使用脉冲流循环用于藻培养的系统和方法技术方案

提供使用脉冲流使藻培养设备中的藻循环的系统和方法。为了消除藻培养设备中生物淤积的不利影响，形成脉冲流以周期性地移动通过藻培养设备。脉冲流将去除附着在设备的各个表面的藻细胞，并且它将产生湍流搅动可能已沉淀到设备底部的任何藻细胞。为了产生形成有效的脉冲流所需的增加的流体流速，周期性地填冲有从设备抽出的藻培养物的贮槽位于设备的上方架高的位置处。当被释放时，藻培养物通过传输管行进并行进到设备中，其中重力使藻培养物以很高的速率流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用脉冲流循环用于藻培养的系统和方法
本专利技术大体涉及培育藻的系统和方法。更具体地，本专利技术涉及一种系统的使用，该系统能够通过将生物淤积引起的混杂最小化以更有效的方式持续培育藻。本专利技术特别但不排他地作为通过使用脉冲流周期性地搅拌并漂洗藻培养设备来增加藻生长系统的生产率是有用的。
技术介绍
随着全球石油矿床减少，对于石油短缺和与碳基燃料来源生产相关的成本的关注上升。其结果是，正在研究当前从石油生产的产品的替代物。经过努力，生物燃料已经被确定为石油基燃料的可能的替代物。在通常情况下，生物柴油是包括源自植物油或动物脂肪的长链脂肪酸的单烷基酯的燃料。在工业实践中，通过植物油或动物脂肪与醇，如甲醇反应形成生物柴油。近年来，除了使用动物脂肪，用植物油形成生物燃料也已经得到了广泛的关注。用植物油形成生物燃料的工艺当然必然以培育和收获植物例如藻细胞开始。特别地，藻是已知的用于将太阳能转化为细胞生长的最有效的植物之一，所以它是一种特别令人感兴趣的生物燃料来源。在藻培养系统中，在培养设备中将藻细胞典型地作为液体培养基的一部分培育，该液体培养基暴露于阳光以促进光合生长。此外，藻细胞生长过程一般要求该液体培养基通过该系统不断地循环以允许藻细胞摄取营养物。目前使用的符合这些要求的最普遍的藻培养设备中的三种是:(I)光生物反应器；(2)有循环装置的培养池；以及(3)没有循环装置的培养池。尽管这些设备在培育藻时具有许多优点，但有显著缺点，其中有许多涉及生物淤积。在生物淤积的情况下，藻细胞趋向于附着或积聚在各种表面上。特别地，藻细胞附着于透光盖及设备的底部和壁上。重要的是，生物淤积可以显著减少藻培养系统的生产率。具体而言，如果由于藻细胞附着在透光盖而发生生物淤积，则光合作用由于较少的光到达藻细胞而被破坏。此外，当藻细胞在表面上保持静止时，就会出现几个问题:(I)藻细胞可能会死亡并为像原生动物一样的污染物提供食物来源；(2)藻细胞沉淀到水的表面之下太深将不能接收到足够的光；以及(3)藻细胞不会进行足够移动以摄取漂浮在藻培养物中的营养物质。所有这些问题对有效的藻培养系统造成显著的破坏。为了使藻培养物持续循环，已经作出了多种努力。然而，生物淤积仍然对藻培养系统产生显著的影响。第一，由于藻培养系统必须排空和经常清洁以除去已经附着到各种表面上的藻细胞而导致系统的效率受到影响。可以通过使用从表面有力地去除藻细胞的设备或方法以使这些障碍物最少化，并且该设备或该方法还用作动力装置以使系统中的藻细胞循环。鉴于上述情况，本专利技术的一个目的在于提供将生物淤积的影响最小化的培育用于生物燃料生产的藻的系统和方法。本专利技术的另一个目的在于提供使用脉冲流提高系统效率的用于培育藻的系统和方法。本专利技术的还另一个目的是提供实施简单、易于使用且比较成本有效的使用脉冲流循环培育藻的系统和方法。
技术实现思路
按照本专利技术，提供使用脉冲流使藻培养系统中的藻循环的系统和方法。本专利技术的基本要素是使用架高的冲洗箱，该冲洗箱用于形成脉冲流。当形成脉冲流后，脉冲流使藻细胞循环，并且去除任何附着于所述藻培养系统的各个组件的藻细胞。在结构上，本专利技术的系统可以适于与目前使用的任何类型的藻培养装置或系统一起使用，或者所述系统可以作为一个独立的藻培养系统使用。目前使用的用于培养藻的两种最常见的装置是光生物反应器或池(有或没有循环装置)。本专利技术可以适用于任何类型的装置。为了便于比较，光生物反应器是最通常是具有竖直构造的封闭系统，而培养池是开放系统并在表面上以水平构造建立。在任一种情况下，提供冲洗箱以存储已经从藻培养装置中抽出的固定量的藻培养物流出物。作为对本专利技术的设想，冲洗箱比培养装置位置高，并通过导管连接到所述培养装置。考虑到该高度差，提供循环泵以将来自培养装置的流出物移动到所述冲洗箱中。通常，该泵位于所述藻培养装置的接入点或排水点。更具体地，因为光生物反应器通常被构造成具有竖直取向，所以接入点或排水点是最通常是位于光生物反应器的底部处。而且，培养池将具有指定的排水点或接入点用于从培养池去除液体。在任一种情况下，导管被连接在循环泵和冲洗箱之间。另外，气体交换箱也可包括在系统中以将二氧化碳(CO2)加入到抽出的流出物的一部分，而同时除去氧(O2)。气体交换箱被包括在系统中，以通过提供被藻细胞使用作为营养源的CO2来促进藻生长。根据本专利技术所设想的，所述气体交换箱接收从藻培养装置抽出的藻流出物，用CO2对流出物加富，并通过回管将CO2加富流出物再次引入回培养装置中。此外，气体交换箱和冲洗箱可以是同一个。可以提供几个组件以控制来自所述冲洗箱的流出物的释放。第一，定时器可以连接到冲洗箱以在预定时间释 放流出物。在另一个实施例中，液位开关连接到冲洗箱以在冲洗箱一旦达到预先计划的额定水位标高时释放流出物。