專利名稱：一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置
本實(shí)用新型涉及微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域與環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種 產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置。 [背景技術(shù)]
微藻能有效利用光能、二氧化碳和無機(jī)鹽，合成脂肪、蛋白質(zhì)、多糖 以及多種高附加值的生物活性物質(zhì)。隨著人類對微藻認(rèn)識的不斷加深，開 發(fā)和研制新型高效光生物反應(yīng)器及其培養(yǎng)方法，已成為微藻生物工程技術(shù) 的一個重要組成部分。
目前，微藻培養(yǎng)主要有開放式和封閉式兩種光生物反應(yīng)器。開放式光 生物反應(yīng)器主要有四種類型淺水池、循環(huán)池、跑道池式、池塘。其中，
最典型、最常用的開放池培養(yǎng)系統(tǒng)是Oswald (1969)設(shè)計的跑道池反應(yīng) 器，該類培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)際上就是占地面積上千平方米，培養(yǎng)液深度為20厘米 左右的環(huán)形淺池；以自然光為光源和熱源，依靠槳輪(paddle wheel)或者 旋轉(zhuǎn)臂(rotating arm)的轉(zhuǎn)動，使培養(yǎng)液在池內(nèi)混合、循環(huán)，防止藻體沉 淀并提高藻體細(xì)胞的光能利用率。開放式光生物反應(yīng)器雖然構(gòu)建簡單、成 本低廉、操作簡便，但其存在易受污染、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，只能用 于螺旋藻、小球藻及鹽藻等少數(shù)能耐受極端環(huán)境的微藻培養(yǎng)。而封閉式反應(yīng)器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可無菌操作，易進(jìn)行高密度培養(yǎng)，已成為今后的發(fā)展 方向。與開放式光生物反應(yīng)器相比，封閉式光生物反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn) ①無污染，能實(shí)現(xiàn)單種、純種培養(yǎng)；②培養(yǎng)條件易于控制；③培養(yǎng)密度 高，易收獲；④適合于所有微藻的光自養(yǎng)培養(yǎng)，尤其適合于微藻代謝產(chǎn)物 的生產(chǎn)；⑤有較高的光照面積與培養(yǎng)體積之比，光能和二氧化碳利用率較 高。因此，近年來在國內(nèi)外封閉式光生物反應(yīng)器的研制和開發(fā)利用較快， 有些已實(shí)現(xiàn)了微藻的高密度商業(yè)化培養(yǎng)。目前封閉式光生物反應(yīng)器有管 道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌式發(fā)酵罐、立式吊袋、浮式薄膜袋等。 雖然封閉式光生物反應(yīng)器的型式繁多，但用于大規(guī)模生產(chǎn)的目前僅見報道 的為年產(chǎn)上百噸藻粉的管道式光生物反應(yīng)器，并且該設(shè)備的造價及維修成 本很高，很難普及。
另一方面，微藻培養(yǎng)的生產(chǎn)成本也居高不下，首先是原料成本，其次 是采收成本。要降低微藻培養(yǎng)的原料成本，必須改變目前常用的以碳酸氫 鈉、葡萄糖等為主的碳源，采用以煙道氣、其它富含二氧化碳的工廠廢氣 作為主要碳源的原料供應(yīng)方式，同時實(shí)現(xiàn)二氧化碳的減排。而微藻生長所 需的氮、磷供應(yīng)也應(yīng)盡可能采用富營養(yǎng)化的地表水或工業(yè)廢水中已有的 氮、磷，不足的營養(yǎng)成分只需少量添加，從而大幅度降低微藻培養(yǎng)的原料 成本。本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)在技術(shù)存在的缺陷及不足，開發(fā)一 種投資少、操作簡單，能充分利用太陽光能，以及工業(yè)廢氣、富昔養(yǎng)化地 表水或工業(yè)廢水為主要原料，進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，同時實(shí)現(xiàn) 二氧化碳的減排以及對污染水體的治理。 一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝 置，包括氣推式光生物反應(yīng)器、供氣總管、補(bǔ)液總管、藻液總管，每一個
