專利名稱：一種固碳除氧光生物反應器及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，涉及一種光生物反應器及其應用。
背景技術(shù)：
近些年來，大氣層中溫室氣體濃度不斷升高導致全球暖化，帶來各種環(huán)境問題。二氧化碳占溫室氣體排放的68%，是溫室氣體主要組成部分。大氣中CO2濃度已從工業(yè)化前約280ppm增加到了 2005年的379ppm。在未來的30-40年內(nèi)，二氧化碳濃度將達到540ppm。工業(yè)廢氣中含有高濃度二氧化碳，是排放二氧化碳重點點源。利用微藻的光合作用吸收二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)，并釋放氧氣。微藻生物質(zhì)中，含有脂肪酸，蛋白質(zhì)，維生素等物質(zhì)，可以用來，生產(chǎn)動物飼料，食品添加劑，生物柴油等高附加值產(chǎn)品。微培養(yǎng)微藻的光生物反應器有開放式和密閉式兩種。常見的開放式光生物反應器
主要有跑道池。開放式光生物反應器具有優(yōu)點是構(gòu)建簡單、成本低廉及操作簡便，但是開放式培養(yǎng)過程受光照、溫度等自然環(huán)境影響較大，并且易被真菌、原生動物和其他藻種污染，同時水分蒸發(fā)嚴重，二氧化碳供給不足，這些因素都將導致藻細胞培養(yǎng)密度偏低、采收成本較高。密閉式光合生物反應器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可無菌操作，容易進行高密度培養(yǎng)，已成微藻培養(yǎng)的發(fā)展方向。密閉式光生物反應器主要具有以下特點比表面積大；光能利用率高；生長參數(shù)容易控制，培養(yǎng)環(huán)境非常穩(wěn)定；容易控制污染，能夠?qū)崿F(xiàn)無菌培養(yǎng)；產(chǎn)率較高；二氧化碳利用率較高；但是該類型反應器光合作用強度大并且密閉，導致溶解氧易積累。當藻液中溶解氧含量超過400 %，在高光照強度下發(fā)生光氧化作用，會損傷藻細胞，抑制微藻光合作用合生長，光生物反應器去除二氧化碳效率降低。因此解決光生物反應器中溶解氧積累，是提高光生物反應器二氧化碳去除效果的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種固碳除氧的光生物反應器及其應用。該反應器可以提高二氧化碳的去除效率和促進光生物反應器藻液內(nèi)部的溶解氧解析。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種光生物反應器，包括光生物反應器主體、供氣裝置、溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、和光照裝置，還包括曝氣系統(tǒng)，其中，所述的曝氣系統(tǒng)包括增壓泵和曝氣器，所述的曝氣器位于反應器主體的底部，與置于光生物反應器主體外部的增壓泵相連。所述的供氣裝置包括貯氣瓶和氣體流量計，所述的貯氣瓶與氣體流量計相連，貯氣瓶輸出的氣體通過氣體流量計控制氣體流速。所述的溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)包括二氧化碳電極、pH電極、溶解氧電極、信號轉(zhuǎn)換器和計算機。所述的二氧化碳電、PH電極、溶解氧電極位于光生物反應器主體的頂部，并分別與信號轉(zhuǎn)換器相連，采集溶液中溶解氧，溶解二氧化碳及PH電信號。所述的信號轉(zhuǎn)換器通過串行接口與計算機相連，將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字型號，每隔一分鐘記錄溶液中參數(shù)變化。
所述的增壓泵將光生物反應器上部藻液循環(huán)打入底部曝氣器，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的。所述的光照裝置為熒光燈管或LED燈板，照明裝置為光生物生物反應器提供光照。所述的曝氣器通過管路與貯氣瓶連接。所述的增壓泵的進水口與排液口相連，其出水口與光生物反應器主體底部的進液口連接。所述的曝氣器與進液口連接。所述的光生物反應器頂部設有排氣口，排放處理后的氣體?；蛩龅墓馍锓磻髦黧w的材料為聚甲基丙烯酸甲酯，呈圓筒狀，高徑比為6，其內(nèi)徑范圍為0. 12-0. 18m,高為0. 7-1. 5m。本發(fā)明利用微藻固定煙氣中二氧化碳并脫除溶液中溶解氧的應用。一種利用上述光生物反應器固碳除氧的應用，包括步驟(I)將藻液加入到光生物反應器主體中，打開貯氣瓶，向反應器主體通氣，打開光照裝置，對藻液進行光照；同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)；(2)打開增壓泵，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，進行曝氣，達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的；曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口排放。所述的步驟(2)的光生物反應器的溫度為25-30°C。所述的貯氣瓶中二氧化碳濃度為5_15%，其余為氮氣。所述的步驟(I)中藻液為綠球藻的藻液，處于對數(shù)生長期，藻液密度為0. 5-1. 5g/L0所述的光照強度為70-280 U mol/m2/S。
