本发明专利技术公开了一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器，包括反应器顶板、不锈钢蛇形管、空心导光管、气体分布器、反应器底板、反应器主体、气液分离装置和pH、温度、DO在线监测装置；反应器主体内左右分别设置不锈钢蛇形管，气体分布器为一穿过反应器主体内底部的环形管，位于反应器主体内的部分设多个出气孔，反应器主体内均布设置多个空心导光管，气液分离装置设置在反应器顶板上，pH、温度、DO在线监测装置设置于反应器主体内部。该反应器主要体现在将光传递的强化、CO2传质的强化以及微藻细胞光生化反应的强化耦合在一起，提高了微藻光生物反应器的综合性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器，包括反应器顶板、不锈钢蛇形管、空心导光管、气体分布器、反应器底板、反应器主体、气液分离装置和pH、温度、DO在线监测装置；反应器主体内左右分别设置不锈钢蛇形管，气体分布器为一穿过反应器主体内底部的环形管，位于反应器主体内的部分设多个出气孔，反应器主体内均布设置多个空心导光管，气液分离装置设置在反应器顶板上，pH、温度、DO在线监测装置设置于反应器主体内部。该反应器主要体现在将光传递的强化、CO2传质的强化以及微藻细胞光生化反应的强化耦合在一起，提高了微藻光生物反应器的综合性能。【专利说明】—种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器
本专利技术涉及一种用于光合微藻培养的光生物反应器，尤其涉及一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器。
技术介绍
全球气候变暖和化石能源短缺是人类在二十一世纪面临的两大难题。全球气候变暖主要是由于温室气体的大量排放所造成的，温室气体种类繁多且不同种类的温室气体对温室效应的贡献不同，二氧化碳被认为是最主要的温室气体，其对温室效应的贡献最大，因此减少二氧化碳的排放能够有效的缓解全球气候变暖的趋势。化石能源的短缺主要是由于人类社会发展过程中对化石能源的过度消耗所引起的，可再生能源的大力开发能够有效的缓解化石能源短缺对人类社会发展的制约作用。光合微藻既可以用于高效生物固定二氧化碳减少温室气体的排放，同时成熟的微藻生物质又可以用于生产生物柴油应对化石能源短缺的难题，现已成为国际社会研究的热点，掀起了一股研究微藻的热潮。微藻是一类既可以光能自养又可以异养的微生物，其种类繁多，分布广泛，其中光能自养型微藻具有光合速率高、生长速度快、环境适应能力强、成熟微藻生物质用途广泛等优点，可用于高效固定二氧化碳减少温室气体排放，同时，成熟的微藻生物质既可以用来生产生物柴油缓解能源危机，又可以用来生产药品、化妆品、保健品等高附加值产品，具有良好的能源和经济价值。光生物反应器是光合微藻进行光合作用固定二氧化碳合成有机物的产所。高效的光生物反应器有利于实现微藻的高密度、大规模培养。现阶段用于微藻培养的光生物反应器主要分为开放式和封闭式两种，其中开放式光生物反应器主要是指跑道池光生物反应器，其具有建造成本低、操作简单等优 点，但其培养条件不易控制、微藻生物质产量低、藻种易受污染，只能用于小球藻、螺旋藻和盐藻等能够耐受极端环境的藻类的培养。封闭式光生物反应器克服了开放式光生物反应器的上述缺点，具有培养条件可控、可适用于所有藻类培养、可实现微藻细胞的高密度和大规模培养等优点，但其具有成本高、操作复杂等缺点，但考虑到微藻良好的利用价值，封闭式光生物反应器将始终是研究的热点。因此，设计一种高效、低成本的封闭式光生物反应器对于实现微藻的大规模应用至关重要。光能和碳源是影响光能自养型微藻生长的两大主要因素，因此，高效的微藻光生物反应器应能提供良好的光能供应和碳源供应。首先，光能是微藻进行光合作用所必不可少的条件，然而对于微藻的生长而言，光强太强会产生光抑制现象，光强太弱则会产生光限制现象，光限制和光抑制都不利于微藻的生长，因此在光生物反应器中的光强分布应尽量避免光限制和光抑制现象的产生。另一方面，随着微藻细胞的生长，反应器中微藻生物量浓度上升，在藻液中沿着光传播方向，光强将呈指数规律衰减，使得反应器中远离光源处的区域光强很弱，不能满足微藻生长对光能的需求，因此，高效的光生物反应器应能提供较大的光照比表面积，为了避免反应器中远离光源处的区域光强太弱，以至于不能满足微藻生长对光的需求，高效的微藻光生物反应器应能将光导入反应器中光衰减严重的区域，提高光能利用率。其次，对于大多数光生物反应器而言，二氧化碳是微藻生长的碳源，二氧化碳主要是经由反应器中的气体分布器以气泡的形式进入反应器中的微藻悬浮液中，气泡的大小将会影响总的气液接触面积，进而影响传质效果。气泡越小，其比表面积越大，气液传质越好。另一方面，当气泡在反应器底部产生后在微藻悬浮液中上浮的过程中，相邻位置的气泡容易发生聚并现象，使得气泡体积变大，比表面积缩小，使得气液传质效果变差。因此，高效的光生物反应器应具有良好的气体分布器产生均匀细小的气泡，同时也应该采取一定的措施避免或减少气泡上浮过程中的聚并现象，进而强化气液传质。再者，有研究表明，当微藻细胞间歇性交替运动于反应器中光强区域(光区)和光弱区域(暗区)时，其生长速率和光能利用效率会得到很大的提高，人们称这种效应为“闪光效应”，即，当藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间来回穿梭，就可使得已经接受过光照的微藻细胞及时进入暗区进行暗反应，同时，使得完成了暗反应的微藻细胞回到光区再次接受光照，这样就可以使得进入反应器中的光量子被充分利用。