管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统

1.本实用新型涉及一种光生物反应器，尤其涉及一种用于微藻工厂化大规模养殖的管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统。


背景技术：

2.光生物反应器作为微藻高密度养殖的重要技术。目前，用于微藻大规模养殖的光生物反应器主要为跑道池和管道式光生物反应器。跑道池的优点为造价便宜、操作简单、运行成本低，适于大规模培养，管道式光生物反应器的优点为微藻生长速率快，有高效固定co2的能力。
3.现有的跑道池单独培养微藻时，存在效率低、产量不高的问题。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型旨在提供一种反应高效、占地面积小、产量高的用于微藻工厂化大规模养殖的管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统。
5.技术方案：本实用新型管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统，包括薄层自流式光生物反应器和与薄层自流式光生物反应器串联的管道式光生物反应器；薄层自流式光生物反应器包括底层跑道池和设在底层跑道池上方的顶层跑道池，其中顶层跑道池上设有第一落水口，第一落水口用于将顶层跑道池内的藻液流入底层跑道池；管道式光生物反应器的入口端与底层跑道池连通，其出口端与顶层跑道池连通。
6.进一步地，底层跑道池和顶层跑道池中间依次连接有若干个中层跑道池，中层跑道池上设有第二落水口，第二落水口用于将顶层跑道池内的藻液流入中层跑道池。
7.更进一步地，薄层自流式光生物反应器中的中层跑道池和/或顶层跑道池的材质为玻璃，且中层跑道池和顶层跑道池上方和下方均设有第一led灯，led灯增加微藻生长所需的光源，如白光、红光、紫光、绿光等，构成单一或混合型led光源，同时增加薄层自流式光生物反应器的光照强度；薄层自流式光生物反应器的四周采用反光措施，增加四周的光照摄入的同时也增加了光照的利用率。
8.更进一步地，薄层自流式光生物反应器中的底层跑道池内设有第一搅拌装置，中层跑道池内设有第二搅拌装置，第一搅拌装置和第二搅拌装置用于均匀藻液使微藻受光效果更好，提高微藻生长速度。
9.通过改变底层跑道池、中层跑道池和顶层跑道池的间距，间距为1.5-2m，增加了光照入射，也增加了光照的利用率；调整第二落水口和第一落水口的大小，控制顶层跑道池的水位为5cm，可增加底层跑道池的微藻对光照的利用率，促进微藻生长。
10.进一步地，还包括气泵，气泵用于将底层跑道池内藻液泵入管道式光生物反应器中，气泵的出口采用平铺式冲入，增加底层跑道池和顶层跑道池的光照面积。
11.进一步地，薄层自流式光生物反应器中的底层跑道池的材质为水泥、玻璃、亚克力、钢材和帆布中的任意一种。
12.进一步地，还包括太阳能板，太阳能板设在薄层自流式光生物反应器上，将顶层的太阳能板采取间隔式铺放，可以增加上层的光照面积与光照强度。
13.进一步地，还包括恒温设备，恒温设备设在薄层自流式光生物反应器内，用于维持藻液温度。
14.进一步地，还包括探头，探头设在薄层自流式光生物反应器内，用于检测ph、温度、盐度、铵根离子和co2中一种或多种的指标。
15.进一步地，管道式光生物反应器的材质为透光材质；管道式光生物反应器的外部安装有第二led灯。led灯增加微藻生长所需的光源，如白光、红光、紫光、绿光等，构成单一或混合型led光源，同时增加管道式光生物反应器的光照强度。
16.本实用新型将薄层自流式光生物反应器和管道式光生物反应器串联构成的一种管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统，不仅不受外界天气的干扰，还保留了两者的优点。而且产生大量的生物质可在水质净化、环保、能源、食品、医药、营养品、饲料、肥料等方面进行高质量的应用，最后吸收利用co2及工业废气等又符合碳中和的目的。
17.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
