一种喷淋式光生物反应器制造技术

本实用新型专利技术公开一种喷淋式光生物反应器，包括平板式光生物反应器、设置于所述平板式光生物反应器上方的藻液喷淋单元、接入所述平板式光生物反应器的工业废气前处理单元及驱动藻液在所述平板式光生物反应器和所述藻液喷淋单元之间循环的藻液循环系统，其中所述藻液喷淋单元包括：喷淋器，用以分散流下藻液；透明幕墙，用以防止藻液喷溅并阻止藻液与外界环境接触。本实用新型专利技术提供的新型喷淋式光生物反应器的设计方案，可用以实现微藻的高密度培养和工业废气中二氧化碳的高效吸收。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光生物反应器，特别涉及一种喷淋式光生物反应器。
技术介绍
近年来，气候变暖已经受到全球的广泛关注，其主要原因是大气中二氧化碳等温室气体浓度的升高。据ICPP(联合国政府间气候变化专门委员会)统计，大气中的二氧化碳浓度已经由工业革命前的0. 0 %增长至0. 036%，二氧化碳浓度的升高会引发了海平面上升、洪水泛滥、生态系统分配改变等一系列的环境问题，严重威胁人类的生存。工业废气是大气中二氧化碳的主要来源，以化石燃料电厂为例，普通化石燃料电厂的规模在 400-1200MW之间，电厂每产生IMWH的电能，将排放344_941kg 二氧化碳，照此计算，全球电厂每年将排放数以百亿吨的二氧化碳。世界各国已积极就二氧化碳的捕捉和封存技术(CCQ展开研究，在众多的CCS中， 微藻固碳技术受到越来越多的关注。利用微藻固定二氧化碳具有诸多优势(1)微藻可以直接利用太阳能进行光合固碳，较物化法节能；( 微藻生物质可以应用到食品、生物医学、生物肥料和可再生能源等领域，具有重要的经济和社会价值；C3)微藻可在贫瘠的土地上养殖，减少对耕地的压力；(4)可以与废水处理相结合，培养微藻的同时有效去除水体中氮磷等。目前国内外对于微藻固定二氧化碳的研究主要集中在以下两个方面(1)筛选和培养生长速度快、能够耐受高浓度C02、SOx, NOx等污染物的藻种；( 高效光生物反应器的研发。优良藻株的选育固然重要，但要在实际应用过程中，使选育得到的优良藻株获得高效的(X)2固定效果，性能优越的光生物反应器是必不可少的。美国绿色能源技术公司与美国亚利桑那州公共服务公司下属的红鹰电厂进行合作，成功地利用烟道气进行微藻大规模培养，并转化生物燃料，该公司采用的培养装置为柱式光生物反应器。夏威夷的蓝藻生物技术公司以小型电厂产生的二氧化碳和电能供67个跑道池使用，每月可固定67吨二氧化碳，生产36吨螺旋藻粉。“工业排放二氧化碳源塔式生物固碳与能源化关键技术中试研究”(山东科技大学，2009)通过山东省科技厅的鉴定，并首次提出塔式生物反应器，可以立体布置，占地面积小，有助于溶碳脱氧，并且对藻体的剪切作用较小，微藻连续生产。目前国内仅有一篇光生物反应器专利涉及微藻的碳固定。柴晓利(中国技术，CN102008930A, 2011-04-13)的脱除烟气中二氧化碳的光生物反应装置，由光生物反应系统和在线检测系统组成，其中光生物反应系统由光生物反应器，以及与其连接的控温装置、循环装置、供气装置和光照装置组成，在线监测系统包括温度探头、DO复合电极、二氧化碳电极和PH电极。该技术具有混合传质效果好，剪切力小，生物量增长速度快，二氧化碳去除效果好等优点。理论上，传统光生物反应器均可用于固碳微藻的培养。但考虑二氧化碳的固定效率和反应器系统的构建成本，可供选择的反应器类型变的相对局限。在众多反应器类型中， CO2去除率较高的光生物反应器有管道式和柱式，但管道式光生物反应器氧解析困难、不易清洗、成本高、温度控制较困难；柱式光生物反应器不存在氧解析和混合问题，但其培养体积较小、不易放大(纵向和径向)、比表面积小、且反应器中心光线不易穿透，生产效率低， 均影响微藻的固碳效率。