CN107012082A - 微藻养殖用的光生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微藻养殖用的光生物反应器，其包括：养殖池；曝气单元；水循环泵；光反应单元，其包括光反应管、下定位管、上悬挂管、电控阀门与密度监控器，光反应管的制备材料为聚四氟乙烯，光反应管间通过套管接头连接构成S型，光反应管通过下定位管与上悬挂管垂直的固定于养殖池的上方，光反应单元的进水口通过出水管与水循环泵的出水口连接，光反应单元末端的光反应管的排水口设置有电控阀门，密度监控器设置在光反应单元首端的光反应管上，用于监测光反应管内的微藻密度及控制电控阀门的开启与关闭；光敏开关，其通过感应光强的强弱启动或停止曝气泵与密度监测器。本发明的光生物反应器具有藻细胞不粘壁、光能利用率高、能耗较低等优点。

Description

微藻养殖用的光生物反应器
技术领域
本发明涉及一种生物反应器，特别涉及一种微藻养殖用的光生物反应器。
背景技术
微藻具有营养丰富，生长繁殖快速，光合作用效率高，环境适应能力强，生长周期短及产量高的等特点，其在食品、医药、基因工程、能源、水产饵料、新材料与环境治理等领域具有很好的发展前景。传统的微藻培育多采用开放池式的培育方式，但其存在占地面积大，光能利用率低等缺点，光生物反应器很好的解决了上述的缺点。目前，光生物反应器一般采用透明的硬质塑料、玻璃或有机玻璃等制造而成，然而，在上述材料制造的光生物反应器中，微藻细胞贴壁生长，造成微藻的光能利用效率低、光生物反应器的内壁清洗困难等，增加了微藻的养殖成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不粘壁、光能利用率高、能耗较低的光生物反应器。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种微藻养殖用的光生物反应器，其包括：
养殖池；
曝气单元，其包括曝气泵与曝气管，通过曝气管与曝气泵的连接构成；
水循环泵，其的进水口与进水管的一端连接，进水管的另一端置于养殖池的底部；
光反应单元，其包括光反应管、下定位管、上悬挂管、电控阀门与密度监控器，光反应管的制备材料为聚四氟乙烯，光反应管间通过套管接头连接构成S型，光反应管通过下定位管与上悬挂管垂直的固定于养殖池的上方，光反应单元的进水口通过出水管与水循环泵的出水口连接，光反应单元末端的光反应管的排水口设置有电控阀门，密度监控器设置在光反应管上，用于监测光反应管内的微藻密度及控制电控阀门的开启与关闭；
光敏开关，其安装在光反应管的上端，通过感应光照的强弱启动或停止曝气泵与密度监测器。
优选的是，所述的曝气管水平铺设在养殖池底部，两个曝气管间的铺设间隔为0.5～1m。
优选的是，所述的光反应单元间的间隔为200～800cm，光反应管的长度为2～15m，所述的密度监控器包含主密度监控器与副密度监控器，主密度监控器设置在光反应管的下端，副密度监控器设置在光反应管的上端，副密度监控器与主密度监控器相连接，光反应管下端的微藻密度与光反应管上端的微藻密度之差大于0.05时，主密度监控器调控水循环泵与电控阀门开启，光反应管下端的微藻密度与光反应管上端的微藻密度之差为0.001～0.01时，主密度监控器调控水循环泵与电控阀门关闭。
优选的是，所述的光反应管的形状为圆柱形，内径为5～20cm，光反应管的下端设置有排液阀，每个光反应单元中的两个光反应管间的间距为5～20cm。
优选的是，所述的水循环泵为隔膜泵。
本发明的优点：光反应管采用垂直设置，延长了微藻的悬浮时间；光反应管采用聚四氟乙烯材料制备，避免了微藻粘壁生长的现象，增加了透光率，提高了光合效率，也减少了管道的清洗成本；采用光敏开关启动或停止曝气泵与密度监控器，以实现自动控制光生物反应器的工作情况，降低了人力成本；采用密度监控器，调控水循环泵与电控阀门，在保证微藻高效的光合速率的同时，能有效的降低能耗，从而降低生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种微藻养殖用的光生物反应器的结构示意图；
