專利名稱：一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置的制作方法
技術領域：
一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置
本實用新型涉及微藻培養(yǎng)工程領域與環(huán)保技術領域，具體地說是一種 產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置。 [背景技術]
微藻能有效利用光能、二氧化碳和無機鹽，合成脂肪、蛋白質、多糖 以及多種高附加值的生物活性物質。隨著人類對微藻認識的不斷加深，開 發(fā)和研制新型高效光生物反應器及其培養(yǎng)方法，已成為微藻生物工程技術 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器。開放式光 生物反應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)設計的跑道池反應 器，該類培養(yǎng)系統(tǒng)實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 旋轉臂(rotating arm)的轉動，使培養(yǎng)液在池內混合、循環(huán)，防止藻體沉 淀并提高藻體細胞的光能利用率。開放式光生物反應器雖然構建簡單、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，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)。而封閉式反應器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可無菌操作，易進行高密度培養(yǎng)，已成為今后的發(fā)展 方向。與開放式光生物反應器相比，封閉式光生物反應器具有以下優(yōu)點 ①無污染，能實現(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物 的生產；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，近年來在國內外封閉式光生物反應器的研制和開發(fā)利用較快， 有些已實現(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器的型式繁多，但用于大規(guī)模生產的目前僅見報道 的為年產上百噸藻粉的管道式光生物反應器，并且該設備的造價及維修成 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方式，同時實現(xiàn)二氧化碳的減排。而微藻生長所 需的氮、磷供應也應盡可能采用富營養(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。本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)在技術存在的缺陷及不足，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，進行大規(guī)模培養(yǎng)微藻的生產裝置，同時實現(xiàn) 二氧化碳的減排以及對污染水體的治理。 一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝 置，包括氣推式光生物反應器、供氣總管、補液總管、藻液總管，每一個
氣推式光生物反應器設有環(huán)狀淺水池1、隔離墻2、排液管3、補液管4、 進氣管5、支管6、農用薄膜7、透光板8、遮光膜9，其特征在于氣推式光 生物反應器按行和列整齊排列，所有氣推式光生物反應器均為并聯(lián)連接。 每個氣推式光生物反應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。氣推式光生物反應器底部設有排液管3，氣推式光生物反 應器上部設有補液管4，氣推式光生物反應器中部的隔離墻上固定有進氣管 5，進氣管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；橫管的側壁開有許多微噴氣孔(或管等)；整個氣推式光生 物反應器采用農用薄膜7完整地覆蓋，在農用薄膜7的中部設有天窗，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，反應器 中水體在無數(shù)根推進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產生巻吸混合， 使上下層藻液進行混合，而氣泡的上浮強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。在本實用新型中，進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，這樣的結構在噴氣孔或管被微藻 堵塞時，能夠把橫管拆下來方便地進行清理。
由于本實用新型培養(yǎng)微藻的生產裝置依靠噴氣實現(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臂，整個反應器能夠方便地 用農用薄膜7完整地覆蓋，形成封閉式光生物反應器。這里的農用薄膜選 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，以及利用光學原理將光轉換成對微藻光合作用有利的轉光膜 等。在農用薄膜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玻璃板或聚碳酸酯板等。當氣推式光生物反 應器中積累的氧氣濃度達到一定水平時，移開透光板進行一段時間的通風 及散熱。開窗通風時，應臨時加大反應器進氣管的進氣量，以加快排出氧 氣的速度，同時保證反應器中微小的正壓，防止外界空氣中的微生物及灰 塵進入反應器。在炎熱的夏天，可在透光膜上再覆蓋一層遮光膜9，防止光 照過強而抑制甚至損害微藻的生長，同時降低反應器內溫度。
