利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统的制作方法

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统。

背景技术：

在雨生红球藻的工业化培养过程中，雨生红球藻的红色阶段常采用水平管式光生物反应器培养，曝气方式为集中、间接式曝气，即雨生红球藻的藻液在储液罐中完成曝气，再输入到无曝气装置的水平管式反应器中，接受光照诱导虾青素合成，再循环回流至储液罐中补充碳源。雨生红球藻在水平管式光生物反应器中不仅产生因消耗造成的碳源不足问题，还可能发生团聚沉降，或贴壁。此外，室外大规模培养下的雨生红球藻对co2的吸收受光照条件影响显著，导致藻液酸碱度波动较大，不利于雨生红球藻的生长和虾青素的积累。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统。

本发明采取的技术方案如下：

一种利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统，包括：

水平管式光生物反应器；

循环缓冲罐，循环缓冲罐的出口端通过管路与水平管式光生物反应器的进口端连通，循环缓冲罐的进口端通过管路与水平管式光生物反应器的出口端连通；

输送装置，用于使循环缓冲罐中的液体流入水平管式光生物反应器，使水平管式光生物反应器的液体流入循环缓冲罐；

曝气器，设于水平管式光生物反应器的一端；

电厂烟气管道，通过管路与所述曝气器连通，用于向水平管式光生物反应器输送电厂烟气；

第一气体质量流量计，设于电厂烟气管道连接到曝气器的管路上，用于调节电厂烟气输入的流量。

本申请的雨生红球藻培养系统，通过在水平管式光生物反应器的一端设置曝气器，能够实现连续分散曝气，曝气器能够在水平管式反应器内造成螺旋湍流，从而提高雨生红球藻与培养液和co2的混合度，提高培养液的利用效率，同时也能够防止雨生红球藻团聚沉降；本申请让雨生红球藻在光照条件下生长和积累虾青素的同时接触co2，这样设置后，既保证了雨生红球藻始终有充足的碳源可利用，又可以将雨生红球藻对高浓度co2需求降低至15％以下，从而在利用电厂烟气提供碳源的同时(电厂烟气co2浓度一般为15％左右)，降低烟气co2排放，实现节能减排的效果。

于本发明其中一实施例中，还包括控制器和ph监测探头，所述ph监测探头安装在水平管式反应器远离曝气器的一端，所述ph监测探头用于检测液体的ph值，控制器分别与ph监测探头和第一气体质量流量计电连接。

曝气器和ph检测探头分别设置在水平管式反应器的两端，这样设置ph检测探头测得的数据较为准确。

本申请的控制器用于根据ph监测探头测得的ph信号控制第一气体质量流量计工作。co2输入量难以控制，如果输入过多会导致藻液酸化而产生生长抑制。因此，通过控制器、ph检测探头和第一气体质量流量计三者的配合，能够实时调节电厂烟气的流量，使水平管式反应器本体内的酸碱度在设定范围内，能够在保证碳源充足的情况下防止藻液酸化导致的生长抑制。

于本发明其中一实施例中，还包括：

空气泵，通过管路与所述曝气器连通，用于向水平管式光生物反应器输送空气；

第二气体质量流量计，设于空气泵连接到曝气器的管路上，用于调节输入的空气流量，所述第二气体质量流量计与控制器电连接。

为保证藻液在水平管式反应器内的流动，防止雨生红球藻团聚沉降贴壁，需要足够的曝气量维持藻液悬浮状态。但在光强较低，光合作用较弱时，电厂烟气15％左右浓度的co2已经处于过量状态，本申请通过引入空气(co2的浓度约0.03％)，能够在不降低曝气量的前提下，降低进入水平管式光生物反应器中的co2浓度。

实际运用时，控制器通过控制第一气体质量流量计和第二气体质量流量计的工作，能够同时保证曝气量和藻液酸碱环境稳定。具体而言，当ph值偏小时，第一气体质量流量计降低电厂烟气的流量，同时第二气体质量流量计增加空气的流量；但当ph值偏大时，第一气体质量流量计增加电厂烟气的流量，第二气体质量流量计降低流量甚至直接关闭。

本申请通过ph监测探头实时在线监控雨生红球藻碳源利用情况的直观表征——ph值，据此控制烟气流量和空气流量，为雨生红球藻提供适量的co2，稳定雨生红球藻生长环境。

于本发明其中一实施例中，所述空气泵输入的气体与电厂烟气管道输入的气体汇合至同一管路上。

于本发明其中一实施例中，所述曝气器为螺旋曝气器。

螺旋曝气器能够更好的产生螺旋湍流，提高雨生红球藻与培养液和co2的混合度。

于本发明其中一实施例中，所述水平管式光生物反应器的出口端还具有气体排出口，雨生红球藻培养系统还包括尾气过滤器，尾气过滤器通过管路与所述气体排出口连通，用于过滤反应后排出的尾气。

于本发明其中一实施例中，循环缓冲罐的出口端与水平管式光生物反应器的进口端之间的管路上安装有逆止阀；循环缓冲罐的进口端与水平管式光生物反应器的出口端之间的管路上安装有逆止阀；与曝气器连接的管路上安装有逆止阀。

于本发明其中一实施例中，所述输送装置为隔膜泵。

于本发明其中一实施例中，所述输送装置安装在循环缓冲罐的出口端与水平管式光生物反应器的进口端之间的管路上。

本发明的有益效果是：本申请的雨生红球藻培养系统，通过在水平管式光生物反应器的一端设置曝气器，能够实现连续分散曝气，曝气器能够在水平管式反应器内造成螺旋湍流，从而提高雨生红球藻与培养液和co2的混合度，提高培养液的利用效率，同时也能够防止雨生红球藻团聚沉降；本申请让雨生红球藻在光照条件下生长和积累虾青素的同时接触co2，这样设置后，既保证了雨生红球藻始终有充足的碳源可利用，又可以将雨生红球藻对高浓度co2需求降低至15％以下，从而在利用电厂烟气提供碳源的同时(电厂烟气co2浓度一般为15％左右)，降低烟气co2排放，实现节能减排的效果。

