[发明专利]一种藻类反应控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及藻类培养技术，尤其涉及一种藻类反应控制系统和方法。 

背景技术

光合微生物或植物细胞，尤其是微藻和蓝细菌(简称藻类)的生长繁殖主要通过光合作用，利用光能(如太阳光和人工照明)将水和二氧化碳转化成色素、蛋白质、脂肪酸、糖类及次生代谢物等高价值有机化合物。藻类由于具有极高的光利用效率以及营养利用效率，因而表现出比高等植物更强的生长潜力。 

藻类的培养装置主要可分为开放池系统和封闭/半封闭反应器系统。开放池系统由于存在缺乏温度控制、光程长及混合不均匀等问题，导致总体生产率较低，并且易染菌，常导致培养失败。封闭/半封闭反应器系统由于能为培养物(藻类)提供适宜的生长条件，可大大的提高总体生产率，从而也成为研究和开发的重点。 

藻类培养反应器(即光反应器)设计的关键是要为培养物(藻类)提供适宜的生长环境，包括适宜的pH值、温度、溶解氧浓度、营养物浓度、搅拌速率及供气速率等。而对这些参数的自动检测和控制，开发出控制精确、反应快速的过程控制系统对完善反应器性能和提高培养物产量具有十分重要的意义。 

现有的藻类反应控制系统中采用的是由一台监控计算机、一个控制器和一个反应器组成的结构，监控计算机通过光纤等与控制器进行通信，向控制器写入反应器中反应溶液当前需要的参数，由控制根据参数对反应器中的反应溶液状态进行调整，使反应溶液中的藻类处于最佳的生长环境。 

现有的藻类反应控制系统只能对一定量的藻类进行培养，很难同时培养大量的藻类，不便于藻类培养的大规模工业化生产。 

发明内容

本发明实施例提供一种藻类反应控制系统和方法，实现了对藻类培养的大规模工业化生产。 

一种藻类反应控制系统，所述系统包括：总控制器和多组控制子系统，每组控制子系统包括一个用于培养藻类的反应器和一个子控制器，其中： 

所述总控制器，用于根据预先保存的各反应器中培养的藻类的相关信息，确定藻类生长所需的至少一个环境参数中，每个环境参数对应的范围值，并将藻类的环境参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器所在控制子系统的子控制器； 

子控制器，用于在接收到的环境参数是反应溶液溶氧度和反应溶液酸碱度，检测后得到的反应器内的反应溶液溶氧度大于总控制器发送的反应溶液溶氧度对应范围的上限值时，向反应器通入空气与二氧化碳的混合气体，并在检测后得到的反应器内的反应溶液酸碱度大于总控制器发送的反应溶液酸碱度对应范围的上限值时，提高向反应器通入的空气和二氧化碳的混合气体中二氧化碳的浓度，在检测后得到的反应器内的反应溶液酸碱度小于总控制器发送的反应溶液酸碱度对应范围的下限值时，降低向反应器通入的空气和二氧化碳的混合气体中二氧化碳的浓度，使反应器的反应溶液的溶氧度在总控制器发送的反应溶液溶氧度对应的范围值内，反应器的反应溶液酸碱度在总控制器发送的反应溶液酸碱度对应的范围值内。 

一种藻类反应控制方法，所述方法包括以下步骤： 

总控制器根据预先保存的各反应器中培养的藻类的相关信息，确定藻类生长所需的至少一个环境参数中，每个环境参数对应的范围值，并将藻类的环境参数对应的范围值发送给培养该藻类的反应器对应的子控制器； 

所述子控制器在接收到的环境参数是反应溶液溶氧度和反应溶液酸碱度，在检测后得到的反应器内的反应溶液溶氧度大于总控制器发送的反应溶液溶氧度对应范围的上限值时，通过空气比例阀和/或二氧化碳比例阀向反应器通入空气与二氧化碳的混合气体，并在检测后得到的反应器内的反应溶液酸碱度大于总控制器发送的反应溶液酸碱度对应范围的上限值时，子控制器提高通过空气比例阀和二氧化碳比例阀向反应器通入空气和二氧化碳的混合气体中二氧化碳的浓度，在检测后得到的反应器内的反应溶液酸碱度小于总控制器发送的反应溶液酸碱度对应范围的下限值时，子控制器降低通过空气比例阀和二氧化碳比例阀向反应器通入空气和二氧化碳的混合气体中二氧化碳的浓度，使反应 器的反应溶液溶氧度在总控制器发送的反应溶液溶氧度对应的范围值内，反应器的反应溶液酸碱度在总控制器发送的反应溶液酸碱度对应的范围值内。 

由于本发明采用分层集散式控制结构，由总控制器统一配置系统中多个子控制器需要的藻类生长的环境参数，并将藻类的环境参数发送给培养该藻类的反应器对应的子控制器，子控制器根据接收到的环境参数对反应器的环境进行监控，保证反应器的环境参数处于适合藻类生长的状态，因此，实现了同时对大量的藻类培养子系统的监控，使大规模工业化生产成为可能。 

附图说明