CN116463197B - 一种固碳光生物反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固碳光生物反应器及其应用，涉及光生物反应器技术领域，包括反应罐、光照灯板、喷洒机构，通气机构，所述反应罐包括底座，所述底座的表面固定连接有透明的培养仓，所述光照灯板设置在培养仓的外表面，所述光照灯板的灯光可照射到培养仓内部，所述反应罐的内部设置有阀门机构、动力机构、管道；该固碳光生物反应器及其应用，通过设置光照灯板、喷洒机构、通气机构、动力机构和阀门机构相互配合，使得含有微藻及其培养基的混合液可通过喷洒机构从培养仓内的顶部向下喷洒，与通入的气体充分混合，提高通过光合反应吸收其中的二氧化碳的效率，从而达到提高固碳效率的效果。

Description

一种固碳光生物反应器及其应用

技术领域

本发明涉及光生物反应器技术领域，具体涉及一种固碳光生物反应器及其应用。

背景技术

光生物反应器是指能够用于光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞培养的一类装置。这种反应器和一般的生物反应器具有相似的结构，在一般的条件下都需要一定的光照、温度以及营养物质等来对微生物进行培养和对***的环境进行调节和控制。利用光生物反应器培养微藻，然后利用微藻的光合作用吸收二氧化碳转化为生物质，并释放氧气，可起到固碳的作用。且微藻可通过光合作用吸收二氧化碳转化为生物质，并释放氧气，微藻生物质中，含有脂肪酸，蛋白质，维生素等物质，可以用来，生产动物饲料，食品添加剂，生物柴油等高附加值产品。

公开号为CN102676371B的中国专利涉及一种光生物反应器及其应用。该光生物反应器，包括光生物反应器主体（5）、供气装置（20）、溶液参数监测***（30）和光照装置（14），还包括曝气***（40），所述的曝气***（40）包括增压泵（1）和曝气器（3），所述的曝气器（3）位于反应器主体（5）的底部，与置于反应器主体（5）外部的增压泵（1）相连。本发明的光生物反应器的二氧化碳去除效率高，光生物反应器内藻液溶解氧积累少，藻体不易沉淀。

然而其在培养微藻进行固碳时，不方便连续通入更换微藻，实现微藻的持续培养，以保证固碳的效率的同时提高微藻的培养效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种固碳光生物反应器及其应用，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固碳光生物反应器及其应用，包括反应罐、光照灯板、喷洒机构，通气机构，所述反应罐包括底座，所述底座的表面固定连接有透明的培养仓，所述光照灯板设置在培养仓的外表面，所述光照灯板的灯光可照射到培养仓内部，所述反应罐的内部设置有阀门机构、动力机构、管道，所述阀门机构有多个通口，所述管道有多个，阀门机构通过通口与管道连接，并通过管道与反应罐外部连通，所述动力机构用于带动混合液通过阀门机构，并调节阀门机构控制通口开关，使得混合液从外部通入培养仓内或在培养仓内循环；

所述喷洒机构与阀门机构通过一个通口连通，混合液可通过通口进入喷洒机构上升到反应罐内的顶部后从喷洒机构喷洒出；

所述通气机构用于向培养仓内部通入气体。

进一步的，所述通气机构包括固定连接在底座内的气泵，所述气泵的表面固定连接有通气管，所述气泵通过通气管可从外部将气体通入培养仓内。

进一步的，所述阀门机构包括第一阀门机构和第二阀门机构，所述第一阀门机构包括第一阀门座，所述第一阀门座固定连接在底座内，所述第一阀门座表面开设有第一通口一、第一通口二、第一通口三，所述第一阀门座的内部转动式设置有第一阀门芯，所述第一阀门芯将第一通口一和第一通口二连通，转动第一阀门芯可将第一通口二和第一通口三连通，所述第一通口一通过一个管道与外部连通，所述第一通口三与培养仓连通；

所述第一阀门芯的表面固定连接有凸起柱一。

进一步的，所述第二阀门机构包括第二阀门座，所述第二阀门座固定连接在底座内，且表面开设有第二通口一、第二通口二、第二通口三，所述第二阀门座的内部转动式设置有第二阀门芯，所述第二阀门芯将第二通口一与第二通口二连通，转动第二阀门芯可将第二通口一与第二通口三连通，所述第二通口二和第二通口三均与培养仓连通。

进一步的，所述动力机构包括主动机构和同步机构，所述主动机构包括液体泵和弹簧，所述液体泵的进、出液口分别与第一通口二和第二通口一连通，所述液体泵的输出轴伸出表面同轴固定连接有螺纹杆，所述底座内转动式设置有齿轮和摆动臂，螺纹杆转动带动齿轮转动，所述齿轮的表面固定连有凸起柱二，所述齿轮转动通过凸起柱二带动摆动臂间歇往复摆动，所述摆动臂一端与凸起柱一滑动连接，摆动臂摆动通过凸起柱一带动第一阀门芯转动；

