蛇形光生物反应器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光生物反应器，特别的涉及一种通过光合作用培养多种光合微生物，进行产业化养殖的蛇形光生物反应器系统。
【背景技术】
[0002]光合微生物，尤其是富油能源微藻、雨生红球藻、绿藻、蓝藻等(简称藻类)的生长繁殖主要依靠相应的矿物质。单细胞的藻类有着极强的繁殖能力，在光合作用下可以吸收大量的二氧化碳。藻类通过光合作用，利用光能、水、矿物质和二氧化碳等元素转化成富含大量油脂、蛋白质、虾青素、螺旋藻等高附价值有机化合物。
[0003]通过光生物反应器养殖不同的藻类微生物，可以收获多种不同的高附加值产品。并且由于藻类具有快速从周围环境中吸收二氧化碳、氮、磷等营养物质并将其转化为有机化合物(如储存在细胞中的油脂、蛋白、虾青素)的能力，它还可以用于净化废水和回收利用火电厂富含二氧化碳的烟道气来改善环境。在系统中藻类可以起到生物净化过程中的重要部分，待成熟以后，经过提取等系统工艺，产出大量生物燃料(如生物柴油，酒精和甲烷等)、其藻体也可作为动物饲料和有机肥、以及改良土壤的重要原料。在藻类养殖中，其产生的经济效益是由藻类的选择、养殖的规模、光生物反应器的应用效率来决定的。
[0004]目前国内有规模的光生物反应器一般为开放池，横管，透明光膜等，多建成1000?5000平方米环形的浅池(水深15?30厘米)，用人力或浆轮使培养液循环流动。这种生产模式具有很大的局限性，其结构简单，虽然有投资低易建设的优点，但同样的效率过于低下，藻类在户外生长有很多不可控因素，如开放池养殖缺少温度、光照、混合不均匀、容积小，与空气接触易于染菌，使得总体生产率低，常导致培养失败。
[0005]开放式的缺陷推动了封闭式培养系统的发展，用透明的横管或其它容器制成的封闭式光生物反应器出现了。横管式反应器的应用也受到其高成本、效率低的限制，仅用于生产小批量、高附加值特种产品；其它种类的光生物反应器也因多种原因如提取困难、建设成本高、容积小、清洗困难等而相继无法大规模养殖产生经济效益。
[0006]专利文件(公开号WO 2008/151376A1)公开了一种薄膜反应器，但是，该薄膜反应器也存在如下缺点:
[0007]a、反应器的结构单元尺寸确定后无法调整；
[0008]b、制作工艺较为复杂，每个薄膜单元侧面呈波浪状，需要烫接或其他辅助工艺；
[0009]C、由于反应器宽度较小，同时波浪状侧壁导致内部贯通性较差，有死角，清洗很不方便；
[0010]d、由于该反应器侧面是主要受光面，反应器摆放形式(方向)受到限制；
[0011]e、反应器较深，侧板上的应力分布不均，材料上部力学性能利用率低。同时，水压对薄膜壁的材料性能要求较高。材料成本随之升高。
【发明内容】
[0012]本实用新型的目的之一是提供一种蛇形光生物反应器。
[0013]本实用新型的目的之二是提供一种蛇形光生物反应器系统。
[0014]本实用新型的这些以及其它目的将通过下列详细描述和说明来进一步阐释。
[0015]本实用新型的蛇形光生物反应器系统，包括中间贮槽、探测器、运行栗、光生物反应器、输送管路、回油岐管、收获储罐，其中:通过输送管路、运行栗将中间贮槽和光生物反应器连接，从光生物反应器出来的产品通过回油岐管到收成口进入收获储罐，从收获储罐出来的液体通过紫外线杀菌进入中间贮槽进行养分归还，从收成口出来的气体和添加的二氧化碳通过头部空间循环进入中间贮槽，通过探测器来控制中间贮槽进入光生物反应器的量。
[0016]在本实用新型中，所说的光生物反应器为蛇形，以蛇形的排列方式，行与行间包括多个管道均连接在一条直线延伸的蛇形路径上，包括透明的圆柱形管道和支撑架，圆柱形管道和支撑架连接，支撑架间相互连接，并与地面成90° ;二根圆柱形管道的上部和下部通过“U”型连接件连接，“U”型连接件的下部或上部通过底部或上部工字钢把每个“U”管支撑并固定下来，通过“U”型连接件连接后的多根圆柱形管道构成蛇形光生物反应器。
