[实用新型]三层交错式变孔径剪切曝气器及微藻养殖系统

说明书

本实用新型涉及CO₂生物转化利用技术，旨在提供一种三层交错式变孔径剪切曝气器及微藻养殖系统。该曝气器包括一端开口另一端封闭的圆管状主体；所述圆管状主体在径向方向上具有三层结构，由内向外依次为轴向矩形编织网剪切曝气层、径向矩形编织网剪切曝气层和金属粉末烧结圆孔剪切曝气层。本实用新型通过矩形边棱在不同方向对气泡施加剪切力，可以快速将气泡分割成更小体积；圆孔进一步减小气泡生成直径，使得气泡生成尺寸及空间分布更加均匀。相比于纯粹使用三层圆孔的曝气器，本实用新型显著提高了曝气速率并且减小了气泡生成直径，能够延长使用寿命、降低气泡生成时间，减少气泡与液体混合时间，提高气液传质效率。

技术领域

本实用新型涉及CO₂生物转化利用技术，特别涉及一种三层交错式变孔径剪切曝气器及微藻养殖系统。

背景技术

由于化石燃料排放大量CO₂造成严重的温室效应环境问题，将烟气CO₂减排转化利用对于节能环保和低碳经济具有重要意义。微藻具有生长快和含油高等独特优点，转化太阳能为生物质能的量子效率高达2-10％(而陆生植物的量子效率都小于1％)，每天生物质增长可达1-3倍，是生物法转化利用CO₂的有效方法。煤化工厂尾气、电厂排放烟气、工业炉窑烟气等经过分离提纯得到纯度为99.9％的食品级CO₂可以用来养殖微藻。跑道池光合反应器是目前工程应用最广泛的微藻养殖设备，但是食品级高纯度CO₂利用效率低，不仅增加了微藻生产成本，而且限制了微藻生物质产量。

传统利用CO₂方法是通过置于跑道池中的曝气器，持续通入CO₂气泡以供给微藻合成自身有机物。研究人员提出一些特殊扰流结构或改进曝气结构以优化跑道池反应器，从而增强流体扰动效果提高气液混合传质效率。但是，仍然有大量CO₂气体无法被微藻快速吸收从而逃逸出跑道池反应器，这些逃逸CO₂气体不仅造成环境危害而且增加了微藻生产成本。Mokashi等人证实了HCO₃^-可以代替无机碳源供给微藻，以更好地合成自身所需有机物。从CO₂气体转化而来的HCO₃^-理论上可以被微藻细胞完全吸收，故可以通过前期碳化反应向培养液补充碳源，此种方法能显著提高CO₂利用效率和经济效益。Song等人提出了一种氨吸收工艺将CO₂转化为NH₄HCO₃溶液，然后供给微藻生长利用HCO₃^-合成生物质。然而常规曝气器生成CO₂气泡尺寸大，碳化反应生成HCO₃^-转化效率低，曝气器需要布置数量很多导致设备成本高。面对一个微藻企业占地面积达成百上千亩的跑道池反应器，难以解决高效低成本补充碳源问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种三层交错式变孔径剪切曝气器及微藻养殖系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种三层交错式变孔径剪切曝气器，包括一端开口另一端封闭的圆管状主体；所述圆管状主体在径向方向上具有三层结构，由内向外依次为轴向矩形编织网剪切曝气层、径向矩形编织网剪切曝气层和金属粉末烧结圆孔剪切曝气层；或者，由内向外依次为径向矩形编织网剪切曝气层、轴向矩形编织网剪切曝气层和金属粉末烧结圆孔剪切曝气层；

所述轴向矩形编织网剪切曝气层和径向矩形编织网剪切曝气层中，矩形网孔的长宽比为3～5∶1，面积等效为直径150μm的圆孔；该两层结构的矩形网孔的长边相互垂直，且交错布置；在金属粉末烧结圆孔剪切曝气层上，圆孔直径等效为10～100μm；各相邻两层结构之间的间距为30～60μm。