氣推式光生物反應器裝有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中進行顯示。同時，反應器的進氣管、補液 管、排液管上都裝有手動及自動閥門，反應器天窗上的透光蓋板也裝有手 動及自動移動裝置，在計算機對輸入信號進行處理后，根據(jù)微藻的培養(yǎng)工藝，可自動調節(jié)各閥門及天窗的開度。另外，藻液濃度的檢測既可以從反
應器的天窗口對藻液取樣分析其OD值，也可以在反應器內部的藻液中安裝 OD傳感器，自動連續(xù)檢測OD值。
本實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。
本實用新型在結合開放式光生物反應器與封閉式光生物反應器各自優(yōu) 點的基礎上，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 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，同時實現(xiàn)二氧化碳的減排以及對污染水體的治 理。


圖1為本實用新型培養(yǎng)微藻的氣推式光生物反應器單元裝置的結構示 意圖2為本實用新型培養(yǎng)微藻時多個氣推式光生物反應器與管線的布局 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為補液管，5 為進氣管，6為支管，7為農用薄膜，8為透光板，9為遮光膜。 [具體實施方式
]
以下結合附圖及附圖給出的實施例對本實用新型作進一步說明。本產 品的制造技術對本專業(yè)的人來說是容易實施的。實施例1 (單個反應器)
培養(yǎng)徼藻的單個氣推式光生物反應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。氣推式光生物反應器的底部裝有排液管3，上部裝有 補液管4。氣推式光生物反應器中部的隔離墻上固定有進氣管5，進氣管上 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器用 農用薄膜7完整地覆蓋，形成封閉式光生物反應器。這里的農膜選用長壽 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，當氣推式光生物反應器中積累的 氧氣濃度達到一定水平時，移開透光板進行一段時間的通風及散熱。
氣推式光生物反應器中裝有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中進行顯示。同時，反應器的進氣管、 補液管、排液管上都裝有手動閘閥，藻液濃度的檢測可以從反應器的天窗 口對藻液取樣分析其OD值。
實施例2(多個反應器)
在工業(yè)化大規(guī)模生產微藻時，需要用多個氣推式光生物反應器并聯(lián)生 產，反應器與管線的布局見圖2。在每一排上，反應器緊密排列，相鄰兩個 反應器之間只留下走管線的間距。相鄰兩排反應器之間需留出0. 5米的操 作通道，方便操作人員進行鋪膜、取樣、開天窗通風、清掃、開關各閥門 等操作。東西向布局的供氣總管與補液總管經過每一列反應器時分出一根南北 走向的支管，在每個反應器的端部進入反應器，為反應器供氣和補液。在 收集藻液時，藻液先排入反應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，隨后進行微藻的采收、干燥、提純等操作工序。
權利要求1、一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置，包括氣推式光生物反應器、供氣總管、補液總管、藻液總管，每一個氣推式光生物反應器設有環(huán)狀淺水池(1)、隔離墻(2)、排液管(3)、補液管(4)、進氣管(5)、支管(6)、農用薄膜(7)、透光板(8)、遮光膜(9)，其特征在于氣推式光生物反應器按行和列整齊排列，所有氣推式光生物反應器均為并聯(lián)連接；每個氣推式光生物反應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)，氣推式光生物反應器底部設有排液管(3)，氣推式光生物反應器上部設有補液管(4)，氣推式光生物反應器中部的隔離墻上固定有進氣管(5)，進氣管(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；橫管的側壁開有微噴氣孔；整個氣推式光生物反應器采用農用薄膜(7)完整地覆蓋，在農用薄膜(7)的中部設有天窗，天窗上蓋有透光板(8)；氣推式光生物反應器設有pH電極、溶氧電極、溫度傳感器、液位計，其進氣管(5)、補液管(4)、排液管(3)上都設有手動及自動閥門，氣推式光生物反應器天窗上的透光板(8)設有手動及自動移動裝置。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特征 在于所述的透光板(8)采用鋼化玻璃板或有機玻璃板或聚碳酸酯 板。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特征 在于所述的農用薄膜(7)采用有利于光合作用的無滴薄膜或轉光 膜。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特征 在于進氣管(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。
專利摘要本實用新型涉及微藻培養(yǎng)工程領域與環(huán)保技術領域，具體地說一種產業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產裝置，每個氣推式光生物反應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，氣推式光生物反應器底部設有排液管，反應器上部設有補液管，其中部的隔離墻上固定有進氣管，進氣管與多根L型的支管連接，支管的橫管的側壁開有微噴氣孔，整個反應器用農用薄膜完整地覆蓋并設有天窗，形成封閉式光生物反應器。本實用新型結合開放式與封閉式光生物反應器各自優(yōu)點，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)先權日2008年5月27日
發(fā)明者蔡志武 申請人:蔡志武