一種跑道池光生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種跑道池光生物反應(yīng)器，包括跑道池（1）、變速攪拌系統(tǒng)、二氧化碳補給系統(tǒng)（4），地控溫系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：（1）將可變的液壓攪拌系統(tǒng)引入反應(yīng)器設(shè)計，從而適合不同機械抗性類型的微藻培養(yǎng)；（2）與傳統(tǒng)使用電機比較，一臺液壓攪拌系統(tǒng)可驅(qū)動多個跑道池，規(guī)?；瘧?yīng)用可大大降低投資成本和運行能耗；（3）反應(yīng)器增加二氧化碳補給系統(tǒng)，補給系統(tǒng)末端設(shè)置氣體細化器，延長二氧化碳在水中的滯留時間，提高微藻對二氧化碳的利用率；（4）跑道池頂部設(shè)置塑料薄膜，減低外來的污染幾率；（5）采用新型的循環(huán)控溫系統(tǒng)，延長微藻在冬季和夏季的培養(yǎng)時間，同時降低反應(yīng)器能耗。
【專利說明】一種跑道池光生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域，特別涉及一種跑道池光生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是自然水體的主要生產(chǎn)者，在全球能量轉(zhuǎn)化和碳素循環(huán)中發(fā)揮重要作用，每年通過微藻光合作用固定的CO2約占全球CO2固定量的40%以上。同時，微藻細胞富含蛋白質(zhì)、色素及多種不飽和脂肪酸等高附加值生物活性物質(zhì)，逐步成為保健食品、醫(yī)藥及精細化工等領(lǐng)域的重要材料來源。隨著傳統(tǒng)化石能源(石油、煤炭等)的日益枯竭，微藻作為可再生能源(油脂等)得到了人們的高度重視，具有重要社會和環(huán)境效應(yīng)的微藻產(chǎn)業(yè)則顯示出廣闊的應(yīng)用前景。 [0003]目前,微藻的規(guī)模化培養(yǎng)主要有開放式和封閉式兩種培養(yǎng)模式。封閉式培養(yǎng)的反應(yīng)器主要有柱式、板式和管式光生物反應(yīng)器，其優(yōu)點為光能利用率高、不易污染、培養(yǎng)密度高等，但封閉式培養(yǎng)的投資和操作成本較高、噸級放大不穩(wěn)定、清洗消毒較困難等缺點。
[0004]開放式培養(yǎng)的代表性反應(yīng)器為跑道式培養(yǎng)池，作為開發(fā)最早和應(yīng)用最廣的培養(yǎng)方式，有構(gòu)建簡單、投資成本低、噸級放大簡單、清洗消毒便捷等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的微藻生產(chǎn)企業(yè):美國Cyanotech公司、新西蘭Aquaflow Bionomic公司、以色列Seambiotc公司、英國AlgaeVS公司；國內(nèi)的云南綠A生物工程有限公司、江蘇賜百年營養(yǎng)食品有限公司、荊州蝦青素有限公司、云南麟瓏微藻養(yǎng)殖有限公司等。但跑道池同樣也存在光能利用率低、易污染的缺點。尤其對一些普適性生長條件的微藻，讓其在培養(yǎng)初期更快適應(yīng)跑道池生境，迅速成為優(yōu)勢種，將大大提高微藻工業(yè)化的成功率。
[0005]循環(huán)攪拌系統(tǒng)是跑道池的核心組成部分，它的主要作用有:一、保障培養(yǎng)液中營養(yǎng)鹽的攪拌均勻，使藻細胞在培養(yǎng)液各位置都能得到充足的營養(yǎng)供應(yīng)，二、保障充分的氣體交換，使大氣或?qū)Ｓ玫腃O2氣罐的CO2在藻液中充分溶解以保障光合作用的順利進行，三、保證藻液在培養(yǎng)池內(nèi)循環(huán)流動，保障微藻均勻的分布在培養(yǎng)液中提高其光能利用率，避免藻細胞的聚集沉降。
[0006]目前的跑道池反應(yīng)器多采用電機帶動漿輪進行攪拌，且為了達到較低的轉(zhuǎn)速，常見的多為針輪擺線減速機。電機攪拌系統(tǒng)大多為定速攪拌，而調(diào)速電機雖然可以達到調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的目的，但一方面成本太高，另一方面無法滿足藻類培養(yǎng)的低轉(zhuǎn)速要求(5-50轉(zhuǎn)/分鐘)。