图2为本发明一种微藻养殖用的光生物反应器的电路连接示意图。
1养殖池；2电控阀门；3排液阀；4光反应管；5曝气管；6密度监控器；7上悬挂管；8下定位管；9曝气泵；10水循环泵；11光敏开关；12出水管；13进水管；61主密度监控器；62副密度监控器。
具体实施方式
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
如图1所示，一种微藻养殖用的光生物反应器，其包括：
养殖池1，其形状为长方形，深度为50cm；
曝气单元，其包括曝气泵9与曝气管5，由曝气管5与曝气泵9的连接构成，通过曝气单元不仅起到调控pH的作用，还能使微藻悬浮在水中，提高光能利用率；
水循环泵10，其的进水口与进水管13的一端连接，进水管13的另一端置于养殖池1的底部；
光反应单元，其包括光反应管4、下定位管8、上悬挂管7、电控阀门2与密度监控器6，光反应管4的制备材料为聚四氟乙烯，光反应管4间通过套管接头连接构成S型，连接成S型光反应管4通过下定位管8与上悬挂管7垂直的固定于养殖池1的上方，光反应单元的进水口通过出水管12与水循环泵10的出水口连接，光反应单元末端的光反应管4的排水口设置有电控阀门2，排水口设置在养殖池1的上方，使排水口流出的藻液能流进养殖池中，密度监控器6设置在光反应单元首端的光反应管4上，用于监测光反应管4内的微藻密度及控制电控阀门2的开启与关闭；
光敏开关11，其安装在光反应管4的上端，通过感应光照的强弱启动或停止曝气泵9与密度监测器6，光敏开关与密度监控器、曝气泵等的连接关系如图2所示。
在养殖池的上方设置光反应单元，节约了土地使用面积，增加了微藻养殖的空间，使单位土地面积的微藻养殖的水体体积增加了5倍以上；通过光敏开关根据光照强弱来进行启动或停止曝气泵和密度监控器，以实现自动控制光生物反应器工作情况，节约了人力成本，也节约了电能的消耗；光反应管采用垂直的安装方式，延长了微藻的悬浮时间，提高了光合效率；采用密度监控器监控光生物反应管内微藻的密度，从而启动或停止水循环泵，有效的降低了水循环泵的电能消耗；光反应管的制备材料采用聚四氟乙烯，使微藻在养殖过程中不粘壁，保证了光合作用的高效进行，也避免了微藻粘壁造成的清洗困难。
进一步的，所述的曝气管5水平铺设在养殖池1底部，曝气管5间相互平行，两个曝气管5间的铺设间隔为0.5m。
通过曝气管曝气，避免养殖池中的微藻沉降，增加藻液中的二氧化碳含量，降低藻液的pH，使养殖池中的微藻均能充分的进行光合作用，也使养殖池中的藻液能与光反应管中的藻液进行轮换，使微藻的光合作用能高效的进行。
进一步的，养殖池1的上方具有多个光反应单元并排着，两个光反应单元间的间隔为300cm，光反应管4的长度为10m，密度监控器6包含主密度监控器61与副密度监控器62，主密度监控器61设置在光反应管4的下端，副密度监控器62设置在光反应管4的上端，副密度监控器62与主密度监控器相连接61，光反应管4下端的微藻密度与光反应管4上端的微藻密度之差大于0.05时，主密度监控器61调控水循环泵10与电控阀门2的开启，养殖池1中的藻液被水循环泵10泵入光反应管4中，随着藻液的流动，光反应管4下端的微藻密度与光反应管4上端的微藻密度之差小于0.01时，主密度监控器61调控水循环泵10与电控阀门2的关闭。
在养殖池的上方并排着多个光反应单元，充分利用了养殖池上方的空间；两个光反应单元间的间隔为300cm，保证了光反应单元与其底部的养殖池所需的有效光照强度；在光反应管的上端和下端设置密度监控器，监控光反应管中微藻沉降情况，进而及时启动或停止水循环泵，使光反应管中的微藻均匀分布，提高光能利用率并有效的节约电能消耗；通过安装电控阀门，在水循环泵停止工作后，能使光反应单元中的最后一个光反应管中的藻液能留在其中，使光反应管得到有效利用。
