專利名稱：一種培養(yǎng)微藻的生產裝置及其生產方法
技術領域：
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本發(fā)明涉及微藻培育工程領域，特別是涉及培養(yǎng)微藻的生產裝置及其生產方法。
背景技術：
微藻類自古至今一直生殖在淡水、海水或咸湖水中，特別是例如眾所周知螺旋藻是上世紀六十年代在乍得湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)至今，得到迅速發(fā)展，只因為該微藻含豐富的蛋白質和營養(yǎng)成份，被成為濃縮營養(yǎng)寶庫，被聯(lián)合國糧農組織(FAO)推薦為21世紀最理想完美的食品，世界各國紛紛競相生產，目前世界各國產量接近萬噸。
隨著世界各國工業(yè)生產迅速發(fā)展，能源消耗不斷增加，人類生存環(huán)境日趨惡化，工業(yè)CO2的排放量遠遠超過地球上植物所吸收消耗的CO2，造成氣候變暖，嚴重威脅到人類生存環(huán)境。然而不可再生的能源如天然氣、石油及煤炭資源日趨減少，近年來石油價格飛漲，不得不告誡人們必須尋找可再生的新能源成為世界各國注意焦點，其中含富油微藻引起人們特別關注。根據(jù)有關調查研究表明，目前使用的石油、天然氣正是源自史前的生物物質(包括海藻)，在高熱高壓條件下形成的，自然界的生物物質的分解過程特別是持續(xù)長達數(shù)百萬年之久。我們今天使用的很多石油都起源于200萬年前石炭紀，例如北海海底獲取的石油沉積物，部分是由一種已經分解的被稱為球石藻的海藻組成。今天培養(yǎng)微藻，能在數(shù)天內實現(xiàn)，有可能成為未來世界各國開發(fā)新能源填補即將耗盡的石油及天然氣資源。
目前，世界上培育的微藻(如螺旋藻等)的生產方式仍采用開放式-露天大池生產系統(tǒng)進行生產，盡管生產簡單，投資低，生產管理技術含量低，但這種生產方式存在諸多缺陷，例如易于生物染污，即來自水源、大氣、環(huán)境、操作等造成的污染，并受氣候條件嚴重制約，使微藻生產的產品質量及穩(wěn)定生產帶來極其不利影響，特別光照少多雨地區(qū)以及具有嚴冬季節(jié)長的地區(qū)無法全年正常生產，直接限制了微藻的培養(yǎng)與開發(fā)。進入上世紀八十年代以來，世界各國的微藻生產開發(fā)商(螺旋藻)及生產工程專家們?yōu)榱丝朔鲜鲋萍s生產發(fā)展的因素，開發(fā)多種封閉式培育微藻(如螺旋藻)的裝置和方法，例如管道式結構光生物反應器(Torzi110等人，1993)及CN1475558A公開微藻(螺旋藻)的反應器系統(tǒng)，采用人工光照培育的雙塔結構，這些裝置主要用來生產食品級螺旋藻，投資大，耗能高，成本高，不易長期工業(yè)化生產，至于對含富油微藻的培育裝置及生產方法尚未見有報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)在技術存在缺陷及不足，開發(fā)一種投資低，操作簡單，結構獨特，能充分利用太陽光，又能全天候生產的培養(yǎng)微藻的生產裝置及其生產方法。
本發(fā)明提供的培育(或稱育養(yǎng))微藻的生產裝置，其特征在于包括至少一個(透明管式培養(yǎng))反應器單元裝置(簡稱反應器)1，平行或交替平行間隔排列，例如包括直立或傾斜平行或交替平行間隔排列，分別通過法蘭11固定在地面底座10上構成系列生產裝置；每個透明管式培養(yǎng)反應器單元裝置由透明材料制成管式或圓筒體，直徑25～100cm，高2～6米，優(yōu)選2～4米，反應器頂端中心設有排氧出氣口7及上端部進水口13，底端中心設有CO2進氣口6，下底部設有微藻培養(yǎng)液放出口8；在管式培養(yǎng)反應器單元裝置的中心軸線區(qū)設有靜態(tài)混合器2、光照裝置3、以及電磁振蕩器9，所述靜態(tài)混合器為中空管葉片式靜態(tài)混合器或螺帶式靜態(tài)混合器，設在反應器中心軸線區(qū)，它由中心空管與交替設置4-12個導流葉片4(視反應器高度而定)組成，導流葉片為中空導流葉片，在導流葉片上設有若干個CO2出口微噴嘴(孔)，CO2可通過微噴嘴連續(xù)向反應器內輸送CO2，通過嵌合與反應器上下法蘭相接固定在反應器中心軸線區(qū)中央。