專利名稱：一種高效轉(zhuǎn)化CO₂的光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于藻類進行光合作用的高效轉(zhuǎn)化co2的光 生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前用于微藻處理的生物反應(yīng)器有各種結(jié)構(gòu)，考慮到微藻對高剪 切比較敏感，通常選擇氣升式的光生物反應(yīng)器，但是雖然該類光生物 反應(yīng)器采用氣液循環(huán)混合的方法，但是仍然存在氣液混合效率不高、 傳質(zhì)強度較小的問題，為強化氣液混合和傳質(zhì)，技術(shù)人員作了各種改
進，如在專利號200420009076.2，名稱為"氣升式光生物反應(yīng)器" 的實用新型專利中，為解決上述問題，對氣體分布器的噴嘴數(shù)量及形 狀作了改進，以期更利于氣體在培養(yǎng)液中的分散，消除死角。但是實 際應(yīng)用中，如論對氣體分布器的結(jié)構(gòu)如何設(shè)計，其氣液混合效率改善 并不明顯，主要是因為氣體和液體只在罐體內(nèi)進行一次氣液混合，傳 質(zhì)面積受氣泡大小限制，從而影響傳質(zhì)效率。當(dāng)然對于普通用于培養(yǎng) 微藻的氣升式光生物反應(yīng)器而言，由于其通入的氣體中二氧化碳濃度 較低(5%體積左右)，因此這類改進基本能滿足要求。但是當(dāng)需要處 理二氧化碳濃康高(20%體積左右)的工業(yè)排放氣進行二氧化碳減排 時，除對工藝進行優(yōu)化外，高效的氣液混合和傳質(zhì)對于微藻固定C02 的速率同樣具有重大影響，而上述常規(guī)改進難以滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供 一 種結(jié)構(gòu)簡 單、操作方便、具有高效氣液混合效率、強化傳質(zhì)、循環(huán)程度高的高 效轉(zhuǎn)化co2的光生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器可很好的用于利用微藻對含有 高濃度co2的工業(yè)排放氣進行處理光合作用。
本實用新型技術(shù)方案包括設(shè)有培養(yǎng)基進口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進口、冷卻水出口、進氣口和排氣口的玻璃罐體，所述玻璃罐體內(nèi)側(cè) 環(huán)形設(shè)有多根分別與冷卻水進口和冷卻水出口連通的換熱管，上升導(dǎo) 管將玻璃罐體分為下升區(qū)及下降區(qū)，玻璃罐體頂部還設(shè)氣體分離區(qū)， 進氣口經(jīng)進氣管道與位于上升區(qū)底部的氣體分布器連通。
所述下降區(qū)設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路，所述培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水 泵與進氣管道連通。
所述進氣e與進氣管道之間設(shè)有文丘里管，培養(yǎng)液經(jīng)文丘里管與 進氣管道連通。
通過上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為下升區(qū)及下降區(qū)，氣體分布器設(shè)在 上升區(qū)底部，噴出含有大量待處理氣體(本實用新型中待處理氣體指
二氧化碳含量體積濃度最高達20%的用于微藻轉(zhuǎn)化的氣體)的培養(yǎng)液， 由于上升區(qū)下部氣含率大，故其密度小，培養(yǎng)液輕，加上噴流動能， 使上升管內(nèi)的液體上升，到達上升區(qū)上部時，由于上部空間大，氣體 從培養(yǎng)液中逃逸出，通過氣體分離區(qū)由排氣口排出，同時培養(yǎng)液變重 從下降區(qū)下降，到反應(yīng)器底部時又循環(huán)進入上升區(qū)，形成反復(fù)的循環(huán)。 同時，發(fā)明人在研究了現(xiàn)有各種氣升式光反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 大膽設(shè)計，突破了目前只考慮如何在玻璃罐體內(nèi)加強氣液混合的概 念，在下降區(qū)通過培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水泵將玻璃罐體內(nèi)的部分培養(yǎng) 液抽出，在玻璃罐體外與待處理氣體先進行前期氣液混合，然后再送 入本實用新型的光生物反應(yīng)器的玻璃罐體內(nèi)進行微藻轉(zhuǎn)化，這樣，除