[0007]電機定速攪拌系統(tǒng)在微藻培養(yǎng)中的主要缺陷有:(1)無法解決微藻不同生長階段、生長條件與相應(yīng)的攪拌頻率之間的矛盾。例如在微藻的生長初期，多需要較低的擾動和水流速率，高的攪拌頻率對部分微藻存在抑制作用；在生長后期，為保障更好的氣體交換和避免高密度藻細胞的聚集下沉則需要較高的攪拌頻率；(2)多適用于機械抗性較強的藻株培養(yǎng)(小球藻、螺旋藻等)，對于機械抗性較弱的藻株(雨生紅球藻等)培養(yǎng)則存在限制；(3)電機運行過程中能耗較高。
[0008]針對循環(huán)攪拌系統(tǒng)的缺點，蔡志武的“一種產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)微藻的生產(chǎn)裝置”(中國專利，CN201245640Y)公開了一種通過鼓氣方式實現(xiàn)藻液循環(huán)的生產(chǎn)裝置，該裝置的缺點是管路復(fù)雜，不適合大規(guī)模放大，不適合所有的藻株培養(yǎng)。張成武等的“一種實現(xiàn)微藻規(guī)模化培養(yǎng)的跑道池光生物反應(yīng)器”(中國專利，CN102304462 B)公開了兩套藻液循環(huán)系統(tǒng)(分別是攪拌槳循環(huán)系統(tǒng)和鼓氣氣升式循環(huán)系統(tǒng))以適應(yīng)不同抗性的藻株培養(yǎng)。該裝置的缺點是增加了跑道池結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和投資成本，同時也加大了后期的運行維護成本，不利于清洗和滅菌。
[0009]同時，傳統(tǒng)的跑道池光生物反應(yīng)器還存在如何低成本有效控溫、CO2利用率偏低等缺點。
[0010]因此，亟待設(shè)計一種新型的跑道池光生物反應(yīng)器方案以解決現(xiàn)有跑道池光生物反應(yīng)器的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目前在于針對【背景技術(shù)】中存在的問題，提供一種跑道池光生物反應(yīng)器，用以實現(xiàn)微藻的低成本高密度培養(yǎng)。
[0012]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，
一種跑道池光生物反應(yīng)器，包括跑道池(I )、變速攪拌系統(tǒng)、二氧化碳補給系統(tǒng)(4)，地控溫系統(tǒng)，
所述變速攪拌系統(tǒng)包括液壓動力系統(tǒng)(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置于跑道池內(nèi)，使藻液在跑道池內(nèi)循環(huán)流動；
液壓動力系統(tǒng)(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅(qū)動液壓馬達的電機
(31)、油泵(32)和調(diào)節(jié)、控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥(36)、方向控制閥(35)構(gòu)成；
所述二氧化碳補給系統(tǒng)(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置于跑道池(I)池底，所述氣體細化器設(shè)置在二氧化碳深槽中；
所述地控溫系統(tǒng)包括地下儲水池(51)、控溫系統(tǒng)(52)和循環(huán)控溫管路(54)，及位于所述循環(huán)控溫管路上的閥門和水泵，所述循環(huán)控溫管路由分布于跑道池(I)的分支管路并列--? 。
[0013]作為優(yōu)選項:
所述跑道池的正上方安裝可卷動的塑料透明薄膜。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(1)將可變的液壓攪拌系統(tǒng)引入反應(yīng)器設(shè)計，從而適合不同機械抗性類型的微藻培養(yǎng)；(2)與傳統(tǒng)使用電機比較，一臺液壓攪拌系統(tǒng)可驅(qū)動多個跑道池，規(guī)?；瘧?yīng)用可大大降低投資成本和運行能耗；(3)反應(yīng)器增加二氧化碳補給系統(tǒng)，補給系統(tǒng)末端設(shè)置氣體細化器，延長二氧化碳在水中的滯留時間，提高微藻對二氧化碳的利用率；(4)跑道池頂部設(shè)置塑料薄膜，減低外來的污染幾率；(5)采用新型的循環(huán)控溫系統(tǒng)，延長微藻在冬季和夏季的培養(yǎng)時間，同時降低反應(yīng)器能耗。