中心空管上、導流葉片上及反應器底部上設有CO2出口微噴嘴，CO2通過中心空管、反應器底上及導流葉片上微噴嘴連續(xù)供給反應器內微藻所需的CO2；上端部位處設有氧氣和CO2通道孔12；光照裝置設在靜態(tài)混合器中心空管中心與反應器頂法蘭嵌合相連；電磁振蕩器設在反應器底部靜態(tài)混合器周圍。
本發(fā)明提供的培養(yǎng)微藻的生產方法，包括在培養(yǎng)微藻的生產裝置或培養(yǎng)微藻管式反應器單元裝置中，裝入接種微藻液為反應器容積1/100至1/4，其余為水，如果需要還可加入微藻培養(yǎng)過程中加快生長速度的有機和無機營養(yǎng)物質、微量元素及促進含油微藻快速生長的激素，連續(xù)通入來自電廠或其它CO2源，使微藻處于磁場及微振動下，由于電廠CO2源為熱CO2源，可用來調節(jié)培養(yǎng)溫度，培養(yǎng)溫度為25～45℃，培養(yǎng)時間1-10天，充分利用太陽光使微藻在陽光下迅速繁殖，如果需要夜間連續(xù)生產可采用光照裝置。視微藻培養(yǎng)液濃度不定期收集微藻，即使反應器中培養(yǎng)過的微藻液排出3/4至99％經培養(yǎng)液放出口采集，經離心去水或經噴霧干燥等制成微藻粉或經高壓澎脹破微藻壁提油成分。
按照本發(fā)明提供的培養(yǎng)微藻的生產裝置及培養(yǎng)微藻的生產方法中，所述微藻包括來自淡水微藻，咸湖水微藻或海水微藻等，例如綠藻、藍藻、硅藻、紅球藻、雨生紅球藻、紫球藻等，優(yōu)選為含油脂高的微藻如綠藻、紅球藻、雨生紅球藻、硅藻或藍球藻等。接種微藻液通常為反應器容積的1/100至1/4，其中微藻液可以無需每次外來接種液，只需每次采集培養(yǎng)過的微藻液排放反應器內藻液的3/4至99/100，剩于1/100至1/4為下次培養(yǎng)液中的接種微藻液。
本發(fā)明微藻培養(yǎng)中所需CO2氣體來自電廠或其它CO2源排出經處理除去氣體中所含不利于微藻繁殖的雜質氣體和微粒(包括粉塵)物質，(即符合微藻生長繁殖所要求的CO2氣體)，因為來自電廠的CO2資源豐富，價廉，而且是熱的CO2，可通過熱CO2或加熱CO2來調節(jié)培養(yǎng)溫度，培養(yǎng)溫度一般25～45℃.根據(jù)不同微藻采用不同的培養(yǎng)溫度。
所述透光材料是采用透光性好的玻璃，加強玻璃如高硼硅加強玻璃，有機玻璃，透明性聚合物材料如透明性聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯或一氧化碳與脂肪不飽和化合物的共聚物等。
在所述培養(yǎng)微藻的生產裝置中，管式培養(yǎng)微藻反應器單元裝置可以獨立單獨生產微藻或者多個例如平行間隔排列或交替平行間隔排列或向陽光傾斜式排列構成系列生產線，各個單元裝置的氧氣排氣口都可連接在一個管線上，作回收或放空處理。同時這種排列可充分利用自然太陽光使培養(yǎng)微藻反應器單元裝置全方位都處于太陽光照射之下，能充分利用太陽光。與此同時，在太陽光不足的天氣及晚間可采用光照裝置同樣能以自然太陽光一樣光照使微藻快速繁殖。微藻在正常生長條件下，每1-5小時即可繁殖一代，微藻可以在太陽光照射下，于水中吸收CO2就能迅速繁殖，為了使微藻繁殖更迅速，還可以在水中加入適量有機及無機物質(含氮、P、K)、微量元素及富油含量的生長激素(都是市售產品)。