双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法技术

本发明专利技术涉及生物质能利用技术，旨在提供一种双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。包括用于微藻固碳的反应器，呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。本发明专利技术的反应器内部能够形成一个逆时针旋转的漩涡流动，加强了气液搅拌和物质传递，能够明显改善藻液流场和促进闪光效应，有利于提高微藻光合作用固碳效率。

Two paddle wheel plate photosynthetic reactor and microalgae carbon sequestration method

The invention relates to biomass energy utilization technology, aiming at providing a double-blade flat-plate photosynthetic reactor and a microalgae carbon fixation method. The reactor consists of a vertical box-shaped reactor for carbon sequestration by microalgae. Its roof and four side plates are all transparent plates; the roof plate is provided with holes; two paddle wheels are arranged horizontally and parallel to each other in the reactor; the two axles are respectively installed in the bearing pedestals on the opposite side plates; A belt wheel is fixed at the end and connected to the output shaft of the motor through the belt. An aeration strip is arranged on the bottom plate of the reactor, one end of which is connected with the air pump through a pipeline, and a number of outlet holes are distributed on the upper surface of the aeration strip. The inner part of the reactor can form a counter-clockwise rotating vortex flow, which strengthens gas-liquid stirring and material transfer, can obviously improve the algae flow field and promote flash effect, and is beneficial to improving the carbon fixation efficiency of microalgae photosynthesis.

