[發明專利]一種膜曝氣微藻生物膜培養裝置及運行方法

在審

• 申請號: 201711172915.0
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107904158A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 彭苑媛;高鋒;李晨;崔偉
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/04;C12M1/00;C12N1/12
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙)33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于微藻培養技術領域，具體涉及一種膜曝氣微藻生物膜培養裝置及運行方法。

背景技術

由于生物能源的可再生性以及碳排放中性的特點，被認為是解決全球能源危機的最理想途徑之一。生物柴油是以生物體油脂為原料，通過分解、酯化而得到的長鏈脂肪酸甲酯，是一種可以替代現有普通柴油使用的環保、可再生能源。生物柴油的原料來自植物油脂 (大豆油、玉米油、菜籽油、棕櫚油等 )、動物油脂 (各種動物脂肪 )、微藻油脂以及廢棄食用油如地溝油等。生物柴油相比于化石燃料的柴油除了具有可再生的特性以外，還具有一些其它的特點，如不含石蠟，閃點高，燃燒性能和效率較高，使用時更安全，氮和硫的含量較少，可減少硫氧化物和氮氧化物的排放等。

微藻作為一種理想的生物燃料原料，具有易于培養，生長條件簡單，能利用廢水中的營養素進行代謝生長，培養過程不占用耕地等優點。因此微藻的高效培養時目前生物質能源領域急需解決的關鍵問題之一。

目前，微藻培養方法主要以懸浮培養方法為主，如傳統的跑道式培養系統、高效藻類塘以及各種封閉式光生物反應器等。在這些培養系統中微藻細胞呈個體懸浮生長狀態，因而，所得的藻濃度較為有限，不利于后續藻液脫水、干化等操作。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種增加微藻對二氧化碳利用率，微藻濃度高，對微藻生物膜實現增產，利于后續藻液脫水、干化等操作的膜曝氣微藻生物膜培養裝置。

本發明的目的之二在于提供一種可實現微藻固定化培養的膜曝氣微藻生物膜培養裝置的運行方法。

本發明為實現目的一所采取的方案為：一種膜曝氣微藻生物膜培養裝置，包括光生物反應器，光生物反應器內設有膜組件，光生物反應器底部連接有曝氣管和進水管，曝氣管與鼓風機連接，進水管的進水口與進水泵連接，進水泵與進水箱連接，進水管進水口與進水泵出水口均設有閥門，兩閥門之間的進水管還連接有循環泵，循環泵出水口連接有pH計，pH計與光生物反應器上部的出水口連接，可將含較高氮磷的生活廢水或食品工業廢水放入光生物反應器內對微藻進行培養，對水體中的氮磷去除率可達到92%以上，可大量培養微藻生物膜，培養的微藻生物膜厚度達到100-110μm，利用膜組件可實現微藻吸附在膜組件表面形成微藻生物膜，并且利于后續的藻液脫水、干化等操作，在微藻培養過程中可實時監控培養水質的pH值，并對光生物反應器內進行曝氣，為微藻生物膜提供較佳的培養條件。

為優化上述技術方案，所采取的措施還包括：

優選的，膜組件為聚偏氟乙烯中空纖維，膜組件表面呈魚鱗狀結構，膜組件的膜孔徑為0.1μm，膜表面面積為0.1㎡，聚偏氟乙烯簡稱PVDF，膜組件表面的魚鱗狀結構能有效保護膜孔不被微藻完全堵塞，保證較好的透光性，還可在曝氣的時候增加生物膜膜孔間的氣泡產生，增加微藻對二氧化碳的利用率，利于微藻對碳源的吸收，微藻生物膜的產量相比常規微藻培養方式產量得到11.4~13.8%的提升。

優選的，光生物反應器上部的出水口還連接有流量計，用于統計在光生物反應器內送入的培養液的流量，保證送入的培養液量適中避免過量，提高光生物反應器內的藻密度，節省培養液的使用成本。

優選的，曝氣管上方設有分流器，分流器由集氣管和分流體組成，集氣管與曝氣管相連接，分流體設置于集氣管上方，分流體為椎體，內部均設分流孔，外部螺旋環繞有螺旋槽，分流器可收集曝氣管正上方的氣體經分流孔將氣體細化形成比曝氣管爆出的氣體的氣泡體積更小的氣泡，達到切泡效果，氣泡量大且曝氣范圍更廣沖擊力小，分流器外部的螺旋槽可使曝氣管產生的氣泡以螺旋狀方式上升，使氣泡對微藻的沖擊力得到減小，利于微藻在光生物反應器內的微藻位置穩定，有效避免微藻在曝氣過程中與吸附的膜組件分離，通過在曝氣管上方設置分流器解決了現有技術中曝氣強度過大導致微藻分布不均勻及曝氣范圍過于集中的問題。

優選的，分流孔出口端連接有活動網板，網板表面為反光面，在曝氣過程中氣體經過網板時可產生微小體積的氣泡減緩氣泡在水中上升的速度，避免大氣泡的產生，延長了微藻與氣泡中的二氧化碳的接觸時間，結合膜組件進一步增加氣泡的產生，大大提高二氧化碳的利用率，促進膜組件表面的微藻生長，在大量氣泡經過網板的時候，網板會產生彎曲，彎曲后的網板的表面會擴大照射到分流器表面的光的折射范圍，使部分光線在光生物反應器內時刻發生著變化，有利于提高微藻光合作用，促進微藻生物膜的生產。