氣推式光生物反應(yīng)器設(shè)有環(huán)狀淺水池1、隔離墻2、排液管3、補(bǔ)液管4、 進(jìn)氣管5、支管6、農(nóng)用薄膜7、透光板8、遮光膜9，其特征在于氣推式光 生物反應(yīng)器按行和列整齊排列，所有氣推式光生物反應(yīng)器均為并聯(lián)連接。 每個氣推式光生物反應(yīng)器單元裝置采用磚塊和混凝土砌筑的環(huán)狀淺水池1, 對于將來可能用于耕種的土地，用復(fù)合土工膜建水池。環(huán)狀淺水池1中砌 有一道兩端開放的隔離墻2，池的寬度為1 4米，長度為6 80米，深度 為30 50厘米。氣推式光生物反應(yīng)器底部設(shè)有排液管3，氣推式光生物反 應(yīng)器上部設(shè)有補(bǔ)液管4，氣推式光生物反應(yīng)器中部的隔離墻上固定有進(jìn)氣管 5，進(jìn)氣管5上與至少四根L型的支管6連接，支管的橫管與池底平行，并 與池壁垂直；橫管的側(cè)壁開有許多微噴氣孔(或管等)；整個氣推式光生 物反應(yīng)器采用農(nóng)用薄膜7完整地覆蓋，在農(nóng)用薄膜7的中部設(shè)有天窗，天窗 上蓋有透光板8。橫管上微孔噴氣的氣流方向均為水平向前，由此，反應(yīng)器 中水體在無數(shù)根推進(jìn)方向一致的微小氣流的推動下，形成順時針方向的藻 液主體流動。同時，每一股氣體微射流都能在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生巻吸混合， 使上下層藻液進(jìn)行混合，而氣泡的上浮強(qiáng)化了藻液中溶氧的解析，氧氣被氣泡帶至液面而釋放；此時氣體微射流中的二氧化碳也同時溶解在藻液 中，為微藻的生長提供碳源。在本實(shí)用新型中，進(jìn)氣管支管的橫管與豎管 為彎頭連接，橫管的另一端由嫘帽封住，這樣的結(jié)構(gòu)在噴氣孔或管被微藻 堵塞時，能夠把橫管拆下來方便地進(jìn)行清理。
由于本實(shí)用新型培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置依靠噴氣實(shí)現(xiàn)水體流動以及微藻 培養(yǎng)中的氣體交換，省去了龐大的槳輪或旋轉(zhuǎn)臂，整個反應(yīng)器能夠方便地 用農(nóng)用薄膜7完整地覆蓋，形成封閉式光生物反應(yīng)器。這里的農(nóng)用薄膜選 用有利于光合作用的薄膜，例如能防止在薄膜上形成霧滴而降低透光率的 無滴薄膜，以及利用光學(xué)原理將光轉(zhuǎn)換成對微藻光合作用有利的轉(zhuǎn)光膜 等。在農(nóng)用薄膜7的中部留有1 3個天窗，天窗上蓋有透光板8，所用的 透光板采用鋼化玻璃板或有機(jī)玻璃板或聚碳酸酯板等。當(dāng)氣推式光生物反 應(yīng)器中積累的氧氣濃度達(dá)到一定水平時，移開透光板進(jìn)行一段時間的通風(fēng) 及散熱。開窗通風(fēng)時，應(yīng)臨時加大反應(yīng)器進(jìn)氣管的進(jìn)氣量，以加快排出氧 氣的速度，同時保證反應(yīng)器中微小的正壓，防止外界空氣中的微生物及灰 塵進(jìn)入反應(yīng)器。在炎熱的夏天，可在透光膜上再覆蓋一層遮光膜9，防止光 照過強(qiáng)而抑制甚至損害微藻的生長，同時降低反應(yīng)器內(nèi)溫度。
氣推式光生物反應(yīng)器裝有pH電極、溶氧電極、溫度傳感器、液位計， 通過變送器把信號送至計算機(jī)中進(jìn)行顯示。同時，反應(yīng)器的進(jìn)氣管、補(bǔ)液 管、排液管上都裝有手動及自動閥門，反應(yīng)器天窗上的透光蓋板也裝有手 動及自動移動裝置，在計算機(jī)對輸入信號進(jìn)行處理后，根據(jù)微藻的培養(yǎng)工藝，可自動調(diào)節(jié)各閥門及天窗的開度。另外，藻液濃度的檢測既可以從反
