一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，本發(fā)明的太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體、太陽能采集器、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)、控制裝置，采用太陽光作為白天用光源，太陽能LED燈作為夜間光源，二氧化碳供給、檢測與自動化控制，以及溫度、pH、轉(zhuǎn)速可控的高密度培養(yǎng)系統(tǒng)。這種反應(yīng)器以內(nèi)光源形式提高了單位體積微藻培養(yǎng)液的受光面積，可明顯提高微藻產(chǎn)量。
【專利說明】一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到微藻培養(yǎng)的生物【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種采用太陽能作為光源的微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]生物柴油是一種理想的可再生能源，目前我國正大力開發(fā)生物柴油并推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。某些微藻因其具有含油量高、易于培養(yǎng)、單位面積產(chǎn)量大等特點，是優(yōu)質(zhì)的生物柴油原料。盡管微藻生物柴油具有巨大的優(yōu)勢，目前利用微藻生產(chǎn)生物柴油還處于初級階段，其主要瓶頸就在于高昂的培養(yǎng)成本，因此研制出一個低成本高效率的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)是實現(xiàn)利用微藻生產(chǎn)生物柴油的一個關(guān)鍵性步驟。
[0003]微藻培養(yǎng)方式主要有開放式和封閉式兩種，開放式光生物反應(yīng)器構(gòu)建簡單、成本低廉及操作簡便，但存在易受污染、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等缺點。封閉式反應(yīng)器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可無菌操作，易進(jìn)行高密度培養(yǎng)，已成為今后的發(fā)展方向。封閉式光生物反應(yīng)器有管道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌式發(fā)酵罐、浮式薄膜袋等。目前，封閉式光生物反應(yīng)器的采光方式有室外直接采光和人造光源采光兩種。由于光生物反應(yīng)器中人工光源的操作與建構(gòu)成本是微藻生長所遭遇 的最大瓶頸，因此，如何降低光源成本，并提升光利用效率尤為重要。在所有光源中，太陽能是地球最豐富的天然資源之一，使用太陽能不僅沒有人工光源耗電的問題，而且具有寬廣的光波長，非常適合微藻的培養(yǎng)。
[0004]光能轉(zhuǎn)化是影響微藻生長的重要因素，光源的選擇、安裝直接影響反應(yīng)器光強(qiáng)分布，影響到藻細(xì)胞對光的吸收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明的太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體、太陽能采集器、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)、控制裝置，采用太陽光作為白天用光源，太陽能LED燈作為夜間光源，二氧化碳供給、檢測與自動化控制，以及溫度、pH、轉(zhuǎn)速可控的高密度培養(yǎng)系統(tǒng)。這種反應(yīng)器以內(nèi)光源形式提高了單位體積微藻培養(yǎng)液的受光面積，可明顯提高微藻產(chǎn)量。
[0006]本發(fā)明的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)方案為，該系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體、太陽能采集器、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)、控制裝置；其中，反應(yīng)器主體外側(cè)設(shè)置有光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維與太陽能采集器連接；控制裝置分別控制太陽能照明系統(tǒng)和二氧化碳供給系統(tǒng)的工作；反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器、pH傳感器、C02/02傳感器,溫度傳感器、PH傳感器、CO2ZO2傳感器分別與控制裝置連接。
[0007]反應(yīng)器主體以耐熱耐壓的有機(jī)玻璃材料制成。
[0008]太陽能電池照明系統(tǒng)包括太陽能電池板、蓄電池、LED輔助照明裝置、LED光源。該系統(tǒng)白天將光能轉(zhuǎn)換為電能，夜間將電能轉(zhuǎn)換為光能，并利用光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)提供給培養(yǎng)系統(tǒng)。[0009]太陽能采集器由采集單元組成，每個采集單元包括聚焦透鏡和光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維采用1_5_的超亮通體發(fā)光塑料多模光纖20-100根，一端連接太陽能采集器，一端圍繞在反應(yīng)器主體周圍進(jìn)行補(bǔ)光。
