[發明專利]有效利用太陽光的藻類凈化系統

無效

• 申請號: 201110434779.4
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102583749A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 莊寧;王蘭
• 申請（專利權）人: 莊寧
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/34
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;遲姍

技術領域

本發明涉及一種用于處理廢水的有效利用太陽光的藻類凈化系統。具體來說，本發明涉及一種合并有光轉換材料并利用太陽跟蹤器增強其中的藻類光合作用的生物凈化系統。

背景技術

水污染主要由人類的活動引起，例如農業、魚類養殖和工業生產。使用需氧或厭氧生物體進行生物分解被認為是處理廢水的最‘綠色’的方法之一。然而，在這些常規方法之后，被處理的水中仍會殘留無機化合物，例如硝酸鹽和磷酸鹽離子，這會帶來環境問題，例如富營養化或地下水污染。美國專利第4,333,263號和第5,097,795號公開了使用大型藻類去除廢水中的過量營養物的藻皮凈化器(algal?turf?scrubber)。這些背景技術涉及已顯示可比游離細胞系統積累更多的重金屬的固定化系統(Brouers等人，1989；Darnall等人，1986；Khummongkol等人，1982；Aksu，1998)。Chevalier(1985)已經顯示了固定化柵藻(Scenedesmus?sp.)對氮和磷的吸收大于其游離細胞對氮和磷的吸收。在不同藻類菌株的比較中，Johnson等人(2010)的最新研究顯示，微藻類在去除廢水中的無機化合物方面一般比大型藻類更為有效。

用藻類凈化廢水的另一個局限性為光強度。舉例來說，美國專利第6,355,172號和第7,682,503號公開了使用藻類去除污水中的金屬，但這兩個發明都需要浸入水中。流體相中的高渾濁度是阻止自然光穿透入污水中的決定因素，使得即便在預沉淀工藝中將流體相與固體相和污泥分離，在中間層或底層的流體所具有的光強度仍然可能不足以讓藻類進行光合作用。

利用發光材料將不合適的波長轉換為用于光合作用的合適波長是一種提高光強度的方法。在美國專利第6,883,271號中，公開了將UV光轉換為生長促進光以用于培養植物或蔬菜的裝置。然而，所述裝置只限于轉換UV光，且不能將寬范圍的非可見光轉換為用于特定光合生物的可見光的特定波長。需要更靈活和更兼容的光轉換裝置。

除廢水處理外，藻類也是替代能源的良好候選，因為其副產物和/或生物質可被轉換為生物燃料。舉例來說，來源于油籽植物(例如大豆、向日葵和油棕等)(Durrett等人，2008)或微藻類(Hu等人，2008)中的三?；视偷挠涂杀恢瞥缮锊裼汀Ｔ孱惛m合作為生物燃料的來源，因為最新研究揭示，藻類比其它生物燃料來源具有固有優勢，例如產率更高、細胞分裂更迅速和質量更好(Robert，2009)。

因此，所屬領域需要一種改良型生物凈化系統，其通過有效利用自然光來去除廢水中不想要的無機化合物。

發明內容

本發明涉及一種廢水藻類凈化系統。具體來說，本發明涉及一種使用藻類作為生物凈化劑的生物凈化系統。在一示例性實施方案中，廢水藻類凈化系統包含：光轉換裝置；一個或多個主動型或被動型太陽追蹤器，其合并有多個可旋轉和/或傾斜生長屏和滾動軸，所述生長屏作為保持藻類的基底；廢水入口和出口；和氣體入口。在一個實施方案中，本發明的太陽追蹤器進一步包含位于系統外部的用于感測日間太陽位置的太陽位置傳感器，并且還能通過控制器根據前一天的日落位置進行夜間重新定位。生長屏的旋轉和/或傾斜程度和角度可由例如開環追蹤策略(基于過往數據或日程表對太陽位置進行數學預測，而無需感測當前太陽位置)等電子裝置，或由閉環追蹤策略(通過一天中的最大光強度來確定即時太陽位置)來主動控制。在另一個實施方案中，生長屏可由非電子裝置在沒有太陽位置傳感器的情況下使用太陽能旋轉和/或傾斜生長屏來被動控制。本發明的太陽追蹤器的移動也可由主動型和被動型機構的組合來控制。

在另一個實施方案中，將反射材料涂布于系統底部以確保所接收光被完全利用。在其它實施方案中，將人造光合并到本發明的系統中以補充或替換自然光，以便維持或增強系統中藻類的光合作用。系統中包含生長屏、滾動軸和連接部件的太陽追蹤器的形狀、大小和設計可依據廢水處理的需求和其它因素而變。

本發明的光轉換部分可包含一層或多層下轉換和/或上轉換發光材料。在一個實施方案中，本發明中使用的下轉換發光材料是量子點，其是選自半導體、無機或金屬材料的納米粒子。每一個下轉換發光層可包含一種或一種類型以上的量子點。一般來說，量子點用于吸收包括紫外光在內的高能光，并發射約300nm至2,000nm范圍內的較窄波長的較低能量光。光的特定波長可根據特定選擇的生物體中光合色素的吸收光譜，使用量子點的不同組合來選擇。