CN107815404A - 一种低能耗微藻养殖装置和微藻养殖工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微藻养殖领域，具体而言，涉及一种低能耗微藻养殖装置和微藻养殖工艺。本发明提供了一种低能耗微藻养殖装置，其包括用于循环和营养调配罐第一罐体，用于絮凝干燥的第二罐体、空气泵以及用于藻类生长的反应器***，利用重力控制反应器***内溶液流入第一罐体或第二罐体，空气泵作为动力装置控制***的运行。该低能耗微藻养殖装置，其利用空气泵与重力作用实现生产的循环保证生产的连续化，此外降低了生产的能耗和水耗。本发明还提供了一种微藻养殖工艺，利用上述低能耗微藻养殖装置，进行低能耗、低水耗并且连续化的微藻培养和生产。利用该微藻养殖工艺，使微藻制造的能耗及水耗降低，从而使成本降低，且呈规模化、生产连续性强。
Description
技术领域
本发明涉及微藻养殖领域，具体而言，涉及一种低能耗微藻养殖装置和微藻养殖工艺。
背景技术
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。藻中富含的酯类和甘油是制备液体燃料的良好原料。微藻热解制备的生物质燃油热值高，是木材或农作物秸秆的1.4～2倍。在世界能源消耗中，生物质能已占14％。将微生物和微藻混合培养，生产高纯度的乙醇、甲醇、丁烷等能源化合物，微藻最大的可利用之处在于其干细胞中含有微藻油70％以上，是亚临界生物技术合成生物柴油的最佳原料，是理想的可再生能源。在微藻养殖过程中，需要进行光合作用。
现有技术中，微藻养殖过程中，由于养殖条件的限制，导致养殖过程中需要耗费大量能源和水量，大大增加了制造成本，给企业带来负担。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种低能耗微藻养殖装置，其包括用于循环、中转和营养调配罐第一罐体，用于絮凝干燥的第二罐体、空气泵以及用于藻类生长的反应器***，第一罐体和第二罐体设于反应器***下方，利用重力控制反应器***内溶液流入第一罐体或第二罐体，空气泵作为动力装置与第一罐体连接，控制第一罐体内压力。该低能耗微藻养殖装置，其利用空气泵与重力作用实现生产的循环保证生产的连续化，此外降低了生产的能耗和水耗。
本发明第二个目的在于，提供了一种微藻养殖工艺，其利用上述低能耗微藻养殖装置，进行低能耗、低水耗并且连续化的微藻培养和生产。利用该微藻养殖工艺，使微藻制造的成本降低，且生产连续性强。
本发明的实施例是这样实现的：
一种低能耗微藻养殖装置，其包括第一罐体、第二罐体、空气泵和反应器***；
反应器***包括微藻养殖管，
第一罐体和第二罐体设于反应器***下方，并且第一罐体和第二罐体分别与微藻养殖管连接；
空气泵与第一罐体连接；空气泵被构造成控制第一罐体内的压力。
该低能耗微藻养殖装置，其利用空气泵与重力作用实现生产的循环保证生产的连续化，此外降低了生产的能耗和水耗。
本发明的一种实施例中：
反应器***还包括二氧化碳源和通气装置；二氧化碳源与通气装置连接；通气装置被构造成向微藻养殖管内通入二氧化碳。
本发明的一种实施例中：
二氧化碳源为液态二氧化碳储罐；反应器***还包括混合阀；二氧化碳源与空气泵分别与混合阀连接；混合阀将二氧化碳源通入的二氧化碳和空气泵通入空气混合后通入通气装置。
本发明的一种实施例中：
微藻养殖管包括第一连接管、第二连接管和若干养殖管；若干养殖管竖直设置；养殖管上端与第一连接管连通；养殖管下端与第二连接管连通。
本发明的一种实施例中：
第一罐体顶端通过第一通道与第二连接管连接；第二连接管上设有第一通断阀。
本发明的一种实施例中：
第一罐体底部通过第二通道与第一连接管连通。
本发明的一种实施例中：
第一连接管远离第一罐体的一端与第二罐体通过第三通道连通；第三通道上设有第二通断阀，第二罐体通过第四通道与第一罐体。
本发明的一种实施例中：
第三通道上还设有浓度传感器；浓度传感器被构造成当第三通道浓度大于预设值时，打开第二通断阀。
本发明的一种实施例中：
低能耗微藻养殖装置还包括干燥装置；干燥装置包括喷雾干燥设备或余热低温干燥设备；干燥装置被构造成用于在第二罐体内进行絮凝后，对微藻进行干燥。
一种微藻养殖工艺，其包括以下步骤：
步骤a：将藻种与营养基混合形成第一原液并通入第一罐体内；打开空气泵对第一罐体加压，使第一原液进入微藻养殖管内；
步骤b：对微藻养殖管进行光照，并利用通气装置向微藻养殖管内通入二氧化碳；当微藻养殖管内密度达到预设值时，得到第二原液；
