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]本實用新型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兩萬多種。微藻細胞中含有多種高價值的營養(yǎng)成分和化工原料，細胞代謝產(chǎn)生的多糖、蛋白質(zhì)、色素等，在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、動物飼料、環(huán)境監(jiān)測及凈化、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光照波長的需求也不同，不同波長的光會不同程度促進微藻生長。在小球藻生長階段，波長為680nm左右的紅光更能促進小球藻快速生長，而在有機物積累階段，波長為280nm的藍光更有利于其有機物快速積累。
[0004]在微藻培養(yǎng)液中補充二氧化碳含量可以大大提高微藻的生長速度，有學者進行向小球藻培養(yǎng)液中補充二氧化碳的實驗，實驗結(jié)果表明，補充lmL/L 二氧化碳，可促進小球藻的生長，藻細胞密度和生物量顯著高于對照組(0.35mL/L)。補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，嚴重影響微藻生長速率和品質(zhì)質(zhì)量。中國實用新型專利200320101146.2公開了機械攪拌式反應(yīng)器，提出用機械攪拌方式解決這一系列問題，用電機帶動攪拌槳對微藻進行攪拌作用，產(chǎn)生了一定效果，但是機械攪拌影響了微藻的連續(xù)生產(chǎn)，需外加電機結(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。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述問題，本實用新型提出一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，利用流體流動帶動光合反應(yīng)器內(nèi)組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，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，強化換熱。同時，轉(zhuǎn)子對反應(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)團等現(xiàn)象。導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，隨時提供最有利于其生長的光照類型，控制板對導光板的控制實現(xiàn)數(shù)字化智能化，更進一步提高了微藻的生長速率，大大縮短培養(yǎng)周期。
[0008]為實現(xiàn)上述功能，本實用新型采用的技術(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罐、氣體輸送泵、氣體輸送管、氣體分散裝置；光照單元包括導光板、LED混合光源、連接導線、控制板；輔助單元包括水槽、溫度計、流量計，動力單元為整個反應(yīng)循環(huán)提供動力來源，反應(yīng)單元是微藻光合作用的主要場所，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)測整個系統(tǒng)是否正常運行。
[0009]本實用新型一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，動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]本實用新型一種智能調(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。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]本實用新型一種智能調(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罐中的二氧化碳與空氣混合氣體輸送進入水槽，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，進而大大提高混合微藻培養(yǎng)液中的二氧化碳含量。
[0012]本實用新型一種智能調(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，光照單元根據(jù)微藻種類和該種微藻在一個生長周期內(nèi)對光照需求的變化預(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)器正常運行時控制光照種類的變化。同時，導光板將LED混合光源發(fā)射的光均勻投射至整個反應(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小球藻快速生長，而在有機物積累階段，波長為280nm的藍光更有利于其有機物快速積累。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)藍光，實現(xiàn)智能化數(shù)字化控制。
[0013]本實用新型一種智能調(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，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)液的流動帶動光合反應(yīng)器內(nèi)的組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，微藻跟隨組合轉(zhuǎn)子內(nèi)外翻滾，同時組合轉(zhuǎn)子對光合反應(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]本實用新型一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器，其優(yōu)點和作用為:
[0015](I)導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氣體分散成微泡注入混合微藻培養(yǎng)液中，細化二氧化碳氣泡粒徑，大大提高二氧化碳的溶解度；
[0017](3)在組合轉(zhuǎn)子的攪動下，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行光合反應(yīng)；
[0019](5)組合轉(zhuǎn)子對光合反應(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)液的流動而帶動轉(zhuǎn)動，無須外加電機，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型一種智能調(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是本實用新型一種智能調(diào)光自清潔