[0017]在本实用新型中，圆柱形管道与“U”型连接件间有防止泄露的橡胶圈，通过卡扣来固定，所述的“U”型连接件底部或上部有开口，每个“U”型连接件的上部开口均与排气管连接。多个蛇形光生物反应器相互连通构成一个标准的蛇形光生物反应器单元，多个标准的蛇形光生物反应器单元相互连通构成蛇形光生物反应器，除连接处其采用全部透光的材质，所述的蛇形光生物反应器有进口、出口和取样口。蛇形管的两长侧面外侧以支撑框架支撑，支撑框架沿蛇形管均匀布设，支撑框架的高不小于蛇形管的高；支撑框架垂直地面，每侧呈直角长方形，直角长方形的垂直边为支撑框架立柱，支撑框架立柱之间为蛇形管。蛇形光生物反应器结构分明，每一个单元都具有一定的规模和连续培养微藻的能力，在独立运行中产生的费用低。所述的光生物反应器由20-500000个圆柱形管道和U形管组成，较好的是由500-50000个圆柱形管道和U形管组成，圆柱形管道(透明的)和U形管的高度为1.25米-4.20米，直径为0.07米-0.30米，由养殖微藻的品种不同来具体确定。圆柱形管道由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，并且是透明的。光生物培养液的流动速度为10-20厘米/秒，每个通过蛇形光生物反应器透明管道的光生物培养液停留时间为10-20分钟，I至2小时为一个循环周期，半停半运行间歇，在光生物培养液池中补充光合微生物生长所需要的营养物质，以及清除有害物质。
[0018]在本实用新型的蛇形光生物反应器中，通过运行栗将光生物培养液打入光生物反应器，使光合微生物充分吸收，在光生物反应器系统装置的前端配有调配罐，首次在调配罐中把微藻种子、植物生长的营养液，二氧化碳饱和溶解液一起栗入光生物反应器，让微藻植物进行光合作用；调配罐中根据检测指标及时补充微藻植物生长的营养液和一直补充二氧化碳，保持着二氧化碳饱和溶解液，保持微藻生物的最佳生长状态；光生物培养液在光生物反应器中多次的循环补充，依次向单元中流动，从最初的开端，到最后的循环系统流出再次流入光生物培养液池中，实现光生物培养液的搅动循环再利用，当达到设定密度时，收集器会自动收集，获得微藻养殖产品。
[0019]在本实用新型的蛇形光生物反应器系统中，光生物培养液是由运行栗引入进圆柱形管道再到回油歧管，回油歧管将每个管道出来的流动液集合并返回到进料罐，当回流至进料罐的顶部，通过T型管配件11 (图3)形成吸力流向为下，引入气体进入系统，二氧化碳随着回流液以与回流液同样的流动速度进入调配罐，两相湍流自然能非常好的的混合和传质，从而促进生长介质中溶解消耗二氧化碳。返回配管的吸入端连接到自动控制阀的进气歧管，当浆料的PH值高于设定点，控制阀(A)连接到二氧化碳原料气打开，允许气体被引入到进料槽；当PH值低于设定点，进气控制阀关闭，另一个控制阀(B)打开，使空气在顶部空间被再循环，排气系统防止二氧化碳在顶部空间；第三控制阀(C)作为安全阀添加到系统防止养料罐成为加压烟气，在这种方式中，二氧化碳被藻类消耗，而额外的二氧化碳自动输入系统，以维持所需操作的PH值。根据系统的pH值注入二氧化碳，当二氧化碳注入到反应器，就会形成碳酸，继而降低藻类的PH值，当微藻生物经光合作用后，溶解的二氧化碳被消耗掉，系统的PH值上升，这种方式能使系统的pH值保持在最适合藻类生长的范围值，同时又能提供足够的二氧化碳以维持生长。
[0020]在本实用新型的蛇形光生物反应器系统中，用探测器上一系列的探针来测定中间贮槽与圆柱形管道中的流动液体，在气相中的二氧化碳含量是由C02 sensors跟踪，并且用溶解的C02 sensors以确保系统有足够的二氧化碳去引导藻类的生长，光合有效辐射可以使用量子传感器，测量光子在光合谱通量量化，溶解氧传感器是用来跟踪的光合反应的产物，确保在系统中没有过量的氧气溶解。藻类收获是通过收成口到一个单独的收集箱，从这里可以通过标