一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微藻光合反應(yīng)系統(tǒng)，特別是涉及微藻的培育單元，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是一類古老的低等生物，廣泛分布在海洋、淡水湖泊等水域。微藻種類繁多，數(shù)量巨大，全球已知微藻種類達(dá)兩萬多種。微藻細(xì)胞中含有多種高價(jià)值的營養(yǎng)成分和化工原料，細(xì)胞代謝產(chǎn)生的多糖、蛋白質(zhì)、色素等，在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、動(dòng)物飼料、環(huán)境監(jiān)測(cè)及凈化、生物技術(shù)及可再生能源制造等方面有廣泛應(yīng)用。
[0003]研宄表明，微藻種類不同、所處生長階段不同對(duì)光照波長的需求也不同，不同波長的光會(huì)不同程度促進(jìn)微藻生長。在小球藻生長階段，波長為680nm左右的紅光更能促進(jìn)小球藻快速生長，而在有機(jī)物積累階段，波長為280nm的藍(lán)光更有利于其有機(jī)物快速積累。
[0004]在微藻培養(yǎng)液中補(bǔ)充二氧化碳含量可以大大提高微藻的生長速度，有學(xué)者進(jìn)行向小球藻培養(yǎng)液中補(bǔ)充二氧化碳的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，補(bǔ)充lmL/L 二氧化碳，可促進(jìn)小球藻的生長，藻細(xì)胞密度和生物量顯著高于對(duì)照組(0.35mL/L)。補(bǔ)充二氧化碳能夠延長生長期，并且生長期的最大光合速率、光合作用效率和光合作用飽和光照度均顯著提高。
[0005]然而，自然界并沒有大量可直接收集利用的微藻，開發(fā)微藻資源需要通過工程培養(yǎng)生產(chǎn)原料。近幾年，微藻培育裝置迅速發(fā)展，逐漸向大型化、工業(yè)化方向發(fā)展。但是培育裝置發(fā)展過程中始終存在微藻生長過程中易粘壁、易沉積、易結(jié)團(tuán)的問題，使生產(chǎn)裝置內(nèi)部光照不均勻，二氧化碳吸收率低，嚴(yán)重影響微藻生長速率和品質(zhì)質(zhì)量。中國實(shí)用新型專利200320101146.2公開了機(jī)械攪拌式反應(yīng)器，提出用機(jī)械攪拌方式解決這一系列問題，用電機(jī)帶動(dòng)攪拌槳對(duì)微藻進(jìn)行攪拌作用，產(chǎn)生了一定效果，但是機(jī)械攪拌影響了微藻的連續(xù)生產(chǎn)，需外加電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0006]LED作為新一代光源，除了環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)外，相較于目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用熒光燈或高壓鈉燈等人工光源，具有光量大、光質(zhì)可調(diào)整、波長豐富等優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，利用流體流動(dòng)帶動(dòng)光合反應(yīng)器內(nèi)組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，微藻跟隨轉(zhuǎn)子內(nèi)外翻滾，產(chǎn)生擾流作用，增加混合微藻培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)的徑向二次流，有利于養(yǎng)分傳質(zhì)分散，強(qiáng)化換熱。同時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)反應(yīng)器內(nèi)壁產(chǎn)生清潔作用，從而使微藻均勻接受光照和培養(yǎng)液中的二氧化碳，避免微藻生長過程中的粘壁、沉積、結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。導(dǎo)光板上的光照類型根據(jù)微藻種類的不同和微藻所處生長階段的不同而變化，隨時(shí)提供最有利于其生長的光照類型，控制板對(duì)導(dǎo)光板的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能化，更進(jìn)一步提高了微藻的生長速率，大大縮短培養(yǎng)周期。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，主要包括動(dòng)力單元、反應(yīng)單元、供氣單元、光照單元和輔助單元五部分，動(dòng)力單元包括泵、入口管、出口管；反應(yīng)單元包括光合反應(yīng)器、組合轉(zhuǎn)子、支撐板、彎管、掛件、限位件、轉(zhuǎn)軸、排氣口 ；供氣單元包括氣體儲(chǔ)罐、氣體輸送泵、氣體輸送管、氣體分散裝置；光照單元包括導(dǎo)光板、LED混合光源、連接導(dǎo)線、控制板；輔助單元包括水槽、溫度計(jì)、流量計(jì)，動(dòng)力單元為整個(gè)反應(yīng)循環(huán)提供動(dòng)力來源，反應(yīng)單元是微藻光合作用的主要場(chǎng)所，供氣單元提供光合作用所需要的二氧化碳，輔助單元用于監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。
[0009]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，動(dòng)力單元的入口管下接泵，上端接光合反應(yīng)器入口，出口管將光合反應(yīng)器出口流體送回水槽，進(jìn)出口管與反應(yīng)單元的光合反應(yīng)器依靠接管法蘭連接，便于組合轉(zhuǎn)子的拆裝。
