本发明专利技术公开了一种利用废气废热规模化培养微藻的套管式光生物反应系统，包括供液、供气、控温和数据采集及控制系统；供液系统主要包括储液罐和培养反应器；培养反应器由多个单元的内置曝气管的套管式光生物反应器串联或并联构成；供气系统主要包括尾气余热回收器和气体混合室；控温系统包括控温水池和循环水路；数据采集及控制系统用以控制微藻培养的工艺条件。本发明专利技术能够有效控制微藻生长环境，可以增强藻液内气液混合、有效调节pH、及时补充CO2和排除溶氧(DO)、适合大规模培养。以工业废热和废气用来为微藻培养提供碳源和热源，能够高效控温、节省能源、处理尾气减少碳排放，可用于高效培养微藻，生产生物柴油、微藻蛋白和水产养殖饵料等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微藻培养系统，尤其涉及一种利用废弃废热规模培养微藻的套管 式光生物反应系统。
技术介绍
基于微藻与其他植物相比具有更高的生长效率、更快的生长周期和C02固定能力， 能够提供系的能源和附加产物，所以现阶段微藻能源的发展成为解决能源问题的一个方 向。微藻培养是发展微藻能源的一个重要环节，因此开发新型的高密度、低廉高效、适用于 大规模培养的微藻培养系统成为微藻生物柴油技术的关键。规模化培养微藻的系统分为开 放式和封闭式系统，由于封闭式系统具有无菌条件、各种培养参数可控、容易高密度培养等 优点，已经成为现阶段研究的热点。封闭式光生物反应系统按照光生物反应器的形式分为板式光生物反应系统、柱式 光生物反应系统和管式光生物反应系统，由于管式光生物反应器有较高的光照体表面积 比，以及简单的水力循环系统，微藻产量高，投入较少，所以管式光生物反应器最适合用于 微藻规模化培养的光生物反应器。但是，传统管式光生物反应器存在co2补充不及时、气液 混合效果差、溶解氧(D0)容易积累、扩大管径会造成光照效率低等缺点，这些缺点从一定 程度上制约着管式光生物反应系统的进一步扩大化，例如即使采用在管段两端加入气升 装置来补充C02和排除溶解氧(D0)，其单个管段的长度也不能太长(不宜超过80m)，阻碍 了进一步大规模培养，而且这种气升式光生物反应系统只能反映和调控气升储液罐中藻液 的pH、温度、溶解氧(D0)浓度，不能有效的控制整个管程内微藻的生长环境。因此，开发新型的光生物反应系统是微藻能源领域的核心问题之一。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种利用废气废热规模化培养微藻的套管式光生 物反应系统，本专利技术能够有效控制微藻生长环境，可以增强藻液内气液混合、有效调节pH、 及时补充C02和排除溶氧(D0)、高效控温、节省能源、适合大规模培养。另外，本专利技术以工业 废热和废气用来为微藻培养提供碳源和热源，可生产作为生物柴油原材料的微藻油脂及用 于造纸、制药、添加剂等其他有机物质，同时，可处理尾气减少碳排放。为了解决上述技术问题，本专利技术利用废气废热规模化培养微藻的套管式光生物反 应系统予以实现的技术方案是包括供液系统、供气系统、控温系统和数据采集及控制系 统；所述供液系统包括储液罐、输液泵、培养反应器和培养基管段；所述储液罐连接有输液 管、补液管和排液管；培养反应器由多个单元的套管式光生物反应器串联或并联构成；所 述套管式光生物反应器包括管件和分别设置在所述管件两端的法兰，其中，一端法兰上设 有进液管，另一端法兰上设有出液管，所述管件为一透明套管，包括透明外管和设置在所述 透明外管内、且与透明外管同轴布置的一透明开孔曝气管；所述透明外有进气管；所述供气系统包括尾气余热回收器，所述尾气余热回收器连接有工业尾气输送 管道和气体混合器，所述气体混合室与空气输送管道相连，所述气体混合室的下游管道上 设有气体分析仪和供气阀；所述控温系统包括控温水池，所述温控水池与所述尾气余热回 收器之间设有循环水管道，所述培养反应器设置在温控水池中；所述数据采集及控制系统 包括设置在控制台和测试箱，所述测试箱串联在所述培养反应器中，所述测试箱内设有与 控制台连接的温度传感器、pH传感器和溶氧传感器，所述数据采集及控制系统还包括均与 控制台连接的设置在循环水管道上的循环水流量控制器、与所述气体分析仪连接的气体分 析传感器、设置在所述空气输送管道上的空气流量控制器、设置在所述工业尾气输送管道 上的尾气流量控制器和设置在输液管道上的藻液流量控制器；所述控制台是集数据采集、 分析和反馈为一体的一台计算机系统，所述控制台用以控制微藻培养的工艺条件。进一步讲，所述输液管、补液管、排液管，工业尾气输送管道，空气输送管道，循环 水管道上设有阀门并可以选择性的设有泵体。由多个单元的套管式光生物反应器并联构成的并联式培养反应器中，每个套管式 光生物反应器的两端均设有管段开关。由多个单元的套管式光生物反应器串联构成的串联式培养反应器的两端设有管 段开关。本专利技术中所用的生物反应器是内置透明开孔曝气管的套管式光生物反应器，与传 统的管式光生物反应器相比，具有以下有益效果如下1)本专利技术通过内置透明开孔曝气管，增加了有利生长区占总生长区的比例，如图 4-1和图4-2中所示，附图标记50表示不利生长区，显然，本专利技术缩小了该区域，从而减弱 了增加管径带来的光衰减现象，使通过增加管径来扩大化培养成为可能。