利用納米導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)光能自養(yǎng)的單細(xì)胞藻類，其因具有光合速率高、生長(zhǎng)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生物質(zhì)用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可用于高效固定二氧化碳緩解全球氣候變暖的趨勢(shì)，同時(shí)，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(wèn)題，被認(rèn)為是第三代生物燃料的生物質(zhì)來(lái)源。此外，微藻生物質(zhì)也可用來(lái)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(jì)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(zhǎng)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(kāi)放式反應(yīng)器和封閉式反應(yīng)器兩種。開(kāi)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(kāi)放式光生物反應(yīng)器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣泛的開(kāi)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(xì)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(xì)胞懸浮液深度較大，而光在微藻細(xì)胞懸浮液中傳播時(shí)光強(qiáng)衰減劇烈，呈指數(shù)規(guī)律衰減。因此，太陽(yáng)光在微藻細(xì)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(xì)胞接受不到光照，進(jìn)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(duì)于太陽(yáng)光而言，正午時(shí)候其光強(qiáng)可高達(dá)2000μπιΟ1.m—2.s—1，該光強(qiáng)值遠(yuǎn)高于大多數(shù)微藻的光飽和點(diǎn)，會(huì)對(duì)微藻細(xì)胞產(chǎn)生損傷，即光抑制現(xiàn)象。
[0005]因此，對(duì)于跑道池光生物反應(yīng)器而言，光在微藻細(xì)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(duì)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器。
[0007]為達(dá)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分頻均布的光道;該光道由太陽(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)光聚光器用于匯聚太陽(yáng)光，匯聚后的太陽(yáng)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(jiàn)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(yáng)光聚光器匯聚后的太陽(yáng)光在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)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(diǎn)是雙面出光，即正、反表面均勻出光，且整個(gè)光出射表面光強(qiáng)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(méi)在微藻細(xì)胞懸浮液中的兩個(gè)表面出射，同時(shí)，考慮到一部分太陽(yáng)光會(huì)直接照射到光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻細(xì)胞懸浮液表面，使跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻細(xì)胞懸浮液頂部區(qū)域的光強(qiáng)較強(qiáng)，能滿足微藻細(xì)胞生長(zhǎng)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(yáng)光中對(duì)微藻細(xì)胞有殺傷作用的紫外光以及對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)用的紅外光過(guò)濾掉，只允許可見(jiàn)光透過(guò)，繼而可見(jiàn)光通過(guò)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(xì)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?xì)怏w經(jīng)由曝氣管上的出氣孔以氣泡的形式鼓入微藻細(xì)胞懸浮液，為跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻細(xì)胞的光合生長(zhǎng)提供碳源。
[0009]本發(fā)明利用太陽(yáng)光聚光器匯聚太陽(yáng)光，匯聚后的太陽(yáng)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(jiàn)光入射至納米導(dǎo)光板的頂部，從納米導(dǎo)光板的頂部進(jìn)入納米導(dǎo)光板并在納米導(dǎo)光板內(nèi)傳輸，當(dāng)光在傳輸過(guò)程中遇到納米級(jí)光散射顆粒時(shí)，會(huì)發(fā)生光的散射，散射后的部分光線在傳輸過(guò)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(zhǎng)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(duì)較強(qiáng)的太陽(yáng)光入射光強(qiáng)進(jìn)行稀釋，從而有效避免強(qiáng)光對(duì)微藻細(xì)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(diǎn)，可為較深區(qū)域的微藻細(xì)胞的生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(diǎn)和終點(diǎn)之間設(shè)置有助流器，用于驅(qū)動(dòng)微藻細(xì)胞懸浮液在微藻反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的利用納米導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器的優(yōu)選方案，太陽(yáng)光聚光器為槽式太陽(yáng)光聚光器。
[0012]本發(fā)明所述的利用納米導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(yáng)光聚光器匯聚太陽(yáng)光，匯聚后的太陽(yáng)光經(jīng)由帶通濾光片濾除紫外及紅外光，只有可見(jiàn)光入射進(jìn)納米導(dǎo)光板，通過(guò)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(xì)胞懸浮液中，利用納米導(dǎo)光板的出射光為微藻的生長(zhǎng)提供光能，有效避免強(qiáng)光對(duì)微藻細(xì)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(shuō)明】
[0013]圖1為利用納米導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光分頻均布的跑道池微藻反應(yīng)器局部剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描