一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及可再生生物能源技术领域，尤其涉及一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，包括开孔圆管和涡杆，所述开孔圆管呈管状结构，其外壁周向设有用于所述涡杆底端插入的开孔组，所述开孔组为由若干以开孔圆管的轴心呈环形阵列于其外壁上的开孔；涡杆呈顶端开口的中空圆柱形结构，其顶部与杆帽相连，所述杆帽的宽度大于所述开孔的内径，所述杆帽的中部设有与涡杆顶部开口连通的进气口；所述涡杆与杆帽之间形成倾斜夹角α，所述涡杆远离所述开孔圆管的侧壁上间隔设有若干曝气孔。本发明专利技术采用涡杆作为静态混合器扰流，强化传热传质，加强藻细胞光暗循环，提高光能利用率；通过曝气调节反应器内pH环境，改善微藻生长情况。长情况。长情况。

【技术实现步骤摘要】
一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器


[0001]本专利技术涉及可再生生物能源
，尤其涉及一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器。

技术介绍

[0002]随着能源需求的增加，化石燃料的生产和使用造成了严重的环境问题和碳排放危机，工业化造成温室气体迅速增加而引起的全球变暖对全球的可持续性发展构成了重大挑战。与其他固碳方式相比，自养生物利用太阳能进行光合作用固定CO2的方式，具有低成本、环保且可持续等优势，受到极大的关注。利用微藻固碳有许多优点，微藻光合作用效率高、生长速率快、含油量高,可以在不竞争耕地的情况下，通过光自养培养获得高细胞密度。因此，微藻是解决能源问题最有潜力的生物资源之一。
[0003]作为进行微藻大量培养的设备，对光生物反应器的研究一直没有停歇过，随着管状、垂直柱式等多种光生物反应器相继成功研制，光生物反应器的发展越发迅速，现如今用于多种微藻大规模培养的光生物反应器已经进入工业化阶段。用于食品、基金工程等应用研究的微藻要求质量高且无污染，因此采用封闭式光生物反应器高密度培养是更好的选择。
[0004]在所提出的众多光反应器中，管式光生物反应器因为光照体表面积比较大,不易污染，生物产量高,易实现的流动循环，以及可以根据需求进行调整产量，是最适合户外大规模培养的反应器。但管式光生物反应器尺寸的放大受到管径的限制，管径过大，光照衰减，管道中心区域的藻细胞难以获得足够的光照，生长受限。同时，管式光生物反应器还存在CO2补充不完善，氧气分离和pH难控制等问题，因此需要设计曝气型管式光生物反应器静态混合器改善藻液混合、气体成分及pH环境等问题。
[0005]正是基于上述考虑，本专利技术设计了一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，通过在生物反应器内装设易拆装的曝气式涡杆静态混合器，相较传统的管式反应器增强了藻液混合，依据场协同理论强化了藻液光能利用效率，优化了微藻附壁生长情况，易拆装降低了运营中的清洗成本。同时杆上开孔曝气调整管内气体成分和藻液培养环境，增强了藻液流场的稳定情况，能够及时调整藻液溶解成分和PH值，以获得更好的微藻富集培养效果。
[0007]为了实现本专利技术的目的,本专利技术采用的技术方案为：本专利技术公开了一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，包括开孔圆管和涡杆，所述开孔圆管呈管状结构，其外壁周向设有用于所述涡杆底端插入的开孔组，所述开孔组为由若干以开孔圆管的轴心呈环形阵列于其外壁上的开孔，所述开孔圆管的外
壁沿着其轴向设有若干所述开孔组；涡杆呈顶端开口的中空圆柱形结构，其顶部与杆帽相连，所述杆帽的宽度大于所述开孔的内径，所述杆帽的中部设有与涡杆顶部开口连通的进气口；所述涡杆与杆帽之间形成倾斜夹角α，所述涡杆远离所述开孔圆管的侧壁上间隔设有若干曝气孔；开孔圆管的前端和后端分别设有藻液进口和藻液出口，所述开孔圆管的外壁后侧设有出气管。
[0008]进一步的，涡杆与开孔之间设有密封垫片，所述密封垫片的呈“T”字型结构套装于所述开孔内，其中部形成用于所述涡杆穿过的通孔，密封垫片在涡杆和开孔圆管之间，起到防漏和保护涡杆不受碰撞损害的作用，用弹性材料制成。
[0009]进一步的，杆帽的顶部形成连接凸起，所述连接凸起呈圆环形结构；所述杆帽通过防漏橡胶圈固定于所述开孔圆管上，所述防漏橡胶圈呈圆环形结构，其外壁上设有用于所述连接凸起的卡接孔，防漏橡胶圈能够将涡杆和密封垫片固定于开孔处，卡接孔与连接凸起匹配卡合，能够不影响进气口与外部连接的情况下，避免防漏橡胶圈滑动。
[0010]进一步的，涡杆与杆帽之间形成的倾斜夹角α为25
°
~75
°
，可优选45
