[發(fā)明專利]一種藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910150604.3
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101639690A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 惠龍;王琳;盧彥興;宋小林;朱振旗
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G05D27/02;G05D23/20;G05D21/02;G05D11/13;G05D25/02
• 代理公司: 北京同達信恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 郭潤湘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及藻類培養(yǎng)技術(shù)，尤其涉及一種藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)和方法。?

背景技術(shù)

光合微生物或植物細胞，尤其是微藻和藍細菌(簡稱藻類)的生長繁殖主要通過光合作用，利用光能(如太陽光和人工照明)將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成色素、蛋白質(zhì)、脂肪酸、糖類及次生代謝物等高價值有機化合物。藻類由于具有極高的光利用效率以及營養(yǎng)利用效率，因而表現(xiàn)出比高等植物更強的生長潛力。?

藻類的培養(yǎng)裝置主要可分為開放池系統(tǒng)和封閉/半封閉反應(yīng)器系統(tǒng)。開放池系統(tǒng)由于存在缺乏溫度控制、光程長及混合不均勻等問題，導(dǎo)致總體生產(chǎn)率較低，并且易染菌，常導(dǎo)致培養(yǎng)失敗。封閉/半封閉反應(yīng)器系統(tǒng)由于能為培養(yǎng)物(藻類)提供適宜的生長條件，可大大的提高總體生產(chǎn)率，從而也成為研究和開發(fā)的重點。?

藻類培養(yǎng)反應(yīng)器(即光反應(yīng)器)設(shè)計的關(guān)鍵是要為培養(yǎng)物(藻類)提供適宜的生長環(huán)境，包括適宜的pH值、溫度、溶解氧濃度、營養(yǎng)物濃度、攪拌速率及供氣速率等。而對這些參數(shù)的自動檢測和控制，開發(fā)出控制精確、反應(yīng)快速的過程控制系統(tǒng)對完善反應(yīng)器性能和提高培養(yǎng)物產(chǎn)量具有十分重要的意義。?

現(xiàn)有的藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)中采用的是由一臺監(jiān)控計算機、一個控制器和一個反應(yīng)器組成的結(jié)構(gòu)，監(jiān)控計算機通過光纖等與控制器進行通信，向控制器寫入反應(yīng)器中反應(yīng)溶液當(dāng)前需要的參數(shù)，由控制根據(jù)參數(shù)對反應(yīng)器中的反應(yīng)溶液狀態(tài)進行調(diào)整，使反應(yīng)溶液中的藻類處于最佳的生長環(huán)境。?

現(xiàn)有的藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)只能對一定量的藻類進行培養(yǎng)，很難同時培養(yǎng)大量的藻類，不便于藻類培養(yǎng)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)了對藻類培養(yǎng)的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。?

一種藻類反應(yīng)控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：總控制器和多組控制子系統(tǒng)，每組控制子系統(tǒng)包括一個用于培養(yǎng)藻類的反應(yīng)器和一個子控制器，其中：?

所述總控制器，用于根據(jù)預(yù)先保存的各反應(yīng)器中培養(yǎng)的藻類的相關(guān)信息，確定藻類生長所需的至少一個環(huán)境參數(shù)中，每個環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的范圍值，并將藻類的環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的范圍值發(fā)送給培養(yǎng)該藻類的反應(yīng)器所在控制子系統(tǒng)的子控制器；?

子控制器，用于在接收到的環(huán)境參數(shù)是反應(yīng)溶液溶氧度和反應(yīng)溶液酸堿度，檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液溶氧度大于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液溶氧度對應(yīng)范圍的上限值時，向反應(yīng)器通入空氣與二氧化碳的混合氣體，并在檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液酸堿度大于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)范圍的上限值時，提高向反應(yīng)器通入的空氣和二氧化碳的混合氣體中二氧化碳的濃度，在檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液酸堿度小于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)范圍的下限值時，降低向反應(yīng)器通入的空氣和二氧化碳的混合氣體中二氧化碳的濃度，使反應(yīng)器的反應(yīng)溶液的溶氧度在總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液溶氧度對應(yīng)的范圍值內(nèi)，反應(yīng)器的反應(yīng)溶液酸堿度在總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)的范圍值內(nèi)。?

一種藻類反應(yīng)控制方法，所述方法包括以下步驟：?

總控制器根據(jù)預(yù)先保存的各反應(yīng)器中培養(yǎng)的藻類的相關(guān)信息，確定藻類生長所需的至少一個環(huán)境參數(shù)中，每個環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的范圍值，并將藻類的環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的范圍值發(fā)送給培養(yǎng)該藻類的反應(yīng)器對應(yīng)的子控制器；?

所述子控制器在接收到的環(huán)境參數(shù)是反應(yīng)溶液溶氧度和反應(yīng)溶液酸堿度，在檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液溶氧度大于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液溶氧度對應(yīng)范圍的上限值時，通過空氣比例閥和/或二氧化碳比例閥向反應(yīng)器通入空氣與二氧化碳的混合氣體，并在檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液酸堿度大于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)范圍的上限值時，子控制器提高通過空氣比例閥和二氧化碳比例閥向反應(yīng)器通入空氣和二氧化碳的混合氣體中二氧化碳的濃度，在檢測后得到的反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溶液酸堿度小于總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)范圍的下限值時，子控制器降低通過空氣比例閥和二氧化碳比例閥向反應(yīng)器通入空氣和二氧化碳的混合氣體中二氧化碳的濃度，使反應(yīng)?器的反應(yīng)溶液溶氧度在總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液溶氧度對應(yīng)的范圍值內(nèi)，反應(yīng)器的反應(yīng)溶液酸堿度在總控制器發(fā)送的反應(yīng)溶液酸堿度對應(yīng)的范圍值內(nèi)。?

由于本發(fā)明采用分層集散式控制結(jié)構(gòu)，由總控制器統(tǒng)一配置系統(tǒng)中多個子控制器需要的藻類生長的環(huán)境參數(shù)，并將藻類的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給培養(yǎng)該藻類的反應(yīng)器對應(yīng)的子控制器，子控制器根據(jù)接收到的環(huán)境參數(shù)對反應(yīng)器的環(huán)境進行監(jiān)控，保證反應(yīng)器的環(huán)境參數(shù)處于適合藻類生長的狀態(tài)，因此，實現(xiàn)了同時對大量的藻類培養(yǎng)子系統(tǒng)的監(jiān)控，使大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。?

附圖說明