一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于藻類(lèi)培養(yǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于化石燃料正面臨枯竭的危機(jī)，利用生物技術(shù)來(lái)產(chǎn)生能源以作為新的替代性能源，是非常重要的議題。以生物技術(shù)可產(chǎn)制的生物燃料種類(lèi)相當(dāng)多，例如經(jīng)由厭氧酸酵程序生產(chǎn)甲烷或氫氣、微藻類(lèi)培養(yǎng)生產(chǎn)氫氣(藍(lán)綠藻類(lèi))或生物質(zhì)柴油(硅藻、綠藻類(lèi))等。1930到1940年間，利用蔬菜油作為柴油燃料；自1980年起，就開(kāi)始研究以生物質(zhì)柴油燃料來(lái)替代柴油燃料。相比于柴油燃料，生物質(zhì)柴油燃料主要的優(yōu)點(diǎn)則是排出的溫室效應(yīng)氣體(特別是二氧化碳)及污染物的濃度低。美國(guó)能源部與太陽(yáng)能研究學(xué)會(huì)于1979年也開(kāi)始著手藻類(lèi)生產(chǎn)液態(tài)燃料的研究，發(fā)現(xiàn)相比于其它植物，藻類(lèi)儲(chǔ)存豐富的油脂，因此被視為有潛力的生物原料，可用來(lái)轉(zhuǎn)化成燃料，例如汽油和柴油燃料。微藻所含有的脂肪和油的含量組成相似于蔬菜油，然而任何一種藻類(lèi)都可獲得20 40wt %的平均油脂含量，有些藻類(lèi)甚至可獲得SOwt %的油脂含量。然而相比于通過(guò)由藻類(lèi)酸酵而產(chǎn)生甲烷或乙醇，直接萃取及純化藻類(lèi)中的油脂是最有效率的獲得燃料的方法。因此，若能篩選出適合中國(guó)大陸地區(qū)，尤其是山區(qū)等土地價(jià)格低廉的高含量油脂藻種，將藻種的油脂轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)柴油，不僅可用做替代能源更可增加經(jīng)濟(jì)附加價(jià)值。而為了增加藻類(lèi)油脂的產(chǎn)量，作為生物質(zhì)柴油的料源，戶(hù)外大量培養(yǎng)藻類(lèi)的大型養(yǎng)殖系統(tǒng)是必須的，所以開(kāi)發(fā)新型高效率的藻類(lèi)培養(yǎng)光合反應(yīng)系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，成為發(fā)展替代性能源的重要課題之一。由于藻類(lèi)是自營(yíng)性生物，二氧化碳為輔助生長(zhǎng)的碳源，所以藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)能幫助消耗溫室氣體(比如電廠(chǎng)的廢氣)，也能夠利用生活廢水里豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以也有聯(lián)合處理生活污水的作用。藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)大致可分為開(kāi)放系統(tǒng)與密閉系統(tǒng)兩種，現(xiàn)有的藻類(lèi)開(kāi)放式培養(yǎng)系統(tǒng)主要有圓形培養(yǎng)池及跑道式培養(yǎng)池兩種，開(kāi)放系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，但存在氣體混合不均，受環(huán)境影響較大，易受污染，光利用效率不佳及需培養(yǎng)土地面積大等問(wèn)題。密閉系統(tǒng)被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)有不同型式的反應(yīng)器，比如管式、柱式、平板式反應(yīng)器。該類(lèi)系統(tǒng)具有藻類(lèi)生長(zhǎng)條件易控制，生長(zhǎng)效率較高的優(yōu)點(diǎn)，但也受制于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)性有待提高。因此，需開(kāi)發(fā)光利用效率佳、溫度及濃度容易控制、作用在藻體上的剪應(yīng)力低以及規(guī)模放大容易的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種高效的封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決藻類(lèi)的培養(yǎng)問(wèn)題，提高藻類(lèi)的光合作用效率及產(chǎn)量。本實(shí)用新型提供了一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，包括光生物反應(yīng)器和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)，光生物反應(yīng)器底部設(shè)有供液管，供液管與培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)連接，其特征在于，該培養(yǎng)系統(tǒng)還包括脫氣裝置、熱交換器和控制系統(tǒng)，光生物反應(yīng)器、脫氣裝置、熱交換器和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)連接管路連接構(gòu)成封閉回路，控制系統(tǒng)用于采集光生物反應(yīng)器的信息，并與脫氣裝置、熱交換器以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)電信號(hào)連接。 