專利名稱：一種微藻養(yǎng)殖裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微藻養(yǎng)殖裝置及方法。
背景技術(shù)：
微藻生物柴油能源技術(shù)是一種利用微藻光合作用，將太陽能和二氧化碳轉(zhuǎn)化為能 源產(chǎn)品的新型生物能源技術(shù)。近年來，石油燃油價(jià)格的波動(dòng)、上漲與碳總量排放限額是目前 全球面臨的兩大問題，而由可持續(xù)的藻類制成的生物柴油和生物燃料對(duì)于解決上述兩大問 題具有極大潛力。微藻生物柴油是優(yōu)質(zhì)的石化柴油替代品，與普通的石化柴油相比，微藻生物柴油 具有優(yōu)良的環(huán)保性能，硫化物排放可減少70 %，無毒，生物可分解，是清潔的替代燃料，且生 產(chǎn)生物柴油的原料具有可再生性，其運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用更加安全。將生物柴油和一定比例 的普通石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗，提高動(dòng)力性能，柴油機(jī)不需作任何改動(dòng)或更換零 件，還可以延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。微藻生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)需要大量的微藻，而現(xiàn)有的養(yǎng)殖技術(shù)養(yǎng)殖微藻的周期 長，生產(chǎn)量較低，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種微藻養(yǎng)殖裝置及方法，微藻養(yǎng)殖周期短，產(chǎn)量大， 可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并且能夠同時(shí)處理生活污水。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為—種微藻養(yǎng)殖裝置，包括由透光材料制成的第一容器、第二容器和第三容器，第 一容器的出水口與第二容器的進(jìn)水口相連，所述第二容器套在第三容器中；所述第一容器底部設(shè)置曝氣裝置；所述第二容器底部設(shè)置二氧化碳噴射裝置、微藻液噴射裝置和氧氣收集裝置，第 二容器底部與第三容器相通；所述第三容器底部為錐形，設(shè)置排泥管，第三容器側(cè)壁設(shè)置微藻收獲管。作為優(yōu)選，所述第一容器套在第二容器中，第一容器為敞口，設(shè)置進(jìn)水管與第一容 器相通。作為優(yōu)選，所述第三容器頂部封閉。作為優(yōu)選，所述透光材料為透明的玻璃鋼、有機(jī)玻璃或透明性聚合物材料中的一 種。作為優(yōu)選，所述第一容器外壁上懸掛LED燈。作為優(yōu)選，所述第二容器外壁上懸掛LED燈。作為優(yōu)選，所述LED燈為淺紅、淺黃和白色。作為優(yōu)選，所述第二容器底面為篩板。作為優(yōu)選，還包括用于第二容器中污水的pH值調(diào)節(jié)儀與BOD調(diào)節(jié)儀。
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一種微氧養(yǎng)殖方法，包括以下步驟a)向污水中曝氣，降解有機(jī)物；b)使曝氣后的污水進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境，同時(shí)向污水中噴射二氧化碳?xì)怏w和微藻液進(jìn)行
微藻養(yǎng)殖；c)排水并收獲污水中生成的微藻，排出污泥。作為優(yōu)選，所述a)中污水為經(jīng)過超微過濾的污水。作為優(yōu)選，所述a)中當(dāng)污水的BOD大于等于500mg/L時(shí)，向污水中投放水處理菌種。作為優(yōu)選，所述b)中在污水中放置LED燈。作為優(yōu)選，所述b)中污水的BOD為30mg/L 50mg/L。作為優(yōu)選，所述b)中污水的pH為6 7. 5。作為優(yōu)選，所述b)中污水的溫度為25°C 45°C。