一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的制作方法

1.本实用新型涉及跑道池反应器，具体涉及一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器。


背景技术：

2.微藻是一类单细胞光合自养生物，光合产物以各种形式积累，占总生物量的20％至50％不等。微藻还需要氮和磷作为主要营养元素，占微藻干基生物质的10～20％。其他生长需求还包括大量营养元素na、mg、ca和k；微量元素mo、mn、b、co、fe、zn和其他微量元素。目前厌氧发酵技术是我国废水处理主要方法之一，操作简单、运行成本低，可获得大量生物沼气。沼气内含有25～40％co2，沼气主要利用方式为燃烧供热发电和提纯并网，产生的废气内富含co2，可作为微藻的碳源。
3.限制微藻生长的环境因素主要有：
①
温度，直接影响微藻细胞的生化过程，包括光合作用。将温度保持在最佳范围会成倍地促进微藻的生长，但是温度过高或过低都会抑制微藻的生长。大多数微藻的最佳温度范围是20～30℃，在非最佳温度下培养微藻会导致生物量损失。具体来说，低温会降低碳同化活性，进而影响光合作用效率；而过高的温度则使光合蛋白失活，并破坏细胞中的能量平衡，因此降低光合作用效率。在室外培养系统中，特别是在开放式培养系统中温度是大规模培养的重要因素。
②
光照，光的持续时间和强度直接影响微藻的光合作用，并影响微藻的生化组成和生物质产量。在光强度低于100μmol/m2/s或高于700μmol/m2/s情况下，微藻无法稳定生长，大多数微藻藻种的最佳光强度水平约为200～400μmol/m2/s。研究表明，16小时光照/8小时黑暗最适合藻类生长。在微藻光生物反应器中，光强过低时微藻不能有效进行光合作用供生长所需，光强过高时会出现光抑制现象导致微藻活性降低，因此需要适当的光穿透和均匀分布以避免光抑制。
4.目前用于微藻培养的设备主要包括两类光生物反应器：封闭式反应器和开放式反应器。封闭式反应器包括柱状式光生物反应器和平板式光生物反应器，它们不易被污染且能获得高生物量产量，但封闭式光生物反应器成本高以及清洗不便，难以实现大规模生产和应用。开放式反应器的典型代表是跑道池反应器，它具有易于大规模培养的优点，但是开放式系统的水蒸发量很大，且容易被环境杂质及外来物种污染。因此如何设计一种适用于室外微藻培养的反应器，并考虑室外温度、光照等环境影响因素，是实现微藻大规模培养过程中需要研究的关键问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器。
6.本实用新型的技术方案是,一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器，包括跑道池主体，其特征在于：该跑道池主体为环形跑道池，所述跑道池主体内设有挡板，所述挡板将跑道池主体分隔为左、右循环跑道；所述跑道池主体的壁面设有进水口和
出水口，进水口和出水口分别用于跑道池主体内液体的流入口和流出口；所述跑道池主体内设置有浆轮，该浆轮依靠电动机驱动，为跑道池内流体流动提供动力；在跑道池主体底部设有曝气器，曝气器底部设置进气口，在跑道池主体的底部还铺设有控温单元，控温单元由回流管道构成，由水泵控制回流管道内换热水流动，与跑道池内的液体构成逆流换热形式；所述跑道池主体的顶部设有补光单元、光强传感器和白光led补光灯，补光单元采用透明材料制成，使太阳光照射进跑道池主体。
7.根据本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的优选方案，控温单元由高导热性的钢材构成蛇形形式均匀铺设在跑道池底部，控温单元内的换热水采用自来水或者由余热水源热泵机组提供，余热水源热泵机组通过对沼气燃烧的热量进行回收获得余热水，对跑道池主体内的藻液进行换热加热。在夏季换热水采用自来水，对藻液进行换热冷却。
8.根据本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的优选方案，所述补光单元的大小与跑道池主体大小一致，侧壁采用可拆卸式壁面，当环境温度低于设定值时，采取封闭侧壁面减少热量排放，当跑道池反应器内湿度过高，上壁面出现水凝结影响光照时，打开侧壁面及时通风处理；补光单元内安装有led补光灯和光强传感器，补光单元顶部设置有遮阳帘，所述遮阳帘用于对太阳光的进光量进行调节，当夏季光强过高时，展开遮阳帘减弱光照强度；led补光灯在光照强度弱时进行白光led灯补光。