作為本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括傳感器模塊和控制器模塊，所述傳感器模塊為濃度傳感器、溶解氧傳感器、PH傳感器，溫度傳感器和光照度傳感器的集成，用于采集光生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)成分濃度，溶解氧，Ph值，溫度和光照強(qiáng)度信息；所述控制器模塊用于接收傳感器模塊提供的信息，根據(jù)信息控制脫氣裝置，熱交換器以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)工作。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的，所述供液管上分布有多個(gè)小孔，該小孔用于將供液管中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及二氧化碳注入光生物反應(yīng)器。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光生物反應(yīng)器由透明材料制成，為螺旋狀，且螺旋線(xiàn)的中軸線(xiàn)與太陽(yáng)光直射方向垂直。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光生物反應(yīng)器的高度應(yīng)不大于螺旋截面的直徑。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光生物反應(yīng)器的管截面為橢圓形，且橢圓的長(zhǎng)軸方向與螺旋線(xiàn)中軸線(xiàn)方向相同。作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光生物反應(yīng)器中間設(shè)置有人工光源。作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述人工光源為亮度可調(diào)的光源。本實(shí)用新型提供的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，是用以使培養(yǎng)藻液循環(huán)流動(dòng)，提高光合作用效率，提高藻類(lèi)產(chǎn)量的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)特點(diǎn)由于該藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)在培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)以及其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制下，光生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)液始終處于利于藻類(lèi)生長(zhǎng)的狀態(tài)，從而縮短藻類(lèi)培養(yǎng)的時(shí)間，提高其產(chǎn)量。透明的螺旋狀的光生物反應(yīng)器能大面積接收陽(yáng)光、有效利用空間，因此能夠獲得縮短藻類(lèi)培養(yǎng)時(shí)間，提高光能利用率，增加藻類(lèi)產(chǎn)量的技術(shù)效果。由于太陽(yáng)光與地面會(huì)有一定的夾角，設(shè)置光生物反應(yīng)器的螺旋線(xiàn)中軸線(xiàn)與太陽(yáng)光直射方向垂直，這樣可以增大反應(yīng)器接受光照的面積，提高光利用率，同時(shí)光生物反應(yīng)器高度應(yīng)小于螺旋截面的直徑，這樣可以防止螺旋線(xiàn)內(nèi)側(cè)的光照被過(guò)多遮擋。由于太陽(yáng)輻射在進(jìn)入光生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)基后其強(qiáng)度會(huì)衰減，因此將螺旋管管截面設(shè)計(jì)為橢圓形可以充分利用光照資源，避免背光一側(cè)的微藻細(xì)胞因光照不足而生長(zhǎng)緩慢(或移動(dòng)到光照充足的一側(cè)而造成培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分浪費(fèi))。總體而言，本實(shí)用新型的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，由于可以有效利用光照條件，同時(shí)系統(tǒng)溫度及培養(yǎng)液成分易于控制，且能夠有效利用空間，可以有效解決光利用率不高、占地面積大等問(wèn)題，相應(yīng)起到提高光利用率、節(jié)省空間、提高藻類(lèi)產(chǎn)量的效果。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中光生物反應(yīng)器的截面(即本實(shí)用新型的螺旋截面)圖；圖3為本實(shí)用新型螺旋管管截面(即本實(shí)用新型的管截面)圖；附圖標(biāo)記1-光生物反應(yīng)器，2-培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)，3-控制系統(tǒng)，4-脫氣裝置，5-熱交換器，6-人工光源，7-供液管，8-氣體部分，9-培養(yǎng)液部分。