利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，具體涉及利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是一類能實現(xiàn)光能自養(yǎng)的單細胞藻類，其因具有光合速率高、生長速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強、生物質(zhì)用途廣泛等優(yōu)點，可用于高效固定二氧化碳緩解全球氣候變暖的趨勢，同時，微藻生物質(zhì)可用于生產(chǎn)生物燃料緩解化石能源短缺的問題，被認為是第三代生物燃料的生物質(zhì)來源。此外，微藻生物質(zhì)也可用來生產(chǎn)藥品、化妝品、保健品等高附加值的產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟效益。
[0003]光生物反應(yīng)器是用于微藻培養(yǎng)的裝置，為微藻的生長提供適宜的條件?，F(xiàn)階段，用于微藻培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器主要分為開放式反應(yīng)器和封閉式反應(yīng)器兩種。開放式光生物反應(yīng)器主要指跑道池、圓形池等，封閉式反應(yīng)器包括平板式、管式、柱式等。與封閉式微藻光生物反應(yīng)器相比，開放式光生物反應(yīng)器因具有結(jié)構(gòu)簡單、操作及運行成本低等優(yōu)點，現(xiàn)已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣泛的開放式光生物反應(yīng)器是跑道池光生物反應(yīng)器，跑道池光生物反應(yīng)器中微藻細胞懸浮液的深度一般為15?35cm。
[0004]然而，由于跑道池光生物反應(yīng)器中微藻細胞懸浮液深度較大，而光在微藻細胞懸浮液中傳播時光強衰減劇烈，呈指數(shù)規(guī)律衰減。因此，太陽光在微藻細胞懸浮液中穿透能力有限，其穿透深度一般僅有O?4cm，這樣使得跑道池光生物反應(yīng)器中極大部分的微藻細胞接受不到光照，進而使得跑道池光生物反應(yīng)器中微藻的生物質(zhì)產(chǎn)量較低。另一方面，對于太陽光而言，正午時候其光強可高達2000μπιΟ1.m—2.s—1，該光強值遠高于大多數(shù)微藻的光飽和點，會對微藻細胞產(chǎn)生損傷，即光抑制現(xiàn)象。
[0005]因此，對于跑道池光生物反應(yīng)器而言，光在微藻細胞懸浮液中較低的穿透能力極大的限制了跑道池光生物反應(yīng)器的產(chǎn)量，故而解決跑道池光生物反應(yīng)器中的光限制，優(yōu)化跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)的光分布對跑道池反應(yīng)器性能的提升至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器，包括設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)的跑道池中間隔墻，其特點是:在反應(yīng)器內(nèi)環(huán)繞跑道池中間隔墻的流道內(nèi)設(shè)置有若干條能實現(xiàn)太陽光分頻均布的光道;該光道由太陽光聚光器、帶通濾光片和納米導(dǎo)光板層疊構(gòu)成；帶通濾光片設(shè)置在太陽光聚光器與納米導(dǎo)光板之間；納米導(dǎo)光板為縱向插入跑道池微藻反應(yīng)器內(nèi)，且納米導(dǎo)光板的正面與跑道池中間隔墻相對應(yīng);該納米導(dǎo)光板的底部以及該納米導(dǎo)光板的正、反表面的上部均設(shè)置有反光膜;在反應(yīng)器底部，位于光道與光道之間分散設(shè)置有若干曝氣管。
[0008]太陽光聚光器用于匯聚太陽光，匯聚后的太陽光經(jīng)由帶通濾光片濾除紫外及紅外波段的光后，剩余的可見光入射至納米導(dǎo)光板的頂部壁面;所述納米導(dǎo)光板用于將經(jīng)太陽光聚光器匯聚后的太陽光在反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)再分配，它將線光源轉(zhuǎn)化為均勻發(fā)光的面光源；納米導(dǎo)光板的特點是雙面出光，即正、反表面均勻出光，且整個光出射表面光強分布非常均勻。為了保證光盡可能多的從納米導(dǎo)光板淹沒在微藻細胞懸浮液中的兩個表面出射，同時，考慮到一部分太陽光會直接照射到光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻細胞懸浮液表面，使跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻細胞懸浮液頂部區(qū)域的光強較強，能滿足微藻細胞生長的需要，因此該區(qū)域可不需要利用納米導(dǎo)光板表面出射的光。所以在納米導(dǎo)光板的底部以及該納米導(dǎo)光板的正、反面的上部均設(shè)置有反光膜;所述帶通濾光片，用于將太陽光中對微藻細胞有殺傷作用的紫外光以及對微藻細胞生長無用的紅外光過濾掉，只允許可見光透過，繼而可見光通過納米導(dǎo)光板均勻分散至跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻細胞懸浮液中；曝氣管的作用是將用于微藻培養(yǎng)的含有一定體積濃度的二氧化碳氣體經(jīng)由曝氣管上的出氣孔以氣泡的形式鼓入微藻細胞懸浮液，為跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻細胞的光合生長提供碳源。
[0009]本發(fā)明利用太陽光聚光器匯聚太陽光，匯聚后的太陽光經(jīng)由帶通濾光片濾除紫外及紅外波段的光后，剩余的可見光入射至納米導(dǎo)光板的頂部，從納米導(dǎo)光板的頂部進入納米導(dǎo)光板并在納米導(dǎo)光板內(nèi)傳輸，當光在傳輸過程中遇到納米級光散射顆粒時，會發(fā)生光的散射，散射后的部分光線在傳輸過程中因不滿足全反射條件而從納米導(dǎo)光板表面出射，為微藻的生長提供光能。由于納米導(dǎo)光板的光出射面的面積大于光入射面的面積，因此納米導(dǎo)光板可對較強的太陽光入射光強進行稀釋，從而有效避免強光對微藻細胞的損傷。并且，由于納米導(dǎo)光板具有表面發(fā)光均勻的特點，可為較深區(qū)域的微藻細胞的生長提供光能，故本發(fā)明所提出的跑道池微藻光生物反應(yīng)器深度較現(xiàn)已工業(yè)化應(yīng)用的跑道池光生物反應(yīng)器而言，其深度可做的更高，如40cm以上。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器的優(yōu)選方案，光道的起點和終點之間設(shè)置有助流器，用于驅(qū)動微藻細胞懸浮液在微藻反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器的優(yōu)選方案，太陽光聚光器為槽式太陽光聚光器。
[0012]本發(fā)明所述的利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器的有益效果是:本發(fā)明利用太陽光聚光器匯聚太陽光，匯聚后的太陽光經(jīng)由帶通濾光片濾除紫外及紅外光，只有可見光入射進納米導(dǎo)光板，通過納米導(dǎo)光板將光均勻分散至跑道池微藻反應(yīng)器內(nèi)的微藻細胞懸浮液中，利用納米導(dǎo)光板的出射光為微藻的生長提供光能，有效避免強光對微藻細胞的損傷;從而較大程度的提高微藻的生物質(zhì)產(chǎn)量;較現(xiàn)已工業(yè)化應(yīng)用的跑道池光生物反應(yīng)器而言，其深度可做的更高，可廣泛應(yīng)用于生物、環(huán)保、能源等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]圖1為利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為光道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為利用納米導(dǎo)光板實現(xiàn)太陽光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器局部剖面圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行進一步詳細的描