[0015]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為跑道池光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為液壓循環(huán)攪拌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為地控溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]1 —跑道池；2 —液壓動力系統(tǒng)；3 —攬拌獎；4 —二氧化碳補給系統(tǒng)；31 —電機；32—油泵；33—油箱；34—壓力控制閥；35—方向控制閥；36—流量控制閥；37—液壓馬達構(gòu)成；51—地下儲水池；52—控溫系統(tǒng)；54—循環(huán)控溫管路。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明通過下列非限制的實施實例進一步加以說明，但非用以限制本發(fā)明的范圍。
[0020]
1.如圖1，與2，圖3所示，一種跑道池光生物反應(yīng)器，包括跑道池(I)、變速攪拌系統(tǒng)、二氧化碳補給系統(tǒng)(4)，地控溫系統(tǒng)，
所述變速攪拌系統(tǒng)包括液壓動力系統(tǒng)(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置于跑道池內(nèi)，使藻液在跑道池內(nèi)循環(huán)流動；
液壓動力系統(tǒng)(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅(qū)動液壓馬達的電機
(31)、油泵(32)和調(diào)節(jié)、控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥(36)、方向控制閥(35)構(gòu)成；
所述二氧化碳補給系統(tǒng)(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置于跑道池(I)池底，所述氣體細化器設(shè)置在二氧化碳深槽中；
所述地控溫系統(tǒng)包括地下儲水池(51)、控溫系統(tǒng)(52)和循環(huán)控溫管路(54)，及位于所述循環(huán)控溫管路上的閥門和水泵，所述循環(huán)控溫管路由分布于跑道池(I)的分支管路并列--? 。
[0021 ] 跑道池的正上方安裝可卷動的塑料透明薄膜。
[0022]所述跑道池I由水泥砌成的橢圓形淺池，高度通常為10-50cm，長度和寬度無特定要求，跑道池內(nèi)表面光滑，在池內(nèi)可加鋪PVC革、塑料薄膜等易清洗光滑材料。液壓系統(tǒng)為跑道池藻液提供動力，通過將液壓動力傳輸?shù)揭簤厚R達37，經(jīng)液壓馬達傳動攪拌槳2，達到為跑道池藻液循環(huán)提供動力的目的。攪拌槳的扭力和轉(zhuǎn)速可調(diào)O 5轉(zhuǎn)/分鐘)，根據(jù)不同藻株生長條件的差異及藻株不同生長階段對水動力需求的差異，調(diào)節(jié)壓力控制閥和流量控制閥以控制攪拌槳的扭力和轉(zhuǎn)速，機械抗性較強和機械抗性較弱的藻株均可適用。攪拌槳需采用抗腐蝕材料制作。
[0023]所述二氧化碳補給系統(tǒng)4主要用于培養(yǎng)液中二氧化碳的補給，
所述地控溫系統(tǒng)主要用于培養(yǎng)液冬季的升溫和夏季的降溫，所述地下蓄水池布置在地下，有利于水溫的穩(wěn)定(冬暖夏涼)，降低能耗，同時冬季可使用加熱器或鍋爐的余熱加溫，夏季可使用冷水機幫助降溫，保障適合于藻株生長的水溫。所述循環(huán)管路鋪設(shè)于跑道池內(nèi)。
[0024]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，進行了如下對比試驗:
對比試驗一
兩個長為4米、寬為2米的橢園型跑道池進行陽光大棚內(nèi)的雨生紅球藻Qiaematococcus)培養(yǎng)。培養(yǎng)液高度為0.15米(裝液量1200升)，采用加富的MCM培養(yǎng)基，細胞接種密度2.0*104個/mL。其中對照跑道池的攪拌系統(tǒng)通過電機驅(qū)動，整個培養(yǎng)周期中轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，無二氧化碳補充體系。實驗組則采用本實驗新型跑道池，在藻液接入初期，攪拌頻率為10轉(zhuǎn)/分鐘，在藻液培養(yǎng)中期，轉(zhuǎn)速上調(diào)至17轉(zhuǎn)/分鐘，至藻液培養(yǎng)末期，轉(zhuǎn)速調(diào)制30轉(zhuǎn)/分鐘，培養(yǎng)過程中二氧化碳補充系統(tǒng)，通入空氣/C02的混合氣體(5%C02，v/v)，通氣量為0.2VVM。培養(yǎng)周期內(nèi)，平均氣溫和光照強度為:8:00時17°C，150umol/m2/s, 13:00 時 29°C，400umol/m2/s，17:00 時 23°C，170umol/m2/s。培養(yǎng) 10 天后，取樣分析，藻細胞濃度達1.9*105個/mL，而對照組培養(yǎng)10天后藻細胞濃度為1.1 *105個/mL。相對于對照組，細胞培養(yǎng)濃度提高了 72.7%。
