一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統的製作方法

2023-05-27 21:19:06 2

一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統。所述吊袋式微藻光反應器包括由端部封閉的透明薄膜袋形成的反應器主體；所述透明薄膜袋的內部空間由至少一條隔斷線分割為多空間結構，所述隔斷線存在非連續斷開段。所述吊袋式微藻養殖系統中包括至少一個所述的吊袋式微藻光反應器。本實用新型所述的吊袋式微藻光反應器透光性能好，增加了CO2氣體在水體中的滯留時間，更有利於微藻培養體系對CO2氣體的吸收。所述的吊袋式微藻養殖系統結構更簡單，製造和使用成本低廉，可以實現封閉式清潔高品質微藻養殖要求。
【專利說明】一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統，是一種利用透明薄膜袋實施光合微藻養殖的裝置。
【背景技術】
[0002]微藻能夠利用簡單的礦物質營養素，在光合作用(日光和人工照明)的情況下，將CO2和水轉化為我們生活需要的各種有機化合物(如色素、蛋白質、胺基酸、維生素和脂肪酸、多糖和礦物質等人體必需的營養成份)。由於藻類具有高效光利用率，以及從周圍環境中快速高效吸收營養素(如CO2、氮、磷等)並轉化成有機化合物的能力，使藻類具有解決食品短缺、能源危機和CO2減排的巨大經濟潛力。
[0003]目前,微藻培養主要有開放式和封閉式兩種光生物反應器。其中，封閉式光生物反應器主要有管道式、平板式、柱狀氣升式、浮式薄膜袋等。這些反應器不僅製造成本高，而且需要佔用大量耕地或養殖水面，形成與農作物或水產品爭地爭水的局面。我國農業一直有農作物間種，即利用植物的不同高度、採收時間不同錯時或分層種植，以提高單位面積產值和養殖空間的傳統。吊袋式微藻光反應器有利於實現微藻的空中養殖，實現非佔地養殖產業發展模式。
[0004]CN102086437A公開了薄膜掛袋式單胞藻光生物反應器及其製作方法，提出了一種底部帶有倒圓錐狀氣升部的中空透明柱狀體，也加設了懸掛結構。這種結構實質是對大直徑單柱光反應器的一種簡化，柱狀體光反應器氣體停留時間短，大直徑的柱狀結構導致中心部位光照不足，形成養殖暗區，養殖暗區降低了柱狀光反應器養殖效率，加大光生物反應器重量，光生物反應器不得不加裝加強結構，造成反應器製造成本提高，光反應器透光性不好。
[0005]CN102373150A和CN102373151A分別提出了兩種形式的光生物反應器和光生物培養系統。通過在柔性薄膜袋上設置多個隔離點或豎向的線狀隔離帶，將光生物反應器內的光生物培養液分割成多個相互連通的液體區域。上述兩篇現有專利是對目前常用薄膜培養袋橫向隔離帶結構的改造，與CN102086437A及現有技術相比，解決了大直徑單柱光反應器透光和培養物分層問題，但其分割模式由線到點狀分割，是兩種極端情況，縱向隔離帶與氣體上升方向一致，反而不利於氣體在培養體系的橫向攪拌，點狀隔離對解決培養氣體攪拌與氣體分布情況並不理想。
實用新型內容
[0006]為改善大型柱狀薄膜掛袋式光生物反應器及其他現有光生物反應器的問題，提高微藻養殖效果，本實用新型提出一種吊袋式微藻光反應器及吊袋式微藻養殖系統，在實現微藻的高效空間養殖的同時，改善光反應器光照效果、營養物質的供給並延長CO2氣體在養殖水體的滯留時間，以提高水體光合養殖微藻的產量。
[0007]為達此目的，本實用新型採用以下技術方案:[0008]本實用新型的目的之一在於提供一種吊袋式微藻光反應器，所述吊袋式微藻光反應器包括由端部封閉的透明薄膜袋形成的反應器主體；所述透明薄膜袋的內部空間由至少一條隔斷線分割為多空間結構，所述隔斷線存在非連續斷開段。
[0009]本實用新型所述的吊袋式微藻光反應器在透明薄膜袋上設置至少一條隔斷線，同時在隔斷線上設置非連續斷開段，便於不同隔斷區之間的物質交換，加入培養液後，形成若干相互連通的液體區域。在使用時，從底部分布的氣體在上升過程中一部分滯留在隔斷線內，多餘的氣體溢出向上移動、層層滯留，強化了培養液的擾動，增加了 CO2氣體在水體中的滯留時間。
