[发明专利]一种膜曝气微藻生物膜培养装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻培养技术领域，具体涉及一种膜曝气微藻生物膜培养装置及运行方法。

背景技术

由于生物能源的可再生性以及碳排放中性的特点，被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一。生物柴油是以生物体油脂为原料，通过分解、酯化而得到的长链脂肪酸甲酯，是一种可以替代现有普通柴油使用的环保、可再生能源。生物柴油的原料来自植物油脂 (大豆油、玉米油、菜籽油、棕榈油等 )、动物油脂 (各种动物脂肪 )、微藻油脂以及废弃食用油如地沟油等。生物柴油相比于化石燃料的柴油除了具有可再生的特性以外，还具有一些其它的特点，如不含石蜡，闪点高，燃烧性能和效率较高，使用时更安全，氮和硫的含量较少，可减少硫氧化物和氮氧化物的排放等。

微藻作为一种理想的生物燃料原料，具有易于培养，生长条件简单，能利用废水中的营养素进行代谢生长，培养过程不占用耕地等优点。因此微藻的高效培养时目前生物质能源领域急需解决的关键问题之一。

目前，微藻培养方法主要以悬浮培养方法为主，如传统的跑道式培养系统、高效藻类塘以及各种封闭式光生物反应器等。在这些培养系统中微藻细胞呈个体悬浮生长状态，因而，所得的藻浓度较为有限，不利于后续藻液脱水、干化等操作。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种增加微藻对二氧化碳利用率，微藻浓度高，对微藻生物膜实现增产，利于后续藻液脱水、干化等操作的膜曝气微藻生物膜培养装置。

本发明的目的之二在于提供一种可实现微藻固定化培养的膜曝气微藻生物膜培养装置的运行方法。

本发明为实现目的一所采取的方案为：一种膜曝气微藻生物膜培养装置，包括光生物反应器，光生物反应器内设有膜组件，光生物反应器底部连接有曝气管和进水管，曝气管与鼓风机连接，进水管的进水口与进水泵连接，进水泵与进水箱连接，进水管进水口与进水泵出水口均设有阀门，两阀门之间的进水管还连接有循环泵，循环泵出水口连接有pH计，pH计与光生物反应器上部的出水口连接，可将含较高氮磷的生活废水或食品工业废水放入光生物反应器内对微藻进行培养，对水体中的氮磷去除率可达到92%以上，可大量培养微藻生物膜，培养的微藻生物膜厚度达到100-110μm，利用膜组件可实现微藻吸附在膜组件表面形成微藻生物膜，并且利于后续的藻液脱水、干化等操作，在微藻培养过程中可实时监控培养水质的pH值，并对光生物反应器内进行曝气，为微藻生物膜提供较佳的培养条件。

为优化上述技术方案，所采取的措施还包括：

优选的，膜组件为聚偏氟乙烯中空纤维，膜组件表面呈鱼鳞状结构，膜组件的膜孔径为0.1μm，膜表面面积为0.1㎡，聚偏氟乙烯简称PVDF，膜组件表面的鱼鳞状结构能有效保护膜孔不被微藻完全堵塞，保证较好的透光性，还可在曝气的时候增加生物膜膜孔间的气泡产生，增加微藻对二氧化碳的利用率，利于微藻对碳源的吸收，微藻生物膜的产量相比常规微藻培养方式产量得到11.4~13.8%的提升。

优选的，光生物反应器上部的出水口还连接有流量计，用于统计在光生物反应器内送入的培养液的流量，保证送入的培养液量适中避免过量，提高光生物反应器内的藻密度，节省培养液的使用成本。

优选的，曝气管上方设有分流器，分流器由集气管和分流体组成，集气管与曝气管相连接，分流体设置于集气管上方，分流体为椎体，内部均设分流孔，外部螺旋环绕有螺旋槽，分流器可收集曝气管正上方的气体经分流孔将气体细化形成比曝气管爆出的气体的气泡体积更小的气泡，达到切泡效果，气泡量大且曝气范围更广冲击力小，分流器外部的螺旋槽可使曝气管产生的气泡以螺旋状方式上升，使气泡对微藻的冲击力得到减小，利于微藻在光生物反应器内的微藻位置稳定，有效避免微藻在曝气过程中与吸附的膜组件分离，通过在曝气管上方设置分流器解决了现有技术中曝气强度过大导致微藻分布不均匀及曝气范围过于集中的问题。

优选的，分流孔出口端连接有活动网板，网板表面为反光面，在曝气过程中气体经过网板时可产生微小体积的气泡减缓气泡在水中上升的速度，避免大气泡的产生，延长了微藻与气泡中的二氧化碳的接触时间，结合膜组件进一步增加气泡的产生，大大提高二氧化碳的利用率，促进膜组件表面的微藻生长，在大量气泡经过网板的时候，网板会产生弯曲，弯曲后的网板的表面会扩大照射到分流器表面的光的折射范围，使部分光线在光生物反应器内时刻发生着变化，有利于提高微藻光合作用，促进微藻生物膜的生产。