所述弹簧一端与底座连接，另一端用于在摆动臂转动行程超过一半时带动摆动臂转动至同转动方向的行程末端。

进一步的，所述喷洒机构包括喷洒管和排水管，所述喷洒管的顶部固定连有与之连通的喷洒头，所述喷洒管与第二通口三连通；

所述排水管与培养仓固定连接，将培养仓与外部连通，培养仓混合液高度超过排水管时通过排水管排出。

进一步的，所述同步机构包括皮带轮和皮带，所述皮带轮有两个，并分别与第一阀门芯和第二阀门芯同轴固定连接，两个皮带轮通过皮带传动连接，第一阀门芯和第二阀门芯分别通过其上皮带轮和皮带同步转动。

一种固碳光生物反应器连续培养微藻的应用，包括以下步骤：

S1、首先调整阀门机构至初始状态使得外部的混合液可通过阀门机构和动力机构从培养仓的底部通入到培养仓内；

S2、等待动力机构调节阀门机构使得培养仓底部的混合液，通过阀门机构、动力机构和喷洒机构送到培养仓的顶部向下喷洒，同时开启通气机构和光照灯板，使得二氧化碳等气体从培养仓底部通入培养仓，光照灯板照射混合液使得微藻光合作用吸收其中二氧化碳进行固碳；

S3、继续等待动力机构调节阀门机构到初始状态，向培养仓内继续通入混合液，多余的混合液漫出，动力机构往复调节阀门机构实现连续培养。

1、与现有技术相比，本发明提供的一种固碳光生物反应器及其应用，通过设置光照灯板、喷洒机构、通气机构、动力机构和阀门机构相互配合，使得含有微藻及其培养基的混合液可通过喷洒机构从培养仓内的顶部向下喷洒，与通入的气体充分混合，提高通过光合反应吸收其中的二氧化碳的效率，从而达到提高固碳效率的效果。

2、与现有技术相比，本发明提供的一种固碳光生物反应器及其应用，通过设置光照灯板、喷洒机构、通气机构、动力机构和阀门机构相互配合，可使外部的培养液可间歇的通入培养仓，使得一部分培养好的多余的含有微藻的混合液排出，实现微藻的连续培养，提高微藻培养效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的整体半剖示意图；

图3为本发明实施例提供的图2的A部放大图；

图4为本发明实施例提供的阀门机构部分示意图；

图5为本发明实施例提供的阀门机构部分另一视角示意图；

图6为本发明实施例提供的阀门机构部分半剖示意图；

图7为本发明实施例提供的弹簧和摆动臂部分示意图。

11、底座；12、培养仓；21、光照灯板；31、气泵；32、通气管；41、第一阀门座；42、第一通口一；43、第一通口二；44、第一通口三；45、第一阀门芯；46、凸起柱一；51、液体泵；52、螺纹杆；53、齿轮；54、凸起柱二；55、摆动臂；56、弹簧；61、第二阀门座；62、第二通口一；63、第二通口二；64、第二通口三；65、第二阀门芯；71、管道；81、皮带轮；82、皮带；91、喷洒管；92、喷洒头；93、排水管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，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。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图7，一种固碳光生物反应器及其应用，包括反应罐、光照灯板21、喷洒机构、通气机构，反应罐的部分表面透明，光照灯板21的灯光可照射到反应罐内部，反应罐包括底座11，底座11的表面固定连接有透明的培养仓12，光照灯板21设置在培养仓12的外表面，底座11为圆筒形，底座11的内部固定连接有隔断，反应罐的内部设置有阀门机构、动力机构、管道71，阀门机构有多个通口，管道71有多个，阀门机构通过通口与管道71连接，并通过管道71与反应罐外部连通，动力机构用于带动混合液通过阀门机构，并调节阀门机构控制通口开关，使得混合液从外部通入反应罐内或在反应罐内循环，混合液包括微藻及其培养基。

阀门机构包括第一阀门机构和第二阀门机构，第一阀门机构包括第一阀门座41，第一阀门座41固定连接在底座11内，第一阀门座41表面开设有第一通口一42、第一通口二43、第一通口三44，第一阀门座41的内部转动式设置有第一阀门芯45，第一阀门芯45将第一通口一42和第一通口二43连通，转动第一阀门芯45可将第一通口二43和第一通口三44连通，优选的，将第一阀门芯45转动九十度可将第一通口二43与第一通口三44连通，第一通口一42通过一个管道71与外部连通，使得外部的混合液可通过该管道71与通入到第一阀门座41内，第一通口三44与培养仓12连通，第一通口三44可通过一个管道71与培养仓12底部连通；第一阀门芯45的表面固定连接有凸起柱一46，且凸起柱一46的固定连接在第一阀门芯45靠近边缘的位置，且凸起柱一46与第一阀门芯45的轴线平行。