本發(fā)明提供的微藻養(yǎng)殖裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，占地面積小，將微藻養(yǎng)殖與污水 處理有機(jī)結(jié)合，在養(yǎng)殖微藻的同時(shí)還可進(jìn)行水處理，亦可單獨(dú)進(jìn)行微藻養(yǎng)殖或單獨(dú)進(jìn)行污 水處理；裝置分成有氧、厭氧和收獲三個(gè)區(qū)，充分利用太陽能，節(jié)省電能，成本較低；利用生 活污水就能進(jìn)行微藻繁殖，既生產(chǎn)養(yǎng)殖了可生產(chǎn)生物柴油的微藻，有效地將微藻養(yǎng)殖與污 水處理有機(jī)的結(jié)合起來，為微藻和細(xì)菌共同生產(chǎn)提供了一個(gè)理想的環(huán)境，又能對(duì)污水進(jìn)行 治理，有效去除水中的有機(jī)物和氮磷，減少了我國水體大面積爆發(fā)藍(lán)藻的機(jī)會(huì)；微藻養(yǎng)殖周 期短，產(chǎn)量大，可以保持長時(shí)間的指數(shù)生長期，并連續(xù)收獲，并且微藻類的凝乳屬性更加強(qiáng) 了使水澄清的效果，可實(shí)現(xiàn)微藻的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，又有利于環(huán)境保護(hù)。


圖1為本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
所提供的微藻養(yǎng)殖裝置的剖面圖；圖2為圖1所示的裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。由于大量使用化肥，我國的生活污水和地表水含有大量的營養(yǎng)，特別是氮和磷。而 傳統(tǒng)的污水處理方法很難去除氮和磷，因此我國各地水體經(jīng)常大面積爆發(fā)藍(lán)藻。本發(fā)明利 用生活污水中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為藻類的食物，養(yǎng)殖能夠用來生產(chǎn)生物柴油的微藻，同 時(shí)去除污水中的有機(jī)物和氮磷鉀。本發(fā)明提供的微藻養(yǎng)殖裝置在用來養(yǎng)殖微藻的同時(shí)還能夠進(jìn)行污水處理，將微藻 養(yǎng)殖與污水處理技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，請(qǐng)參考圖1和圖2，圖1為本發(fā)明一種具體實(shí)施方 式所提供的微藻養(yǎng)殖與污水處理相結(jié)合的裝置的剖面圖，圖2為圖1所示的裝置的俯視圖， 該裝置包括由透光材料制成的第一容器1、第二容器2和第三容器3，第一容器1的出水口 與第二容器2的進(jìn)水口相連，第二容器2套在第三容器3中，該裝置采用透光材料制成，充 分利用太陽能，透光材料可以選用透明的玻璃鋼、有機(jī)玻璃或透明性聚合物材料中的一種，玻璃鋼如高硼硅加強(qiáng)玻璃，透明性聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯 或一氧化碳與脂肪不飽和化合物的共聚物等。第一容器1可單獨(dú)設(shè)置也可與第二容器2、第 三容器3依次由內(nèi)向外嵌套，優(yōu)選設(shè)置為同心，由圖2的俯視圖可呈現(xiàn)三個(gè)同心圓。第一容器內(nèi)1為有氧區(qū)，容器為敞口，底部設(shè)置曝氣裝置12，與曝氣泵(未示出) 相連的曝氣管11通入底部與曝氣裝置12連接，向第一容器1內(nèi)的污水中充氧。優(yōu)選第一容 器1套在第二容器2中，第一容器1為敞口，第一容器1和第二容器2套在第三容器3中， 第三容器上設(shè)置進(jìn)水管31與第一容器1相通，污水由外界首先進(jìn)入第一容器1進(jìn)行曝氣。 作為優(yōu)選，第一容器1的外壁上懸掛LED燈13，在太陽光不足的天氣及夜晚向第二容器中 提供光源，優(yōu)選使用淺紅、淺黃和白色，LED燈13類似于自然光源，適宜微藻生長，可以使第 二容器2處于類太陽光的照射下，微藻能吸收到幾乎相同于太陽光的光照能量，而且LED燈 13比普通的燈管節(jié)省能源，產(chǎn)生的溫度較適宜，不會(huì)因局部過熱而影響微藻生長和繁殖甚 至使微藻死亡。污水在第一容器1中進(jìn)行曝氣后進(jìn)入第二容器2，圖1所示的具體實(shí)施方式