[0010]優(yōu)選的光導(dǎo)纖維采用2mm與3mm的超亮通體發(fā)光塑料多模光纖各30根，組合使用，一端連接太陽能采集器，一端圍繞在反應(yīng)器主體周圍進(jìn)行補(bǔ)光。
[0011]二氧化碳供給系統(tǒng)包括二氧化碳發(fā)生裝置、蠕動泵、氣體傳輸管道、液體傳輸管道。控制裝置通過檢測培養(yǎng)罐二氧化碳濃度控制蠕動泵流加，生成的二氧化碳通過管道直接供給反應(yīng)器主體內(nèi)，為微藻光合作用提供原料。
[0012]反應(yīng)器主體下方還設(shè)置有加熱套。
[0013]反應(yīng)器主體還與冷卻水罐連接，控制裝置通過監(jiān)測反應(yīng)器主體內(nèi)的溫度來控制冷卻水罐的冷卻水流量。
[0014]本發(fā)明所述的控制裝置所采用的控制器可以為PLC控制器。控制裝置對接收的溫度、pH、二氧化碳及氧氣信號進(jìn)行處理，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至計算機(jī)，安裝于計算機(jī)上的發(fā)酵控制平臺對在線檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，依據(jù)預(yù)先建立的溫度、pH、二氧化碳及氧氣參數(shù)(根據(jù)培養(yǎng)藻類不同可以設(shè)置不同參數(shù))，向控制裝置發(fā)送命令，包括啟動或停止蠕動泵，蠕動泵的流加速率。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體、太陽能采集器、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)、控制裝置，采用太陽光作為白天用光源，太陽能LED燈作為夜間光源，二氧化碳供給、檢測與自動化控制，以及溫度、pH、轉(zhuǎn)速可控的高密度培養(yǎng)系統(tǒng)。這種反應(yīng)器以內(nèi)光源形式提高了單位體積微藻培養(yǎng)液的受光面積，可明顯提高微藻產(chǎn)量。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1所示為本發(fā)明太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，1-太陽能采集器，2-光源，3-太陽能電池板，4-光導(dǎo)纖維，5-溫度傳感器，6-pH傳感器，7-C02/02傳感器，8-控制裝置，9-冷卻水罐，10-反應(yīng)器主體，11-加熱套，12- 二氧化碳供給系統(tǒng)。
[0018]【具體實施方式】:
為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。
[0019]實施例1
本發(fā)明的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體10、太陽能采集器1、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)12、控制裝置8 ;其中，反應(yīng)器主體10外側(cè)設(shè)置有光導(dǎo)纖維4，光導(dǎo)纖維4與太陽能采集器I連接；控制裝置8分別控制太陽能照明系統(tǒng)和二氧化碳供給系統(tǒng)12的工作；反應(yīng)器主體10內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器5、pH傳感器6、CO2ZO2傳感器7，溫度傳感器5、pH傳感器6、CO2ZO2傳感器7分別與控制裝置8連接。
[0020]反應(yīng)器主體10以耐熱耐壓的有機(jī)玻璃材料制成。
[0021] 太陽能電池照明系統(tǒng)包括太陽能電池板3、蓄電池、LED輔助照明裝置、LED光源
2。該系統(tǒng)白天將光能轉(zhuǎn)換為電能，夜間將電能轉(zhuǎn)換為光能，并利用光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)提供給培養(yǎng)系統(tǒng)。[0022]太陽能采集器I由采集單元組成，每個采集單元包括聚焦透鏡、光導(dǎo)纖維4，保證了光通量，為微藻提供足夠的光照射。光導(dǎo)纖維4采用2_與3_的超亮通體發(fā)光塑料多模光纖各30根，組合使用，一端連接太陽能采集器I，一端圍繞在反應(yīng)器主體10周圍進(jìn)行補(bǔ)光。
[0023]二氧化碳供給系統(tǒng)12包括二氧化碳發(fā)生裝置、蠕動泵、氣體傳輸管道、液體傳輸管道?？刂蒲b置8通過檢測培養(yǎng)罐二氧化碳濃度控制蠕動泵流加，生成的二氧化碳通過管道直接供給反應(yīng)器主體10內(nèi)，為微藻光合作用提供原料。
[0024]反應(yīng)器主體10下方還設(shè)置有加熱套11。
[0025]反應(yīng)器主體10還與冷卻水罐9連接，控制裝置8通過監(jiān)測反應(yīng)器主體10內(nèi)的溫度來控制冷卻水罐9的冷卻水流量。
[0026]本發(fā)明所述的控制裝置8所采用的控制器可以為PLC控制器?？刂蒲b置8對接收的溫度、pH、二氧化碳及氧氣信號進(jìn)行處理，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至計算機(jī)，安裝于計算機(jī)上的發(fā)酵控制平臺對在線檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，依據(jù)預(yù)先建立的溫度、pH、二氧化碳及氧氣參數(shù)(根據(jù)培養(yǎng)藻類不同可以設(shè)置不同參數(shù))，向控制裝置發(fā)送命令，包括啟動或停止蠕動泵，蠕動泵的流加速率。
