一種利用微氣泡持續(xù)氣浮采收藻細(xì)胞的跑道池微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用微氣泡持續(xù)氣浮采收藻細(xì)胞的跑道池微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)，具體涉及一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的跑道池，屬于微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是自然水體的最重要的初級生產(chǎn)者，由其固定的C02約占全球C02固定量的40%以上。同時，微藻細(xì)胞富含多不飽和脂肪酸、多種必需氨基酸、活性多糖、色素等高附加值生物活性物質(zhì)，使其在功能食品、化妝品、醫(yī)藥及精細(xì)化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。近年來，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程加速導(dǎo)致能源需求量不斷增加，而傳統(tǒng)化石能源又具有不可再生性，儲量在日益減少。研究、開發(fā)一種可再生、環(huán)境友好型能源以滿足人類的能源需求，減少對環(huán)境的破壞，是人類面臨的亟待解決的重大課題。微藻，具有生長速度快、油脂含量高、培養(yǎng)周期短等一系列特點，使其成為了最重要的生物能源候選物種。
[0003]開放式跑道池因成本較低、易于操作等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用與多種微藻的規(guī)模化培養(yǎng)(小球藻、微擬球藻、螺旋藻等)。由于微藻光合作用需要光能與二氧化碳；因此，在微藻培養(yǎng)過程中，提高二氧化碳的利用率，單位水體內(nèi)的藻細(xì)胞接收的光能總量，均會有助于提高微藻培養(yǎng)的產(chǎn)率。收獲微藻的方式，除螺旋藻外，其它大部分微藻均以離心收集為主。而離心機(jī)的運轉(zhuǎn)能耗很大；因此，離心收獲的成本在微藻養(yǎng)殖成本中的比例非常高。提高離心效率，降低收獲成本，能夠大幅度降低微藻的培養(yǎng)成本。
[0004]在微藻培養(yǎng)過程中，隨著細(xì)胞密度的增加，光的穿透距離最低時可至Imm左右。此即意味著單位水體內(nèi)，僅表層的極少一部分細(xì)胞能夠獲得足夠的光能。微藻在光合作用過程中，僅在暗反應(yīng)階段需要光照。甚至持續(xù)的光照會對微藻造成一定的損傷。對微藻生長來講，光-暗間歇(閃光效應(yīng))是最佳的光環(huán)境；因此，在跑道池培養(yǎng)過程中，需要有效地實現(xiàn)藻液上下層水體的頻繁交換，以使得單位水體的藻細(xì)胞既獲得足夠的光能，又避免了表層藻細(xì)胞的光損傷。
[0005]由于傳統(tǒng)跑道池系統(tǒng)具有的一系列缺點，導(dǎo)致其培養(yǎng)的微藻細(xì)胞密度不夠高，從而直接導(dǎo)致了離心機(jī)的收獲效率較低。為了減少能耗，提高離心效率，多數(shù)生產(chǎn)廠家在收獲微藻之前，將藻液轉(zhuǎn)移至沉淀池。經(jīng)過一段時間的自然沉降，以達(dá)到初步濃縮微藻的目的。然而此方法的效率較差，尤其是面對某些非底棲性微藻時，更是如此。除此之外，由于絕大多數(shù)細(xì)胞處于黑暗環(huán)境中進(jìn)行較長時間的沉降，因此此過程既容易滋生細(xì)菌，亦可造成相當(dāng)?shù)纳锪繐p失。同時，轉(zhuǎn)移所有藻液至沉淀池，再將上層藻液轉(zhuǎn)運會跑道池的過程，需要消耗大量能源。