中，第 一容器1中的污水盛滿后由上緣溢流入第二容器2。第二容器2為厭氧區(qū)也即微藻養(yǎng)殖區(qū)， 底部與第三容器3相通，底面優(yōu)選為篩板，通過篩板的抖動(dòng)可以使微藻不致下沉，容器底部 設(shè)置二氧化碳噴射裝置、微藻液噴射裝置和氧氣收集裝置。微藻適宜在厭氧環(huán)境中生長，在 光源的照射下，吸進(jìn)二氧化碳并呼出氧氣，污水中的有機(jī)物、氮磷鉀微量元素及生長激素都 能使微藻的繁殖更迅速。第二容器2內(nèi)模擬微藻生長的環(huán)境，與微藻液泵(未示出)相連 的微藻液管22由微藻養(yǎng)殖區(qū)頂部一直延伸至底部的各微藻液噴射口，向水中噴射微藻液 以便接種，第一容器1外壁上的LED燈13與太陽光提供微藻生長必需的光源，與二氧化碳 氣泵(未示出)相連的二氧化碳?xì)夤?3由微藻養(yǎng)殖區(qū)頂部一直延伸至底部的各二氧化碳 噴氣口，向污水中噴入二氧化碳供微藻生長，然后通過氧氣收集裝置和氧氣收集管21將產(chǎn) 生的氧氣排出微藻養(yǎng)殖區(qū)以供醫(yī)院使用或富氧氣燃燒。作為優(yōu)選，第二容器2的外壁上也 懸掛LED燈24，優(yōu)選使用淺紅、淺黃和白色，為微藻提供更多的光源。在第二容器2中，污水中的有機(jī)物和氮磷鉀供給微藻繁殖，污水得到進(jìn)一步的凈 化后由第二容器2的底部進(jìn)入第三容器3中，第三容器3為澄清區(qū)也即微藻收獲區(qū)，底部為 錐形，處理后的水在這里得到澄清，水中產(chǎn)生的污泥沉淀并由設(shè)置于錐形底部的排泥管33 排出裝置，第二容器2的底部可位于第三容器3圓柱與錐形的連接處，在錐形中由第二容器 2底部向下依次形成兼性處理區(qū)34、厭氧處理區(qū)35和污泥區(qū)36，形成A2/0處理工藝，有利 于污水的脫氮除磷。優(yōu)選的，第三容器頂部封閉，可使三個(gè)容器都與外界隔開，異物、害蟲及雜藻不會(huì) 進(jìn)入裝置中，防止微藻的生長環(huán)境受到污染，確保微藻能夠正常迅速繁殖。第三容器3頂部 即整個(gè)裝置的頂部設(shè)置進(jìn)水管31，進(jìn)水管31的開口正對(duì)第一容器1的開口，與第一容器1 相通，使污水最先注入第一容器1中，在第三容器3的側(cè)壁設(shè)置微藻收獲管32，收獲的微藻 和處理后的出水由這里流出。由于微藻收獲區(qū)為最外層，其光源主要來自于太陽光，如要提 高微藻產(chǎn)量，也可配置LED光源或其它光源。另外為了使第二容器2內(nèi)的pH值、BOD值符合微藻養(yǎng)殖的條件，優(yōu)選設(shè)置pH調(diào)節(jié) 儀和BOD調(diào)節(jié)儀，可以懸掛于第三容器3的外壁上，及時(shí)對(duì)微藻養(yǎng)殖區(qū)中污水的pH值和BOD 進(jìn)行監(jiān)測，并調(diào)節(jié)。
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本發(fā)明的微藻養(yǎng)殖裝置同時(shí)還可以進(jìn)行污水處理，若經(jīng)過簡單改動(dòng)后，可成為單 獨(dú)的內(nèi)循環(huán)光合生物反應(yīng)器養(yǎng)殖微藻，也可以成為單獨(dú)的內(nèi)循環(huán)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行污水處 理。多個(gè)本發(fā)明提供的裝置可以平行間隔排列或向陽光傾斜式排列構(gòu)成系列生產(chǎn)線，充分 利用太陽光，另外各個(gè)裝置產(chǎn)生的氧氣可用一個(gè)管線收集，集中回收氧氣，各裝置的二氧化 碳?xì)怏w也可使用一個(gè)管線輸送，二氧化碳可以為發(fā)電廠產(chǎn)生的二氧化碳?xì)庠椿蚱渌济憾?氧化碳?xì)庠?，且熱的二氧化碳?xì)庠茨苡行д{(diào)節(jié)微藻的培養(yǎng)溫度，用于養(yǎng)殖微藻后變廢為寶。本發(fā)明還提供了一種微藻養(yǎng)殖的方法，養(yǎng)殖微藻的同時(shí)還能對(duì)城市生活污水進(jìn)行 處理，包括以下步驟a)收集城市污水，優(yōu)選先將污水進(jìn)行超微過濾，防止水中帶進(jìn)異物、雜藻等影響微 藻養(yǎng)殖的物質(zhì)，然后在有氧區(qū)內(nèi)對(duì)超微過濾后的污水進(jìn)行曝氣，根據(jù)水體自凈的原理，降解 污水中的有機(jī)物，當(dāng)進(jìn)水中的BOD大于等于500mg/L時(shí)，可向污水中投放水處理菌種協(xié)助降 解有機(jī)物，曝氣后的污水中的有機(jī)物得到部分降解，防止有機(jī)物含量過多易繁殖出雜藻。b)使曝氣后的污水進(jìn)入微藻養(yǎng)殖區(qū)處于厭氧環(huán)境中，進(jìn)行微藻的養(yǎng)殖，為模擬微 藻的生長環(huán)境，向污水中噴射微藻液進(jìn)行接種，并噴射二氧化碳供微藻進(jìn)行呼吸，同時(shí)保持 培養(yǎng)溫度為25°C 45°C，污水的BOD為30mg/L 50mg/L，pH為6 7. 