[发明专利]用于光生物反应器的曝气控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光生物反应器的曝气控制系统。

背景技术

微藻能有效利用光能、二氧化碳、水和无机盐合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及高附加值生物活性物质，藻类因具有极高的光及营养利用效率表现出比高等植物更强的生长潜力，因此微藻的培养受到广泛重视。

目前，微藻的大规模工业化生产多采用开放池式，这种生产模式存在生产不稳定、容易受污染，微藻受光不均，光能利用率不高，培养效率低等问题。因而制约了微藻生产及微藻类生物技术产业的发展。近年来国内外学者针对这方面问题进行了一系列的研究，尤其是利用光反应器高效培养微藻的研究取得了一定的成果。目前具有代表性的光生物反应器主要有以下几种：管道式反应器、板式反应器、柱式反应器等。这些反应器在优化控制、提高产出方面展示了良好的发展前景，但它们在实践应用中也存在一些问题，如光能利用率低，气体交换不畅等，尤其是目前光生物反应器制造成本高，养殖阶段能耗高、成本高已成为制约光反应器发展的主要问题。

目前，在板式反应器和柱式反应器系统中，通常采用曝气搅拌的方法，曝气装置通过产生的小气泡与周围藻液的密度差，促使气泡上浮以及藻液下降，由此环状浅水池内产生无数个气液上下循环流动，使微藻均匀受光，提高光利用率，而气泡的上浮强化了藻液中溶氧的解吸，氧气被气泡带至液面而释放，并且二氧化碳气体经曝气后也同时溶解在藻液中，为微藻的生长提供碳源。但这种方式需要大量的压缩空气，能耗很高，不利于微藻的大规模生产。同时，曝气搅拌的强度过高和过低都不利有微藻的生长。

发明内容

本发明提供一种用于光生物反应器的曝气控制系统，其能够根据光强和藻液浓度，调整曝气量。光强时曝气量大，加大搅拌速率，光弱时曝气量小，降低搅拌速率；同样，当藻液浓度高时，调大曝气量，浓度低时调小曝气量，从而使曝气搅拌强度一直处于微藻生长的最佳搅拌强度。因此，本发明在提高微藻产量的同时减少曝气能耗，降低生产成本。

根据本发明的一个方面，提供一种用于光生物反应器的曝气控制系统，包括：光照度传感器，用于测量光生物反应器周围环境的光线强度；浊度传感器，用于测量光生物反应器中的光生物的浓度；供气装置，所述供气装置用于向光生物反应器中供应曝气气体；控制器，所述控制器根据光照度传感器所测量到的光线强度和或浊度传感器所测量到的光生物的浓度来调节所述供气装置的供气流量。

在本发明的一个优选实施例中，所述曝气控制系统还包括：流量传感器，所述流量传感器用于检测所述供气装置的供气流量，其中，所述控制器根据流量传感器的流量反馈信号对所述供气装置的供气流量进行闭环控制。

在本发明的另一个优选实施例中，所述控制器为单片机或计算机。

在本发明的另一个优选实施例中，所述供气装置为具有变频器的风机，通过改变变频器的频率来改变风机转速，从而调节供气流量。

在本发明的另一个优选实施例中，当光照度传感器测量到的光线强度大于1200μmol/m²/s时，所述控制器控制供气装置以预定的最大供气流量连续地供气。

在本发明的另一个优选实施例中，当光照度传感器测量到的光线强度大于800μmol/m²/s时，且当浊度传感器测量到的光生物的浓度OD值大于8时，所述控制器控制供气装置以预定的最大供气流量连续地供气。

在本发明的另一个优选实施例中，当光照度传感器测量到的光线强度在20μmol/m²/s至1200μmol/m²/s的范围时，且当浊度传感器测量到的光生物的浓度OD值小于8时，所述控制器控制供气装置以预定的对应供气流量连续地供气。

在本发明的另一个优选实施例中，当光照度传感器测量到的光线强度小于20μmol/m²/s时，所述控制器控制供气装置以预定的最小供气流量间歇地供气。

在本发明的另一个优选实施例中，所述预定的最大供气流量＝以米为单位的光生物反应器的长度×15升/分钟。

在本发明的另一个优选实施例中，所述预定的中间供气流量在以米为单位的光生物反应器的长度×5升/分钟至以米为单位的光生物反应器的长度×15升/分钟的范围内。

在本发明的另一个优选实施例中，所述预定的最小供气流量小于以米为单位的光生物反应器的长度×5升/分钟。