應(yīng)器的天窗口對藻液取樣分析其OD值，也可以在反應(yīng)器內(nèi)部的藻液中安裝 OD傳感器，自動連續(xù)檢測OD值。
本實(shí)用新型中所述微藻包括來自淡水微藻、咸湖水微藻、海水微藻 等，類別為金藻、綠藻、硅藻、藍(lán)藻、紅藻等，優(yōu)選為含脂高的微藻，如 葡萄藻、小球藻、球等鞭金藻301K綠色巴夫藻等。
本實(shí)用新型在結(jié)合開放式光生物反應(yīng)器與封閉式光生物反應(yīng)器各自優(yōu) 點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用工業(yè)廢氣與富營養(yǎng)化地表水或工業(yè)廢水為主要原料，進(jìn) 行大規(guī)模培養(yǎng)微藻，特別是培養(yǎng)含油率高的微藻，為千噸級甚至萬噸級的 生物柴油廠提供原料油，同時實(shí)現(xiàn)二氧化碳的減排以及對污染水體的治 理。


圖1為本實(shí)用新型培養(yǎng)微藻的氣推式光生物反應(yīng)器單元裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖2為本實(shí)用新型培養(yǎng)微藻時多個氣推式光生物反應(yīng)器與管線的布局 示意參見圖l， l為環(huán)狀淺水池，2為隔離墻，3為排液管，4為補(bǔ)液管，5 為進(jìn)氣管，6為支管，7為農(nóng)用薄膜，8為透光板，9為遮光膜。 [具體實(shí)施方式
]
以下結(jié)合附圖及附圖給出的實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本產(chǎn) 品的制造技術(shù)對本專業(yè)的人來說是容易實(shí)施的。實(shí)施例1 (單個反應(yīng)器)
培養(yǎng)徼藻的單個氣推式光生物反應(yīng)器為磚塊和浪凝土砌筑的環(huán)狀淺水
池l，池中用磚砌一道兩端開放的隔離墻2，池的寬度為3米，長度為60 米，深度為40厘米。氣推式光生物反應(yīng)器的底部裝有排液管3，上部裝有 補(bǔ)液管4。氣推式光生物反應(yīng)器中部的隔離墻上固定有進(jìn)氣管5，進(jìn)氣管上 接出120根L型的支管6，支管的橫管與池底平行，離池底間距5厘米，并 與池壁垂直；橫管的側(cè)面管壁上均勻地開出一排孔徑為1毫米的小孔，孔 的密度為3個/厘米，氣流方向均為水平向前。整個氣推式光生物反應(yīng)器用 農(nóng)用薄膜7完整地覆蓋，形成封閉式光生物反應(yīng)器。這里的農(nóng)膜選用長壽 命的聚氯乙烯無滴薄膜，防止薄膜上形成霧滴而降低透光率。在薄膜的左 中部開有l(wèi)個天窗，天窗上蓋有透光板8，當(dāng)氣推式光生物反應(yīng)器中積累的 氧氣濃度達(dá)到一定水平時，移開透光板進(jìn)行一段時間的通風(fēng)及散熱。
氣推式光生物反應(yīng)器中裝有pH電極、溶氧電極、溫度傳感器、液位計 等，通過變送器把信號送至計算機(jī)中進(jìn)行顯示。同時，反應(yīng)器的進(jìn)氣管、 補(bǔ)液管、排液管上都裝有手動閘閥，藻液濃度的檢測可以從反應(yīng)器的天窗 口對藻液取樣分析其OD值。
實(shí)施例2(多個反應(yīng)器)
在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)微藻時，需要用多個氣推式光生物反應(yīng)器并聯(lián)生 產(chǎn)，反應(yīng)器與管線的布局見圖2。在每一排上，反應(yīng)器緊密排列，相鄰兩個 反應(yīng)器之間只留下走管線的間距。相鄰兩排反應(yīng)器之間需留出0. 5米的操 作通道，方便操作人員進(jìn)行鋪膜、取樣、開天窗通風(fēng)、清掃、開關(guān)各閥門 等操作。東西向布局的供氣總管與補(bǔ)液總管經(jīng)過每一列反應(yīng)器時分出一根南北 走向的支管，在每個反應(yīng)器的端部進(jìn)入反應(yīng)器，為反應(yīng)器供氣和補(bǔ)液。在 收集藻液時，藻液先排入反應(yīng)器旁一根南北走向的支管，然后由每根支管 再匯總到藻液總管，隨后進(jìn)行微藻的采收、干燥、提純等操作工序。
