專利名稱：用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微藻能有效利用光能、二氧化碳、水和無機(jī)鹽合成蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及高附加值生物活性物質(zhì)，藻類因具有極高的光及營養(yǎng)利用效率表現(xiàn)出比高等植物更強(qiáng)的生長(zhǎng)潛力，因此微藻的培養(yǎng)受到廣泛重視。目前，微藻的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)多采用開放池式，這種生產(chǎn)模式存在生產(chǎn)不穩(wěn)定、 容易受污染，微藻受光不均，光能利用率不高，培養(yǎng)效率低等問題。因而制約了微藻生產(chǎn)及微藻類生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這方面問題進(jìn)行了一系列的研究，尤其是利用光反應(yīng)器高效培養(yǎng)微藻的研究取得了一定的成果。目前具有代表性的光生物反應(yīng)器主要有以下幾種管道式反應(yīng)器、板式反應(yīng)器、柱式反應(yīng)器等。這些反應(yīng)器在優(yōu)化控制、提高產(chǎn)出方面展示了良好的發(fā)展前景，但它們?cè)趯?shí)踐應(yīng)用中也存在一些問題，如光能利用率低，氣體交換不暢等，尤其是目前光生物反應(yīng)器制造成本高，養(yǎng)殖階段能耗高、成本高已成為制約光反應(yīng)器發(fā)展的主要問題。目前，在板式反應(yīng)器和柱式反應(yīng)器系統(tǒng)中，通常采用曝氣攪拌的方法，曝氣裝置通過產(chǎn)生的小氣泡與周圍藻液的密度差，促使氣泡上浮以及藻液下降，由此環(huán)狀淺水池內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)個(gè)氣液上下循環(huán)流動(dòng)，使微藻均勻受光，提高光利用率，而氣泡的上浮強(qiáng)化了藻液中溶氧的解吸，氧氣被氣泡帶至液面而釋放，并且二氧化碳?xì)怏w經(jīng)曝氣后也同時(shí)溶解在藻液中，為微藻的生長(zhǎng)提供碳源。但這種方式需要大量的壓縮空氣，能耗很高，不利于微藻的大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，曝氣攪拌的強(qiáng)度過高和過低都不利有微藻的生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，其能夠根據(jù)光強(qiáng)和藻液濃度，調(diào)整曝氣量。光強(qiáng)時(shí)曝氣量大，加大攪拌速率，光弱時(shí)曝氣量小，降低攪拌速率；同樣，當(dāng)藻液濃度高時(shí)，調(diào)大曝氣量，濃度低時(shí)調(diào)小曝氣量，從而使曝氣攪拌強(qiáng)度一直處于微藻生長(zhǎng)的最佳攪拌強(qiáng)度。因此，本發(fā)明在提高微藻產(chǎn)量的同時(shí)減少曝氣能耗，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度；濁度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體；控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測(cè)量到的光線強(qiáng)度和或濁度傳感器所測(cè)量到的光生物的濃度來調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述曝氣控制系統(tǒng)還包括流量傳感器，所述流量傳感器用于檢測(cè)所述供氣裝置的供氣流量，其中，所述控制器根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號(hào)對(duì)所述供氣裝置的供氣流量進(jìn)行閉環(huán)控制。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制器為單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述供氣裝置為具有變頻器的風(fēng)機(jī)，通過改變變頻器的頻率來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供氣流量。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度大于 1200 μ mol/m2/S時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度大于 800 μ mol/m2/s時(shí)，且當(dāng)濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值大于8時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度在20 μ mol/ m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍時(shí)，且當(dāng)濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值小于8時(shí)， 所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的對(duì)應(yīng)供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于 20 μ m0l/m2/S時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最小供氣流量間歇地供氣。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)定的中間供氣流量在以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)定的最小供氣流量小于以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X5升/分鐘。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于 20ymol/m2/s時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)光照強(qiáng)度和藻液濃度，調(diào)整曝氣流量，使曝氣攪拌強(qiáng)度一直處于微藻生長(zhǎng)的最佳攪拌強(qiáng)度，因此，本發(fā)明在提高微藻產(chǎn)量的同時(shí)減少曝氣能耗，降低生產(chǎn)成本。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的曝氣控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部件。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的曝氣控制系統(tǒng)的原理框圖。本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)光生物反應(yīng)器中的曝氣裝置的曝氣流量。如圖1所示，在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例中，該曝氣控制系統(tǒng)主要包括光照度傳感器、濁度傳感器、供氣裝置和控制器。如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光照度傳感器在光生物反應(yīng)器旁邊， 用于測(cè)量光生物反應(yīng)器周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度，并將測(cè)量到的光線強(qiáng)度信號(hào)傳送給控制器。如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，濁度傳感器設(shè)置在光生物反應(yīng)器中，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器中的光生物(例如微藻)的濃度，并將測(cè)量到的光生物濃度信號(hào)傳送給控制器。在圖1所示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，供氣裝置與光生物反應(yīng)器中的曝氣裝置氣體連通，用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體。在圖1所示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器根據(jù)光照度傳感器所測(cè)量到的光線強(qiáng)度和濁度傳感器所測(cè)量到的光生物的濃度來調(diào)節(jié)供氣裝置的供氣流量。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度大于 1200 μ mol/m2/S、控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘。例如，當(dāng)光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度為10米，那么預(yù)定的最大供氣流量就等于150升/分鐘。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度在大于 800 μ mol/m2/S、且濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值大于8時(shí)，控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定的最大供氣流量 =以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘。例如，當(dāng)光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度為10 米，那么預(yù)定的最大供氣流量就等于150升/分鐘。