0038]對比試驗二
[0039]兩個長為4米、寬為2米的橢園型跑道池進行進行陽光大棚內的微囊藻(Microcystis)培養。培養液高度為0.15米(裝液量1200升)，採用MA培養基，細胞接種密度1.2*106個/mL。其中對照跑道池的攪拌系統通過電機驅動，整個培養周期中轉速為30轉/分鐘，無二氧化碳補充體系。實驗組則採用本實驗新型跑道池，在藻液接入初期，攪拌頻率為15轉/分鐘，在藻液培養中期，轉速上調至25轉/分鐘，至藻液培養末期，轉速調製33轉/分鐘，培養過程中二氧化碳補充系統，通入空氣/C02的混合氣體(5% C02,v/V)，通氣量為0.2VVM。培養周期內，平均氣溫和光照強度為:8:00時24°C，190umol/m2/s，13:00 時 36°C，630umol/m2/s，17:00 時 30°C，230umol/m2/s。培養 10 天后，取樣分析，藻細胞濃度達4.7*107個/mL，而對照組培養10天後藻細胞濃度為2.6 *107個/mL。相對於對照組，細胞培養濃度提高了 80.8%。
[0040]對比試驗三
[0041]跑道池冷卻系統組建，冷水機(溼簾和風機)對地下蓄水池的水進行降溫，冷卻循環水經地下蓄水池流出，經水泵加壓後進入分支水管，每個跑道池設置兩組水管，循環水最終流回地下蓄水池，通過循環水穩定培養液的水溫，保障微藻正常培養溫度，延長培養周期。
[0042] 申請人:聲明，本實用新型通過上述實施例來說明本實用新型的結構組成，但本實用新型並不局限於上述結構，所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本實用新型的任何改進，對本實用新型所選用部件的等效替換及輔助部件的添加、具體方式的選擇等，均落在本實用新型的保護範圍和公開範圍之內。
【權利要求】
1.一種跑道池光生物反應器，其特徵在於:包括跑道池(I)、變速攪拌系統、二氧化碳補給系統(4)，地控溫系統， 所述變速攪拌系統包括液壓動力系統(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置於跑道池內，使藻液在跑道池內循環流動； 液壓動力系統(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅動液壓馬達的電機(31)、油泵(32)和調節、控制液壓馬達的轉速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥(36)、方向控制閥(35)構成； 所述二氧化碳補給系統(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置於跑道池(I)池底，所述氣體細化器設置在二氧化碳深槽中； 所述地控溫系統包括地下儲水池(51)、控溫系統(52)和循環控溫管路(54)，及位於所述循環控溫管路上的閥門和水泵，所述循環控溫管路由分布於跑道池(I)的分支管路並列--? 。
2.如權利要求1所述的跑道池光生物反應器，其特徵在於，所述跑道池的正上方安裝可捲動的塑料透 明薄膜。
【文檔編號】C12M1/04GK203569083SQ201320757371
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】陳偉, 徐瑤, 柴文波, 幹松浩, 潘倩倩 申請人:青島旭能生物工程有限責任公司