了玻璃罐體內(nèi)培養(yǎng)液在上升區(qū)和下降區(qū)間的循環(huán)外，還在玻璃罐體外 部構(gòu)建帶文丘里管吸氣裝置的外部回流循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)外循環(huán)強化 了循環(huán)程度，利于氣液混合。
進一步的，.發(fā)明人人還在進氣口與進氣管道之間采用了文丘里 管，在將培養(yǎng)液送入文丘里管的同時，利用文氏管收縮,殳中液體的流 速增加壓強變小的原理，形成負壓將待處理氣體通過進氣口吸入文丘 里管，并使氣泡分散并與液體均勻混合，經(jīng)過在文丘里管內(nèi)進行充分的前期氣液混合，再通過進氣管道一起送入氣體分布器，氣體分布器 噴出的培養(yǎng)液含有大量待處理氣體，且氣體主要以微小氣泡形式存 在，以增加傳質(zhì)面積，可獲得高效的傳質(zhì)效果。
本實用新型的優(yōu)點為
1、 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，特別適用于在工業(yè)排放氣 進行二氧化碳減排系統(tǒng)中利用微藻進行光合作用以高效固定二氧化 碳，對二氧化碳的減排速率可達50%以上，操作成本低、周期短。
2、 通過建立玻璃罐體內(nèi)外的兩套循環(huán)，待處理氣體和培養(yǎng)液進 行了前期氣液混合，進一步強化了循環(huán)程度。
3、 利用文丘里管自身特點，使培養(yǎng)液和待處理氣體在管內(nèi)充分 混合，氣泡充分分散并與液體均勻混合，再經(jīng)氣體分布器噴出時，玻 璃罐體內(nèi)氣體主要以微小氣泡形在存在，有效提高了傳質(zhì)面積，液體 混合好，傳質(zhì)強度高。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為經(jīng)處理后排氣口中氣體C02的濃度示意圖。 l-培養(yǎng)基進口、 2-培養(yǎng)液出口、 3-冷卻水進口、 4-冷卻水出口、 5-進氣口、 6-排氣口、 7-玻璃罐體、8-換熱管、9-上升導(dǎo)管、10-上 升區(qū)、11-下降區(qū)、12-氣體分離區(qū)、13-進氣管道、14-氣體分布器、 15-培養(yǎng)液外循環(huán)管路、16-循環(huán)水泵、17-文丘里管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步解釋說明 參照圖1,本實用新型光生物反應(yīng)器的玻璃罐體7的上端設(shè)有排 氣口 6、培養(yǎng)基進口 1,下端設(shè)有培養(yǎng)液出口 2。玻璃罐體7內(nèi)側(cè)環(huán) 形設(shè)有多組分別與玻璃罐體7上的冷卻水進口 3和冷卻水出口 4連通 的換熱管8，所述換熱管8可以為蛇形或其它形狀；沿玻璃罐體7的 中心線上設(shè)有上升導(dǎo)管9，上升導(dǎo)管9可通過支架固定在玻璃罐體7上，其內(nèi)部為上升區(qū)10、外部為下降區(qū)11，在上升區(qū)IO底部設(shè)有與 進氣管道13出口端連通的氣體分布器14，所述進氣管道13的進口 端設(shè)有文丘里管17，進氣口 12連接文丘里管17的進氣管，所述下 降區(qū)11還設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路15，所述培養(yǎng)液外循環(huán)管路15經(jīng) 循環(huán)水泵16連接文丘里管17的進液管。
本實用新型光生物反應(yīng)器的工作原理為
本實施例中采用C02濃度約25%的工業(yè)排放氣，經(jīng)除塵、洗滌、 加壓、調(diào)氣后得到滿足微藻需求的C02濃度達20% (體積百分比)的 待處理氣體；所述微藻可以選用藻抹小球藻(C力A re/h w/^r/s WUST 11，專利申請?zhí)?00810197667.X)。
待處理氣體由于負壓由進氣口 12被吸入文丘里管17，在文丘里 管17內(nèi)與由玻璃罐體7循環(huán)而來的培養(yǎng)液充分混合，再通過氣體分 布器14噴于上升區(qū)10,氣體流量相對于光生物反應(yīng)器體積為0.1 -0. 5vvm (為每分鐘通入氣體的量為液體的倍數(shù))，由于氣液在文丘里 管17中進行過前期混合，再通過進氣管道13連接氣體分布器14, 氣體分布器14噴出含有大量待處理氣體的培養(yǎng)液，氣體以非常微小 的氣泡形式存在，可獲得極為高效的傳質(zhì)面積，待處理氣體在玻璃罐 體7內(nèi)均勻分布，劇烈混合以促進氣體中C02的傳質(zhì)，溶解在培養(yǎng)液 中的C02被微藻通過光合作用轉(zhuǎn)化為有利用價值的微藻生物質(zhì)，同時 釋放出02,固定C02過程中產(chǎn)生的02、未利用的惰性氣體，如氮等， 以及未固定的C02通過氣體分離區(qū)19經(jīng)玻璃罐體7上端的排氣口 13 排出。在光生物反應(yīng)器運行初期加入反應(yīng)體積器為20%體積的藻種種 子液，穩(wěn)定工作后通過培養(yǎng)基進口 l連續(xù)加入新鮮培基，同時在由培 養(yǎng)液出口 2連續(xù)放出相同流量的培養(yǎng)液，稀釋率為0. 5/d (為液體流 進反應(yīng)器時反庫器內(nèi)體積除以流率)，使整個工作過程處于穩(wěn)定的體 積以及穩(wěn)定的藻體生物濃度(OD^值可達2. 8 )。放出的培養(yǎng)液中含有 固定C02過程中生成的生物質(zhì)與培養(yǎng)液一起經(jīng)培養(yǎng)液出口 2排出。光