18.(1)反应更高效、占地面积小且产量显著增加，将跑道池和管道式光生物反应器的优点集于一体，利用三层薄层自流式光生物反应器上、中、下层构造，有利于实现产能增倍的目标；
19.(2)提高co2的利用率，充分发挥了管道式光生物反应器能高效利用co2的能力，与向跑道池中充入co2相比，co2的利用率显著提高，在管道中24h通入co2，让藻类处于最佳ph状态下同时也可以显著提高微藻的生长速率；
20.(3)稳定性强，灵活性高，本实用新型的反应器可以放在户外也可以放在室内；户外跑道池受季节、天气等影响，阴天基本不生长，雨天还会被稀释，导致密度下降，而本实用新型可根据天气调整放置位置，不会受到季节、天气影响，所以微藻的生长也不受影响；
21.(4)高效提高微藻生物量和固定co2量，便于实现微藻大规模工厂化养殖，同时可以使微藻在碳中和、饲料、营养品、肥料、保健品、食品、能源、医药、环保等方面得到广泛地应用。
附图说明
22.图1为本实用新型的整体结构示意图；
23.图2为实施例1中的薄层自流式光生物反应器的三维结构示意图；
24.图3为实施例2中的薄层自流式光生物反应器的三维结构示意图；
25.图4为本实用新型的管道式光生物反应器的三维结构示意图；
26.图5为本实用新型的底层跑道池俯视图；
27.图6为实施例2中的中层跑道池俯视图；
28.图7为本实用新型的顶层跑道池俯视图；
29.图中：1、薄层自流式光生物反应器；11、底层跑道池；12、中层跑道池；13、顶层跑道池；14、第二落水口；15、第一落水口；2、管道式光生物反应器；3、气泵；4、第一搅拌装置；5、第二搅拌装置；6、探头。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
31.实施例1
32.如图所示，本实用新型的管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统，包括薄层自流式光生物反应器1、与薄层自流式光生物反应器1串联的管道式光生物反应器2、气泵3、第一搅拌装置4、第一led灯、第二led灯、恒温设备、探头6和太阳能板；其中，薄层自流式光生物反应器1包括底层跑道池11、设在底层跑道池11正上方的顶层跑道池13，顶层跑道池13上设有第一落水口15，第一落水口15用于将顶层跑道池内的藻液流入底层跑道池；管道式光生物反应器2的入口端与底层跑道池11连通，其出口端与顶层跑道池13连通；第二落水口14和第一落水口15用作用是将中间层的藻液流向下层，增加受光效果，与管道式光生物反应器形成循环，提高微藻生长速度。
33.具体的，薄层自流式光生物反应器1中的底层跑道池11的材质为水泥、玻璃、亚克力、钢材和帆布中的任意一种，不同材质的透光性、清理难易程度都不同；薄层自流式光生物反应器1中的顶层跑道池13的材质为玻璃，玻璃材质使微藻获得更多的光照，提高微藻生长速度。
34.气泵3的作用是将底层跑道池11的藻液通过管道式光生物反应器2泵入上层，以及可以泵入适量co2，并使其充分溶解供微藻吸收利用。
35.第一搅拌装置4设在底层跑道池11内，第一搅拌装置4的作用是使微藻受光效果更好，提高微藻生长速度。
36.第一led灯设在顶层跑道池13的上方和下方，第二led灯设在管道式光生物反应器2的外部，led灯增加微藻生长所需的光源，如紫光、绿光等，构成混合型led光源，同时增加薄层自流式光生物反应器的光照强度；薄层自流式光生物反应器的四周采用反光措施，增加四周的光照摄入的同时也增加了光照的利用率。
37.恒温设备和探头6设在薄层自流式光生物反应器1内，恒温设备的作用是维持微藻生长最适宜的温度；探头6用于检测ph、温度、盐度、铵根离子和co2中一种或多种的指标。
38.太阳能板设在薄层自流式光生物反应器1上，将太阳能板采取间隔式铺放，可以增加上层的光照面积与光照强度。
39.实施例2
40.如图所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在底层跑道池11和顶层跑道池13中间连接有若干层中层跑道池12。中层跑道池12的个数≥1，本实施例以中层跑道池12个数为1进行具体说明。