5。在太陽光不足 或夜晚，污水中還要放置LED燈，模擬太陽光向微藻提供光源，并能產(chǎn)生一定的熱量，使水 溫適合微藻的生長。微藻生長中產(chǎn)生大量氧氣，氧氣既不利于微藻的繁殖生長，也不利于脫 氮除磷，因此為保持水中的厭氧環(huán)境，將生成的氧氣收集并排出進(jìn)行回收利用。c)微藻大量繁殖后，污水也得到了進(jìn)一步的處理，水中剩余的有機(jī)物和氮磷鉀得 到去除，經(jīng)沉淀排出微藻繁殖過程中生成的污泥，處理后的水得到澄清再排出，同時(shí)收獲生 成的微藻。每次收獲時(shí)只收集50 %的微藻，余下的微藻再次注入微藻養(yǎng)殖區(qū)中進(jìn)行繁殖，這 樣只需在最初進(jìn)行一次接種，后續(xù)生產(chǎn)只要利用生產(chǎn)的50%的微藻繼續(xù)繁殖即可。依照本發(fā)明提供的方法養(yǎng)殖微藻并處理污水，做三個(gè)并列實(shí)驗(yàn)，分別檢測原水和 出水的水質(zhì)，得出污水的處理效果，結(jié)果見表1 表1污水的處理效果 實(shí)驗(yàn)所用的污水取自某市河涌城市污水，由表1的結(jié)果可以看到本發(fā)明對(duì)污水中 COD和BOD的去除率較高，特別是脫氮除磷的效果很明顯，總氮去除率超過60%，總磷去除 率達(dá)到95%，既能使污水中的有機(jī)物和氮磷轉(zhuǎn)換為微藻的食物，生產(chǎn)養(yǎng)殖出大量能生產(chǎn)生 物柴油的微藻，又有效地去除了生活污水中的有機(jī)物和氮磷，由于微藻的凝乳屬性還加強(qiáng) 了澄清的效果，這對(duì)于我國是非常重要的，由于大量使用化肥，我國的生活污水和地表水含 有大量的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮和磷，應(yīng)該本發(fā)明提供的方法能有效除去水中氮和磷，減 少我國水體大面積爆發(fā)藍(lán)藻的機(jī)會(huì)。再分別取三個(gè)實(shí)施例的微藻養(yǎng)殖樣品，使用XB. K25血球計(jì)數(shù)板，在顯微鏡下進(jìn)行 計(jì)數(shù)，記下微藻細(xì)胞的密度，同時(shí)做一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，采用傳統(tǒng)的方法培養(yǎng)微藻，向水中投入 氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，不使用生活污水，結(jié)果見表2 表2亞心形扁微藻細(xì)胞的養(yǎng)殖密度 由表2結(jié)果可以看到，與對(duì)照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，本發(fā)明提供的微藻養(yǎng)殖方法大大提高了微藻的產(chǎn)出率，微藻的繁殖速率很快，實(shí)施例1的微藻繁殖到8小時(shí)后，微藻細(xì)胞的密 度上升到1287 X IO4個(gè)/ml，收取大約50 %的微藻后，微藻細(xì)胞的密度仍在876 X IO4個(gè)/ml， 然后剩下50%的微藻繼續(xù)進(jìn)行繁殖，到10小時(shí)后，微藻細(xì)胞的密度上升到1364X 104個(gè)/ ml，收取大約50 %的微藻后，微藻細(xì)胞密度為937 X IO4個(gè)/ml，然后剩下50 %的微藻繼續(xù)進(jìn) 行繁殖，以此類推。微藻幾小時(shí)就可收獲一次，收獲時(shí)保留50%的微藻，后續(xù)無需再接種，微 藻生長迅速，可以保持長時(shí)間的指數(shù)生長期，并連續(xù)收獲，比傳統(tǒng)的方法減少了延緩期、平 穩(wěn)期和衰老期，適合于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 以上對(duì)本發(fā)明所提供的微藻養(yǎng)殖與污水處理相結(jié)合的裝置及方法進(jìn)行了詳細(xì)介 紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只 是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修 飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種微藻養(yǎng)殖裝置，其特征在于，包括由透光材料制成的第一容器、第二容器和第三容器，第一容器的出水口與第二容器的進(jìn)水口相連，所述第二容器套在第三容器中；所述第一容器底部設(shè)置曝氣裝置；所述第二容器底部設(shè)置二氧化碳噴射裝置、微藻液噴射裝置和氧氣收集裝置，第二容器底部與第三容器相通；所述第三容器底部為錐形，設(shè)置排泥管，第三容器側(cè)壁設(shè)置微藻收獲管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一容器套在第二容器中，第一容器 為敞口，設(shè)置進(jìn)水管與第一容器相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第三容器頂部封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述透光材料為透明的玻璃鋼、有機(jī)玻璃 或透明性聚合物材料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一容器外壁上懸掛LED燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第二容器外壁上懸掛LED燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述LED燈為淺紅、淺黃和白色。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二容器底面為篩板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還包括用于第二容器中污水的pH值 調(diào)節(jié)儀與BOD調(diào)節(jié)儀。
10.一種微氧養(yǎng)殖方法，其特征在于，包括以下步驟a)向污水中曝氣，降解有機(jī)物；b)使曝氣后的污水進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境，同時(shí)向污水中噴射二氧化碳?xì)怏w和微藻液進(jìn)行微藻養(yǎng)殖；c)排水并收獲污水中生成的微藻，排出污泥。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述a)中污水為經(jīng)過超微過濾的污水。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述a)中當(dāng)污水的BOD大于等于 500mg/L時(shí)，向污水中投放水處理菌種。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述b)中在污水中放置LED燈。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述b)中污水的BOD為 30mg/L 50mg/Lo
15.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述b)中污水的pH為6 7. 5ο
16.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述b)中污水的溫度為 25°C 45°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微藻養(yǎng)殖與污水處理相結(jié)合的裝置，包括由透光材料制成的第一容器、第二容器和第三容器，第一容器的出水口與第二容器的進(jìn)水口相連，所述第二容器套在第三容器中；所述第一容器底部設(shè)置曝氣裝置；所述第二容器底部設(shè)置二氧化碳噴射裝置、微藻液噴射裝置和氧氣收集裝置，第二容器底部與第三容器相通；所述第三容器底部為錐形，設(shè)置排泥管，第三容器側(cè)壁設(shè)置微藻收獲管。本發(fā)明能提供理想的藻類和細(xì)菌共生的環(huán)境，既生產(chǎn)養(yǎng)殖了可生產(chǎn)生物柴油的微藻，又能對(duì)污水進(jìn)行治理，有效去除水中的有機(jī)物和氮磷，減少了我國水體大面積爆發(fā)藍(lán)藻的機(jī)會(huì)；微藻養(yǎng)殖周期短，產(chǎn)量大，可實(shí)現(xiàn)微藻的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，又有利于環(huán)境保護(hù)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK101914430SQ20101022955
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者張建洲 申請(qǐng)人:張建洲