[0006]水體中的微氣泡附著于細(xì)小顆粒，如微藻時，由于浮力的作用會將藻細(xì)胞帶至表層水體。當(dāng)藻液中有大量微氣泡存在時，將會使得單位水體的藻細(xì)胞在表層大量聚集。若能夠?qū)⑤^大單位水體的藻細(xì)胞富集至較小單位水體的表層，并采集之，將會有效、低耗的實現(xiàn)藻細(xì)胞的初步濃縮。從而有效降低微藻的培養(yǎng)成本，并控制微藻品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明基于傳統(tǒng)跑道池的一系列不足，提供一種利用微氣泡持續(xù)氣浮采收藻細(xì)胞的跑道池微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)?？傮w而言，從提高二氧化碳利用率、通過提高藻液上下層水體的交換頻率來提高單位水體藻細(xì)胞接收的有效光能總量及防止藻細(xì)胞受到光損傷、實現(xiàn)藻細(xì)胞的初步濃縮從而降低收獲成本等角度入手，最終達(dá)到提高微藻培養(yǎng)效率，降低微藻培養(yǎng)成本的目的。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明提供的一種利用微氣泡持續(xù)氣浮采收藻細(xì)胞的跑道池微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括跑道池，跑道池內(nèi)設(shè)湍流補碳裝置、利用微氣泡氣浮采收藻細(xì)胞的裝置、擋流裝置、雙槳輪及下設(shè)的凹槽結(jié)構(gòu)；
湍流補碳裝置用于提高二氧化碳的利用率和更加迅速的調(diào)節(jié)藻液PH ;
利用微氣泡氣浮采收藻細(xì)胞的裝置，用于將跑道池中的藻液進(jìn)行初步濃縮，從而提高離心效率，減少離心機(jī)損耗；
擋流裝置用于對下層藻液產(chǎn)生阻擋，能夠引起藻液上下層的對流，使藻細(xì)胞持續(xù)處于上下翻滾的狀態(tài)，提高單位水體接收的有效光能總量且避免表層細(xì)胞受到光損傷；
雙槳輪系統(tǒng)用于增加水流速度，縮短藻液循環(huán)時間；下設(shè)的凹槽，能夠提高攪拌效率，促進(jìn)藻液上下層對流。
[0009]本發(fā)明提供的湍流補碳裝置，包括透明封閉罩和底板，透明封閉罩位于底板上方，透明封閉罩內(nèi)壁和底板上垂直于水流方向設(shè)置水流阻擋板，水流阻擋板和曝氣裝置，曝氣裝置位于底板上并且在水流阻擋板的前面，所述的透明封閉罩中垂直水流方向的前面開口，透明封閉罩兩側(cè)、后面和頂部設(shè)有封閉板。
[0010]所述的透明封閉罩和底板可以通過多根支柱固定連接在一起，也可以單獨將透明封閉罩固定。
[0011]優(yōu)選的，所述的湍流補碳裝置中水流阻擋板設(shè)有兩塊，第一水流阻擋板位于透明封閉罩內(nèi)壁頂部，第二水流阻擋板位于底板上，第二水流阻擋板位于第一水流阻擋板的后面。
[0012]優(yōu)選的，為減少水流受到的阻力，透明封閉罩兩側(cè)外緣區(qū)域可以設(shè)計為具有弧形或錐形的“帽子”結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，透明封閉罩長度為跑道池長度的1/20-1/5 ;寬度為跑道池寬度的1/5-1。
[0014]優(yōu)選的，第一水流阻擋板高度為藻液總高度的1/5-1/2 ;第二水流阻擋板為透明封閉罩總高度的1/5-1/2 ;第一和第二水流阻擋板之間的距離為總封閉罩長度的1/5-1/3 ；曝氣裝置與第一水流阻擋板之間的距離為總透明封閉罩長度的1/5-1/3。
[0015]優(yōu)選的，透明封閉罩兩側(cè)封閉板高度為藻液總高度的1/10-1/5。
[0016]優(yōu)選的，水流阻擋板通過粘結(jié)、鉚釘或螺絲的方式與透明封閉罩和底板可拆卸式固定連接。
[0017]本發(fā)明的湍流補碳裝置封閉罩完全浸入水面以下；其中曝氣裝置釋放氣泡；水流進(jìn)入透明封閉罩區(qū)域后，帶動氣泡向前流動；氣泡上浮至封閉罩上部，受到阻隔后在表層聚集；氣泡隨水流繼續(xù)前進(jìn)，遭遇第一水流阻擋板的阻攔后下潛，藻液在此處形成第一次湍流，促使藻細(xì)胞與氣泡充分渦旋；水流繼續(xù)前進(jìn)，下方的水流遭遇第二水流阻擋板的阻攔后會與后方及上方夾雜氣泡的水流形成第二次湍流，促使二氧化碳?xì)馀菖c藻液充分渦旋，同時實現(xiàn)藻液上下層的對流；水流通過第二水流阻擋板的上部繼續(xù)前進(jìn)，剩余的二氧化碳上浮遭遇封閉罩的阻擋，繼續(xù)在水體中前進(jìn)；水流遭遇封閉罩外緣部分的阻擋，再一次促進(jìn)氣泡與水流的接觸，同時實現(xiàn)藻細(xì)胞上下翻滾。
[0018]本發(fā)明的封閉罩和水流阻擋板選取透光性好的材料(玻璃、有機(jī)玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、橡膠、樹脂等材質(zhì)的薄板或薄膜)，通過粘結(jié)或纏繞模具等方式構(gòu)建密封的。