[0027]實施例2
新月菱形藻接種密度為2.8X105cell/mL，培養(yǎng)溫度為20°C，光照強(qiáng)度為54 μ E/(m2 -s)，連續(xù)光照自養(yǎng)培養(yǎng)6d至對數(shù)生長期，收集藻體，二次接種于反應(yīng)器主體10中，接種密度為IOX 105，進(jìn)行培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為54μ E/(m2.s)，提供15% CO2氣與空氣混合氣體連續(xù)通入反應(yīng)器主體10中，通氣量為300ml.mirT1，轉(zhuǎn)速為120rpm，保持pH值在7_8之間，連續(xù)光照培養(yǎng)20d，利用尾氣檢測儀記錄反應(yīng)器主體10中CO2含量，并定期取樣，計數(shù)。
[0028]結(jié)果顯示:利用本發(fā)明的光生物反應(yīng)系統(tǒng)對新月菱形藻進(jìn)行培養(yǎng)，通過檢測尾氣中CO2的濃度研究了藻細(xì)胞的生長規(guī)律，最大采收量為42.0X IO11ceIl,明顯高于孫利芹等(2009年)采用平板式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)新月菱形藻獲得的3.12X1012的生物量。
[0029]實施例3
選擇無污染、生長良好的衣藻藻種，利用本發(fā)明的光照反應(yīng)器進(jìn)行擴(kuò)種培養(yǎng)，采用的培養(yǎng)基為SE培養(yǎng)基。取指數(shù)生長期的藻液接種，接種密度為2.56X 106cell/mL，培養(yǎng)溫度為280C，光照強(qiáng)度為108 μ E/ (m2 *s)，提供15%C02氣與空氣混合氣體連續(xù)通入反應(yīng)器主體10中，通氣量為300ml mirT1,轉(zhuǎn)速為120rpm，保持pH值在7_8之間，連續(xù)光照培養(yǎng)14d，利用尾氣檢測儀記錄反應(yīng)器主體10中CO2含量，并定期取樣，計數(shù)。
[0030]結(jié)果顯示，使用本發(fā)明的光生物反應(yīng)器，衣藻培養(yǎng)14天后其生物量可達(dá)到3.2g/L0
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括反應(yīng)器主體、太陽能采集器、太陽能電池照明系統(tǒng)、二氧化碳供給系統(tǒng)、控制裝置；其中，反應(yīng)器主體外側(cè)設(shè)置有光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維與太陽能采集器連接；控制裝置分別控制太陽能照明系統(tǒng)和二氧化碳供給系統(tǒng)的工作；反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器、pH傳感器、C02/02傳感器,溫度傳感器、pH傳感器、CO2ZO2傳感器分別與控制裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，反應(yīng)器主體以耐熱耐壓的有機(jī)玻璃材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，太陽能電池照明系統(tǒng)包括太陽能電池板、蓄電池、LED輔助照明裝置、LED光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，太陽能采集器由采集單元組成，每個采集單元包括聚焦透鏡和光導(dǎo)纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，光導(dǎo)纖維采用l-5mm的超亮通體發(fā)光塑料多模光纖20-100根，一端連接太陽能采集器，一端圍繞在反應(yīng)器主體周圍進(jìn)行補(bǔ)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，光導(dǎo)纖維采用2mm與3_的超亮通體發(fā)光塑料多模光纖各30根，組合使用，一端連接太陽能采集器，一端圍繞在反應(yīng)器主體周圍進(jìn)行補(bǔ)光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳供給系統(tǒng)包括二氧化碳發(fā)生裝置、蠕動泵、氣體傳輸管道、液體傳輸管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，反應(yīng)器主體下方還設(shè)置有加熱套。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能微藻生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，反應(yīng)器主體還與冷卻水罐連接，控制裝置控制冷卻水罐的冷卻水流量。
【文檔編號】C12M1/36GK103981089SQ201410251520
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】李紀(jì)順, 魏艷麗, 任艷, 楊合同, 張新建, 孟慶軍, 李紅梅 申請人:山東省科學(xué)院中日友好生物技術(shù)研究中心