在反應器單元裝置內設靜態(tài)混合器，例如在中心軸線區(qū)設有如圖1、2所示的導流葉片(或簡稱葉片)式靜態(tài)混合器如漿式或螺帶式導流葉片，其中導流葉片交替排列在中心空管上(以嵌合或點焊連接)，分布于整個反應器空間中，導流葉片為中空導流葉片，并在導流葉片上設有微噴嘴(孔)，CO2可通過此孔不斷向培養(yǎng)液中補充CO2，使CO2在整個反應器內濃度均一，或者當反應器單元裝置直徑在80~100cm，可在中心軸線區(qū)光照裝置周圍空間設3-6個帶有導流葉片的靜態(tài)混合器(圖1所示的類型靜態(tài)混合器)。在靜態(tài)混合器的中心空管上或導流葉片上及反應器底部上設有CO2單向出口(微)噴嘴，CO2經中心空管、導流葉片及底部微噴嘴進入反應器，上升過程中受導流葉片作用于整個反應器空間中，使CO2與微藻液均勻充分混合分布，使整個反應器中CO2分布濃度接近相同。并以零剪切湍動。在底部設電磁振蕩器或石英磁性振蕩器使反應器內的微藻培養(yǎng)液中的微藻處于磁場及微振動中，極大有利于微藻的接觸流動與繁殖以及消除微藻有可能附于壁上。所述光照裝置設置在靜態(tài)混合器中心空管管內，發(fā)出類似于自然太陽光源和最適宜微藻生長，使整個反應器空間、頻率和波長全方位處于類太陽光照下，微藻能吸收到幾乎相同于太陽光的或更有益光照能量，在相同光照條件下繁殖由于它處于中心空管內，避免了光照裝置直接接觸微藻，產生受局部過熱不利于生產繁殖或死亡。光照裝置與中心空管之間存在CO2通道空間，可被CO2帶走產生的熱量。
本發(fā)明提供的培養(yǎng)微藻的生產裝置及方法中，還設有配套高壓噴槍水清洗設備及消毒設備，在生產過程中萬一產生反應器沾壁與結污或污染，可采用高壓噴槍水清洗設備或進行消毒，保證微藻生長。
本發(fā)明提供的培養(yǎng)微藻的生產裝置及其培養(yǎng)微藻的生產方法的特點為1.培養(yǎng)微藻的生產裝置結構獨特，操作簡單方便，占地面積小，能充分利用太陽光，節(jié)省電能，降低生產成本。
2.在生產裝置中由于采用靜態(tài)混合器及電磁振蕩器，培養(yǎng)微藻液處于磁場及微振動條件下均勻全方位以相同條件下迅速繁殖，沒有死角。
3.采用封閉結構以及能全天候生產完全控制外來環(huán)境生物異物的染污，確保微藻能正常迅速繁殖生長。
4.采用電廠的CO2氣源和其它CO2源，變廢為寶，通過靜態(tài)混合器中心空管上設置的CO2噴嘴及導流葉片上噴嘴以及底部微噴嘴使CO2在反應中分布均勻，上下濃度均一，并通過此熱CO2源能有效調節(jié)培養(yǎng)溫度確保全天候的培養(yǎng)溫度。
5.本發(fā)明的生產裝置由于科學合理設計，不易產生的結癡和沾壁，萬一出現(xiàn)此現(xiàn)象，可打開上法蘭用高壓水噴槍極易清洗及進行徹底消毒。
6.本發(fā)明的生產裝置及方法既可以以培養(yǎng)微藻反應器單元裝置進行單獨生產，又能多個或上百單元裝置進行集約化系列生產，保養(yǎng)維修簡單。
7.只要進行一次接種微藻，后續(xù)生產無需再接種微藻


圖1為培養(yǎng)微藻反應器單元裝置的結構示意2為靜態(tài)混合器螺帶導流葉片結構示意3為靜態(tài)混合器漿式導流葉片結構示意圖具體實施方式
本發(fā)明用下列具體實施方案結合附圖進一步說明本發(fā)明；但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列具體實施方案。
實施例1培養(yǎng)微藻的生產裝置為培養(yǎng)微藻反應器單元裝置，反應器采用透明聚乙烯圓筒形帶法蘭的反應器1，真徑80cm，高2.5米，通過法蘭11固定在地面底座10上。在反應器中心軸線區(qū)設有如圖1所示的漿式導流葉片靜態(tài)混合器2，漿式導流葉片4為8片，為中空式，設有微噴嘴，交替嵌合在中心空管上，中心空管中設有光照裝置3，CO2出口噴嘴(單問)5，交替設在中心空管、葉片及底部上，中心空管頂上部設有氧氣及CO2通道口12與頂部氧氣出口7相通，底部為CO2進氣口6，靜態(tài)混合器中心空管底部反應器內設電磁振蕩器9，底部一側設培養(yǎng)液放出口8及上部進水口13。