9.根据本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的优选方案，在跑道池主体的左、右循环跑道内均设有曝气器，曝气器内均设有进气口，曝气器采用曝气井形式，曝气井设置微孔出气口。
10.根据本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的优选方案，在跑道池主体内还设有流速传感器，所述流速传感器输出信号控制电动机工作。
11.本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的有益效果是：本实用新型解决了现有室外微藻光生物反应器受温度和光照等因素影响问题，避免因温度和光照不适等因素导致微藻无法稳定生长的问题，提高了微藻培养效率和生物质产量；利用耦合沼气燃烧供热降低了微藻培养成本，通过沼气燃烧余热回收对微藻跑道池供热，沼气燃烧废气再利用对微藻培养进行补碳，节约能源的同时减少碳排放。本实用新型可广泛应用于能源、环保等领域。
附图说明
12.图1是本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的结构示意图。
13.图2是本实用新型所述的一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器的俯视图。
具体实施方式
14.参见图1至图2，一种耦合沼气燃烧供热的微藻半封闭式控温跑道池反应器，包括跑道池主体1，该跑道池主体1为环形跑道池，所述跑道池主体1内设有挡板4，所述挡板4将
跑道池主体1分隔为左、右循环跑道；所述跑道池主体1的壁面设有进水口2和出水口3，进水口2和出水口3间隔一段距离；所述跑道池主体1内设置有浆轮5，该浆轮5依靠电动机驱动，为跑道池内流体流动提供动力；在跑道池主体底部设有曝气器6，曝气器6底部设置进气口，在跑道池主体1的底部还铺设有控温单元7，控温单元7由回流管道构成，且由水泵控制回流管道内换热水流动，与跑道池内的液体构成逆流换热形式；所述跑道池主体1的顶部设有补光单元8、光强传感器11和白光led补光灯14，补光单元8采用透明亚克力材料制成，使太阳光照射进跑道池主体1。
15.在具体实施例中，控温单元7由高导热性的钢材构成蛇形形式均匀铺设在跑道池底部，控温单元7内的换热水采用自来水或者由余热水源热泵机组提供，余热水源热泵机组通过对沼气燃烧的热量进行回收获得余热水，进水换热水温度控制在30～50℃，在夏季换热水由自来水提供，进行换热冷却；换热水的进水口12和换热水的出水口13设于跑道池壁面处。
16.在具体实施例中,所述补光单元的大小与跑道池主体1大小一致，高度设计为20～30cm，侧壁采用可拆卸式壁面15，当环境温度低于设定值25℃时，采取封闭侧壁面减少热量排放，当跑道池反应器内湿度过高，上壁面出现水凝结影响光照时，打开侧壁面及时通风处理；补光单元8内安装有led补光灯14和光强传感器11，补光单元8顶部设置有遮阳帘，所述遮阳帘用于对太阳光的进光量进行调节，当夏季光强过高时，展开遮阳帘减弱光照强度；led补光灯14在光照强度弱时进行白光led灯补光。
17.在具体实施例中，在跑道池主体1的左、右循环跑道内均设有曝气器，曝气器内均设有进气口，曝气器6采用曝气井形式，曝气井深度设计在10～20cm，曝气井设置微孔出气口，使气体和藻液混合更加均匀，气体采用沼气燃烧后残余的废气，气体温度为40～60℃，控制气体流量为0.005～0.01vvm。
18.在具体实施例中，在跑道池主体1内还设有流速传感器10，所述流速传感器10输出信号控制电动机工作。
19.在具体实施例中，跑道池主体1和挡板4优选采用透明亚克力材料，液面高度一般不超过20cm，跑道池主体1高度在35cm。
20.在具体实施例中，浆轮5可以采用亚克力板材料或不锈钢材料构成，其叶片长度要达到底部上方2cm左右，浆轮5的驱动力由发动机输出，发动机由沼气燃烧供电。
21.在具体实施例中，曝气器6所通入气体流量为0.005～0.01vvm，气体采用沼气燃烧后残余的废气，温度控制在40～60℃，通过进气口9进入曝气器6中，曝气器6对称安装在跑道池跑道底部，曝气器深度为20cm，曝气井设置微孔出气口，使气体和藻液混合更加均匀。
22.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。