一种管池结合式闪光生物反应器系统技术方案

本实用新型专利技术涉及生物质能利用技术，旨在提供一种管池结合式闪光生物反应器系统。该系统包括用于培养微藻的跑道池反应器；在其上方平行布置若干根透光材质的水平横管，水平横管与跑道池反应器的长度方向相互垂直；相邻水平横管的端部之间以弯管相连，组成贯通的水平横管反应器；水平横管反应器的出口端通过管路依次连接跑道池反应器和CO2溶解器，后者出口端通过管路依次连接离心泵和水平横管反应器的入口端；在CO2溶解器中设置气体分布器，气体分布器通过管路连接至CO2气源。本实用新型专利技术能改善跑道池藻液表面的光区与暗区分布，显著强化微藻细胞流动的闪光效应，提高跑道池内部微藻细胞运动的闪光频率，有利于促进微藻光合作用生长固碳。长固碳。长固碳。

【技术实现步骤摘要】
一种管池结合式闪光生物反应器系统


[0001]本技术关于生物质能利用技术，特别涉及一种管池结合式闪光生物反应器系统。

技术介绍

[0002]微藻由于生长速度很快、光能利用效率高，生物质具有较高经济价值，故已成为烟气CO2减排和新能源开发领域的前沿研究热点。充分利用微藻捕集燃煤电厂、煤化工厂、工业炉窑等排放烟气中CO2，在降低微藻生产原料成本同时，还能得到富含高价值活性成分的生物质。跑道池反应器作为微藻养殖产业最成功的商业化养殖模式，其设备工艺操作简单并且易于放大，因而在国内外得到了广泛应用。
[0003]太阳光线在藻液中的穿透距离十分有限，在跑道池底部的微藻细胞因远离藻液受光表面，故难以得到充足光能进行光合作用。然而当外界环境太阳光照过强时，跑道池藻液表面的微藻细胞因长时间暴露于强光中，使得被迫接收光能超过细胞光合系统利用量，从而导致细胞光合作用效率下降。研究人员将光照强度低于一定阈值的反应器区域定义为暗区，反之为光区。研究发现微藻需要在反应器培养液中的光区与暗区之间不断快速变换才能获得更高的光能利用效率和细胞生长速度。故将每秒时间内微藻细胞在光区与暗区之间的变换运动次数称作闪光频率，并通过改良反应器内部结构、优化光区与暗区分布特性能有效提高微藻细胞运动的闪光频率。Yang等在跑道池内部设置了扰流挡板产生漩涡流场，以增强微藻运动的闪光频率提高生长速率，通过反应器结构优化促进气液混合传质使微藻生物质产量提高了22％。但是设置扰流挡板增加了流动阻力降低了藻液流动速度，故有必要开发新型反应器结构来提高闪光频率促进微藻生长固碳。

