CN214193258U - 一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，包括跑道池本体，设置在跑道池本体内的隔离墙，pH传感器、用于推动藻液沿跑道池本体环形流动的搅拌桨，用于调节藻液pH值的补碳装置，以及用于补加氨水的氨水补加装置；所述隔离墙将跑道池本体隔离为环形通道；所述pH传感器位于所述补碳装置和所述氨水补加装置之间；所述氨水补加装置位于所述补碳装置的上游。
Description
技术领域
本实用新型涉及微藻培养领域，具体涉及一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器。
背景技术
微藻是一类光合自养微生物，可以通过固定CO2生产多种化学品。有的可以产脂肪烃，如葡萄藻产烃量可达细胞干重的15%~75%，有的可以积累糖原，有的可以积累甘油，许多微藻的油脂可达干重的60%以上。又因其生长速率快、能够利用废水废气进行培养等优势，在世界范围内受到了越来越多的关注。
目前，微藻的培养方法主要分为开放式跑道池培养和封闭式光生物反应器培养。二者均多以鼓泡的方式向培养液中通入含二氧化碳的气体作为碳源，但是该方法存在的问题是二氧化碳吸收率低，由此导致二氧化碳的利用率低、碳源成本高。此外，微藻培养过程中还需要大量的氮源，传统的氮源为硝酸盐，如硝酸钠等，然而微藻吸收代谢硝酸根之后，钠离子增加了培养液的盐度，对培养基的循环利用产生不利影响。因此，要满足微藻的快速生长需求，同时降低培养成本，一方面需要提高二氧化碳的利用率，另一方面需要替代氮源。
专利CN200510126465.2、CN201210138598.1和专利CN201210138845.8从延长气液接触时间和增加气液接触面积的角度出发，实用新型了在开放池中补充CO2的阱式补碳技术和水平浸没式补碳技术，该技术强化了传质过程，大幅度提高了CO2的吸收率。但是上述专利通过在搅拌桨前或搅拌桨后设置补碳阱的方式改变了跑道池中培养液的流向，液体在流进阱内再流出的过程中大大增加了驱动的能耗。此外，水平浸没罩式补碳技术中与气体交换的培养液有限，未完全吸收的二氧化碳气泡会累积在罩子内壁上，当液体流速增加时，还会再次逸出至空气中。实用新型人仔细研究了培养液中碳源和氮源的消耗规律，发现将氨水替代硝态氮源可以起到固定二氧化碳同时降低水资源循环处理的成本，且不对微藻细胞产生毒害。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，以解决现有技术中二氧化碳的利用率低且反应器水循环处理成本较高的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，包括跑道池本体，设置在跑道池本体内的隔离墙，pH传感器、搅拌桨，用于调节藻液pH值的补碳装置，以及用于补加氨水的氨水补加装置；所述搅拌桨安装在跑道池本体内，用于推动藻液沿跑道池本体环形流动；所述隔离墙将跑道池本体隔离为环形通道；所述pH传感器位于所述补碳装置和所述氨水补加装置之间；所述氨水补加装置位于所述补碳装置的上游。
进一步地，所述氨水补加装置包括氨水存储罐、输送泵、以及设置在跑道池本体内的输送总管；所述氨水存储罐和输送泵均设置在跑道池本体外；所述输送泵的进口与所述氨水存储罐通过管路连通，其出口与所述输送总管连通；所述输送总管浸没于藻液内，且该输送总管上设置有若干个喷头。
进一步地，所述喷头朝向所述补碳装置设置。
进一步地，所述补碳装置为阱式补碳装置或者水平浸没式补碳装置。
本实用新型的有益效果：1、采用本实用新型的反应器，设置氨水补加装置，利用氨水替代硝酸盐作为培养基中的氮源培养微藻，能够在降低补碳阱的深度的同时提高碳源利用率，且能有效地降低搅拌桨驱动藻液循环流动的能耗。
2、采用本实用新型的反应器进行微藻培养，能够降低培养液的盐度，增加培养液循环使用的次数，节省水处理的费用。
3、本实用新型采用直接投加氨水方式作为氮源进行补加，且氨水补加装置设置在补碳装置的上游，氨水进入藻液内直接与二氧化碳反应而被固定下来，操作方便步骤简单，且减少了氨的逸出，提高了氮源的得率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1的A-A向结构示意图；
图3为本实用新型实施例2的A-A向结构示意图；
附图标记：1-跑道池本体；2-隔离墙；3-轮浆机；4-补碳装置；41-阱式补碳装置；42-水平浸没式补碳装置；411-二氧化碳曝气装置；5-pH传感器；6-输送总管；7-输送泵；8-氨水存储罐；9-喷头。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地说明。
实施例1：