如本专利技术中所设想的，定时器和液位开关都包括用于在该系统中一起使用。替代地，冲洗箱也可以用触发开关手动地触发。通过所述触发方法中的任意触发方法，闸阀从闭合位置移动到打开位置以将来自冲洗箱的流体释放流体到与藻培养装置连接的传输管。在触发时，脉冲迅速地从冲洗箱流入藻培养装置中。在操作中，本专利技术的系统开始通过从藻培养装置抽出一部分藻培养物以产生流出物。然后，通过利用循环泵来将流出物经由所述导管泵送到所述冲洗箱中。流出物保持在冲洗箱中，直到流出物以下列方式之一释放:(I)冲洗阀被手动打开；(2)定时器启动触发器以打开冲洗阀；或(3) —旦流出物达到在冲洗箱内的预定液位时，液位开关就启动冲洗阀以释放流出物。应注意的是，该系统可以使用上述方法的任何组合用于从冲洗箱释放流出物。一旦释放，并且主要由于培养装置和冲洗箱之间的高度差，流出物将迅速流出冲洗箱且通过传输管流到培养装置中以产生流出物的脉冲流。由于流体流速突然增加，脉冲流将去除任何附着于所述培养装置的任意表面的藻细胞。此外，该脉冲流会造成藻培养装置中的湍流。这种湍流会引起大部分(如果不是全部)已经沉淀在培养装置底部上的藻细胞再次悬浮在藻培养物中。藻细胞的这种移动将促进光合作用并提高漂浮在培养物中的营养物质的获取。在大多数情况下，脉冲流的流动方向与培养装置中的流动方向相同。然而，所述系统还可以与脉冲流的流动方向相反，从而与在培养装置中的藻培养物流动的方向相反。一旦流出物被释放，则冲洗箱清空，并且新的脉冲流循环或冲洗循环就可以开始。新的周期在冲洗阀关闭时开始，并且泵抽出流出物以填充冲洗箱。【专利附图】【附图说明】将结合所附描述，根据附图最佳地理解本专利技术的新颖特征以及本专利技术自身既相对于其结构又相对于其操作，其中相同的附图标记指代相同的零件，并且在附图中:图1是本专利技术的系统与光生物反应器(PBR) —起使用情况下的布局的示意图；图2是本专利技术的系统与具有循环装置的跑道池一起使用情况下的布局的示意图；图3是本专利技术的系统与没有循环装置的倾斜池一起使用情况下的正视图；并且图4是本专利技术的系统与倾斜池一起使用情况下的一部分的细节图。【具体实施方式】首先通过参照图1，示出了本专利技术的系统并且通常指示为10。在图1中，示出了与光生物反应器12 —起使用情况下的系统10，该光生物反应器12具有:入口 14，该入口14用于将藻培养物引入光生物反应器12中；和出口 16，该出口 16用于按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用脉冲流使藻培养设备中的藻循环的系统，包括: 藻培养设备，所述藻培养设备用于培育包含生物质的藻培养物； 冲洗箱，所述冲洗箱位于所述藻培养设备的上方的高度处，用于接收待使用的所述藻培养物的流出物，以形成到所述藻培养设备中的脉冲流； 连接到所述藻培养设备的循环泵，其中所述循环泵从所述藻培养设备抽出所述藻培养物的所述流出物，并且所述循环泵经由导管将所述流出物传输到所述冲洗箱，并且其中所述导管具有与所述藻培养设备接触的第一端和连接到所述循环泵的第二端；和 触发器，其中所述触发器被选择性地触发以将来自所述冲洗箱的所述流出物释放到所述导管中，来形成通过所述藻培养设备的流出物的脉冲流。2.根据权利要求1所述的系统，还包括: 闸阀，所述闸阀被连接在所述冲洗箱和所述藻培养设备之间，用于控制将来自所述冲洗箱的所述流出物释放到所述藻培养设备；以及 传输管，所述传输管具有入口和出口，其中所述入口连接到所述冲洗箱，并且所述出口连接到所述藻培养设备。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述藻培养设备是光生物反应器。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述藻培养设备是倾斜培养池。5.根据权利要求4所述的系统，其`中所述培养池包括选自包括桨和循环泵的组的装置，以保持所述藻持续运动。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述触发器是定时器，其中所述定时器被设定为预定时间间隔，用于控制释放来自所述冲洗箱的藻流出物。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述触发器是液位开关，其中当所述冲洗箱中的所述流出物达到预定液位时，所述液位开关被触发。8.根据权利要求4所述的系统，还包括: 多个冲洗闸，其中相继的冲洗闸之间的区域限定了冲洗段；和 主泵，所述主泵用于使藻培养物循环通过所述培养池。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个冲洗闸被同时打开。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个冲洗闸被顺序地打开。11.根据权利要求1所述的系统，还包括: 气体交换箱，所述气体交换箱与所述藻培养设备流体连通，用于接收来自所述藻培养设备的所述流出物的一部分，其中所述气体交换箱用CO2对所述流出物加富； 分流阀，所述分流阀被连接在所述气体交换箱和所述藻培养设备之间，其中所述分流阀控...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·A·哈茨勒贝克，张季平，吴肖希，
申请(专利权)人：通用原子公司，
类型：发明
国别省市：