一种塔式流化床光生物反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种塔式流化床光生物反应器，属于微藻培养技术领域。包括废水发酵单元，对收集在其内部容腔中的废水进行搅拌发酵，得到微藻培养液；集液单元，与废水发酵单元相连，收集和储存所述微藻培养液；培养处理单元，为塔式结构，其内由上至下依次设置有喷淋装置、若干层带孔的培养结构，位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球，培养结构上还设有防水灯带；所述喷淋装置连接集液单元；吸附杀菌单元，位于培养处理单元顶部，对由培养处理单元顶部进入的空气进行过滤及杀菌。本发明专利技术实现了藻类培养、收集和废水发酵的一体化，节约了微藻培养成本的同时，净化水质和空气，同时收获大量藻类生物质。

A Tower Fluidized Bed Photobioreactor

The invention discloses a tower fluidized bed photobioreactor, which belongs to the technical field of microalgae culture. Including wastewater fermentation unit, stirring and fermenting wastewater collected in its internal chamber to obtain microalgae culture liquid; collecting unit, connected with wastewater fermentation unit, collects and stores the microalgae culture liquid; cultivation and treatment unit, which is tower structure, has spraying device, several layers of culture structure with holes from top to bottom, and is located in the middle of the culture structure. Immobilized activated sludge balls are arranged outside the culture structure with immobilized algae balls, and a waterproof lamp belt is arranged on the culture structure; the spraying device is connected with the liquid collecting unit; the adsorption sterilization unit is located at the top of the culture treatment unit, and the air entering from the top of the culture treatment unit is filtered and sterilized. The invention realizes the integration of algae cultivation, collection and wastewater fermentation, saves the cost of microalgae cultivation, purifies water quality and air, and harvests a large number of algae biomass at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种塔式流化床光生物反应器
本专利技术涉及微藻培养
，特别是一种塔式流化床光生物反应器。
技术介绍