第二阀门机构包括第二阀门座61，第二阀门座61固定连接在底座11内，且表面开设有第二通口一62、第二通口二63、第二通口三64，第二阀门座61的内部转动式设置有第二阀门芯65，第二阀门芯65将第二通口一62与第二通口二63连通，转动第二阀门芯65可将第二通口一62与第二通口三64连通，将第二阀门芯65与第一阀门芯45同向转动九十度可将第二通口一62与第二通口三64连通，第二通口二63和第二通口三64均与培养仓12连通，并通过管道71连通到培养仓12的底部。且液体泵51的进、出液口分别与第一通口二43和第二通口一62连通，使得液体泵51可通过第一通口二43将通入第一阀门座41内的混合液通过第二通口一62送入第二阀门座61内。

喷洒机构与阀门机构通过一个通口连通，混合液可通过通口进入喷洒机构上升到反应罐内的顶部后从喷洒机构喷洒出；喷洒机构包括喷洒管91和排水管93，喷洒管91的顶部固定连有与之连通的喷洒头92，喷洒管91与第二通口三64连通，使得第二通口一62与第二通口三64连通时，通入第二阀门座61的混合液通过喷洒管91和喷洒头92从培养仓12内的顶部喷洒而下，增大与通入培养仓12气体的接触面积，提高对二氧化碳的固化效率，并可提高散热；

排水管93与培养仓12固定连接，将培养仓12与外部连通，培养仓12混合液高度超过排水管93时通过排水管93排出。

通气机构用于向反应罐内部通入气体。通气机构包括固定连接在底座11内的气泵31，气泵31的表面固定连接有通气管32，气泵31通过通气管32可从外部将气体通入培养仓12内，气泵31的进气口与一个通气管32固定连接，并通过这个通气管32与外部连通，可将外部的气体如氮气、二氧化碳等抽取到自身的内部，气泵31的出气口也固定连接有一个通气管32，且通过该通气管32与培养仓12内部连通，并通向培养仓12的底部，可将抽入其内部的气体送入培养仓12底部，使得气体从培养仓12的底部进入培养仓12，且通向培养仓12的通气管32的内部有单向阀，用于防止培养仓12内的通气管32反流到气泵31内。

动力机构包括主动机构和同步机构，主动机构包括液体泵51和弹簧56，液体泵51的输出轴伸出表面同轴固定连接有螺纹杆52，底座11内转动式设置有齿轮53和摆动臂55，螺纹杆52转动带动齿轮53转动，齿轮53的表面固定连有凸起柱二54，摆动臂55靠近凸起柱二54的一端开设有配合槽，配合槽宽度长宽均大于凸起柱二54的直径，并将凸起柱二54套在其内，使得齿轮53转动时通过凸起柱二54与配合槽的两侧边缘接触带动摆动臂55往复摆动，齿轮53转动通过凸起柱二54带动摆动臂55间歇往复摆动，摆动臂55一端与凸起柱一46滑动连接，摆动臂55的另一端开设有与凸起柱一46滑动连接的滑槽，使得摆动臂55摆动通过凸起柱一46带动第一阀门芯45转动；

弹簧56一端与底座11连接，弹簧56一端与底座11转动连接或固定连接，另一端与摆动臂55靠近凸起柱一46的一端固定连接或转动连接，或直接与凸起柱一46固定连接或转动连接，用于在摆动臂55转动行程超过一半时带动摆动臂55转动至同转动方向的行程末端，使得第一阀门芯45快速转动就位。

同步机构包括皮带轮81和皮带82，皮带轮81有两个，并分别与第一阀门芯45和第二阀门芯65同轴固定连接，两个皮带轮81通过皮带82传动连接，第一阀门芯45和第二阀门芯65分别通过其上皮带轮81和皮带82同步转动，即第一阀门芯45转动时第二阀门芯65也转动相同角度。

一种固碳光生物反应器连续培养微藻的应用，包括以下步骤：

S1、首先调整阀门机构至初始状态使得第一通口一42与第一通口二43连通，并通过液体泵51与第二通口一62及第二通口二63连通，然后将含有微藻及其培养基的混合液通过管道71与第一通口一42连通，启动动力机构的液体泵51，即使得外部的混合液可通过阀门机构和动力机构从培养仓12的底部通入到培养仓12内；

S2、等待动力机构调节阀门机构使得培养仓12底部的混合液，通过阀门机构、动力机构和喷洒机构送到培养仓12的顶部向下喷洒，同时开启通气机构和光照灯板21，使得二氧化碳等气体从培养仓12底部通入培养仓12，使得一部分气体先与培养仓12内混合液混合，剩余气体通过底部混合液向上升与向下喷洒的混合液混合，提高混合效率，光照灯板21照射混合液使得微藻光合作用吸收其中二氧化碳进行固碳；