同时，背光面的曝 气孔喷出的气泡51，由于浮力作用向上流动，带动背光区微藻和向光区微藻的循环流动，使 藻细胞处于一种光暗交替的状态，解决了光衰减和光抑制的矛盾，提高了光能利用率，如图 5所示。2)本专利技术通过内置曝气管，可以随时为整个管段中的藻细胞提供充足的C02，并且 能够有效的控制整个管段的pH值，克服了传统培养管随着了管段增长造成的C02不足和pH 增高的缺点，大大提高了光合作用的效率。3)本专利技术吸收了柱式反应器最大的优点，在藻液中增加了曝气系统，通过曝气孔 喷出气体来加强反应器中微藻、培养基和气体的混合，达到增强气液混合，强化气液传质的 作用。同时，这种曝气方式代替了传统的气液分离装置，能够有效的去除溶解氧，有效的控 制了氧抑制和光氧化作用。4)总之，传统的管式光生物反应器由于光合效率、C02、pH和溶解氧(D0)等方面的 限制，使其管径不宜超过0. lm，单个连续培养段的长度不可超过80m。本专利技术通过解决这些 问题，单个连续培养反应器在理论上可以无限长，从很大程度上消除了它们对管尺寸的限 制，使其更加适合扩大化培养。本专利技术光生物反应系统是以上述套管式光生物反应器为基础，利用废弃废热进行 规模化培养微藻，其有益效果如下5)由于本专利技术光生物反应系统中采用内置曝气管的套管式光生物反应器，可以代 替传统管式系统中的气液分离装置，使系统简化。6)本专利技术中的套管式生物反应器可采用连续培养和半连续培养两种方式。如图1 所示，连续培养采用串联式培养管段3，通过控制整个管段的长度和藻液流速来控制微藻在 管段中的培养时间，使其在通过培养管段后能够直接收获，大大的节省了藻液循环流动所 消耗的动力；如图2所示，半连续培养采用并联式培养反应器33，将多个单元的培养反应器 并联，藻液在储液罐和培养管段间循环流动，培养结束后进行收获。7)本专利技术采用工业尾气来作为培养系统的碳源和热源，利用尾气余热回收器14 对尾气进行降温，同时对余热加以利用，降低了能源的消耗和微藻的培养成本。8)本专利技术光生物反应系统中采用管段浸入水中的方式进行控温，这种方式使藻液 温度分布均匀，微藻更易控制在最佳的生长温度范围内。气温较高时，比如在夏季的正午，强烈的光照使光生物反应器内的温度升高，由于 管壁和空气间的传热效果差，造成管内温度比空气温度高出很多，对藻细胞造成严重的热 损害。传统的系统多采用喷淋的方式来降温，但是喷淋系统复杂，而且耗能严重。本专利技术采 用把光生物反应器管段浸入水中的方式来降温，使反应器管内的温度低于水池液面的温度 (相当与空气的温度)，大大减少了降温能耗与成本，而且起到遮光效果。气温较低时，本专利技术通过烟气余热回收器14，高效回收烟气中的废热，为控温池 16提供热源，从而在温度较低的气候下保持较好的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用废气废热规模化培养微藻的光生物反应系统，包括供液系统、供气系统、控 温系统和数据采集及控制系统；其特征在于，所述供液系统包括储液罐(1)、输液泵(2)、培养反应器和培养基管段；所述储液罐(1) 连接有输液管、补液管和排液管；培养反应器由多个单元的套管式光生物反应器串联或并 联构成；所述套管式光生物反应器包括管件和分别设置在所述管件两端的法兰，其中，一端法 兰上设有进液管(43)，另一端法兰上设有出液管(40)，所述管件为一透明套管，包括透明 外管(35)和设置在所述透明外管(35)内、且与透明外管(35)同轴布置的一透明开孔曝气 管(36);所述透明外管(35)的顶部设有排气管(37)，所述透明开孔曝气管(36)的管壁上 沿轴向设有一排曝气孔(41)，所述透明开孔曝气管(36)的一端设有进气管(39)；所述供气系统包括尾气余热回收器(14)，所述尾气余热回收器(14)连接有工业尾气 输送管道和气体混合器(19)，所述气体混合室(19)与空气输送管道相连，所述气体混合室 (19)的下游管道上设有气体分析仪(20)和供气阀(31)；所述控温系统包括控温水池(16)，所述温控水池(16)与所述尾气余热回收器(14)之 间设有循环水管道，所述培养反应器设置在温控水池(16)中；所述数据采集及控制系统包括设置在控制台(4)和测试箱(13)，所述测试箱(13)串联 在所述培养反应器中，所述测试箱(13)内设有与控制台(4)连接的温度传感器(5)、pH传 感器(6)和溶氧传感器(7)，所述数据采集及控制系统还包括均与控制台(4)连接的设置 在循环水管道上的循环水流量控制器(8)、与所述气体分析仪(20)连接的气体分析传感器 (9)、设置在所述空气输送管道上的空气流量控制器(10)、设置在所述工业尾气输送管道上 的尾气流量控制器(11)和设置在输液管道上的藻液流量控制器(12);所述控制台(4)是 集数据采集、分...
【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，杨俊红，井广宁，杨少辉，张雯雯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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