[0010]所述隔斷線可選擇一條、三條、四條、六條等，可由本領域技術人員根據實際情況進行選擇。
[0011]所述隔斷線由數組並列排布的倒V形、倒U形或W形的線條組成。
[0012]所述透明薄膜袋的上部設有營養液入口和排氣口，底部設有進氣口和排料口。所述排料口為單獨設置於透明薄膜袋底部的單獨接口，或與進氣口共用同一接口。
[0013]所述透明薄膜袋的材料可選擇聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯薄膜等。所述吊袋式微藻光反應器的透光性能好。
[0014]本實用新型的目的之二在於提供一種吊袋式微藻養殖系統，所述系統中包括至少一個如上所述的吊袋式微藻光反應器。所述吊袋式微藻養殖系統的其他部件，如輸氣、輸液、排氣等具體部件的設計，可由本領域技術人員進行選擇，本實用新型並無特殊限制。
[0015]以下為本實用新型所述吊袋式微藻養殖系統的優選形式。
[0016]本實用新型所述微藻養殖系統主要由輸液輸氣系統、吊袋式微藻光反應器、氣體回收系統、培養液回收系統和輔助支架組成。
[0017]所述輸液輸氣系統包括營養罐和連入營養罐底部的氣源。其主要作用是向吊袋式微藻光反應器中輸入營養液和含有CO2的氣體。
[0018]所述營養罐分為上部的氣體空間和下部的液體空間；氣體空間連接有輸氣管，其末端通過輸氣針頭接入透明薄膜袋底部的進氣口，並與透明薄膜袋底部的布氣軟管連接；液體空間連接有輸液管，其末端通過輸液針頭接入透明薄膜袋上部的營養液入口。
[0019]本實用新型所述輸液輸氣系統中氣源與營養罐連接，輸液管入口浸沒在營養罐的液體空間，輸氣管設置在營養罐的氣體空間，由氣源向營養罐提供壓力推動氣體和營養液向吊袋式微藻光反應器內流動。
[0020]所述輸氣管上設有輸氣閥。另外，所述輸氣管上還設有加熱器和冷卻器，能夠實現對輸送氣體的溫度調節，以及吊袋式微藻光反應器培養體系的溫度調控。
[0021]所述輸液管上設有輸液閥，調節輸液閥米用滴定的方式向吊袋式微藻光反應器輸送營養液。
[0022]所述布氣軟管開有若干微孔，能夠保證氣體分布均勻。
[0023]所述氣體回收系統包括依次連接的排氣針頭、氣袋和壓氣機；所述排氣針頭與透明薄膜袋上部的排氣口連通，壓氣機與氣源連通。
[0024]氣體回收系統連接在透明薄膜袋的排氣口上，將送入袋內未被微藻利用而排出的氣體，經過氣袋和壓氣機送回氣源，實現氣體回收再循環利用，解決目前CO2氣體在培養液中吸收率較低，未被微藻利用的大量CO2氣體直接排放到空氣中造成環境汙染的問題。[0025]所述培養液回收系統包括依次連接的排料管閥、過濾器及水箱，所述排料管閥與透明薄膜袋底部的排料口連通。所述排料口為設置在透明薄膜袋底部的單獨接口或者與透明薄膜袋底部的進氣口共用接口，排料管閥用於培養的微藻排出光反應器的轉運和收集過程的調控。所述水箱與營養罐連通，用於培養液的回用輸送。在水箱內液體靜壓差不能滿足培養液回流營養罐時，在水箱和營養罐之間設置輸液泵。
[0026]所述水箱與輸液泵之間設有排液管閥，其作用是調控過濾器濾出培養微藻的水及其回收的營養液向營養罐的輸送，並方便設備檢修。
[0027]所述輸液泵與營養罐之間設有輸液隔斷閥，其作用是防止營養罐內液體向輸液泵倒流並方便設備檢修。
[0028]所述培養液回收系統連接在透明薄膜袋底部的排料口，將透明薄膜袋內培養液濾出微藻後，回收再利用培養液資源，減少目前微藻培養系統對水及營養資源的大量消耗。
[0029]本實用新型輸液針頭、輸氣針頭和排氣針頭是一種優選的插拔式快速連接方式，與其他固定式接頭方式有等效技術功效。
[0030]本實用新型所述的吊袋式微藻養殖系統的運行方法如下:
[0031]I)將兩端封閉的吊袋式微藻光反應器吊掛在輔助支架上，將系統設備安裝好後，通過輸液針頭、輸氣針頭或排氣針頭向袋內加裝微藻藻種；
[0032]2)將配置好的營養液注入營養罐內並密封罐口，接通輸液輸氣系統，開啟氣源輸出閥，在營養罐內達到一定壓力後，開啟輸液閥和輸氣閥，營養罐內的液體空間通過輸液閥向吊袋式微藻光反應器輸送營養液，營養罐內的氣體空間通過輸氣閥向吊袋式微藻光反應器輸送富含CO2氣體的混合氣體,輸液輸氣量通過調節輸液閥和輸氣閥的開關調節；