6生物反應(yīng)器的溫度控制通過其內(nèi)部設(shè)置的換熱管8實現(xiàn)，管內(nèi)通入換 熱介質(zhì)，與玻璃罐體7內(nèi)部的培養(yǎng)液進行熱交換，通過控制換熱管8 內(nèi)換熱介質(zhì)的流量實現(xiàn)溫度控制。光能由太陽光提供，主要通過玻璃 罐體7四周罐壁吸收，同時可以考慮通過設(shè)置太陽光吸收板增強太陽 光采集與吸收效率。
圖2給出了采用本實施例方法進行處理后排氣口中氣體C02的濃 度。由圖中可知，初始C02濃度約25%的煙道氣經(jīng)本實用新型方法處 理后，排氣口氣體的C02濃度降為10% (體積百分比)，處理如此成份 復(fù)雜、高濃度C02含量的氣體時，系統(tǒng)仍能運行穩(wěn)定，C02減排速率達 到50%以上。
權(quán)利要求1、一種高效轉(zhuǎn)化CO2的光生物反應(yīng)器，包括設(shè)有培養(yǎng)基進口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進口、冷卻水出口、進氣口和排氣口的玻璃罐體，其特征在于，所述玻璃罐體內(nèi)側(cè)環(huán)形設(shè)有多組分別與冷卻水進口和冷卻水出口連通的換熱管，上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為下升區(qū)及下降區(qū)，玻璃罐體頂部還設(shè)氣體分離區(qū)，進氣口經(jīng)進氣管道與位于上升區(qū)底部的氣體分布器連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的高效轉(zhuǎn)化C02的光生物反應(yīng)器，其特征 在于，所述下降區(qū)設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路，所述培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng) 水泵與進氣管道連通。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的高效轉(zhuǎn)化C(h的光生物反應(yīng)器，其 特征在于，所述進氣口與進氣管道之間設(shè)有文丘里管，培養(yǎng)液外循環(huán) 管路經(jīng)文丘里管與進氣管道連通。
專利摘要本實用新型涉及一種高效轉(zhuǎn)化CO₂的光生物反應(yīng)器，解決了現(xiàn)有反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氣液混合效率差、微藻固定CO₂速率低的問題。技術(shù)方案包括設(shè)有培養(yǎng)基進口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進口、冷卻水出口、進氣口和排氣口的玻璃罐體，所述玻璃罐體內(nèi)側(cè)環(huán)形設(shè)有多組分別與冷卻水進口和冷卻水出口連通的換熱管，上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為下升區(qū)及下降區(qū)，玻璃罐體頂部還設(shè)氣體分離區(qū)，進氣口經(jīng)進氣管道與位于上升區(qū)底部的氣體分布器連通，所述下降區(qū)設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路，所述培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水泵與進氣管道連通。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，特別適用于在工業(yè)排放氣進行二氧化碳減排系統(tǒng)中利用微藻進行光合作用高效固定CO₂，對CO₂的減排速率可達50％以上，操作成本低、周期短。
文檔編號C12M1/04GK201406429SQ200920085779

公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者劉漢杰, 吳高明, 李軒科, 楊忠華, 劍 王, 陳明明 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司;武漢科技大學(xué)