步骤c：通过重力使第二原液流入第一罐体内，并与第一罐体内第一原液混合后得到第三原液，利用空气泵将第三原液通入微藻养殖管内；
步骤d：当第三原液密度达到预设值时，第三原液由微藻养殖管通入第二罐体内；并在第二罐体内进行絮凝和干燥。
利用该微藻养殖工艺，使微藻制造的成本降低，且生产连续性强。
本发明的技术方案至少具备以下有益效果：
本发明提供了一种低能耗微藻养殖装置，其包括用于循环、中转和营养调配罐第一罐体，用于絮凝干燥的第二罐体、空气泵以及用于藻类生长的反应器***，第一罐体和第二罐体设于反应器***下方，利用重力控制反应器***内溶液流入第一罐体或第二罐体，空气泵作为动力装置与第一罐体连接，控制第一罐体内压力。该低能耗微藻养殖装置，其利用空气泵与重力作用实现生产的循环保证生产的连续化、规模化，此外降低了生产的能耗和水耗。
本发明还提供了一种微藻养殖工艺，其利用上述低能耗微藻养殖装置，进行低能耗、低水耗并且连续化的微藻培养和生产。利用该微藻养殖工艺，使微藻制造的能耗及水耗降低，从而使成本降低，且呈规模化、生产连续性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1中低能耗微藻养殖装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中低能耗微藻养殖装置中液体流向的示意图；
图3为本发明实施例1中微藻养殖管的结构示意图。
图中：100-低能耗微藻养殖装置；110-第一罐体；111-入料管；120-第二罐体；130-空气泵；140-微藻养殖管；141-第一连接管；143-第二连接管；145-养殖管；150-二氧化碳源；155-通气装置；157-混合阀；161-第一通道；163-第一通断阀；165-第二通道；167-第三通道；170-第二通断阀；171-浓度传感器；180-第四通道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
参考图1，图中提供了一种低能耗微藻养殖装置100，其包括用于循环、中转和营养调配罐第一罐体110，用于絮凝干燥的第二罐体120、空气泵130以及用于藻类生长的反应器***，第一罐体110和第二罐体120设于反应器***下方，利用重力控制反应器***内溶液流入第一罐体110或第二罐体120，空气泵130作为动力装置与第一罐体110连接，控制第一罐体110内压力。该低能耗微藻养殖装置100，其利用空气泵130与重力作用实现生产的循环保证生产的连续化、规模化，此外降低了生产的能耗和水耗。
同时参考图2，本实施例中的一种低能耗微藻养殖装置100是这样构成的：
低能耗微藻养殖装置100包括第一罐体110、第二罐体120、空气泵130和反应器***，反应器***包括用于容纳营养基并且为藻类光合作用提供场所的微藻养殖管140。
为了实现生产的循环，第一罐体110和第二罐体120设于反应器***下方，藻类在微藻养殖管140内进行光合作用后，利用重力作用，流入第一罐体110或第二罐体120，从而优化结构，相对于现有养殖装置，减少动力装置的设置，降低能耗。
空气泵130与第一罐体110连接，利用空气泵130提高第一罐体110内的压力，使第一罐体110内溶液在压力作用下，泵入微藻养殖管140内，在本实施例中，空气泵130作为唯一的动力源，即可实现整个***的生产工作，节约能耗。需要说明的是，仅使用空气泵130即可完成生产循环，但不仅限于只设置该空气泵130，在其他具体实施方式中，还可以包括其他动力装置来提高工作效率或优化布局。
在生产中，为保证第一罐体110和第二罐体120设于反应器***下方，第一罐体110和第二罐体120设于地下，反应器***设于地面上方，即可利用重力进行循环。需要说明的是，在其他实施方式中，工厂便于进行地下工程的开展时，可以将反应器***设于工厂的二层，将第一罐体110和第二罐体120设于工厂的一层。此外，工厂包括两套该低能耗微藻养殖装置100时，还可以以一二层加三四层分别设置低能耗微藻养殖装置100的方式，实现规模化生产。
可选的，在第一罐体110上还包括入料管111，在生产一开始时，利用入料管111将藻种和营养基通入第一罐体110中。
微藻养殖过程中，进行光合作用除了需要光照外，还需要提供碳源。故在本实施例中，反应器***还包括二氧化碳源150和通气装置155。二氧化碳源150与通气装置155连接，通气装置155被构造成向微藻养殖管140内通入二氧化碳，配合光照，使微藻在微藻养殖管140内进行光合作用生长。