[0033]3)未被微藻利用的氣體，一部分以氣泡形式儲存在吊袋式微藻光反應器的隔斷線內，另一部分由排氣針頭排出，經過氣袋和壓氣機組成的氣體回收系統，回到氣源繼續循環使用；
[0034]4)待到微藻產量達到養殖收穫要求後,通過排料管閥,將微藻及培養液一併排出，留取部分藻種在吊袋式微藻光反應器內繼續繁殖，如此反覆實現微藻的多批次培養；
[0035]5)由排料管閥排出的微藻及培養液，經過過濾器、水箱及輸液泵組成的培養液回收系統，濾出微藻後對培養液重新調節營養成分後，送回到營養罐繼續循環使用。
[0036]本實用新型所述吊袋式微藻養殖系統，在收穫微藻並實現微藻與培養液分離後，培養液可作為農作物肥料和水源，輸送到農作物根部，實現微藻與農作物之間資源循環利用。
[0037]本實用新型氣源為富含CO2氣體的混合氣體，混合氣體中CO2氣體的含量為
0.05% ?100%ο
[0038]與已有技術方案相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0039]本實用新型所述的吊袋式微藻光反應器與現有的薄膜掛袋式單胞藻光生物反應器相比，採用隔斷線實現光反應器的結構扁平化，反應器透光性能更好，倒V形、倒U形或W形隔斷線結構，便於氣體在水體滯留，增加了 CO2氣體在水體中的滯留時間，更有利於微藻培養體系對CO2氣體的吸收。
[0040]與現有的微藻光養殖系統相比，本實用新型所述的吊袋式微藻養殖系統結構更簡單，製造和使用成本低廉，與目前開放池養殖系統相比，可以實現封閉式清潔高品質微藻養殖要求。吊袋式微藻養殖系統採用高空養殖，可滿足立體、大面積、成本低的經濟性養殖需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本實用新型的吊袋式微藻養殖系統組成示意圖；
[0042]圖2為本實用新型的吊袋式微藻光反應器結構示意圖。
[0043]圖中:1-吊袋式微藻光反應器；2_氣源；3_營養罐;4_輸液管；5_輸液閥；6_輸液針頭；7_輸氣管；8_輸氣閥；9_輸氣針頭；10_排氣針頭；11_排料管閥；12_布氣軟管；13-透明薄膜袋；14_隔斷線；15_輔助支架；16_氣袋；17_排氣管閥；18_壓氣機；19_過濾器；20_水箱；21_排液管閥；22_輸液泵；23_輸液隔斷閥。
[0044]下面對本實用新型進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本實用新型的簡易例子，並不代表或限制本實用新型的權利保護範圍，本實用新型的保護範圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型的技術方案。
[0046]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，本實用新型的典型但非限制性的實施例如下:
[0047]一種吊袋式微藻光反應器，所述吊袋式微藻光反應器包括由端部封閉的透明薄膜袋13形成的反應器主體；所述透明薄膜袋13的內部空間由至少一條隔斷線14分割為多空間結構，所述隔斷線14存在非連續斷開段。
[0048]所述隔斷線14由數組並列排布的倒V形、倒U形或W形的線條組成。
[0049]所述透明薄膜袋13的上部設有營養液入口和排氣口，底部設有進氣口和排料口。
[0050]—種吊袋式微藻養殖系統,所述系統中包括至少一個如上所述的吊袋式微藻光反應器I。
[0051]所述系統主要由輸液輸氣系統、吊袋式微藻光反應器1、氣體回收系統、培養液回收系統和輔助支架15組成。
[0052]所述輸液輸氣系統包括營養罐3和連入營養罐3底部的氣源2。所述營養罐3分為上部的氣體空間和下部的液體空間；氣體空間連接有輸氣管7，其末端通過輸氣針頭9接入透明薄膜袋13底部的進氣口，並與透明薄膜袋13底部的布氣軟管12連接；液體空間連接有輸液管4，其末端通過輸液針頭6接入透明薄膜袋13上部的營養液入口。
[0053]所述輸氣管7上設有輸氣閥8 ;所述輸氣管7上設有加熱器和冷卻器；