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本實(shí)施例提供的藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)包括光生物反應(yīng)器I和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2，光生物反應(yīng)器I底部設(shè)有供液管7，供液管7與培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2連接，培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2將培養(yǎng)液及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如銨鹽等)通過(guò)供液管7補(bǔ)充到光生物反應(yīng)器I中，同時(shí)外部二氧化碳通過(guò)供液管7通入到光生物反應(yīng)器I中為微藻生長(zhǎng)補(bǔ)充碳元素，且產(chǎn)生氣泡起到攪拌作用，使補(bǔ)充的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與微藻混合均勻；該培養(yǎng)系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)3、脫氣裝置4和熱交換器5，光生物反應(yīng)器1、脫氣裝置4、熱交換器5和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2通過(guò)連接管路連接構(gòu)成封閉回路，控制系統(tǒng)3用于采集光生物反應(yīng)器I的信息，并與脫氣裝置4、熱交換器5以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2電信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的控制。控制系統(tǒng)3包括傳感器模塊和控制器模塊，傳感器模塊包含多類(lèi)型傳感器，如濃度傳感器、溶解氧傳感器、PH傳感器，溫度傳感器和光照度傳感器的集成，用于采集光生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)成分濃度，溶解氧，PH值，溫度和光照強(qiáng)度信息；控制器模塊用于接收傳感器模塊采集的信息，根據(jù)信息控制脫氣裝置、熱交換器以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)工作。在光生物反應(yīng)器I中，微藻在光照條件下生長(zhǎng)，不斷消耗培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)成分，并產(chǎn)生氧氣，這會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)液成分發(fā)生改變，溶解氧，PH值和溫度等也會(huì)有相應(yīng)的變化，這些信息被控制系統(tǒng)3中的傳感器模塊采集。控制系統(tǒng)3中的傳感器模塊將采集到的這些信息傳送給控制系統(tǒng)3中的控制器模塊，控制系統(tǒng)3中的控制器模塊控制脫氣裝置4工作，將培養(yǎng)液中的氧氣去除并將氧氣排出，同時(shí)也控制熱交換器5工作，對(duì)流經(jīng)的培養(yǎng)液進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，而培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)2則會(huì)根據(jù)控制系統(tǒng)3中的傳感器的信息自動(dòng)向培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)中補(bǔ)充各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而使培養(yǎng)液始終保持藻類(lèi)生長(zhǎng)的最佳狀態(tài)，以促進(jìn)藻類(lèi)的快速生長(zhǎng)。供液管7上分布有多個(gè)小孔，該小孔可以將供液管中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及二氧化碳注入光生物反應(yīng)器。供液管7優(yōu)選采用噴霧管。作為優(yōu)選，光生物反應(yīng)器I由透光材料制成，且為螺旋狀管，這樣能大面積接收陽(yáng)光、有效利用空間，因此能夠獲得縮短藻類(lèi)培養(yǎng)時(shí)間，提高光能利用率，增加藻類(lèi)產(chǎn)量的技術(shù)效果。作為進(jìn)一步優(yōu)選，由于太陽(yáng)光與地面會(huì)有一定的夾角，將光生物反應(yīng)器I的螺旋線(xiàn)中軸線(xiàn)(圖2中虛線(xiàn)方向)設(shè)置成與太陽(yáng)光直射方向垂直，這樣可以增大光生物反應(yīng)器I接受光照的面積，提高光利用率。同時(shí)光生物反應(yīng)器I的高度(圖2中的h)應(yīng)不大于螺旋截面的直徑(圖2中D)，這樣可以防止螺旋線(xiàn)內(nèi)側(cè)的光照被過(guò)多遮擋。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，光生物反應(yīng)器I的管截面為橢圓形，且橢圓的長(zhǎng)軸方向與螺旋線(xiàn)中軸線(xiàn)方向(圖2中虛線(xiàn)方向)平行，這樣可以使每一層管更大程度的接收太陽(yáng)光，增大反應(yīng)器的光照面積。作為更進(jìn)一步優(yōu)選的，螺旋狀的光生物反應(yīng)器I中間還設(shè)置有人工光源6，在外界光照不足時(shí)開(kāi)啟，為光生物反應(yīng)器I內(nèi)的藻類(lèi)提供必要的光照。由于外部光照條件不斷變化，且陰雨天氣光照不足，藻類(lèi)在各個(gè)時(shí)期所需的光照條件也不同，因此，人工光源6為亮度可調(diào)的光源，因而控制系統(tǒng)3中的控制器可以根據(jù)控制系統(tǒng)3中的日光傳感器所反饋的日光輻射強(qiáng)度，及藻類(lèi)在各個(gè)時(shí)期所需的光輻射強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)人工光源的亮度，這樣不僅能保證藻類(lèi)生長(zhǎng)的最佳光照條件，縮短藻類(lèi)培養(yǎng)時(shí)間，同時(shí)也可以節(jié)約光源所消耗的能量，提高藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率。 