[發(fā)明專利]一種適于微藻高效培養(yǎng)的相切套管內置曝氣光生物反應器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210422851.6
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102911856A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 楊俊紅;張雯雯;趙軍;馮遠征
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發(fā)明屬于可再生生物能源領域，涉及產油固碳微藻的培養(yǎng)技術，更加具體地說，涉及一種有內置曝氣相切套管的可增強反應器中氣液傳質和光能利用率的封閉式半連續(xù)培養(yǎng)裝置，可用于培養(yǎng)微藻、生產相關產品或提供水產養(yǎng)殖餌料等。

背景技術

能源危機、溫室效應與環(huán)境污染使得化石能源的替代成為必然。眾多研究表明，藻類生物在高效固碳制取生物燃料方面具有很大潛力。文獻報道（Kong?Weibao,Hua?Shaofeng,Song?Hao,Xia?Chungu.Progress?on?biodiesel?production?using?microalgae[J].Chinese?Oils?and?Fats?2010;35:51-56），微藻在合成油脂的同時還可以高效固碳，地球上生物每年通過光合作用可固定8×10¹⁰t碳，生產14.6×10¹⁰t生物質，其中一半以上應歸功于藻類光合作用。因此，光合作用效率高、含油量高、生長周期短、油脂面積產率高的固碳微藻能源化利用技術受到普遍關注。

能源微藻的高效培養(yǎng)是微藻能源規(guī)模化制備的關鍵環(huán)節(jié)之一。常用的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)可分成四類：跑道池、板式光生物反應器、柱式光生物反應器、管式光生物反應器。表1為四種常用微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的特點比較。

表1：四種常用微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的特點

利用光能且與外部隔離以控制培養(yǎng)條件的封閉式光生物反應器，有利于在大規(guī)模培養(yǎng)過程中對環(huán)境參數(shù)進行良好控制，并可避免外來生物污染，因此受到廣泛關注。（文獻來源：Ugwu?CU,Aoyagi?H,Uchiyama?H.Photobioreactors?for?mass?cultivation?of?algae[J].Bioresource?Technology?2008;99:4021-4028）。相比較，管式光生物反應器由于其較高的光照體表面積比，微藻產量高，以及簡單的動力循環(huán)系統(tǒng)、投入較少，得到了廣泛的應用。進一步分析表明，如表1所述，管式光生物反應器通常存在CO₂補充不及時、pH升高、氣液混合效果差、溶解氧（DO）積累造成氧抑制、擴大管徑造成光照效率低等局限性，這從一定程度上制約了培養(yǎng)規(guī)模的進一步擴大。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的旨在克服現(xiàn)有技術的不足，通過設計一種內置曝氣的相切套管式光生物反應器，來增強氣液混合、調節(jié)pH、及時補充CO₂并排除溶氧（DO）、提高大管徑反應器的光照效率，且減輕微藻貼壁生長現(xiàn)象，減小維護清洗費用，以獲得高效的培養(yǎng)效果，并可用于微藻的大規(guī)模培養(yǎng)。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案予以實現(xiàn)：

一種適于微藻高效培養(yǎng)的相切套管內置曝氣光生物反應器，包括透明外管（即外管）和內置曝氣管（即內管），

所述內置曝氣管管徑為外管管徑的三分之一到一半，且與透明外管相切于外管底部，所述內置曝氣管的管壁底部去除圓弧，與部分外管管壁形成內管管腔；所述內置曝氣管管壁的背光處對稱設置有曝氣孔；

所述透明外管的上方設置有排氣管；所述透明外管和內置曝氣管通過兩端設置的法蘭進行密封；

所述透明外管的一端法蘭設置有進液管，在另一端法蘭設置有出液管，用于向透明外管中進出培養(yǎng)液；

所述內置曝氣管的一端法蘭設置有進氣管，另一端法蘭設置有高壓排氣閥。

在本發(fā)明的技術方案中，透明外管的管徑為50~300mm，材料可以為透光性好的玻璃、有機玻璃、樹脂或者塑料；相應的曝氣管的管徑為20~150mm，其材料可以為透光性好的玻璃、有機玻璃、樹脂或者塑料，也可以為了打孔方便采用一些不透光材料，剖光鋁管等，管壁厚度為5~15mm，相切套管長度根據(jù)實際培養(yǎng)過程中的培養(yǎng)規(guī)模決定，如果一個單元管段過長，需要每隔一段距離在套管之間設有支撐裝置。

曝氣管上曝氣孔的大小為直徑0.5—4mm，一般開孔方向為背光處，與光照方向夾角為30°~60°，可優(yōu)選60度，即曝氣孔的位置位于內管管徑的水平直徑之下，曝氣孔與內管圓心的連線與垂直直徑的夾角為30度—60度，密度可選擇在每米5—20個，具體的開孔大小、開孔密度、開孔方向要由套管尺寸和通氣速度決定，如附圖3所示。

排氣管的直徑可選擇30~100mm，根據(jù)通氣速度的不同，每隔一段距離設置一個排氣管，以直徑30mm的排氣管為例，在通氣量為10L/min下，每隔1米設置一個，以免氣體堆積破環(huán)速度場。