[0025]對比試驗二
兩個長為4米、寬為2米的橢園型跑道池進行進行陽光大棚內(nèi)的微囊藻(Microcystis)培養(yǎng)。培養(yǎng)液高度為0.15米(裝液量1200升)，采用MA培養(yǎng)基，細胞接種密度1.2*106個/mL。其中對照跑道池的攪拌系統(tǒng)通過電機驅(qū)動，整個培養(yǎng)周期中轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，無二氧化碳補充體系。實驗組則采用本實驗新型跑道池，在藻液接入初期，攪拌頻率為15轉(zhuǎn)/分鐘，在藻液培養(yǎng)中期，轉(zhuǎn)速上調(diào)至25轉(zhuǎn)/分鐘，至藻液培養(yǎng)末期，轉(zhuǎn)速調(diào)制33轉(zhuǎn)/分鐘，培養(yǎng)過程中二氧化碳補充系統(tǒng)，通入空氣/C02的混合氣體(5% C02,v/V)，通氣量為0.2VVM。培養(yǎng)周期內(nèi)，平均氣溫和光照強度為:8:00時24°C，190umol/m2/s，13:00 時 36°C，630umol/m2/s，17:00 時 30°C，230umol/m2/s。培養(yǎng) 10 天后，取樣分析，藻細胞濃度達4.7*107個/mL，而對照組培養(yǎng)10天后藻細胞濃度為2.6 *107個/mL。相對于對照組，細胞培養(yǎng)濃度提高了 80.8%。
[0026]對比試驗三
跑道池冷卻系統(tǒng)組建，冷水機(濕簾和風(fēng)機)對地下蓄水池的水進行降溫，冷卻循環(huán)水經(jīng)地下蓄水池流出，經(jīng)水泵加壓后進入分支水管，每個跑道池設(shè)置兩組水管，循環(huán)水最終流回地下蓄水池，通過循環(huán)水穩(wěn)定培養(yǎng)液的水溫，保障微藻正常培養(yǎng)溫度，延長培養(yǎng)周期。
·[0027] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成，但本發(fā)明并不局限于上述結(jié)構(gòu)，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明所選用部件的等效替換及輔助部件的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種跑道池光生物反應(yīng)器，其特征在于:包括跑道池(I)、變速攪拌系統(tǒng)、二氧化碳補給系統(tǒng)(4)，地控溫系統(tǒng)， 所述變速攪拌系統(tǒng)包括液壓動力系統(tǒng)(2)和攪拌槳(3)，所述攪拌槳置于跑道池內(nèi)，使藻液在跑道池內(nèi)循環(huán)流動； 液壓動力系統(tǒng)(2)包括:為攪拌槳輸入可變動力源的液壓馬達和驅(qū)動液壓馬達的電機(31)、油泵(32)和調(diào)節(jié)、控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和方向的壓力控制閥(34)、流量控制閥(36)、方向控制閥(35)構(gòu)成； 所述二氧化碳補給系統(tǒng)(4)包括氣體鋼瓶、二氧化碳深槽和氣體細化器，二氧化碳深槽置于跑道池(I)池底，所述氣體細化器設(shè)置在二氧化碳深槽中； 所述地控溫系統(tǒng)包括地下儲水池(51)、控溫系統(tǒng)(52)和循環(huán)控溫管路(54)，及位于所述循環(huán)控溫管路上的閥門和水泵，所述循環(huán)控溫管路由分布于跑道池(I)的分支管路并列--? 。
2.如權(quán)利要求1所述的跑道池光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述跑道池的正上方安裝可卷動的塑 料透明薄膜。
【文檔編號】C12M1/02GK103627632SQ201310609278
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】陳偉, 徐瑤, 柴文波, 干松浩, 潘倩倩 申請人:青島旭能生物工程有限責(zé)任公司