[0019]本發(fā)明提供的微氣泡持續(xù)氣浮采收藻細(xì)胞的裝置，由將收集孔與跑道池的其它區(qū)域分隔開的分隔裝置和微氣泡發(fā)生裝置組成，微氣泡發(fā)生裝置和收集孔位于不同的區(qū)域，微氣泡發(fā)生裝置設(shè)置在跑道池的池底。
[0020]本發(fā)明提供了一種分隔裝置，其具體結(jié)構(gòu)是:由氣浮板和卡槽組成，卡槽設(shè)置在跑道池末端的兩側(cè)池壁及池底，氣浮板兩側(cè)及下側(cè)通過卡槽固定于跑道池末端的兩側(cè)池壁及池底，通過卡槽將氣浮板固定于跑道池末端半圓形區(qū)域，從而將收集孔周圍的一部分區(qū)域與跑道池的其它區(qū)域有效分隔。
[0021]優(yōu)選的，氣浮板可以沿著兩側(cè)池壁上的卡槽上下移動。
[0022]優(yōu)選的，氣浮板與跑道池壁的夾角介于10-30度之間。進(jìn)一步的，氣浮板與跑道池壁的夾角是15度。
[0023]優(yōu)選的，氣浮板寬度為跑道池總寬度的1/4-2/3 ;氣浮板高度低于跑道池壁高度，與藻液面保持一致或高于藻液面l-3cm。
[0024]優(yōu)選的，卡槽兩側(cè)通過粘接鋁合金結(jié)構(gòu)至跑道池側(cè)壁或在跑道池壁上預(yù)留或者挖鑿縫隙構(gòu)建；池底卡槽通過在池底預(yù)留或者挖鑿縫隙構(gòu)建。
[0025]優(yōu)選的，氣浮板與卡槽可拆卸式連接。
[0026]優(yōu)選的，氣浮板材質(zhì)為具有一定彈性的有機(jī)玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、橡膠、樹脂的薄板。
[0027]本發(fā)明面向水流方向，通過卡槽將氣浮板固定于跑道池末端半圓形區(qū)域，將跑道池的收集孔與跑道池其它區(qū)域有效分隔。氣浮板高度與液面保持一致或略高于液面l-3cm ;微藻培養(yǎng)至適當(dāng)密度時，打開微氣泡發(fā)生裝置，微氣泡發(fā)生裝置散布大量微氣泡，氣浮板前方的藻細(xì)胞受到氣浮作用，會在水體表面大量聚集；由于藻液移動至氣浮板處時，受到氣浮板的阻擋，該處液面會略高于跑道池其它部分的液面；表層高密度的藻液越過氣浮板進(jìn)入分隔區(qū)并流入跑道池收集孔；通過該裝置可實現(xiàn)對藻液的實時、持續(xù)的初步濃縮；從而提高離心效率，降低收獲成本。
[0028]該裝置方便拆卸，易建造。
[0029]本發(fā)明提供的擋流裝置，是一種適用于微藻跑道池的能夠?qū)ο聦釉逡寒a(chǎn)生阻擋的裝置。具體是在跑道池中間位置，交錯建兩條擋流墻。擋流裝置能夠使藻液在此發(fā)生湍流，促進(jìn)藻液的上下層交換，從而使下層處于黑暗條件下的藻細(xì)胞翻滾至上層，獲取足夠的光能。擋流墻分別與中間分隔墻和側(cè)墻成15-30°夾角；高度為3-lOcm ;面向水流方向修建坡度為30-45°斜坡，以減少水流通過擋流墻時遇到的阻力。
[0030]擋流墻長度根據(jù)其與跑道池池壁的角度而定，優(yōu)選的，兩擋流墻近端之間的垂直距離為跑道池寬度的1/5-1/3。
[0031]本發(fā)明提供的雙槳輪裝置，具體是一種安裝于微藻跑道池兩端的能夠攪拌藻液推動藻液前進(jìn)的裝置。雙槳輪系統(tǒng)能夠更加有效的推動藻液前進(jìn)，加速藻液在跑道池內(nèi)部的循環(huán)；縮短藻液的上下層交換所需時間，促進(jìn)藻液表層與大氣的氣體交換，使得更多的藻細(xì)胞獲取足夠的光能，從而提高微藻培養(yǎng)效率。而槳輪下方的凹槽，使得藻液在此處產(chǎn)生向上的反沖力，從而有助于實現(xiàn)藻液上下層的對流。
[0032]優(yōu)選的，凹槽的凹面成弧形，跨度為槳輪葉輪寬度的2-4倍，最深處為10-20cm。
[0033]進(jìn)一步的，凹槽的跨度為槳輪葉輪寬度的3倍，最深處為15cm。
[0034]雙槳輪位于跑道池的對角線兩端；雙槳輪同時運轉(zhuǎn)，能夠更加有效的促進(jìn)藻液前進(jìn)，加速水體循環(huán)。
[0035]本發(fā)明與現(xiàn)有的單槳輪跑道池系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點:(I)能夠加速跑道池內(nèi)水體循環(huán)，提高液面與大氣之間的交換頻率。(2)能