进一步的，在本实施例中二氧化碳源150为液态二氧化碳储罐，高浓度的二氧化碳以液态形式储藏于二氧化碳储罐中。在实际使用中，二氧化碳浓度过高不仅会产生浪费，还会对微藻的生产造成负面影响。故反应器***还包括混合阀157，二氧化碳源150述空气泵130分别与混合阀157连接。二氧化碳源150中高浓度的二氧化碳与空气泵130泵入的空气根据浓度需要，在混合阀157处按一定比例进行混合后，通入通气装置155以对微藻光合作用提供碳源。
需要说明的是，在其他具体实施方式中，上述二氧化碳源150还可以是附近燃煤电厂、炼钢厂或水泥厂等产生二氧化碳废气的厂家，通过管道输送至引风机***作为微藻生长的二氧化碳源150，从而进一步降低能耗以及生产成本。当厂家的二氧化碳废气浓度适宜的情况下，还可以不设置上述混合阀157，而直接将气态二氧化碳通入微藻养殖管140中即可。
参考图3，微藻养殖管140包括第一连接管141、第二连接管143和若干养殖管145，若干养殖管145竖直设置，养殖管145上端与第一连接管141连通，下端与第二连接管143连通。上述通气装置155通过养殖管145与第二连接管143连接处将二氧化碳通入养殖管145中。
根据生产规模的不同，可以设置不同数量的养殖管145，并且需要增加或降低生产规模时，仅需控制第一连接管141和第二连接管143之间养殖管145数量即可。在生产中，常将微藻养殖管140内液体容量控制为10-1000吨，以保证生产的连续化和规模化。需要说明的是，根据需要，上述微藻养殖管140内容量还可以小于10吨或大于1000吨。
具体的，第一罐体110顶端通过第一通道161与第二连接管143连接，在进行关河作用后，通过溶液的重力，能够直接从第二连接管143流入第一罐体110中，为了控制液体的流动，在第二连接管143上设有第一通断阀163。即让溶液进入微藻养殖管140后，关闭第一通断阀163，即进行光合作用，并进行充分混合、搅拌和管道内壁清洗工作。当需要回流中转时，将第一通断阀163打开，在重力作用下，含有大量微藻的溶液通过第一通道161回流第一罐体110内。
第一罐体110底部通过第二通道165与第一管体连通，在空气泵130工作时，第一罐体110内气压升高，通过气压将第一罐体110内液体通过第二通道165泵入微藻养殖管140内，进行光合作用。需要说明的是，在其他具体实施方式中，在能够实现循环的前提下，上述第一通道161和第二通道165还可以是其他设置方式。第二罐体120通过第四通道180与第一罐体110连接，在絮凝后将剩余液体通过第四通道180重新通入第一罐体110中，为下一次微藻生长提供营养基，通过该方式时整个***更加低水耗，连续化。
在微藻养殖管140内的溶液中微藻浓度达到预设值后，需要将其输出絮凝、烘干够制得产品。故在本实施例中，第一连接管141远离第一罐体110的一端与第二罐体120通过第三通道167连通。并在第三通道167上设有第二通断阀170，在进行光合作用以及溶液向第一罐体110回流时，第二通断阀170保持关闭，微藻浓度达到预设值后，关闭第一通断阀163，打开第二通断阀170，溶液连通大量微藻进入第二罐体120，以进行后续絮凝和烘干操作。
进一步的，为了提高整个低能耗微藻养殖装置100工作效率以及自动化程度，在本实施例中，第三通道167上还设有浓度传感器171，该浓度传感器171被构造成当第三通道167内溶液浓度大于预设值时，打开第二通断阀170。使微藻养殖管140中溶液通过第三通道167进入第二罐体120内。需要说明的是，在其他具体实施方式中，可以不设置上述第二通断阀170。
在本实施例中，为了将养殖的微藻制成成品，在低能耗微藻养殖装置100中还包括干燥装置(图中未示出)。微藻溶液在进入第二罐体120后进行絮凝工序，将微藻溶液中质液进行分离，溶液通过第四通道140再次回到第一罐体110中，剩余微藻通过该干燥装置进行干燥。同时考虑降低能耗及成本，在此选用喷雾干燥技术，节约能源同时保证制得的藻粉的质量。此外，若有电厂或其他厂家能够提供余热，利用余热低温干燥设备对微藻进行干燥，能够更进一步降低能耗及成本。
可选的，在第一罐体110上还包括入料管111，入料管111设于第一罐体110顶端。在生产一开始时，利用入料管111将藻种和营养基通入第一罐体110中。在本实施例中，第四通道180远离第二罐体120的一端与入料管111连接，利用入料管111重新将营养液通入第一罐体110中。
一种微藻养殖工艺，其利用上述低能耗微藻养殖装置100，进行低能耗、低水耗并且连续化的微藻培养和生产，其包括以下具体步骤：
步骤a：将藻种与营养基混合形成第一原液并通入第一罐体110内；打开空气泵130对第一罐体110加压，利用压力使第一原液进入微藻养殖管140内。