[0054]所述輸液管4上設有輸液閥5 ;所述布氣軟管12開有若干微孔。
[0055]所述氣體回收系統包括依次連接的排氣針頭10、氣袋16和壓氣機18 ;所述排氣針頭10與透明薄膜袋13上部的排氣口連通，壓氣機18與氣源2連通；所述氣袋16和壓氣機18之間設有排氣管閥17。
[0056]所述培養液回收系統包括依次連接的排料管閥11、過濾器19及水箱20，所述排料管閥11與透明薄膜袋13底部的排料口連通，排料口與透明薄膜袋13底部的進氣口共用接口 ；所述水箱20與營養罐3連通，用於培養液的回用輸送。在水箱20內液體靜壓差不能滿足培養液回流營養罐3時，在水箱20與營養罐3之間設置輸液泵22。
[0057]所述水箱20與輸液泵22之間設有排液管閥21。
[0058]所述輸液泵22與營養罐3之間設有輸液隔斷閥23。
[0059]如圖1為本實用新型所述的吊袋式微藻養殖系統組成示意圖。包括一組連體吊袋式微藻光反應器I安裝在輔助支架15上,氣源2、營養罐3、壓氣機18、輸液泵22及其控制櫃固定在集成平臺上。輸液輸氣系統中的氣源2與營養罐3連接，營養罐3分別與輸液管4和輸氣管7連接，輸液管4通過輸液針頭6連接在吊袋式微藻光反應器I的上部，調節輸液閥5米用滴定方式向吊袋式微藻光反應器I內輸送營養液，輸氣管7通過輸氣針頭9連接在吊袋式微藻光反應器I的底部，並與布氣軟管12連接，向吊袋式微藻光反應器I輸送氣體，並利用布氣軟管12實現氣體的均勻分布。輸入吊袋式微藻光反應器I內的氣體，在上升過程中一部分滯留在隔斷線14的倒V形隔檔內，多餘的氣體溢出向上移動、層層滯留，強化培養液的擾動。溢出培養液的氣體，通過氣體回收系統儲存在氣袋16中，由壓氣機18排入氣源2。
[0060]根據氣體消耗量向營養罐3內鼓入氣體,營養罐3內壓力升高,營養罐3下部液體空間的營養液通過輸液管4、輸液閥5、輸液針頭6輸送到吊袋式微藻光反應器I內，輸液流量通過輸液閥5調節；同樣的，營養罐3上部氣體空間的氣體通過輸氣管7、輸氣閥8、輸氣針頭9輸送到吊袋式微藻光反應器I內，由布氣軟管12將輸入吊袋式微藻光反應器I的氣體均勻擴散到吊袋式微藻光反應器I的底部區域，輸氣流量通過輸氣閥8調節。在吊袋式微藻光反應器I的微藻養殖量達到收穫要求時，關閉輸氣閥8開啟排料管閥11,吊袋式微藻光反應器I內微藻與培養液通過與進氣口共用的排料口排出，實現吊袋式微藻光反應器I內微藻的排出過濾收集與回收利用。
[0061]圖1示出了兩個吊袋式微藻光反應器I對稱的安裝在輔助支架15上，通過並聯多支路輸液輸氣系統，實現多個吊袋式微藻光反應器I的聯合養殖。
[0062]圖2為吊袋式微藻光反應器I的結構示意圖，圖中兩隻吊袋式微藻光反應器I聯接在一起，跨裝在輔助支架15上，為突出吊袋式微藻光反應器I結構，用於支撐吊袋式微藻光反應器I的輔助支架15在圖中被隱去。吊袋式微藻光反應器I由透明薄膜袋13製造，底部被壓實封閉形成封閉空間，在吊袋式微藻光反應器I的底部安裝有布氣軟管12,輸氣針頭9穿過透明薄膜袋13插入布氣軟管12，輸液針頭6插入透明薄膜袋13，採用滴定模式緩慢加入營養液，排氣針頭10插入透明薄膜袋13，作為封閉吊袋式微藻光反應器I的排氣口。在透明薄膜袋13內，以一定距離間隔壓實成倒V形或倒U型或W形隔斷線14，隔斷線14存在非連續斷開段，便於氣流和培養物穿過間隔隔斷14，也便於改變氣體在吊袋式微藻光反應器的流動狀態和滯留時間，達到均勻傳質效果。
[0063]具體實施例:
[0064]以小球藻培養為例，利用針管取小球藻種源，利用輸液針頭6將待培養藻種注入吊袋式微藻光反應器I，連接輸液與輸氣管道，以突光燈為光源進行24小時連續培養,將細胞表面光強調整為50μηιο1 IrT2S4,環境溫度為30°C,加注營養液至一定量後,米用滴定方式緩慢加入營養液，每半小時通過布氣軟管12連續向吊袋式微藻光反應器I內通入CO2與空氣混合氣體5分鐘。隨著培養物生長，藻種的不斷繁殖數量增多，輸入液體增多，輸氣時間加長，輸液輸氣量根據藻種對營養物質的需求不斷增加，試驗結果表明，微藻的生長速率達25g HT2Cf1,養殖結束後，利用培養液回收系統將培養物過濾收集乾燥，實現產品培養與收
-M-犾。