所述的步驟(I)中氣體流速為30-120mL/min,氣體流速通過氣體流量計(8)控制，光照強度為70-280 iimol/mVs，光照時間為12_24h/d。所述的增壓泵⑴的揚程為5-12m，流量3_6m3。所述的步驟(I)中，打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30是打開信號轉(zhuǎn)換器12和計算機13，通過二氧化碳電極9，pH電極10，溶解氧電極11監(jiān)測溶液中溶解二氧化碳，pH，溶解氧。本發(fā)明培養(yǎng)微藻固定含有高濃度二氧化碳氣體，所公開的固碳除氧光生物反應器具有以下效果和優(yōu)點。(I)光生物反應器底部安裝曝氣器，外部增壓泵將光生物反應器上部藻液循環(huán)打入底部曝氣器，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，同時達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，和溶液均質(zhì)混合的效果。(2)藻液經(jīng)過增壓泵循環(huán)經(jīng)過曝氣器，氣液傳質(zhì)效果好，光生物反應器中溶解氧在維持在較低濃度，避免溶解氧積累，發(fā)生光氧化作用。二氧化碳去除率高，適合處理煙氣中
二氧化碳。


圖I為本發(fā)明實施例的實驗裝置圖。20供氣裝置，30溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，40曝氣系統(tǒng)；
I增壓泵，2進液口，3曝氣器，4排液口，5光生物反應器主體，6排氣口，7貯氣瓶，8氣體流量計，9 二氧化碳電極，IOpH電極，11溶解氧電極，12信號轉(zhuǎn)換器，13計算機；14光照裝置。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖I所示，一種光生物反應器，包括光生物反應器主體5、供氣裝置20、溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30、曝氣系統(tǒng)40和光照裝置14，其中，曝氣系統(tǒng)40包括增壓泵I和曝氣器3，曝氣器3位于反應器主體5的底部，與置于反應器主體5外部的增壓泵I相連。供氣裝置20包括貯氣瓶7和氣體流量計8，貯氣瓶7與氣體流量計9相連，貯氣瓶7輸出的氣體通過氣體流量計9控制氣體流速。溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30包括二氧化碳電極9、pH電極10、溶解氧電極11、信號轉(zhuǎn)換器12和計算機13。二氧化碳電極9、pH電極10、溶解氧電極11位于光生物反應器主體5的頂部，并分別與信號轉(zhuǎn)換器12相連，采集溶液中溶解氧，溶解二氧化碳及pH電信號。信號轉(zhuǎn)換器12通過串行接口與計算機13相連，將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字型號，每隔一分鐘記錄溶液中參數(shù)變化。增壓泵I將光生物反應器上部藻液循環(huán)打入底部曝氣器，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的。光照裝置14為熒光燈管或LED燈板，光照強度范圍在70-280 μ mol/m2/S，照明裝置14為光生物生物反應器提供光照。曝氣器3通過管路與貯氣瓶7連接。增壓泵I的進水口與排液口 4相連，其出水口與光生物反應器主體5底部的進液口 2連接。曝氣器3與進液口 2連接。光生物反應器頂部密封，設有排氣口 6，排放處理后的氣體。光生物反應器主體5由采用聚甲基丙烯酸甲酯材料加工制成，圓筒狀，高徑比為6，其內(nèi)徑范圍為O. 12-0. 18m，高為O. 7-1. 5m。