技术实现思路

[0004]本技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种管池结合式闪光生物反应器系统。
[0005]为解决上述技术问题，本技术的解决方案是：
[0006]提供一种管池结合式闪光生物反应器系统，包括用于培养微藻的跑道池反应器；其特征在于，在跑道池反应器上方平行布置若干根透光材质的水平横管，水平横管与跑道池反应器的长度方向相互垂直；相邻水平横管的端部之间以弯管相连，组成贯通的水平横管反应器；水平横管反应器的出口端通过管路依次连接跑道池反应器和CO2溶解器，CO2溶解器的出口端通过管路依次连接离心泵和水平横管反应器的入口端；在CO2溶解器中设置气体分布器，气体分布器通过管路连接至CO2气源。
[0007]作为一种改进，所述水平横管分为1～5层且沿垂直方向重叠布置，每层横管数量为10～1000列；在垂直方向上相邻两管的管壁间距为管径的1～5倍，在水平方向上相邻两管的管壁间距为管径的1～10倍。
[0008]作为一种改进，所述跑道池反应器的数量为3～10个；各跑道池反应器以长度方向
相互平行的方式布置，且彼此首尾依次相连；每个跑道池反应器中均设置搅拌桨轮和膜片曝气器。
[0009]作为一种改进，所述搅拌桨轮是不锈钢材质的十字桨轮；膜片曝气器为橡胶材质产品，孔径0.8mm，孔隙率0.85；膜片曝气器通过管路连接CO2气源。
[0010]作为一种改进，所述水平横管的管径为5厘米，水平横管底部与跑道池底部之间的最小距离为2米。
[0011]作为一种改进，所述水平横管是透光率在80％以上的普通玻璃管、钢化玻璃管或高分子塑料管。
[0012]利用前述管池结合式闪光生物反应器系统实现微藻生长固碳的方法，包括以下步骤：
[0013](1)将微藻培养液接种于CO2溶解器，以系统全部水体计算微藻培养液的接种质量比为5～10％；启动离心泵，使藻液进入上层的水平横管反应器中进行光合作用，然后再进入下层的跑道池反应器中继续生长固碳；
[0014](2)将工业烟气CO2同时送入CO2溶解器中的气体分布器，以及跑道池反应器中的膜片曝气器，通过碳酸化反应形成NaHCO3以提高CO2利用效率；控制CO2流量，使其与系统全部水体相比的通气速率为0.02～0.1vvm；
[0015](3)藻液在水平横管反应器与跑道池反应器之间循环流动，入射光线在两个反应器中被藻液吸收利用；由于藻液在水平横管反应器中流动时会产生湍流和波浪，入射光线透过上层的水平横管反应器之后，在跑道池反应器的表面形成明暗相间的区域，从而形成闪光效应促进微藻细胞生长；系统运行3-5天后，收获生物质。
[0016]控制整个系统的环境温度为10～38℃，水平横管反应器上表面入射光线的光照强度为5000-100000Lux。所述微藻培养液使用的微藻种类可选微拟球藻、小球藻或螺旋藻。工业烟气CO2可选燃煤电厂排放烟气、煤化工厂尾气或工业炉窑排放烟气，其中的CO2体积浓度为10～99％。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0018]1、管池结合式闪光生物反应器系统明显改善了跑道池藻液表面的光区与暗区分布，显著强化了微藻细胞流动的闪光效应，使得跑道池内部微藻细胞运动的闪光频率提高了12.7％～34.2％，有利于促进微藻光合作用生长固碳。
[0019]2、由于管池结合式光反应器包括上层横管和下层跑道池的特殊结构，改善了反应器内部入射光量子的投射区域分布，避免了在反应器内部循环的微藻长时间曝光于过强光照下，有效缓解了强光对微藻细胞产生的光抑制效应。故反应器内部微藻的光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学效率(Fv/Fm)提高了5.3％～12.1％，叶绿素a含量提高了11.6％～21.1％，叶绿素b含量提高了6.3％～11.2％，因而使微藻更高效地将光能转化ATP用于藻细胞色素的合成与生物质的积累。由于本反应器系统对入射太阳光能采取了两级吸收模式，依次由上层水平横管和下层跑道池对入射光能进行吸收利用，故整体反应器系统对土地资源和光能利用率高，使得微藻生长速率提高了21.5％～36.9％，单位占地面积的微藻生物质产量提高了24.8％～41.2％。
100000Lux。
[0032]实施例1
[0033]管池结合式闪光生物反应器系统由上层水平横管与下层跑道池结合而成，并且水平横管与跑道池呈现十字交叉状。在跑道池长度方向的上方布置10列水平横管，在水平横管长度方向的下方布置3个跑道池。水平横管底部与跑道池底部之间的距离为2米。上层水平横管采用垂直堆叠形成多层横管结构，其管径均为5厘米，材质均为透光管材(即透光率在80％以上的高分子管材)。水平横管总层数为1层，在水平方向上相邻两管的管壁间距为管径的10倍。上层水平横管反应器设备包括CO2溶解器、多组水平横管和藻液循环系统，其中不锈钢材料制成的CO2溶解器为气液混合装置，其内部气体分布器通过管路连接至CO2气源，该装置是将藻液接种到水平横管的入口；藻液循环系统包括离心泵和连接管路，它将水平横管与CO2溶解器密封连接，用于驱动藻液在水平横管与CO2溶解器中的循环流动。下层跑道池反应器设备包括跑道池、搅拌桨轮和气体补给系统，其中搅拌桨轮为不锈钢材质的十字桨轮；气体补给系统为橡胶材质膜片曝气器与其连接管路，其曝气器孔径为0.8mm，孔隙率为0.85。当入射太阳光垂直照射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管池结合式闪光生物反应器系统，包括用于培养微藻的跑道池反应器；其特征在于，在跑道池反应器上方平行布置若干根透光材质的水平横管，水平横管与跑道池反应器的长度方向相互垂直；相邻水平横管的端部之间以弯管相连，组成贯通的水平横管反应器；水平横管反应器的出口端通过管路依次连接跑道池反应器和CO2溶解器，CO2溶解器的出口端通过管路依次连接离心泵和水平横管反应器的入口端；在CO2溶解器中设置气体分布器，气体分布器通过管路连接至CO2气源。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水平横管分为1～5层且沿垂直方向重叠布置，每层横管数量为10～1000列；在垂直方向上相邻两管的管壁间距为管径的1～5倍，在水平方向上相邻两管的...

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