微藻是光能自养型生物，广泛分布在地球上的淡水、海洋和各种土壤里，具有生长迅速、光合效率高、适应性强和通过无性繁殖等特点。微藻可利用光能、CO2、废水中的有机碳、氨氮、有机磷等物质为碳源、氮源和磷源，并吸附重金属净化废水；也可吸收大气中的CO2等气体作为自身代谢碳源，产生O2净化空气；同时微藻中含多种高附加值生物活性物质，如多不饱和脂肪酸、藻类多糖、藻蓝素、虾青素、胡萝卜素等，具有抗生素、抗心血管疾病、增强免疫力、抗肿瘤、抗辐射、抗突变和抗艾滋病等药用价值和保健功能，对人类的疾病有预防、治疗和保健功能。微藻作为饲料、医疗、生物工程、食品、轻化工、生物燃料等行业的重要原料，其产业化生产与利用愈发为人们所重视。活性污泥是现代化污水处理厂中深度生物处理的必然用到的，活性污泥中含有大量的微生物，包括噬磷菌、亚硝化细菌、硝化细菌等，污水处理厂一直存在着三方面的大问题,即1.好氧池曝气消耗污水处理厂60％以上的能源；2.活性污泥的膨胀、腐化变质增加了运营难度与专业性；3.剩余活性污泥过盛导致剩余污泥处理成本的增加与对环境的二次污染。目前几乎80％以上的污水处理产均存在以上问题，研究和开发新的污水处理工艺、降低污水处理成本与运营难度是目前最需要探索与研究的，这也是对环境保护的必然要求。对于微藻能源的开发方面，目前国内外的主要研究方向是利用微藻处理废水、微藻都得生物固碳、微藻规模化养殖及高附加值产物的提取方向，而微藻对废水的处理、规模化养殖及高附加值产物的提取上，存在以下问题，1.微藻需要光才能将CO2及碳源转化为O2，进行生物固碳；2.微藻对污水的COD降解有限，超过一定时间后污水的COD还会呈增加趋势，但对营养元素如N、P等，降解效果突出；3.微藻较小，且难以沉降了，这也导致了微藻在悬浮状态下收集的成本将大大增加，这也是制约微藻规模化养殖的主要原因；4.微藻处理废水所需要的水里停留时间较长，且处理完污水后不能很好地去除微藻，导致水体的浊度、色度等升高；5.微藻的生物固碳量较低，因为悬浮状态下空气中的CO2需要从空气介质进入液态培养基自由扩散进入藻细胞，之后才能被吸收固定并在光的作用下发生光合作用，将CO2转化为O2，但CO2在液体中的溶解度较低，要想提高CO2在培养基中的溶解度，就必须是培养基呈碱性，但由于微藻适宜生长的pH范围在6-10左右，所以CO2的生物固定依然受很大制约与影响。目前，微藻可与污水和工业废气的处理相结合，在处理污水和工业废气的同时合成高附值物质，降低培养成本。研究方向主要为探究微藻的培养方法和不同废液类型与不同微藻类型的藕合，对于如何实现废液发酵与微藻培养、回收、剩余污泥过剩等一体化生产等问题上，关注较少，因此，有必要提出一种塔式流化床光生物反应器来实现废液发酵和微藻培养、回收及剩余污泥过剩等一体化生产，从而降低生产成本，净化废水和空气。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是，针对上述问题，提供一种塔式流化床光生物反应器，通过将固定化微藻球珠与固定化活性污泥球珠作为填料相结合，实现了藻类培养、收集和废水发酵的一体化，节约了微藻培养成本的同时，净化水质和空气，同时收获大量藻类生物质。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种塔式流化床光生物反应器，包括废水发酵单元，对收集在其内部容腔中的废水进行搅拌发酵，得到微藻培养液；集液单元，与废水发酵单元相连，收集和储存所述微藻培养液；培养处理单元，为塔式结构，其内由上至下依次设置有喷淋装置、若干层带孔的培养结构，位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球，培养结构上还设有防水灯带；所述喷淋装置连接集液单元；吸附杀菌单元，位于培养处理单元顶部，对由培养处理单元顶部进入的空气进行过滤及杀菌；自动控制单元，包括控制台以及与其连接的温度传感器、pH传感器、光照传感器、冷热交换器，所述温度传感器、pH传感器和冷热交换器均设置在集液单元内，所述光照传感器设置在培养处理单元内。优选的，所述培养处理单元包括筒体，筒体顶部设有气孔，所述吸附杀菌单元设置在筒体内且位于气孔下方；所述培养结构设置在筒体内，且培养结构之间通过细格栅间隔，细格栅与筒体内壁相连；所述培养结构包括钢丝网内胆、若干圆台托盘和若干外环托盘，所述钢丝网内胆为筒状结构位于细格栅中间且与细格栅垂直；所述圆台托盘内表面设有向上凸起的孔槽，所述圆台托盘盘口竖直朝上设置且与钢丝网内胆内侧连接，若干所述圆台托盘依次间隔设置；所述外环托盘为环状结构，其内环口对应套设在钢丝网内胆外侧面上并与圆台托盘盘口对齐，所述外环托盘外缘倾斜朝下并与筒体内侧对应贴合；所述外环托盘均匀设置通孔。优选的，所述筒体为透光材料制成；所述外环托盘由光学亚克力材料构成；所述圆台托盘由不锈钢材料构成，其孔槽半径1-3mm，孔槽凸起高1-3mm。优选的，所述圆台托盘内均匀装入直径为3-5mm的固定化活性污泥球珠；所述外环托盘内装入直径为3-5mm的固定化微藻球珠。优选的，所述废水发酵单元包括废水发酵罐；所述废水发酵罐底部设有过滤装置、带导液阀的导液管和带蠕动泵的排料管，所述过滤装置设置在导液管位于废水发酵罐内的一端，过滤装置由上到下依次为纱布、海绵、石砾、活性炭、纱布和过滤格栅；所述导液管连通集液单元；所述集液单元包括集液罐。优选的，所述培养处理单元底部高于集液单元，且与集液单元顶部通过阀门连通。