實施例I(I)用對數(shù)生長期的綠球藻作為實驗藻種，將密度為I. Og/L的藻液加入到光生物反應器主體5中；打開貯氣瓶7，供氣裝置中氣體組分為二氧化碳10%，氮氣90%，氣體流速為30mL/min ;打開光照裝置14,對藻液進行光照,光照強度為140ymol/m2/s ;同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)；(2)打開增壓泵1，流量為4m3/h，揚程為Sm，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器3，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的；其中，光生物反應器主體5中藻液溫度為25-30°C ;在光生物反應器光照期間持續(xù)曝氣；曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口 6排放。反應器運行時，在線監(jiān)測裝置監(jiān)測藻液中的參數(shù)變化，排氣口采集氣體樣品。測得二氧化碳去除率為87%，藻液中溶解氧為73%。實施例2
(I)將密度為I. 5g/L的藻液加入到光生物反應器主體5中；打開貯氣瓶7，供氣裝置中氣體組分為二氧化碳5%，氮氣95%，氣體流速為100mL/min ;打開光照裝置14，對藻液進行光照，光照強度為ZeOymol/mVs ;同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)；(2)打開增壓泵1，流量為4m3/h，揚程為Sm，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器3，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的；其中，光生物反應器主體5中藻液溫度為25-30°C ;在光生物反應器光照期間持續(xù)曝氣；曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口 6排放。反應器運行時，在線監(jiān)測裝置監(jiān)測藻液中的參數(shù)變化，排氣口采集氣體樣品。測得二氧化碳去除率為60%，藻液中溶解氧為53%。實施例3(I)將密度為I. Og/L的藻液加入到光生物反應器主體5中；打開貯氣瓶7，供氣裝置中氣體組分為二氧化碳15%，氮氣85%，氣體流速為40mL/min ;打開光照裝置14，對藻液進行光照，光照強度為ZOOymol/mVs ;同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)；(2)打開增壓泵1，流量為4m3/h，揚程為Sm，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器3，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的；其中，光生物反應器主體5中藻液溫度為25-30°C ;在光生物反應器光照期間持續(xù)曝氣；曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口 6排放。反應器運行時，在線監(jiān)測裝置監(jiān)測藻液中的參數(shù)變化，排氣口采集氣體樣品。測得二氧化碳去除率為66%，藻液中溶解氧為88%。實施例4(I)將密度為0.5g/L的藻液加入到光生物反應器主體5中；打開貯氣瓶7，供氣裝置中氣體組分為二氧化碳5%，氮氣95%，氣體流速為30mL/min ;打開光照裝置14，對藻液進行光照，光照強度為90 u mol/m2/s ;同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)30監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)；(2)打開增壓泵1，流量為4m3/h，揚程為Sm，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器3，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，可以達到二氧化碳傳質(zhì)，溶解氧解析，藻液均質(zhì)混合的目的；其中，光生物反應器主體5中藻液溫度為25-30°C ;在光生物反應器光照期間持續(xù)曝氣；曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口 6排放。反應器運行時，在線監(jiān)測裝置監(jiān)測藻液中的參數(shù)變化，排氣口采集氣體樣品。監(jiān)測排氣口氣體組分變化，二氧化碳去除率為57%，藻液中溶解氧為65%。