【技术实现步骤摘要】
双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法
本专利技术是关于生物质能利用技术，特别涉及双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。
技术介绍
微藻生长周期短、含油量高、分布及其广泛。通过诱变驯化后的微藻能够有效的耐受高浓度的二氧化碳并且拥有极高的生长速率，因此使用微藻固定燃煤电厂排放CO2具有可行性与实用性。生物反应器作为微藻生长的场所，其类型、尺寸、内部结构极大程度的影响的微藻的生长速度，板式反应器因为占地面积小，光能利用率高的优点，在微藻养殖上被广泛的应用。由于光在液体与固体中存在衰减现象，藻液内部的光强各不相同。将光照强度低于一定阈值的区域定义为暗区，反之为光区，研究发现微藻需要在液体培养液中光区与暗区不断循环才能获得更高的光利用效率与生长速度，反应微藻在暗区与光区循环频率的参数叫做闪光效应周期。Huang采用CFD模拟的方式计算了三种不同反应器内部结构的水力特性，以及光区特性与微藻在反应器内部的光暗区循环特性，认为内部不添加任何扰流部件的普通鼓泡板式反应器的性能较差。因此需要对普通鼓泡式反应器内部进行进一步的优化来提高其性能。Huang设计了三套带有混合装置的板式反应器，并用CFD模拟手段测试这三套混合装置的反应器的水力特性、混合时间、闪光频率等参数，但该CFD方法并未有效测出其传质系数，因此，需要采用实验方法测出这些板式反应器的传质系数。Yang等设计了一种新型水平横管与三角棱柱结合构建扰流件的板式反应器来进行微藻养殖，通过优化反应器结构参数促进气液混合传质，使微藻生物质产量提高了70％。但增设横管占据了较大的反应器内部体积，故有必要改进反应器结构型式促进微藻固定烟气CO2。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。为解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种双桨轮平板光合反应器，包括用于微藻固碳的反应器；所述反应器呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔，用于引入藻液和排出产气；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与泵送工业烟气的气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。本专利技术中，所述两个桨轮具有相同的旋转方向，曝气条平行于各桨轮的轴向布置。本专利技术中，所述桨轮为不锈钢材质的十字桨轮。本专利技术中，所述透光板材是指透光率在80％以上的普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或塑料板材。本专利技术中，所述反应器的长宽高尺寸为40cm×30cm×100cm，下侧桨轮的轴距离底板20cm，上侧桨轮的轴距离底板60cm，桨轮叶片的最大直径为20cm(桨轮叶片端部与相对两侧板的间距均为5cm)；顶板上开孔的直径为3cm。本专利技术进一步提供了利用前述反应器实现微藻固碳的方法，包括以下步骤：(1)将微藻接种在液体培养基中得到藻液，接种质量比为5～10％；将藻液从顶板的开孔引入反应器中，使液面高于最上侧桨轮的叶片顶端至少20cm；(2)在反应器的一侧设置光源，光源的连续光照强度为20000-30000Lux，控制环境温度为23～27℃；(3)启动电动机，带动两个桨轮按相同旋转方向运行，使一侧藻液上升另一侧藻液下降，在反应器内部形成环流用于强化气泡的分散效果；(4)以0.02～0.1vvm(单位vvm即：升气体·升液体-1·min-1)的速率，用气泵向反应器中送入工业烟气，鼓泡后的气体随着液循环流动得到有效分散，促进气液混合传质。本专利技术中，所述步骤(1)中的微藻是微拟球藻、小球藻或螺旋藻。本专利技术中，在所述工业烟气是下述任意一种：燃用化石燃料或生物质废弃物的排放烟气，或者是电厂排放烟气、煤化工厂尾气、工业炉窑排放烟气；在所述工业烟气中，CO2的体积浓度范围为10～90％。本专利技术中，步骤(2)中所述光源是自然光源(太阳)或者人造光源(如日光灯)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：双桨轮平板光合反应器内部能够形成一个逆时针旋转的漩涡流动，加强了气液搅拌和物质传递，能够明显改善藻液流场和促进闪光效应。通过计算机流体力学数值模拟，得到该反应器内部的微藻颗粒在养殖过程中的闪光效应周期降低为8.3s，有利于提高微藻光合作用固碳效率。双桨轮的存在提高了藻液的混合与传质效应，使反应器的混合时间降低31.3％，传质系数提高了41.2％。最终微藻生物质产量提高121.7％。附图说明图1为本专利技术中反应器的结构示意图。图2为反应器中藻液循环路线示意图。图中的附图标记为：1皮带轮；2侧板；3曝气条；4电动机；5皮带；6桨轮；7藻液。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。如图1所示(图中反应器各侧板均以透视方式绘制)，双桨轮平板光合反应器包括用于微藻固碳的立式箱型结构主体，其顶板(未在图中示出)及四个侧板2均为透光板材；顶板上设有开孔，用于引入藻液和排出产气；在反应器内部设有上下共两个桨轮6，两个桨轮6的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中，两个桨轮6具有相同的旋转方向。各轴均有一个端部伸出至侧板2外，且在该端部固定装设皮带轮1，皮带轮1通过皮带5连接至电动机4的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条3，其一端通过管路与泵送工业烟气的气泵相连(管路及气泵未在图中示出)，在曝气条3的上表面均布若干个出气孔，曝气条3平行于桨轮6的轴向布置。作为一种示例，反应器的长宽高尺寸为40cm×30cm×100cm，下侧桨轮6的轴距离底板20cm，上侧桨轮6的轴距离底板60cm，桨轮6叶片的最大直径为20cm；顶板上开孔的直径为3cm。用于制作反应器的透光板材可选透光率在80％以上的普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或塑料板材。桨轮6可选不锈钢材质的十字桨轮。利用所述反应器实现微藻固碳的方法，包括以下步骤：(1)将微藻接种在液体培养基中得到藻液，接种质量比为5～10％；将藻液从顶板的开孔引入反应器中，使液面高于最上侧桨轮6的叶片顶端至少20cm；(2)在反应器的一侧设置光源，光源可选自然光源(太阳)或者人造光源(如日光灯)。光源的连续光照强度为20000-30000Lux，控制环境温度为23～27℃；(3)启动电动机4，带动两个桨轮6按相同旋转方向运行，使一侧藻液上升另一侧藻液下降，在反应器内部形成环流用于强化气泡的分散效果；(4)以0.02～0.1vvm的速率，用气泵向反应器中送入工业烟气，鼓泡后的气体随着液循环流动得到有效分散，促进气液混合传质。步骤(1)中的微藻可选小球藻、微拟球藻或螺旋藻。利用培养基接种各类微藻得到藻液属于本领域技术人员掌握的公知技术，本专利技术不再赘述。该反应器可处理的工业烟气是下述任意一种：燃用化石燃料或生物质废弃物的排放烟气，或者是电厂排放烟气、煤化工厂尾气、工业炉窑排放烟气；在所述工业烟气中，CO2的体积浓度范围为10～90％。实施例1双桨轮平板光合反应器的材质为厚度5.0mm的有机玻璃，购置于杭州精鼎玻璃制品有限公司。平板双桨轮光合反应器的高度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双桨轮平板光合反应器，包括用于微藻固碳的反应器；其特征在于，所述反应器呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔，用于引入藻液和排出产气；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与泵送工业烟气的气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。

【技术特征摘要】
1.一种双桨轮平板光合反应器，包括用于微藻固碳的反应器；其特征在于，所述反应器呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔，用于引入藻液和排出产气；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与泵送工业烟气的气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述两个桨轮具有相同的旋转方向，曝气条平行于各桨轮的轴向布置。3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述桨轮为不锈钢材质的十字桨轮。4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述透光板材是指透光率在80％以上的普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或塑料板材。5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器的长宽高尺寸为40cm×30cm×100cm，下侧桨轮的轴距离底板20cm，上侧桨轮的轴距离底板60cm，桨轮叶片的最大直径为20cm；顶板上开孔的直径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：程军，岑可法，周俊虎，刘建忠，王智化，张彦威，杨卫娟，周志军，何勇，田江磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33