權(quán)利要求1、一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，包括氣推式光生物反應(yīng)器、供氣總管、補(bǔ)液總管、藻液總管，每一個氣推式光生物反應(yīng)器設(shè)有環(huán)狀淺水池(1)、隔離墻(2)、排液管(3)、補(bǔ)液管(4)、進(jìn)氣管(5)、支管(6)、農(nóng)用薄膜(7)、透光板(8)、遮光膜(9)，其特征在于氣推式光生物反應(yīng)器按行和列整齊排列，所有氣推式光生物反應(yīng)器均為并聯(lián)連接；每個氣推式光生物反應(yīng)器單元裝置采用磚塊和混凝土砌筑的環(huán)狀淺水池(1)或采用復(fù)合土工膜建水池；環(huán)狀淺水池(1)中砌有一道兩端開放的隔離墻(2)，氣推式光生物反應(yīng)器底部設(shè)有排液管(3)，氣推式光生物反應(yīng)器上部設(shè)有補(bǔ)液管(4)，氣推式光生物反應(yīng)器中部的隔離墻上固定有進(jìn)氣管(5)，進(jìn)氣管(5)與L型的支管(6)連接，支管的橫管與池底平行，并與池壁垂直；橫管的側(cè)壁開有微噴氣孔；整個氣推式光生物反應(yīng)器采用農(nóng)用薄膜(7)完整地覆蓋，在農(nóng)用薄膜(7)的中部設(shè)有天窗，天窗上蓋有透光板(8)；氣推式光生物反應(yīng)器設(shè)有pH電極、溶氧電極、溫度傳感器、液位計，其進(jìn)氣管(5)、補(bǔ)液管(4)、排液管(3)上都設(shè)有手動及自動閥門，氣推式光生物反應(yīng)器天窗上的透光板(8)設(shè)有手動及自動移動裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，其特征 在于所述的透光板(8)采用鋼化玻璃板或有機(jī)玻璃板或聚碳酸酯 板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，其特征 在于所述的農(nóng)用薄膜(7)采用有利于光合作用的無滴薄膜或轉(zhuǎn)光 膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，其特征 在于進(jìn)氣管(5)上接出的L型的支管(6)至少四根以上，支管(6)的橫管與豎管為彎頭連接，橫管的另一端由螺帽封住。
專利摘要本實(shí)用新型涉及微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域與環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體地說一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置，每個氣推式光生物反應(yīng)器單元裝置采用磚塊和混凝土砌筑的環(huán)狀淺水池；環(huán)狀淺水池中砌有一道兩端開放的隔離墻，氣推式光生物反應(yīng)器底部設(shè)有排液管，反應(yīng)器上部設(shè)有補(bǔ)液管，其中部的隔離墻上固定有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管與多根L型的支管連接，支管的橫管的側(cè)壁開有微噴氣孔，整個反應(yīng)器用農(nóng)用薄膜完整地覆蓋并設(shè)有天窗，形成封閉式光生物反應(yīng)器。本實(shí)用新型結(jié)合開放式與封閉式光生物反應(yīng)器各自優(yōu)點(diǎn)，利用工業(yè)廢氣與富營養(yǎng)化地表水或工業(yè)廢水為主要原料，進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)微藻，特別是培養(yǎng)含油率高的微藻，同時實(shí)現(xiàn)二氧化碳的減排及對污染水體的治理。
文檔編號C12M1/36GK201245640SQ200820058978
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者蔡志武 申請人:蔡志武