[发明专利]平板气升环流式养藻光合反应器及其进行微藻养殖的方法

说明书

技术领域

本发明是关于生物质能利用技术，特别涉及平板气升环流式养藻光合反应器及其进行微藻养殖的方法。

背景技术

微藻能源作为第三代生物燃料是国内外新能源领域的前沿研究热点和高技术竞争焦点，而如何开发立体养藻反应器实现高密度养殖微藻、以显著提高单位占地面积上的微藻生物质产量是当前的热点和难点问题。设计光合生物反应器的关键限制因素之一是导光特性，一般可采取增加有效光强和反应器受光表面、改善气液流动特性等方法。Orlando等对三种主流的养藻反应器（跑道池式、平板式、横管式）进行了全生命周期的能量投入产出评价，指出跑道池式和平板式反应器具有较低的能耗。由于平板式反应器能够大大降低占地面积，并且更易于藻液收获分离，故在微藻能源领域具有较强的产业应用前景。

反应器内藻液流动可以从近壁区的强光状态转入中心区的弱光状态，微藻细胞接受光强的不断波动会引发一个光暗循环的闪光效应，闪光频率对微藻细胞的光合作用生长具有较大影响。加强藻液流动混合有利于物质能量传递和导光作用，但是流速过大时剪切力会导致微藻细胞破裂。故有必要改进反应器结构和通气方式等以优化藻液流场，利用闪光效应提高微藻细胞的光利用效率和生物质产量。

Perner对利用蠕动泵驱动液体通过多个横向通道进行串联式反复折流的平板光合反应器，采用Fluent软件进行了流场计算和能耗分析，通过激光多普勒测量流场验证了计算结果。Pruvost对一种微型环状光合反应器采用Fluent软件进行了流场计算，通过改变叶轮转速获得不同流场，通过粒子成像测速验证了流场计算结果。但是以上两种都不是气升环流式的反应器，都没有进行养藻试验分析流场对生物质产量的影响。Yu对仅内置两个垂直隔板的平板气升环流式反应器采用CFX软件进行了流场计算，将流场动力学参数和反应器结构与微藻生物质产量进行了关联分析，但是没有考虑微藻动态生长过程对反应器流场的影响，没有考虑光强、CO₂和培养基等生长条件对微藻生物质产量的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够促进微藻生长闪光效应的新型反应器结构及其能提高了生物质产量的养殖方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供平板气升环流式养藻光合反应器，包括隔板，所述平板气升环流式养藻光合反应器为箱型结构，箱型结构包括顶部、底部、前墙、后墙和两个侧墙，顶部有一个直径为3cm的开孔，用于藻液接种和作为培养中通入的气体出口；平板气升环流式养藻光合反应器的内部通过隔板分隔成三块区域，分别为中心流上升区和两个两侧流下降区；

所述隔板包括横向隔板和垂直隔板；垂直隔板设有两块，分别与两个侧墙平行设置在平板气升环流式养藻光合反应器的内部，两块垂直隔板的中间区域为中心流上升区，两块垂直隔板分别与两个侧墙形成的两个区域为两个两侧流下降区；中心流上升区内设置有至少两组交叉导流横向隔板组，每组交叉导流横向隔板组包括两块横向隔板，两块横向隔板分别固定在前墙和后墙上，且保证相邻两块横向隔板分别固定在前墙和后墙上；在两块垂直隔板之间的平板气升环流式养藻光合反应器的底部上，设有用于作为气体分布器的玻璃砂芯。

作为进一步的改进，所述交叉导流横向隔板组等距设置在中心流上升区内。

作为进一步的改进，所述横向隔板的宽度相同，并使安装在前墙上的横向隔板与后墙之间留有2～5cm之间的距离，使安装在后墙上的横向隔板与前墙之间留有2～5cm之间的距离，并控制横向隔板在垂直方向上的间距在5～20cm之间。

作为进一步的改进，平板气升环流式养藻光合反应器还安装有气泵和玻璃转子流量计，气泵用于通过玻璃砂芯将气体送入平板气升环流式养藻光合反应器内，玻璃转子流量计安装在气泵和玻璃砂芯之间，用于控制从玻璃砂芯进入平板气升环流式养藻光合反应器的气体流量。

作为进一步的改进，所述玻璃砂芯的直径为1cm，且玻璃砂芯之间的间距在5～10cm之间。

作为进一步的改进，所述平板气升环流式养藻光合反应器是透光率在80%以上的材质的反应器，透光率在80%以上的材料包括普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃、塑料。

提供利用所述的平板气升环流式养藻光合反应器进行微藻养殖的方法，具体包括下述步骤：

（1）接种微藻液体至平板气升环流式养藻光合反应器中，具体操作方法是：将用于提供微藻液体生长养料的培养基从顶部的开孔接入到平板气升环流式养藻光合反应器中，接种微藻液体的高度高于平板气升环流式养藻光合反应器中垂直隔板3～5cm，接种量为5～10%；