41.本实用新型的管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统，包括薄层自流式光生物反应器1、与薄层自流式光生物反应器1串联的管道式光生物反应器2、气泵3、第一搅拌装置4、第二搅拌装置5、第一led灯、第二led灯、恒温设备、探头6和太阳能板；其中，薄层自流式光生物反应器1包括底层跑道池11、设在底层跑道池11正上方的中层跑道池12、设在中层跑道池12上方的顶层跑道池13，其中中层跑道池12和顶层跑道池13上分别设有第二落水口14和第一落水口15，第二落水口14和第一落水口15用于将顶层跑道池内的藻液流入底层跑道池；管道式光生物反应器2的入口端与底层跑道池11连通，其出口端与顶层跑道池13连通；第二落水口14和第一落水口15用作用是将中间层的藻液流向下层，增加受光效
果，与管道式光生物反应器形成循环，提高微藻生长速度。
42.具体的，薄层自流式光生物反应器1中的底层跑道池11的材质为水泥、玻璃、亚克力、钢材和帆布中的任意一种，不同材质的透光性、清理难易程度都不同；薄层自流式光生物反应器1中的中层跑道池12和/或顶层跑道池13的材质为玻璃，玻璃材质使微藻获得更多的光照，提高微藻生长速度。
43.气泵3的作用是将底层跑道池11的藻液通过管道式光生物反应器2泵入上层，以及可以泵入适量co2，并使其充分溶解供微藻吸收利用。
44.第一搅拌装置4设在底层跑道池11内，第二搅拌装置5设在中层跑道池12内，第一搅拌装置4的作用是使微藻受光效果更好，提高微藻生长速度；第二搅拌装置5的作用也是使微藻受光效果更好，提高微藻生长速度。
45.第一led灯设在中层跑道池12和顶层跑道池13的上方和下方，第二led灯设在管道式光生物反应器2的外部，led灯增加微藻生长所需的光源，如紫光、绿光等，构成混合型led光源，同时增加薄层自流式光生物反应器的光照强度；薄层自流式光生物反应器的四周采用反光措施，增加四周的光照摄入的同时也增加了光照的利用率。
46.恒温设备和探头6设在薄层自流式光生物反应器1内，恒温设备的作用是维持微藻生长最适宜的温度；探头6用于检测ph、温度、盐度、铵根离子和co2中一种或多种的指标。
47.太阳能板设在薄层自流式光生物反应器1上，将太阳能板采取间隔式铺放，可以增加上层的光照面积与光照强度。
48.实施例3
49.本实用新型的管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统的使用方法如下：
50.(1)消毒以及准备工作：将管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统清洗干净，然后注入自来水用次氯酸钠进行消毒，一定时间后，将管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统内的水放干，自然晾晒1-2天。
51.(2)接种：接种前需要检查探头、气泵、led灯、太阳能板、搅拌装置等设备是否处于正常运行状态；根据培养基配置养殖微藻所需的培养基；接种前需将各种设备启动，接种需要按照管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统体积的10％-30％接种量，将所养殖微藻的种子液接种到反应器中。
52.(3)管道和薄层自流式光生物反应器耦合的微藻培养系统运行过程：底层跑道池11通过第一搅拌装置4沿着跑道循环，通过气泵3将底层跑道池11沿着管道式光生物反应器2的管道逐渐向上流动，此处的气泵3还可以直接将co2和混合气体或者是工业废气以一定比例混合泵进管道式光生物反应器2，而co2可以直接被微吸收或者溶于藻液中，再沿着管道式光生物反应器2的管道进入薄层自流式光生物反应器1的顶层跑道池13，管道式光生物反应器2的藻液会沿着跑道流经第一落水口15留薄层自流式光生物反应器1的中层跑道池12，此过程可以改变落水口的大小来改变藻液的流量，进而改变最上层藻液的水位，水位的变低有利于增加底部微藻对光照的利用率，促进微藻的生长；同样，中层跑道池12的第二落水口14和第一落水口15的作用类似，但是和第一落水口15不同的是，中层跑道池12的第二搅拌装置5使微藻受光效果更好及作为藻液循环的动力来源。中层跑道池12的藻液通过第二落水口14流入底层跑道池11，整个反应器以此种方式不断循环，与传统薄层自流式光生
物反应器相比，新型反应器培养所获微藻产量大幅提高。