°
，长度小于或等于管径，更低或更高的倾角下，光暗循环频率与光暗强化效率均降低，强化表现较差。在室外日光照下或室内人造光照下（<800μmol/(m2·
s)），研究表明综合考量下倾角a=45
°
为涡杆倾斜最佳角度，循环频率提升和效率强化更为平衡，平均协同角|cosβ|较高，实际应用中若处在高光照下，布置角度应随入射光场强度增大而增大。
[0011]进一步的，相邻开孔圆心角θ为30
°
~150
°
，进一步的，开孔圆管采用透光性好的玻璃、亚克力或玻璃材料制成。
[0012]本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术沿光照方向产生对称纵向涡流，藻细胞得以在光照暗区（光照强度低于藻细胞开始光合作用极限光照强度的区域）和光照亮区（光照强度高于藻细胞开始光合作用极限光照强度的区域）之间交替运动，使微藻达成强化生长的“闪光效应”，同时藻液得到充分混合，且其在光照方向上的速度高于同等条件下其他传统结构的光生物反应器的流场结果，其传质效果和光能利用率都相对有提升效果；2.本专利技术通过涡杆侧面或背部的曝气口曝射出富含CO2的气流，混合到藻液中，能及时为管内藻细胞光合作用提供充足碳源，补足了传统反应器内光能转化不够充分的问题，大大增强了光合作用的效率。同时，随着培养过程的持续进行，反应器内部pH环境逐渐升高，本专利技术通过调节曝气口开闭和进气流速度大小，达到及时调整藻液pH值的效果，使藻细胞培养环境稳定；3.本专利技术曝气混合过程中，藻液之前光合作用过程产生的溶解氧与曝气气流接触，会使藻液内部分溶解氧传质出来，最终通过排气口排出反应器。此效果能够收集反应器产生的氧气产物，同时也使得反应器藻液光合作用产生的氧及时排除，有效的控制了氧抑制和光氧化作用；4.本专利技术涡杆附近不易产生回流，反应器内不存在流动死区，从而具有较好的抗附藻效果，同时由于结构的易拆装特性，方便在反应器清洗工作中降低工作成本。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的结构示意图；
图2为本专利技术中涡杆的正面剖视图；图3为本专利技术中部分结构剖面图；图4为本专利技术的结构左面剖视图；图5为本专利技术的截面流场示意图；图6为本专利技术所在管式光生物反应器培养系统简易结构图。
[0014]图中，1、藻液进口；2、开孔圆管；3、涡杆；4、进气口；5、曝气口；6、密封垫片；7、防漏橡胶圈；8、出气管；9、藻液出口；10、开孔；11、杆帽；12、连接凸起。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：参见图1
‑
图6。
[0016]本专利技术公开了一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，包括开孔圆管2和涡杆3，所述开孔圆管2呈管状结构，其外壁周向设有用于所述涡杆3底端插入的开孔组，所述开孔组为由若干以开孔圆管3的轴心呈环形阵列于其外壁上的开孔10，所述开孔圆管2的外壁沿着其轴向设有若干所述开孔组；涡杆3呈顶端开口的中空圆柱形结构，其顶部与杆帽11相连，所述杆帽11的宽度大于所述开孔10的内径，所述杆帽11的中部设有与涡杆3顶部开口连通的进气口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，其特征在于：包括开孔圆管（2）和涡杆（3），所述开孔圆管（2）呈管状结构，其外壁周向设有用于所述涡杆（3）底端插入的开孔组，所述开孔组为由若干以开孔圆管（3）的轴心呈环形阵列于其外壁上的开孔（10），所述开孔圆管（2）的外壁沿着其轴向设有若干所述开孔组；所述涡杆（3）呈顶端开口的中空圆柱形结构，其顶部与杆帽（11）相连，所述杆帽（11）的宽度大于所述开孔（10）的内径，所述杆帽（11）的中部设有与涡杆（3）顶部开口连通的进气口（4）；所述涡杆（3）与杆帽（11）之间形成倾斜夹角α，所述涡杆（3）远离所述开孔圆管（2）的侧壁上间隔设有若干曝气孔（5）；所述开孔圆管（2）的前端和后端分别设有藻液进口（1）和藻液出口（9），所述开孔圆管（2）的外壁后侧设有出气管（8）。2.根据权利要求1所述的一种提高微藻培养效果的曝气型涡杆管式光生物反应器，其特征在于：所述涡杆（3）与开孔（10）之间设有密封垫片（6），所述密封垫片（6）的呈“T”字型结构套装于所述开孔（10）内，其中部形成用于所述涡杆（3）穿过的通孔。3.根据权利要求2所述的一种提高微藻培养效果的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思鼎，马春阳，文华，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：