以上所述為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，但本實(shí)用新型不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本實(shí)用新型所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，包括光生物反應(yīng)器(I)和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)(2),光生物反應(yīng)器(I)底部設(shè)有供液管(7)，供液管(7)與培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)(2)連接，其特征在于，該培養(yǎng)系統(tǒng)還包括脫氣裝置(4)、熱交換器(5)和控制系統(tǒng)(3)，光生物反應(yīng)器(I)、脫氣裝置(4)、 熱交換器(5)和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)(2)通過(guò)連接管路連接構(gòu)成封閉回路，控制系統(tǒng)(3)用于采集光生物反應(yīng)器⑴的信息，并與脫氣裝置(4)、熱交換器(5)以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)(2) 電信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(3)包括傳感器模塊和控制器模塊所述傳感器模塊為濃度傳感器、溶解氧傳感器、PH傳感器，溫度傳感器和光照度傳感器的集成，用于采集光生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)成分濃度，溶解氧，PH值，溫度和光照強(qiáng)度信息，并提供給所述控制器模塊；所述控制器模塊用于接收傳感器模塊提供的信息，根據(jù)信息控制脫氣裝置(4)、熱交換器(5)以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)(2)工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述供液管(7)上分布有多個(gè)小孔，該小孔用于將供液管(7)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及二氧化碳注入光生物反應(yīng)器(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器(I)由透明材料制成，為螺旋狀，且螺旋線(xiàn)的中軸線(xiàn)與太陽(yáng)光直射方向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器(I)的高度應(yīng)不大于螺旋截面的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器(I)的管截面為橢圓形，且橢圓的長(zhǎng)軸方向與螺旋線(xiàn)中軸線(xiàn)方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的培養(yǎng)系統(tǒng),其特征在于,所述光生物反應(yīng)器(I)中間設(shè)置有人工光源(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述人工光源為亮度可調(diào)的光源。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于藻類(lèi)培養(yǎng)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種封閉式藻類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)，包括光生物反應(yīng)器和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)，光生物反應(yīng)器底部設(shè)有供液管，供液管與培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)連接，其特征在于，該培養(yǎng)系統(tǒng)還包括脫氣裝置、熱交換器和控制系統(tǒng)，光生物反應(yīng)器、脫氣裝置、熱交換器和培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)連接管路連接構(gòu)成封閉回路，控制系統(tǒng)用于采集光生物反應(yīng)器的信息，并與脫氣裝置、熱交換器以及培養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)電信號(hào)連接。本實(shí)用新型系統(tǒng)始終處于利于藻類(lèi)生長(zhǎng)的狀態(tài)，同時(shí)螺旋狀的光生物反應(yīng)器能大面積接收陽(yáng)光、有效利用空間，因此能夠獲得縮短藻類(lèi)培養(yǎng)時(shí)間，提高光能利用率，增加藻類(lèi)產(chǎn)量的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)C12M1/00GK202881249SQ2012205709
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者周新平, 陳冉馳, 袁碩, 秦鵬, 劉池, 蘇平, 乾超群, 盧志杰 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)