步骤b：对微藻养殖管140进行光照，并利用通气装置155向微藻养殖管140内通入二氧化碳，促使微藻在微藻养殖管140内进行光合作用持续生长。当微藻养殖管140内密度达到预设值时，得到第二原液。
步骤c：打开第一通断阀163，通过重力使第二原液流入第一罐体110内，并与第一罐体110内第一原液混合后得到第三原液，利用空气泵130再次将第三原液通入微藻养殖管140内。
步骤d：步骤b和步骤c之间循环直至第三原液密度达到浓度传感器171的预设值时，第二通断阀170打开，第三原液从微藻养殖管140通过重力通入第二罐体120内。第三原液在第二罐体120内进行絮凝，液体回流至第一罐体110，微藻利用干燥装置干燥，制得藻粉。
利用该微藻养殖工艺，使微藻制造的能耗及水耗降低，从而使成本降低，且呈规模化、生产连续性强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述低能耗微藻养殖装置包括第一罐体、第二罐体、空气泵和反应器***；
所述反应器***包括微藻养殖管，
所述第一罐体和所述第二罐体设于所述反应器***下方，并且所述第一罐体和所述第二罐体分别与所述微藻养殖管连接；
所述空气泵与所述第一罐体连接；所述空气泵被构造成控制所述第一罐体内的压力。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述反应器***还包括二氧化碳源和通气装置；所述二氧化碳源与所述通气装置连接；所述通气装置被构造成向所述微藻养殖管内通入二氧化碳。
3.根据权利要求2所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述二氧化碳源为液态二氧化碳储罐；所述反应器***还包括混合阀；所述二氧化碳源与所述空气泵分别与所述混合阀连接；所述混合阀将所述二氧化碳源通入的二氧化碳和所述空气泵通入空气混合后通入通气装置。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述微藻养殖管包括第一连接管、第二连接管和若干养殖管；若干所述养殖管竖直设置；所述养殖管上端与第一连接管连通；所述养殖管下端与第二连接管连通。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述第一罐体顶端通过第一通道与第二连接管连接；所述第二连接管上设有第一通断阀。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述第一罐体底部通过第二通道与第一连接管连通。
7.根据权利要求5所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述第一连接管远离所述第一罐体的一端与第二罐体通过第三通道连通；所述第三通道上设有第二通断阀；所述第二罐体通过第四通道与所述第一罐体连接。
8.根据权利要求7所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述第三通道上还设有浓度传感器；所述浓度传感器被构造成当第三通道浓度大于预设值时，打开所述第二通断阀。
9.根据权利要求1所述的一种低能耗微藻养殖装置，其特征在于：
所述低能耗微藻养殖装置还包括干燥装置；所述干燥装置包括喷雾干燥设备或余热低温干燥设备；所述干燥装置被构造成用于在所述第二罐体内进行絮凝后，对微藻进行干燥。
10.一种微藻养殖工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：将藻种与营养基混合形成第一原液并通入第一罐体内；打开空气泵对所述第一罐体加压，使第一原液进入微藻养殖管内；
步骤b：对所述微藻养殖管进行光照，并利用通气装置向所述微藻养殖管内通入二氧化碳；当所述微藻养殖管内密度达到预设值时，得到第二原液；
步骤c：通过重力使所述第二原液流入所述第一罐体内，并与所述第一罐体内所述第一原液混合后得到第三原液，利用所述空气泵将所述第三原液通入所述微藻养殖管内；
步骤d：当所述第三原液密度达到预设值时，所述第三原液由所述微藻养殖管通入第二罐体内；并在所述第二罐体内进行絮凝；絮凝后进行干燥。
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- 2017-12-13 CN CN201711330886.6A patent/CN107815404A/zh active Pending
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