[发明专利]双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法

说明书

本发明涉及生物质能利用技术，旨在提供一种双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。包括用于微藻固碳的反应器，呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。本发明的反应器内部能够形成一个逆时针旋转的漩涡流动，加强了气液搅拌和物质传递，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固碳效率。

技术领域

本发明是关于生物质能利用技术，特别涉及双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。

背景技术

微藻生长周期短、含油量高、分布及其广泛。通过诱变驯化后的微藻能够有效的耐受高浓度的二氧化碳并且拥有极高的生长速率，因此使用微藻固定燃煤电厂排放CO₂具有可行性与实用性。生物反应器作为微藻生长的场所，其类型、尺寸、内部结构极大程度的影响的微藻的生长速度，板式反应器因为占地面积小，光能利用率高的优点，在微藻养殖上被广泛的应用。

由于光在液体与固体中存在衰减现象，藻液内部的光强各不相同。将光照强度低于一定阈值的区域定义为暗区，反之为光区，研究发现微藻需要在液体培养液中光区与暗区不断循环才能获得更高的光利用效率与生长速度，反应微藻在暗区与光区循环频率的参数叫做闪光效应周期。

Huang采用CFD模拟的方式计算了三种不同反应器内部结构的水力特性，以及光区特性与微藻在反应器内部的光暗区循环特性，认为内部不添加任何扰流部件的普通鼓泡板式反应器的性能较差。因此需要对普通鼓泡式反应器内部进行进一步的优化来提高其性能。Huang设计了三套带有混合装置的板式反应器，并用CFD模拟手段测试这三套混合装置的反应器的水力特性、混合时间、闪光频率等参数，但该CFD方法并未有效测出其传质系数，因此，需要采用实验方法测出这些板式反应器的传质系数。Yang等设计了一种新型水平横管与三角棱柱结合构建扰流件的板式反应器来进行微藻养殖，通过优化反应器结构参数促进气液混合传质，使微藻生物质产量提高了70％。但增设横管占据了较大的反应器内部体积，故有必要改进反应器结构型式促进微藻固定烟气CO₂。

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，提供一种双桨轮平板光合反应器及微藻固碳方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种双桨轮平板光合反应器，包括用于微藻固碳的反应器；所述反应器呈立式箱型结构，其顶板及四个侧板均为透光板材；顶板上设有开孔，用于引入藻液和排出产气；在反应器内部设有上下共两个桨轮，两个桨轮的轴水平布置且相互平行，轴两端分别安装在设于相对侧板上的轴承座中；各轴均有一个端部伸出至侧板外，且在该端部固定装设皮带轮，皮带轮通过皮带连接至电动机的输出轴；在反应器的底板上设有曝气条，其一端通过管路与泵送工业烟气的气泵相连，在曝气条的上表面均布若干个出气孔。

本发明中，所述两个桨轮具有相同的旋转方向，曝气条平行于各桨轮的轴向布置。

本发明中，所述桨轮为不锈钢材质的十字桨轮。

本发明中，所述透光板材是指透光率在80％以上的普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或塑料板材。

本发明中，所述反应器的长宽高尺寸为40cm×30cm×100cm，下侧桨轮的轴距离底板20cm，上侧桨轮的轴距离底板60cm，桨轮叶片的最大直径为20cm(桨轮叶片端部与相对两侧板的间距均为5cm)；顶板上开孔的直径为3cm。

本发明进一步提供了利用前述反应器实现微藻固碳的方法，包括以下步骤：