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度在20μπιΟ1/ m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍、且濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值不大于8時(shí)，控制器控制供氣裝置以預(yù)定的中間供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定的中間供氣流量在以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘的范圍內(nèi)。例如，當(dāng)光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度為10米，那么預(yù)定的中間供氣流量在50升/分鐘至150升/分鐘的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于20 μ mol/ m2/s時(shí)，控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，曝氣控制系統(tǒng)還包括流量傳感器。該流量傳感器安裝在供氣裝置的出口管路上，用于檢測(cè)所述供氣裝置的供氣流量，并將檢測(cè)到的供氣流量信號(hào)傳送給控制器。這樣，控制器就能夠根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號(hào)對(duì)供氣裝置的供氣流量進(jìn)行精確的閉環(huán)控制，從而有利于提高流量控制的精度。但是，需要說明的是，流量傳感器不是必須的，本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)也可以采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器可以為單片機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工控機(jī)、嵌入式處理器等具有數(shù)據(jù)處理和分析能力的電子裝置。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，供氣裝置可以為具有變頻器的風(fēng)機(jī)，通過改變變頻器的頻率來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供氣流量。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，供氣裝置可以為具有電氣比例調(diào)節(jié)閥，通過控制電氣比例調(diào)節(jié)閥，來調(diào)節(jié)供氣流量。需要說明的是，盡管圖1所示的曝氣控制系統(tǒng)同時(shí)包括光照度傳感器和濁度傳感器，但是，本發(fā)明不局限于此，曝氣控制系統(tǒng)也可以僅包括光照度傳感器和濁度傳感器中的一種。雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是附圖中公開的實(shí)施例旨在對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行示例性說明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。
雖然本總體發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例已被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本總體發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對(duì)這些實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測(cè)量到的光線強(qiáng)度來調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
2.一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，包括 濁度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)濁度傳感器所測(cè)量到的光生物的濃度來調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
3.一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度； 濁度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器中的光生物的濃度； 供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測(cè)量到的光線強(qiáng)度和濁度傳感器所測(cè)量到的光生物的濃度來調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的曝氣控制系統(tǒng)，還包括流量傳感器，所述流量傳感器用于檢測(cè)所述供氣裝置的供氣流量， 其中，所述控制器根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號(hào)對(duì)所述供氣裝置的供氣流量進(jìn)行閉環(huán)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器為單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述供氣裝置為具有變頻器的風(fēng)機(jī)，通過改變變頻器的頻率來改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供氣流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度大于1200ymOl/m2/s時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣；當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于20 μ m0l/m2/S時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最小供氣流量間歇地供氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值大于8時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度大于800 μ mol/m2/S、且濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值大于8時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最大供氣流量連續(xù)地供氣；當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度在20 μ mol/m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍、且濁度傳感器測(cè)量到的光生物的濃度OD值不大于8時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的對(duì)應(yīng)區(qū)間供氣流量連續(xù)地供氣；當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于20 μ m0l/m2/S時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以預(yù)定的最小供氣流量間歇地供氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)定的對(duì)應(yīng)區(qū)間供氣流量在以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X 15升/分鐘的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)定的最小供氣流量小于以米為單位的光生物反應(yīng)器的長(zhǎng)度X5升/分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)光照度傳感器測(cè)量到的光線強(qiáng)度小于20 μ m0l/m2/S時(shí)，所述控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光生物反應(yīng)器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度；濁度傳感器，用于測(cè)量光生物反應(yīng)器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應(yīng)器中供應(yīng)曝氣氣體；控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測(cè)量到的光線強(qiáng)度和濁度傳感器所測(cè)量到的光生物的濃度來調(diào)節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。因此，本發(fā)明能夠根據(jù)光強(qiáng)和藻液濃度，調(diào)整曝氣量。光強(qiáng)時(shí)曝氣量大，加大攪拌速率，光弱時(shí)曝氣量小，降低攪拌速率；同樣，當(dāng)藻液濃度高時(shí)，調(diào)大曝氣量，濃度低時(shí)調(diào)小曝氣量，從而使曝氣攪拌強(qiáng)度一直處于微藻生長(zhǎng)的最佳攪拌強(qiáng)度。因此，本發(fā)明在提高微藻產(chǎn)量的同時(shí)減少曝氣能耗，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102533538SQ20101060072
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者盧彥興, 惠龍, 朱振旗, 王明利 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司