[0010]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，反應(yīng)單元中，光合反應(yīng)器迎水端與背水端都裝有掛件進(jìn)行支撐固定，轉(zhuǎn)軸兩端通過限位件固定在掛件上，轉(zhuǎn)軸通過組合轉(zhuǎn)子的軸孔、掛件和限位件的中心孔，管內(nèi)放置多個(gè)轉(zhuǎn)子形成組合轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子可首尾相連整串裝穿于轉(zhuǎn)軸上，也可以通過限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使組合轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。掛件、限位件是由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或陶瓷材料制成。轉(zhuǎn)軸可以使剛性圓棒，也可以是柔性的軟繩。組合轉(zhuǎn)子為透明材料制成，一種特殊組合轉(zhuǎn)子可以在翅片尾端連接柔性材料，得到柔性轉(zhuǎn)子，隨柔性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)該部分緩慢擦拭光合反應(yīng)器內(nèi)壁，提高防粘壁效果。光合反應(yīng)器由多組反應(yīng)管組成，不同管組之間由彎管、接管法蘭連接，最后一組反應(yīng)管由出口管連接返回水槽。
[0011]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，供氣單元由氣體輸送泵和氣體輸送管直接將氣體儲(chǔ)罐中的二氧化碳與空氣混合氣體輸送進(jìn)入水槽，氣體輸送管末端裝有氣體分散裝置，氣體分散裝置由多孔材料制成，如:氣泡石或納米纖維包裹的塑料等，將二氧化碳與空氣混合氣體分散成微泡注入混合微藻培養(yǎng)液中，提高二氧化碳在水中的溶解度，進(jìn)而大大提高混合微藻培養(yǎng)液中的二氧化碳含量。
[0012]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，在充分利用太陽光的同時(shí)，光照單元根據(jù)微藻種類和該種微藻在一個(gè)生長周期內(nèi)對(duì)光照需求的變化預(yù)先編寫程序，輸入控制板，控制板控制LED混合光源光照種類變化，從而使控制板在反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)控制光照種類的變化。同時(shí)，導(dǎo)光板將LED混合光源發(fā)射的光均勻投射至整個(gè)反應(yīng)器，保證反應(yīng)器內(nèi)各部分均勻接受光照。如:在小球藻生長階段，波長為680nm左右的紅光更能促進(jìn)小球藻快速生長，而在有機(jī)物積累階段，波長為280nm的藍(lán)光更有利于其有機(jī)物快速積累。根據(jù)小球藻的生長規(guī)律，預(yù)先編寫程序輸入控制板，使LED混合光源在小球藻生長初期發(fā)紅光，后期發(fā)藍(lán)光，實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)字化控制。
[0013]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，反應(yīng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，將裝置置于溫度適宜環(huán)境中。預(yù)先按照光合反應(yīng)器中微藻種類及其生長規(guī)律編寫控制板程序，用以控制導(dǎo)光板上光照變化規(guī)律。把按一定比例配好的混合微藻培養(yǎng)液倒入水槽內(nèi)，打開氣體儲(chǔ)罐和氣體輸送泵，二氧化碳和空氣混合氣體經(jīng)過氣體分散裝置被分散，二氧化碳通入反應(yīng)單元。打開泵，將混合微藻培養(yǎng)液輸送進(jìn)入光合反應(yīng)器，通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速控制混合微藻培養(yǎng)液在光合反應(yīng)器中的流速，混合微藻培養(yǎng)液的流動(dòng)帶動(dòng)光合反應(yīng)器內(nèi)的組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，微藻跟隨組合轉(zhuǎn)子內(nèi)外翻滾，同時(shí)組合轉(zhuǎn)子對(duì)光合反應(yīng)器內(nèi)壁產(chǎn)生清潔作用和擾流作用。光合反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通過排氣口排出，經(jīng)過充分光合作用后，最后混合微藻培養(yǎng)液被輸送返回水槽，形成閉環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)和作用為:
[0015](I)導(dǎo)光板上的光照種類可根據(jù)微藻種類及其在不同生長階段對(duì)光照需求的變化規(guī)律調(diào)整，能夠提供更加有利于微藻生長的環(huán)境，大大提高了微藻的生長速率，縮短培養(yǎng)周期；
[0016](2) 二氧化碳空氣混合氣體入口處的多孔材料將二氧化碳?xì)怏w分散成微泡注入混合微藻培養(yǎng)液中，細(xì)化二氧化碳?xì)馀萘?，大大提高二氧化碳的溶解度?br>[0017](3)在組合轉(zhuǎn)子的攪動(dòng)下，光合反應(yīng)器內(nèi)的微藻內(nèi)外翻滾，使微藻更加均勻的接受外部光照；
[0018](4)組合轉(zhuǎn)子擾流作用使二氧化碳在混合微藻培養(yǎng)液中的分布更加均勻，微藻可充分吸收二氧化碳進(jìn)行光合反應(yīng)；
[0019](5)組合轉(zhuǎn)子對(duì)光合反應(yīng)器內(nèi)壁起到清潔作用和擾流作用，避免微藻生長過程中的粘壁及沉積現(xiàn)象；
[0020](6)組合轉(zhuǎn)子直接由混合微藻培養(yǎng)液的流動(dòng)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，無須外加電機(jī)，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器的示意圖。
[0022]圖2是圖1中的A-A截面圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器中一種特殊柔性轉(zhuǎn)子視圖。
[0024]上述圖中:1-泵、2-水槽、3-溫度計(jì)、4-流量計(jì)、5-入口管、6-接管法蘭、7_光合反應(yīng)器、8-組合轉(zhuǎn)子、9-排氣口