因此，在设计高效光生物反应器时，可以通过改变反应器的结构等方式，使得藻细胞交替运动于光区与暗区，藻细胞的运动满足一定的光/暗循环周期，实现“闪光效应”大幅提高微藻生物质产率和光能利用率的目的。良好的扰动对于微藻的生长也是至关重要的，其优点主要体现在以下几点:①良好的扰动可以强化气液传质。一方面强化碳源从气相区到液相区的传质，为藻细胞的生长提供充足的碳源，另一方面强化传质有利于实现从微藻细胞悬浮液中及时排出溶氧，避免溶氧浓度过高对藻类生长的抑制作用良好的扰动可以减少细胞间的相互遮挡和微藻细胞的沉积，有利于保证每个藻细胞享受到相同的光照强度和营养物质条件；③良好的扰动可以避免微藻细胞悬浮液中 的热分层现象；④良好的扰动可以使藻细胞交替往返运动于反应器中的光强区域与光弱区域，有利于利用光/暗交替现象强化光生化反应，提高微藻生长速率和光能利用率。综上，高效微藻光生物反应器的设计可从以下三个角度考虑:①强化光的传递，增大光照比表面积，提高光能利用率；②强化传质，为藻细胞的生长提供充足的碳源，并及时排出光合作用产生的氧气；③强化光生化反应，为微藻细胞内的光生化反应提供最佳的条件。因此，若能将上述三个强化手段耦合在一起，将有利于提高微藻光生物反应器的综合性能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种强化光的传递、强化传质和强化光生化反应的基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案: 一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器，包括反应器顶板、不锈钢蛇形管、空心导光管、气体分布器、突光灯光源、反应器底板、反应器主体、气液分离装置和pH、温度、DO在线监测装置； 所述反应器顶板、反应器主体和反应器底板均由透光材料制成；所述反应器主体为上下两端开口的矩形盒体，所述反应器顶板盖在反应器主体的上端口并与上端口密封配合，所述反应器底板设置在反应器主体的下端口并与下端口密封配合；所述反应器主体的侧壁顶部设有进料口，侧壁底部设有出料口，所述反应器主体的侧壁上还设有取样口； 所述反应器主体内的左右两侧分别设置不锈钢蛇形管，所述不锈钢蛇形管的两端口均伸出反应器顶板，其中一端口为恒温循环水入口，另一端口为恒温循环水出口 ； 所述气体分布器为一穿过反应器主体内底部的环形管，该环形管的一部分位于反应器主体内，环形管的剩余部分位于反应器主体的外部，环形管与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器，其特征在于：包括反应器顶板（1）、不锈钢蛇形管（3）、空心导光管（4）、气体分布器（5）、反应器底板（6）、反应器主体（11）、荧光灯光源（19）、气液分离装置（16）和pH、温度、DO在线监测装置（14）；所述反应器顶板（1）、反应器主体（11）和反应器底板（6）均由透光材料制成；所述反应器主体（11）为上下两端开口的矩形盒体，所述反应器顶板（1）盖在反应器主体（11）的上端口并与上端口密封配合，所述反应器底板（6）设置在反应器主体（11）的下端口并与下端口密封配合；所述反应器主体（11）的侧壁顶部设有进料口（12），侧壁底部设有出料口（8）,所述反应器主体（11）的侧壁上还设有取样口（10）；所述反应器主体（11）内的左右两侧分别设置不锈钢蛇形管（3），所述不锈钢蛇形管（3）的两端口均伸出反应器顶板（1），其中一端口为恒温循环水入口（18），另一端口为恒温循环水出口（17）；所述气体分布器（5）为一穿过反应器主体（11）内底部的环形管，该环形管的一部分位于反应器主体（11）内，环形管的剩余部分位于反应器主体（11）的外部，环形管与反应器主体（11）的侧壁密封配合，所述环形管位于反应器主体（11）内的部分均布设置多个出气孔；所述环形管位于反应器主体（11）的外部设有CO2气体入口（7）；所述反应器主体（11）均布设置多个空心导光管（4），所述空心导光管（4）水平设置，空心导光管（4）的一端开口，另一端为封闭端，空心导光管（4）的开口端设置在反应器主体（11）内的前侧壁上并嵌入前侧壁，空心导光管（4）的开口端的外圆与前侧壁密封配合，空心导光管（4）的封闭端设置在反应器主体（11）内的后侧壁上并与后侧壁密封配合；所述空心导光管（4）的开口端至距离开口端3cm的内壁上以及封闭端的内壁上均镀有全反射膜（9）；所述荧光灯光源（19）设置在反应器主体（11）的前侧壁的外侧；所述气液分离装置（16）设置在反应器顶板（1）上，气液分离装置（16）的进口通过管路与反应器主体（11）内连通，气液分离装置（16）上具有一反应器排气口（15）；所述pH、温度、DO在线监测装置（14）设置在反应器主体（11）内。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖强，孙亚辉，王永忠，朱恂，陈蓉，王宏，丁玉栋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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