进一步的，所述的光反应管4的形状为圆柱形，内径为10cm，光反应管4的下端设置有排液阀3，每个光反应单元中的两个光反应管4间的间距为5cm。
在光反应管的下端设置排液阀，在采收微藻时能快速的排出光反应管中的藻液，便于微藻的收集。
进一步的，所述的水循环泵10采用隔膜泵，能减少藻液的循环过程中对微藻造成的损伤，减轻养殖微藻的种质退化，实现微藻的持续高产。
在生产中，设定光敏开关11的启动光强为5000勒克斯，光强大于5000勒克斯时，光敏开关11打开，接通曝气泵9与密度监控器6的电源，曝气泵9开启工作，使沉降于池低的微藻悬浮于水中并增加水中二氧化碳的浓度，主密度监控器61监测到的光反应管4下端的微藻浓度大于副密度监控器62监控到的光反应管4上端的微藻浓度0.05时，主密度监控器61对水循环泵10与电控阀门2进行调控，启动水循环泵10与打开电控阀门2，养殖池1中的藻液被泵入光反应管4中，光反应管4中的藻液流入养殖池1内，藻液在光反应管4与养殖池1中形成循环水流，主密度监控器61监测到的光反应管4下端的微藻浓度与副密度监控器62监控到的光反应管4上端的微藻浓度之差小于0.01时，主密度调控器61对水循环泵10与电控阀门2进行调控，停止水循环泵10与关闭电控阀门2，随着时间的推移，微藻慢慢沉降，当主密度监控器61监测到的光反应管4下端的微藻浓度大于副密度监控器62监控到的光反应管4上端的微藻浓度0.05时，主密度调控器61调控启动水循环泵10与打开电控阀门2，如此反复的进行，当光强小于3000勒克斯时，光敏开关11关闭，曝气泵9、水循环泵10、密度监控器6及电控阀门2的电源被断开，从而停止工作。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (5)

1.一种微藻养殖用的光生物反应器，其特征在于，包括：
养殖池；
曝气单元，其包括曝气泵与曝气管，通过曝气管与曝气泵的连接构成；
水循环泵，其的进水口与进水管的一端连接，进水管的另一端置于养殖池的底部；
光反应单元，其包括光反应管、下定位管、上悬挂管、电控阀门与密度监控器，光反应管的制备材料为聚四氟乙烯，光反应管间通过套管接头连接构成S型，光反应管通过下定位管与上悬挂管垂直的固定于养殖池的上方，光反应单元的进水口通过出水管与水循环泵的出水口连接，光反应单元末端的光反应管的排水口设置有电控阀门，密度监控器设置在光反应管上，用于监测光反应管内的微藻密度及控制电控阀门的开启与关闭；
光敏开关，其安装在光反应管的上端，通过感应光照的强弱启动或停止曝气泵与密度监测器。
2.根据权利要求1所述的微藻养殖用的光生物反应器，其特征在于，所述的曝气管水平铺设在养殖池底部，两个曝气管间的铺设间隔为0.5～1m。
3.根据权利要求1所述的微藻养殖用的光生物反应器，其特征在于，所述的光反应单元间的间隔为200～800cm，光反应管的长度为2～15m，所述的密度监控器包含主密度监控器与副密度监控器，主密度监控器设置在光反应管的下端，副密度监控器设置在光反应管的上端，副密度监控器与主密度监控器相连接，光反应管下端的微藻密度与光反应管上端的微藻密度之差大于0.05时，主密度监控器调控水循环泵与电控阀门开启，光反应管下端的微藻密度与光反应管上端的微藻密度之差为0.001～0.01时，主密度监控器调控水循环泵与电控阀门关闭。
4.根据权利要求1或3所述的微藻养殖用的光生物反应器，其特征在于，所述的光反应管的形状为圆柱形，内径为5～20cm，光反应管的下端设置有排液阀，每个光反应单元中的两个光反应管间的间距为5～20cm。
5.根据权利要求1所述的微藻养殖用的光生物反应器，其特征在于，所述的水循环泵为隔膜泵。
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