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光生物反應器，包括光生物反應器主體(5)、供氣裝置(20)、溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)(30)、和光照裝置(14)，其特征在于還包括曝氣系統(tǒng)(40)，所述的曝氣系統(tǒng)(40)包括增壓泵(I)和曝氣器(3)，所述的曝氣器(3)位于光生物反應器主體(5)的底部，與置于光生物反應器主體(5)外部的增壓泵(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光生物反應器，其特征在于所述的供氣裝置(20)包括貯氣瓶(7)和氣體流量計(8)，所述的貯氣瓶(7)與氣體流量計(9)相連，貯氣瓶(7)輸出的氣體通過氣體流量計(9)控制氣體流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光生物反應器，其特征在于所述的溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)(30)包括二氧化碳電極(9)、pH電極(10)、溶解氧電極(11)、信號轉(zhuǎn)換器(12)和計算機(13)，所述的二氧化碳電極(9)、pH電極(10)、溶解氧電極(11)位于光生物反應器主體(5)的頂部，并分別與信號轉(zhuǎn)換器(12)相連；所述的信號轉(zhuǎn)換器(12)通過串行接口與計算機(13)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光生物反應器，其特征在于所述的光照裝置(14)為熒光燈管或LED燈板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光生物反應器，其特征在于所述的曝氣器(3)通過管路與貯氣瓶(7)連接； 或所述的增壓泵(I)的進水口與排液口(4)相連，其出水口與光生物反應器主體(5)底部的進液口(2)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光生物反應器，其特征在于所述的曝氣器(3)與進液口(2)連接； 或所述的光生物反應器頂部設有排氣口(6)； 或所述的光生物反應器主體(5)的材料為聚甲基丙烯酸甲酯，呈圓筒狀，高徑比為6，其內(nèi)徑范圍為O. 12-0. 18m,高為O. 7-1. 5m。
7.—種權(quán)利要求1-6中任一所述的光生物反應器固定煙氣中二氧化碳并脫除溶液中溶解氧的應用，其特征在于包含以下步驟 (1)將藻液加入到光生物反應器主體(5)中，打開貯氣瓶(7)，向反應器主體通氣，打開光照裝置(14)，對藻液進行光照；同時打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)(30)監(jiān)控固碳除氧過程中的參數(shù)； (2)打開增壓泵(1)，藻液在增壓泵的循環(huán)下，不斷打入曝氣器(3)，藻液與二氧化碳氣體在曝氣器內(nèi)部混合，進行曝氣，曝氣完畢后，剩余氣體通過排氣口(6)排放。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于所述的步驟(2)的光生物反應器的溫度為25-30 0C ； 或所述的貯氣瓶(7)中二氧化碳濃度為5-15%，其余為氮氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于或所述的步驟(I)中藻液為綠球藻的藻液，處于對數(shù)生長期，藻液密度為O. 5-1. 5g/L ； 或所述的步驟(I)中氣體流速為30-120mL/min,氣體流速通過氣體流量計(8)控制,光照強度為70-280ymol/m2/s，光照時間為12_24h/d ； 或所述的光照強度為70-280 μ mol/m2/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于所述的增壓泵(I)的揚程為5-12m，流量3_6m3；或所述的步驟(I)中，打開溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)(30)是打開信號轉(zhuǎn)換器(12)和計算機 (13)，通過二氧化碳電極(9 )，pH電極(10 )，溶解氧電極(11)監(jiān)測溶液中溶解二氧化碳，pH,溶解氧。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，涉及一種光生物反應器及其應用。該光生物反應器，包括光生物反應器主體(5)、供氣裝置(20)、溶液參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)(30)和光照裝置(14)，還包括曝氣系統(tǒng)(40)，所述的曝氣系統(tǒng)(40)包括增壓泵(1)和曝氣器(3)，所述的曝氣器(3)位于反應器主體(5)的底部，與置于反應器主體(5)外部的增壓泵(1)相連。本發(fā)明的光生物反應器的二氧化碳去除效率高，光生物反應器內(nèi)藻液溶解氧積累少，藻體不易沉淀。
文檔編號C12M1/04GK102676371SQ20121011857
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者柴曉利, 趙欣, 趙由才 申請人:同濟大學