[发明专利]灯笼管环流柱式微藻光合反应器及微藻养殖的方法

说明书

本发明涉及生物质能利用技术，旨在提供一种灯笼管环流柱式微藻光合反应器及微藻养殖的方法。包括竖向的透明材质中空柱式反应器，其底部封闭顶部设封盖；在其内部设有一个同轴的透明材质引流管；引流管是由多个连续串接且彼此连通的中空球壳组成，呈内部上下贯通的灯笼串状结构；引流管的底部开口通过支架固定在柱式反应器的底板上，其顶部开口与柱式反应器的封盖保持间距，柱式反应器内部被引流管分隔成中心流上升区和外侧流下降区两部分；在引流管底部开口与柱式反应器底板之间设置曝气器，曝气器通过管路接至设于反应器外部的气泵。本发明能够明显改善藻液流场和促进闪光效应，有利于提高微藻光合作用和生物质产量,综合技术效果非常显著。

技术领域

本发明是关于生物质能利用技术，特别涉及灯笼管环流柱式微藻光合反应器及微藻养殖的方法。

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，微藻固定温室气体CO2也是目前能源环境领域的研究热点，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和固碳速率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。Saeid等通过对开放池、平板反应器、柱式反应器等主流养藻反应器比较，指出气升柱式反应器具有较好的混合、气液传质、较低的能耗和剪切力等优势。由于柱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。

Kaewpintong等采用放置在气升柱式反应器中心的直引流管，形成了环状流动模式，发现促进了微藻生长和类胡萝卜素等功能性化学品生产。Luo等使用计算机自动示踪放射性颗粒技术研究了直引流管气升环流柱式反应器内部的多相流动动力学，包括液体流速、湍流动能等。Hosseini等发现通6％CO2条件下直引流管气升环流柱式反应器中微藻面积生长速率是传统跑道池的3倍。直引流管气升环流柱式反应器的水动力学已经得到了较好研究，其技术优势明显。

然而，直引流管气升环流柱式反应器仍然存在一些问题。Calvo等使用CFD模拟研究了直引流管气升环流柱式反应器中的多相流动，发现虽然其流动确实与设计中的外部下降流和内部上升流的流动模式一致，但是下降流中的湍流动能很低，近乎层流。众所周知，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。反应期内湍流可以加强藻液流动混合有利于物质能量传递和导光作用。然而下降流中较低的湍流动能对提高微藻生长速率不利。而目前对于引流管结构和通气方式改进以优化藻液流场、利用闪光效应提高微藻细胞的光利用效率和生物质产量的研究几乎没有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种灯笼管环流柱式微藻光合反应器及微藻养殖的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种灯笼管环流柱式微藻光合反应器，包括竖向的透明材质中空柱式反应器，其底部封闭，顶部设封盖；在其内部设有一个同轴的透明材质引流管；引流管是由多个连续串接且彼此连通的中空球壳组成，呈内部上下贯通的灯笼串状结构；引流管的底部开口通过支架固定在柱式反应器的底板上，其顶部开口与柱式反应器的封盖保持间距，柱式反应器内部被引流管分隔成中心流上升区和外侧流下降区两部分；在引流管底部开口与柱式反应器底板之间设置曝气器，曝气器通过管路接至设于反应器外部的气泵。

本发明中，所述封盖上设置开孔作为气体出口。

本发明中，在连接曝气器和气泵的管路上设置质量流量计，用于计量导入气体的流量。