S3、继续等待动力机构调节阀门机构到初始状态，向培养仓12内继续通入混合液，使得混合液高度上升漫过排水管93的多余的混合液排出，动力机构往复调节阀门机构实现连续培养。同时可通过更换不同传动比例的齿轮53和螺纹杆52控制动力机构调节阀门机构的频率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种固碳光生物反应器，其特征在于：包括反应罐、光照灯板、喷洒机构、通气机构，所述反应罐包括底座，所述底座的表面固定连接有透明的培养仓，所述光照灯板设置在培养仓的外表面，所述光照灯板的灯光可照射到培养仓内部，所述反应罐的内部设置有阀门机构、动力机构、管道，所述阀门机构有多个通口，所述管道有多个，阀门机构通过通口与管道连接，并通过管道与反应罐外部连通，所述动力机构用于带动混合液通过阀门机构，并调节阀门机构控制通口开关，使得混合液从外部通入培养仓内或在培养仓内循环；

所述喷洒机构与阀门机构通过一个通口连通，混合液可通过通口进入喷洒机构上升到反应罐内的顶部后从喷洒机构喷洒出；

所述通气机构用于向培养仓内部通入气体；

所述阀门机构包括第一阀门机构和第二阀门机构，所述第一阀门机构包括第一阀门座，所述第一阀门座固定连接在底座内，所述第一阀门座表面开设有第一通口一、第一通口二、第一通口三，所述第一阀门座的内部转动式设置有第一阀门芯，所述第一阀门芯将第一通口一和第一通口二连通，转动第一阀门芯可将第一通口二和第一通口三连通，所述第一通口一通过一个管道与外部连通，所述第一通口三与培养仓连通；

所述第一阀门芯的表面固定连接有凸起柱一所述第二阀门机构包括第二阀门座，所述第二阀门座固定连接在底座内，且表面开设有第二通口一、第二通口二、第二通口三，所述第二阀门座的内部转动式设置有第二阀门芯，所述第二阀门芯将第二通口一与第二通口二连通，转动第二阀门芯可将第二通口一与第二通口三连通，所述第二通口二和第二通口三均与培养仓连通；

所述动力机构包括主动机构和同步机构，所述主动机构包括液体泵和弹簧，所述液体泵的进、出液口分别与第一通口二和第二通口一连通，所述液体泵的输出轴伸出表面同轴固定连接有螺纹杆，所述底座内转动式设置有齿轮和摆动臂，螺纹杆转动带动齿轮转动，所述齿轮的表面固定连有凸起柱二，所述齿轮转动通过凸起柱二带动摆动臂间歇往复摆动，所述摆动臂一端与凸起柱一滑动连接，摆动臂摆动通过凸起柱一带动第一阀门芯转动；

所述弹簧一端与底座连接，另一端用于在摆动臂转动行程超过一半时带动摆动臂转动至同转动方向的行程末端所述同步机构包括皮带轮和皮带，所述皮带轮有两个，并分别与第一阀门芯和第二阀门芯同轴固定连接，两个皮带轮通过皮带传动连接，第一阀门芯和第二阀门芯分别通过其上皮带轮和皮带同步转动。

2.根据权利要求1所述的一种固碳光生物反应器，其特征在于：所述通气机构包括固定连接在底座内的气泵，所述气泵的表面固定连接有通气管，所述气泵通过通气管可从外部将气体通入培养仓内。

3.根据权利要求1所述的一种固碳光生物反应器，其特征在于：所述喷洒机构包括喷洒管和排水管，所述喷洒管的顶部固定连有与之连通的喷洒头，所述喷洒管与第二通口三连通；

所述排水管与培养仓固定连接，将培养仓与外部连通，培养仓混合液高度超过排水管时通过排水管排出。

4.一种权利要求1-3中任一所述的一种固碳光生物反应器连续培养微藻的应用，其特征在于：包括以下步骤：

S1、首先调整阀门机构至初始状态使得外部的混合液可通过阀门机构和动力机构从培养仓的底部通入到培养仓内；

S2、等待动力机构调节阀门机构使得培养仓底部的混合液，通过阀门机构、动力机构和喷洒机构送到培养仓的顶部向下喷洒，同时开启通气机构和光照灯板，使得二氧化碳等气体从培养仓底部通入培养仓，光照灯板照射混合液使得微藻光合作用吸收其中二氧化碳进行固碳；

S3、继续等待动力机构调节阀门机构到初始状态，向培养仓内继续通入混合液，多余的混合液漫出，动力机构往复调节阀门机构实现连续培养。