在培養(yǎng)開始前，通過反應器頂部法蘭加入反應器容積1/10接種紅球藻液，殺菌水9/10，密封法蘭，啟動電磁振蕩器，使反應器內培養(yǎng)液處于微振動及電磁場下，來自電廠經處理過的CO2由底部CO2進氣口6進入中心空管經CO2出口噴嘴進入反應器培養(yǎng)液中，通過CO2進入量調節(jié)溫度在30～35℃，恒定后連續(xù)通入CO2，在培養(yǎng)過程中產生氧氣及未被微藻吸收的CO2經通道12從排氧出氣口排放，培養(yǎng)3天后(晚間打開光照裝置)測定微藻液濃度附合要求后，放出90％微藻培養(yǎng)液，留下1/10培養(yǎng)液作為下次培養(yǎng)接種微藻培養(yǎng)液，放出培養(yǎng)液經過濾除水再經噴霧干燥得藻粉。
權利要求
1.一種培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特征在于包括至少一個透明管式培養(yǎng)反應器單元裝置(1)，平行或交替平行間隔排列，分別通過法蘭(11)固定在地面底座(10)上構成系列生產裝置；每個管式培養(yǎng)反應單元裝置為透明材料制成的管式或圓筒體，直徑25～100cm，高2-6米，反應器頂端中心設有排氧出氣口(7)及上端部進水口(13)，底端中心設CO2進氣口(6)，下底部設微藻培養(yǎng)液放出口(8)；在單元裝置的中心軸線區(qū)設靜態(tài)混合器(2)，光照裝置(3)以及電磁振蕩器(9)，所述靜態(tài)混合器由中心空管與交替設置4～12個導流葉片(4)組成，通過嵌合與反應器上下法蘭(11)相接固定在反應器中心軸線區(qū)中央；中心空管、導流葉片及反應器底上均勻設有若干CO2出口微噴嘴及上端部處設有氧氣和CO2通道(12)；光照裝置設在靜態(tài)混合器中心空管中心與反應器頂法蘭嵌合相連，電磁振蕩器設在反應器底部靜態(tài)混合器周圍。
2.根據(jù)權利要求1的培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特生在于所述透明材料為玻璃，有機玻璃或透明性聚合物；所述導流葉片為中空導流葉片，在葉片上設若干個微噴嘴。
3.一種用權利要求1的生產裝置培養(yǎng)微藻的生產方法，其特征在于包括在培養(yǎng)微藻的生產裝置中，裝入接種微藻液為反應器容積百分之一至四分之一，其余為水或含有有機或無機營養(yǎng)物質、微量元素及激素的水；連續(xù)通入來自電廠或其它CO2源，使微藻培養(yǎng)液處于磁場及微振動下，培養(yǎng)溫度于25～45℃，培養(yǎng)時間1-10天，白天直接用自然太陽光，晚間使用光照裝置供給微藻所需光能量，達到培養(yǎng)濃度后排出微藻液四分之三至99％經培養(yǎng)液放出口采集，經離心去水或噴霧干燥得藻粉。
4.根據(jù)權利要求3的培養(yǎng)微藻的生產方法，其特征在于所述微藻為綠藻、藍藻、硅藻、紅球藻、雨生紅球藻或紫球藻。
5.根據(jù)權利要求4的培養(yǎng)微藻的生產方法，其特征在于所述微藻為紅球藻或雨生紅球藻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)微藻的生產裝置，其特征在于包括至少一個透明管式培養(yǎng)反應器單元裝置，平行或交替平行間隔排列，分別通過法蘭固定在地面底座上構成系列生產裝置，在反應器單元裝置中心軸線區(qū)設有靜態(tài)混合器、光照裝置及電磁振蕩器，在靜態(tài)混合器中心空管上、導流葉片上以及反應器底部上設有CO
文檔編號C12N1/12GK101050419SQ20071010794
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者王逢旦 申請人:王逢旦 被以下專利引用 (3),