附图说明：

图1是本发明利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统的示意图。

图中各附图标记为：

1、水平管式光生物反应器；2、电厂烟气管道；3、控制器；4、第一气体质量流量计；5、曝气器；6、ph监测探头；7、逆止阀；8、循环缓冲罐；9、输送装置；10、尾气过滤器；11、空气泵；12、第二气体质量流量计；13、气体排出口。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如图1所示，一种利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统，包括：

水平管式光生物反应器1；

循环缓冲罐8，循环缓冲罐8的出口端通过管路与水平管式光生物反应器1的进口端连通，循环缓冲罐8的进口端通过管路与水平管式光生物反应器1的出口端连通；

输送装置9，用于使循环缓冲罐8中的液体流入水平管式光生物反应器1，使水平管式光生物反应器1的液体流入循环缓冲罐8；

曝气器5，设于水平管式光生物反应器1的一端；

电厂烟气管道2，通过管路与曝气器5连通，用于向水平管式光生物反应器1输送电厂烟气；

第一气体质量流量计4，设于电厂烟气管道2连接到曝气器5的管路上，用于调节电厂烟气输入的流量。

本申请的雨生红球藻培养系统，通过在水平管式光生物反应器1的一端设置曝气器5，能够实现连续分散曝气，曝气器5能够在水平管式反应器内造成螺旋湍流，从而提高雨生红球藻与培养液和co2的混合度，提高培养液的利用效率，同时也能够防止雨生红球藻团聚沉降；本申请让雨生红球藻在光照条件下生长和积累虾青素的同时接触co2，这样设置后，既保证了雨生红球藻始终有充足的碳源可利用，又可以将雨生红球藻对高浓度co2需求降低至15％以下，从而在利用电厂烟气提供碳源的同时(电厂烟气co2浓度一般为15％左右)，降低烟气co2排放，实现节能减排的效果。

于本申请中，所说的浓度指的是体积浓度。

如图1所示，于本实施例中，还包括控制器3和ph监测探头6，ph监测探头6安装在水平管式反应器远离曝气器5的一端，ph监测探头6用于检测液体的ph值，控制器3分别与ph监测探头6和第一气体质量流量计4电连接。

曝气器5和ph检测探头分别设置在水平管式反应器的两端，这样设置ph检测探头测得的数据较为准确。

本申请的控制器3用于根据ph监测探头6测得的ph信号控制第一气体质量流量计4工作。co2输入量难以控制，如果输入过多会导致藻液酸化而产生生长抑制。因此，通过控制器3、ph检测探头和第一气体质量流量计4三者的配合，能够实时调节电厂烟气的流量，使水平管式反应器本体内的酸碱度在设定范围内，能够在保证碳源充足的情况下防止藻液酸化导致的生长抑制。

如图1所示，于本实施例中，还包括：

空气泵11，通过管路与曝气器5连通，用于向水平管式光生物反应器1输送空气；

第二气体质量流量计12，设于空气泵11连接到曝气器5的管路上，用于调节输入的空气流量，第二气体质量流量计12与控制器3电连接。

为保证藻液在水平管式反应器内的流动，防止雨生红球藻团聚沉降贴壁，需要足够的曝气量维持藻液悬浮状态。但在光强较低，光合作用较弱时，电厂烟气15％左右浓度的co2已经处于过量状态，本申请通过引入空气(co2的浓度约0.03％)，能够在不降低曝气量的前提下，降低进入水平管式光生物反应器1中的co2浓度。

实际运用时，控制器3通过控制第一气体质量流量计4和第二气体质量流量计12的工作，能够同时保证曝气量和藻液酸碱环境稳定。具体而言，当ph值偏小时，第一气体质量流量计4降低电厂烟气的流量，同时第二气体质量流量计12增加空气的流量；但当ph值偏大时，第一气体质量流量计4增加电厂烟气的流量，第二气体质量流量计12降低流量甚至直接关闭。

本申请通过ph监测探头6实时在线监控雨生红球藻碳源利用情况的直观表征——ph值，据此控制烟气流量和空气流量，为雨生红球藻提供适量的co2，稳定雨生红球藻生长环境。

如图1所示，于本实施例中，空气泵11输入的气体与电厂烟气管道2输入的气体汇合至同一管路上，用于调节水平管式反应器co2的曝气浓度。

于本实施例中，曝气器5为螺旋曝气器5。螺旋曝气器5能够更好的产生螺旋湍流，提高雨生红球藻与培养液和co2的混合度。

如图1所示，于本实施例中，水平管式光生物反应器1的出口端还具有气体排出口13，雨生红球藻培养系统还包括尾气过滤器10，尾气过滤器10通过管路与气体排出口13连通，用于过滤反应后排出的尾气。

如图1所示，于本实施例中，循环缓冲罐8的出口端与水平管式光生物反应器1的进口端之间的管路上安装有逆止阀7；循环缓冲罐8的进口端与水平管式光生物反应器1的出口端之间的管路上安装有逆止阀7；与曝气器5连接的管路上安装有逆止阀7。

于本实施例中，输送装置9为隔膜泵，输送装置9安装在循环缓冲罐8的出口端与水平管式光生物反应器1的进口端之间的管路上。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。