一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，包括跑道池本体1，设置在跑道池本体1内的隔离墙2，pH传感器5、用于推动藻液沿跑道池本体1环形流动的搅拌桨3，用于调节藻液pH值的补碳装置4，以及用于补加氨水的氨水补加装置；所述搅拌桨3安装在跑道池本体1内并与设在跑道池外的电机输出端连接。所述跑道池本体1的周长70米，宽3米。所述隔离墙2设置在跑道池本体1的中央，将跑道池本体1隔离为环形通道；所述pH传感器5位于所述补碳装置4和所述氨水补加装置之间；所述氨水补加装置位于所述补碳装置4的上游。所述氨水补加装置包括氨水存储罐8、输送泵7、以及设置在跑道池本体1内的输送总管6；所述氨水存储罐8和输送泵7均设置在跑道池本体1外；所述输送泵7的进口与所述氨水存储罐8通过管路连通，其出口与所述输送总管6连通；所述输送总管6浸没于藻液内，且该输送总管6上设置有若干个喷头9。所述喷头9朝向所述补碳装置4设置。所述补碳装置4为阱式补碳装置41。该阱式补碳结构为现有技术CN201210138598.1中实施例1中的结构，不同之处在于本实施例中的补碳阱深度为30cm。具体结构此处不再赘述。
在跑道池本体内加入培养基并利用次氯酸钠进行消毒，所添加的培养基为不添加氮源的BG11培养基，启动搅拌桨3将培养基搅拌均匀，将微藻藻种接种至培养基中，启动电机带动搅拌桨将培养基搅拌均匀，将微藻藻种接种至培养基中，所述藻种为小球藻，来自中国科学院水生生物所淡水藻种库，编号为29。所述微藻藻种的接种密度按照干基计算为0.3g/L；调整搅拌桨的电机转速使所述培养基的流速在50cm/s-60cm/s之间；启动氨水补加装置中的输送泵，向藻液中补入氨水，维持藻液中NH4 +的浓度为4mmol/L；本实施例中的pH传感器为市售的pH电极，探头伸入微藻培养液面的下方。根据pH传感器检测的培养基的pH值，控制pH值为7.8，当pH值高于7.8时，开启补碳装置上的二氧化碳曝气管上的阀门，向藻液内补充二氧化碳；当低于7.8时关闭补碳装置检测微藻的细胞浓度，当连续两天检测微藻的细胞浓度没有变化时采收微藻。
本实施例中，培养6天后经计算单位面积藻细胞的产率为11.5克/(m2)/d，经过计算得出CO2的利用率为80%，搅拌桨耗电总量为30千瓦时。
本实施例的对比例，与实施例1的不同之处在于，培养基中的氮源采用传统的硝酸钠，补碳装置的补碳阱深度为60cm，其他的条件均相同。对比例在培养6天后，单位面积藻细胞的产率为9.3克/(m2)/d，经过物料衡算CO2的利用率为66%，搅拌桨的耗电总量为45千瓦时。
实施例2：
本实施例与实施例1的跑道池光生物反应器不同之处在于所采用的补碳结构为水平浸没式补碳装置，具体水平浸没式补碳装置的结构参照CN201210138845.8中的实施例1。本实施例的使用方法与实施例1相同。
本实施例经过培养6天后，经计算单位面积藻细胞的产率为11.8克/(m2)/d，经过物料衡算CO2的利用率为87%。
本实施例2的对比例与实施例2使用相同的跑道池光生物反应器，采用同样的培养条件，两者的不同之处在于：培养基中采用传统的硝酸钠作为氮源，培养6天后，单位面积藻细胞的产率为9.0克/(m2)/d，经过计算得出CO2的利用率为60%。
显然，采用本实用新型的技术方案，操作更加简单，且二氧化碳的利用率明显增高，能耗明显降低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，其特征在于：包括跑道池本体（1），设置在跑道池本体（1）内的隔离墙（2），pH传感器（5）、搅拌桨（3），用于调节藻液pH值的补碳装置（4），以及用于补加氨水的氨水补加装置；所述搅拌桨（3）安装在跑道池本体（1）内，用于推动藻液沿跑道池本体（1）环形流动；所述隔离墙（2）将跑道池本体（1）隔离为环形通道；所述pH传感器（5）位于所述补碳装置（4）和所述氨水补加装置之间；所述氨水补加装置位于所述补碳装置（4）的上游。
2.如权利要求1所述的一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，其特征在于：所述氨水补加装置包括氨水存储罐（8）、输送泵（7）、以及设置在跑道池本体（1）内的输送总管（6）；所述氨水存储罐（8）和输送泵（7）均设置在跑道池本体（1）外；所述输送泵（7）的进口与所述氨水存储罐（8）通过管路连通，其出口与所述输送总管（6）连通；所述输送总管（6）浸没于藻液内，且该输送总管（6）上设置有若干个喷头（9）。
3.如权利要求2所述的一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，其特征在于：所述喷头（9）朝向所述补碳装置（4）设置。
4.如权利要求1所述的一种氨替硝促进碳源吸收的跑道池光生物反应器，其特征在于：所述补碳装置（4）为阱式补碳装置（41）或者水平浸没式补碳装置（42）。
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