目前，科研机构和企业普遍采用传统的饵料微藻培养所用的光生物反应器(跑道池、柱式、发酵罐式、管式和悬袋式)进行微藻固碳的研究，其在技术上存在诸多缺点(1)传统的饵料微藻光生物反应器并非为微藻高效固碳而构建，其二氧化碳的脱除速率远低于微藻固碳的理论速率，需对其结构进行改进，方可用于微藻固碳的生产和研究；(2)微藻在传统光生物反应器中的光能利用率较低，随着藻细胞密度的增大，细胞之间的遮挡作用更加明显，严重影响微藻的生长和二氧化碳的吸收；(3)传统光生物反应器普遍采用鼓泡的方式通入压缩空气，藻细胞与气泡的接触面积小、接触时间短，一定程度上限制了藻细胞对二氧化碳的吸收速率；(4)传统光生物反应器的控温效果不佳，仅通过水冷或风冷的方式降温，能耗巨大；(5)为了增加气液传递效率，通常在反应器底部安装疏水曝气膜，以产生较小且均勻的气泡，但疏水曝气膜易堵塞，还会引起通气能耗的增加。由此可见，现有技术均难以实现二氧化碳的高效固定，因而有必要设计一种新型的光生物反应器。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种喷淋式光生物反应器，用以实现工业废气中二氧化碳的高效固定及微藻的低成本高密度培养。为解决以上技术问题，本技术提供的技术方案是，一种喷淋式光生物反应器， 包括平板式光生物反应器、设置于所述平板式光生物反应器上方的藻液喷淋单元、接入所述平板式光生物反应器的工业废气前处理单元及驱动藻液在所述平板式光生物反应器和所述藻液喷淋单元之间循环的藻液循环系统，其中所述藻液喷淋单元包括喷淋器，用以分散流下藻液；透明幕墙，用以防止藻液喷溅并阻止藻液与外界环境接触。较优地，所述平板式光生物反应器为由若干预定规格透明平板粘合而成的透明反应容器，所述透明反应容器的侧面安装有通气管接口、外循环管接口和冷凝管接口。较优地，所述藻液循环系统包括外循环管，连通所述平板式光生物反应器和所述藻液喷淋单元；循环泵，位于所述外循环管上。较优地，所述藻液循环系统包括高位槽，其进液口和出液口分别通过外循环管连通所述平板式光生物反应器和所述藻液喷淋单元；气源，其供气口接在所述外循环管的上升管路上。较优地，所述透明幕墙由透明塑料薄膜制成，所述透明塑料薄膜覆盖于一固定网格上。较优地，所述透明幕墙由有机玻璃板制成，所述有机玻璃板嵌于一藻液喷淋单元支撑架上的卡槽之中。较优地，所述喷淋器为一中空长方盒，所述中空长方盒的下底面开具若干均勻分4布的小孔，上表面安装外循环管接口。较优地，所述喷淋器为一横截面为半圆形的长管，所述长管的两端封口，下底面开具若干均勻分布的小孔，上弧面安装外循环管接口。较优地，所述喷淋器由若干平行且相互连通的管子组成，管子的管面上开具若干均勻分布的小孔，左右两侧安装外循环管接口。较优地，所述喷淋器为一中空长方盒，所述中空长方盒的的前侧面低于后侧面，上表面安装外循环管接口。与现有技术相比，本技术提出一种新型喷淋式光生物反应器的设计方案，用以实现微藻的高密度培养和工业废气中二氧化碳的高效吸收。该光生物反应器进一步优化后，包括但不仅限于以下优点(1)藻液喷淋增加了光线的透过率，提高了藻细胞的光合效率；( 藻液喷淋增加了藻液与气体的接触面积，并且喷淋而下的藻液与上升的气体形成对流，提高了藻细胞对二氧化碳的利用率；C3)藻液喷淋对反应器侧壁产生的压力较小， 降低了反应器构建的难度；(4)藻液喷淋会带动空气流动起到藻液降温的作用，同时藻液向低位储液池流动的过程中，会将反应器外的冷空气带入反应器内，起到双重降温的作用； (5)利用气升方式实现藻液的快速循环，对藻细胞损伤小，可用于无细胞壁的微藻的培养。附图说明图1为本技术喷淋式光生物反应器实施例一的结构示意图；图2为本技术喷淋式光生物反应器实施例二的结构示意图；图3为循环泵循环系统工作原理图；图4为气升式循环系统工作原理图；图5A为藻液喷淋器类型一结构示意图；图5B为藻液喷淋器类型二结构示意图；图5C为藻液喷淋器类型三结构示意图；图5D为藻液喷淋器类型四结构示意图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张成武，吴洪，李爱芬，李涛，刘敏胜，朱振旗，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：实用新型
国别省市：