[發(fā)明專利]氣升式光生物反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910062087.4
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101550394A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳高明;楊忠華;陳明明;李軒科
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢鋼鐵（集團）公司;武漢科技大學(xué)
• 主分類號: C12M1/18
• 分類號: C12M1/18;C12M1/04;C12M1/02;C12R1/89
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 涂 潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于藻類進行光合作用的氣升式光生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)

目前用于微藻處理的生物反應(yīng)器有各種結(jié)構(gòu)，考慮到微藻對高剪切比較敏感，通常選擇氣升式光生物反應(yīng)器，但是雖然氣升式光生物反應(yīng)器采用氣液循環(huán)混合的方法，但是仍然存在氣液混合效率不高、傳質(zhì)強度較小的問題，為強化氣液混合和傳質(zhì)，技術(shù)人員作了各種改進，如在專利號200420009076.2，名稱為“氣升式光生物反應(yīng)器”的實用新型專利中，為解決上述問題，對氣體分布器的噴嘴數(shù)量及形狀作了改進，以期更利于氣體在培養(yǎng)液中的分散，消除死角。但是實際應(yīng)用中，如論對氣體分布器的結(jié)構(gòu)如何設(shè)計，其氣液混合效率改善并不明顯，主要是因為氣體和液體只在罐體內(nèi)進行一次氣液混合，傳質(zhì)面積受氣泡大小限制，從而影響傳質(zhì)效率。當(dāng)然對于普通用于培養(yǎng)微藻的氣升式光生物反應(yīng)器而言，由于其通入的氣體中二氧化碳濃度較低(體積百份比5％左右)，因此這類改進基本能滿足要求。但是當(dāng)需要處理二氧化碳濃度高(濃度可高達體積百分比25％左右)的工業(yè)排放氣進行二氧化碳減排時，除對工藝進行優(yōu)化外，高效的氣液混合和傳質(zhì)對于微藻固定CO₂的速率同樣具有重大影響，而上述常規(guī)改進難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、具有高效氣液混合效率、強化傳質(zhì)、循環(huán)程度高的氣升式光生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器可很好的用于利用微藻對含有高濃度CO₂的工業(yè)排放氣進行處理光合作用。

本發(fā)明技術(shù)方案包括設(shè)有培養(yǎng)基進口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進口、?冷卻水出口、進氣口和排氣口的玻璃罐體，所述玻璃罐體內(nèi)側(cè)環(huán)形設(shè)有多根分別與冷卻水進口和冷卻水出口連通的換熱管，上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為上升區(qū)及下降區(qū)，玻璃罐體頂部還設(shè)氣體分離區(qū)，進氣口經(jīng)進氣管道與位于上升區(qū)底部的氣體分布器連通。

所述下降區(qū)設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路，所述培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水泵與進氣管道連通。

所述進氣口與進氣管道之間設(shè)有文丘里管，培養(yǎng)液經(jīng)文丘里管與進氣管道連通。

通過上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為上升區(qū)及下降區(qū)，氣體分布器設(shè)在上升區(qū)底部，噴出含有大量待處理氣體(本發(fā)明中待處理氣體指二氧化碳含量體積濃度最高達20％的用于微藻轉(zhuǎn)化的氣體)的培養(yǎng)液，由于上升區(qū)下部氣含率大，故其密度小，培養(yǎng)液輕，加上噴流動能，使上升管內(nèi)的液體上升，到達上升區(qū)上部時，由于上部空間大，氣體從培養(yǎng)液中逃選出，通過氣體分離區(qū)由排氣口排出，同時培養(yǎng)液變重從下降區(qū)下降，到反應(yīng)器底部時又循環(huán)進入上升區(qū)，形成反復(fù)的循環(huán)。

同時，發(fā)明人在研究了現(xiàn)有各種氣升式光反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大膽設(shè)計，突破了目前只考慮如何在玻璃罐體內(nèi)加強氣液混合的概念，而在下降區(qū)通過培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水泵將玻璃罐體內(nèi)的部分培養(yǎng)液抽出，在玻璃罐體外與待處理氣體先進行前期氣液混合，然后再送入氣升式光生物反應(yīng)器的玻璃罐體內(nèi)進行微藻轉(zhuǎn)化，這樣，除了玻璃罐體內(nèi)培養(yǎng)液在上升區(qū)和下降區(qū)間的循環(huán)外，還在玻璃罐體外部構(gòu)建帶文丘里管吸氣裝置的外部回流循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)外循環(huán)強化了循環(huán)程度，利于氣液混合。

進一步的，發(fā)明人還在進氣口與進氣管道之間采用了文丘里管，在將培養(yǎng)液送入文丘里管的同時，利用文氏管收縮段中液體的流速增加壓強變小的原理，形成負壓將待處理氣體通過進氣口吸入文丘里管，并使氣泡分散并與液體均勻混合，經(jīng)過在文丘里管內(nèi)進行充分的?前期氣液混合，再通過進氣管道一起送入氣體分布器，氣體分布器噴出的培養(yǎng)液含有大量待處理氣體，且氣體主要以微小氣泡形式存在，以增加傳質(zhì)面積，可獲得高效的傳質(zhì)效果。

本發(fā)明的優(yōu)點為：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，特別適用于在工業(yè)排放氣進行二氧化碳減排系統(tǒng)中利用微藻進行光合作用以高效固定二氧化碳，對二氧化碳的減排速率可達50％以上，操作成本低、周期短。

2、通過建立玻璃罐體內(nèi)外的兩套循環(huán)，待處理氣體和培養(yǎng)液進行了前期氣液混合，進一步強化了循環(huán)程度。

3、利用文丘里管自身特點，使培養(yǎng)液和待處理氣體在管內(nèi)充分混合，氣泡充分分散并與液體均勻混合，再經(jīng)氣體分布器噴出時，玻璃罐體內(nèi)氣體主要以微小氣泡形在存在，有效提高了傳質(zhì)面積，液體混合好，傳質(zhì)強度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為經(jīng)處理后排氣口中CO₂的濃度示意圖。