[0065] 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詳細結構特徵以及方法，但本實用新型並不局限於上述詳細結構特徵以及方法，即不意味著本實用新型必須依賴上述詳細結構特徵以及方法才能實施。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以及輔助部件的增加、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。
[0066]以上詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型並不限於上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思範圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本實用新型的保護範圍。
[0067]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0068]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【權利要求】
1.一種吊袋式微藻光反應器，其特徵在於，所述吊袋式微藻光反應器包括由端部封閉的透明薄膜袋(13)形成的反應器主體；所述透明薄膜袋(13)的內部空間由至少一條隔斷線(14)分割為多空間結構，所述隔斷線(14)存在非連續斷開段。
2.如權利要求1所述的吊袋式微藻光反應器，其特徵在於，所述隔斷線(14)由數組並列排布的倒V形、倒U形或W形的線條組成。
3.如權利要求1或2所述的吊袋式微藻光反應器，其特徵在於，所述透明薄膜袋(13)的上部設有營養液入口和排氣口，底部設有進氣口和排料口。
4.一種吊袋式微藻養殖系統,其特徵在於,所述系統中包括至少一個如權利要求1-3之一所述的吊袋式微藻光反應器(I)。
5.如權利要求4所述的吊袋式微藻養殖系統,其特徵在於,所述系統主要由輸液輸氣系統、吊袋式微藻光反應器(I)、氣體回收系統、培養液回收系統和輔助支架(15)組成。
6.如權利要求5所述的吊袋式微藻養殖系統,其特徵在於，所述輸液輸氣系統包括營養罐(3)和連入營養罐(3)底部的氣源(2)； 所述營養罐(3)分為上部的氣體空間和下部的液體空間；氣體空間連接有輸氣管(7)，其末端通過輸氣針頭(9)接入透明薄膜袋(13)底部的進氣口，並與透明薄膜袋(13)底部的布氣軟管(12)連接；液體空間連接有輸液管(4)，其末端通過輸液針頭(6)接入透明薄膜袋(13)上部的營養液入口。
7.如權利要求6所述的吊袋式微藻養殖系統，其特徵在於，所述輸氣管(7)上設有輸氣閥(8);所述輸氣管(7)上設有加熱器和冷卻器；所述輸液管(4)上設有輸液閥(5);所述布氣軟管(12)開有若干微孔。
8.如權利要求5-7之一所述的吊袋式微藻養殖系統，其特徵在於，所述氣體回收系統包括依次連接的排氣針頭(10)、氣袋(16)和壓氣機(18);所述排氣針頭(10)與透明薄膜袋(13)上部的排氣口連通，壓氣機(18)與氣源(2)連通；所述氣袋(16)和壓氣機(18)之間設有排氣管閥(17)。
9.如權利要求5-7之一所述的吊袋式微藻養殖系統，其特徵在於，所述培養液回收系統包括依次連接的排料管閥(11)、過濾器(19)及水箱(20)，所述排料管閥(11)與透明薄膜袋底部的排料口連通；所述水箱(20)與營養罐(3)連通；所述水箱(20)與營養罐(3)之間設有輸液泵(22)。
10.如權利要求9所述的吊袋式微藻養殖系統，其特徵在於，所述水箱(20)與輸液泵(22)之間設有排液管閥(21);所述輸液泵(22)與營養罐(3)之間設有輸液隔斷閥(23)。
【文檔編號】C12M1/00GK203820761SQ201420079652
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】吳懷之 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所