优选的，所述吸附杀菌单元包括紫外灯、多层间隔设置的吸附杀菌层，紫外灯位于吸附杀菌层上方，所述吸附杀菌层由上至下依次为吸附碳层、吸光黑布和细网格栅。优选的，所述喷淋装置包括喷头、导管和水泵，所述喷头设置在培养处理单元培养结构的顶部，所述水泵位于集液单元内；所述导管连通喷头和水泵。优选的，还包括导气系统，所述导气系统包括气泵、导气管、曝气装置、气阀和气阀流量计；所述导气管一端通过两支管分别与气泵和废水发酵单元连接，且支管上均设置气阀和气阀流量计，所述导气管的另一端连接曝气装置，所述曝气装置设置在培养处理单元内底部。优选的，所述集液单元与废水发酵单元为一体式结构，废水发酵单元位于集液单元的上方，所述废水发酵单元与集液单元框体结构为混泥土结构。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术可分为五部分，在废水发酵单元进行废水发酵，获得二氧化碳和甲烷气体通过气阀流量计控制流量，缓缓导入布气管给微藻提供碳源；发酵液用作藻类生长的培养基，发酵所产沼渣通过蠕动泵排除，在废水发酵罐因发酵产生大量发酵气体使得废水发酵罐中的压强增大，并经过过滤装置将所得滤液经导液管压入集液罐，沼渣经导渣管导出并回收，作为生物肥的原料，通过模拟层式生物流化床实现微藻细胞的浸润与生长，将废水发酵、微藻培养与收集有机的结合在一起，净化废水的同时培养和收获具有高附值生物活性物质的藻，并且吸收了CO2释放出氧气，净化了空气，有效降低了微藻生长过程中的培养成本。2.本专利技术通过控制台接收光照传感器、pH传感器、温度传感器的在线监控信号，对信号做进一步处理并发射信号至LED防水灯带、气泵、冷热交换器，实现对污水处理、废气处理、微藻和活性污泥生长的实时监控和在线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔式流化床光生物反应器，其特征在于：包括废水发酵单元，对收集在其内部容腔中的废水进行搅拌发酵，得到微藻培养液；集液单元，与废水发酵单元相连，收集和储存所述微藻培养液；培养处理单元，为塔式结构，其内由上至下依次设置有喷淋装置、若干层带孔的培养结构，位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球，培养结构上还设有防水灯带；所述喷淋装置连接集液单元；吸附杀菌单元，位于培养处理单元顶部，对由培养处理单元顶部进入的空气进行过滤及杀菌；自动控制单元，包括控制台以及与其连接的温度传感器、pH传感器、光照传感器、冷热交换器，所述温度传感器、pH传感器和冷热交换器均设置在集液单元内，所述光照传感器设置在培养处理单元内。

【技术特征摘要】
1.一种塔式流化床光生物反应器，其特征在于：包括废水发酵单元，对收集在其内部容腔中的废水进行搅拌发酵，得到微藻培养液；集液单元，与废水发酵单元相连，收集和储存所述微藻培养液；培养处理单元，为塔式结构，其内由上至下依次设置有喷淋装置、若干层带孔的培养结构，位于培养结构中部设置有固定化活性污泥球珠，位于培养结构外侧部设置有固定化藻球，培养结构上还设有防水灯带；所述喷淋装置连接集液单元；吸附杀菌单元，位于培养处理单元顶部，对由培养处理单元顶部进入的空气进行过滤及杀菌；自动控制单元，包括控制台以及与其连接的温度传感器、pH传感器、光照传感器、冷热交换器，所述温度传感器、pH传感器和冷热交换器均设置在集液单元内，所述光照传感器设置在培养处理单元内。2.根据权利要求1所述的一种塔式流化床光生物反应器,其特征在于：所述培养处理单元包括筒体，筒体顶部设有气孔，所述吸附杀菌单元设置在筒体内且位于气孔下方；所述培养结构设置在筒体内，且培养结构之间通过细格栅间隔，细格栅与筒体内壁相连；所述培养结构包括钢丝网内胆、若干圆台托盘和若干外环托盘，所述钢丝网内胆为筒状结构位于细格栅中间且与细格栅垂直；所述圆台托盘内表面设有向上凸起的孔槽，所述圆台托盘盘口竖直朝上设置且与钢丝网内胆内侧连接，若干所述圆台托盘依次间隔设置；所述外环托盘为环状结构，其内环口对应套设在钢丝网内胆外侧面上并与圆台托盘盘口对齐，所述外环托盘外缘倾斜朝下并与筒体内侧对应贴合；所述外环托盘均匀设置通孔。3.根据权利要求2所述的一种塔式流化床光生物反应器,其特征在于：所述筒体为透光材料制成；所述外环托盘由光学亚克力材料构成；所述圆台托盘由不锈钢材料构成，其孔槽半径1-3mm，孔槽凸起高1-3mm。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹德菊，闻逸铮，梁慧元，陈海燕，张千，沈峰林，欧红梅，左志勇，董蓓，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34