专利名称：一种培养微藻的生产装置及其生产方法
技术领域：
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本发明涉及微藻培育工程领域，特别是涉及培养微藻的生产装置及其生产方法。
背景技术：
微藻类自古至今一直生殖在淡水、海水或咸湖水中，特别是例如众所周知螺旋藻是上世纪六十年代在乍得湖地区发现至今，得到迅速发展，只因为该微藻含丰富的蛋白质和营养成份，被成为浓缩营养宝库，被联合国粮农组织(FAO)推荐为21世纪最理想完美的食品，世界各国纷纷竞相生产，目前世界各国产量接近万吨。
随着世界各国工业生产迅速发展，能源消耗不断增加，人类生存环境日趋恶化，工业CO2的排放量远远超过地球上植物所吸收消耗的CO2，造成气候变暖，严重威胁到人类生存环境。然而不可再生的能源如天然气、石油及煤炭资源日趋减少，近年来石油价格飞涨，不得不告诫人们必须寻找可再生的新能源成为世界各国注意焦点，其中含富油微藻引起人们特别关注。根据有关调查研究表明，目前使用的石油、天然气正是源自史前的生物物质(包括海藻)，在高热高压条件下形成的，自然界的生物物质的分解过程特别是持续长达数百万年之久。我们今天使用的很多石油都起源于200万年前石炭纪，例如北海海底获取的石油沉积物，部分是由一种已经分解的被称为球石藻的海藻组成。今天培养微藻，能在数天内实现，有可能成为未来世界各国开发新能源填补即将耗尽的石油及天然气资源。
目前，世界上培育的微藻(如螺旋藻等)的生产方式仍采用开放式-露天大池生产系统进行生产，尽管生产简单，投资低，生产管理技术含量低，但这种生产方式存在诸多缺陷，例如易于生物染污，即来自水源、大气、环境、操作等造成的污染，并受气候条件严重制约，使微藻生产的产品质量及稳定生产带来极其不利影响，特别光照少多雨地区以及具有严冬季节长的地区无法全年正常生产，直接限制了微藻的培养与开发。进入上世纪八十年代以来，世界各国的微藻生产开发商(螺旋藻)及生产工程专家们为了克服上述制约生产发展的因素，开发多种封闭式培育微藻(如螺旋藻)的装置和方法，例如管道式结构光生物反应器(Torzi110等人，1993)及CN1475558A公开微藻(螺旋藻)的反应器系统，采用人工光照培育的双塔结构，这些装置主要用来生产食品级螺旋藻，投资大，耗能高，成本高，不易长期工业化生产，至于对含富油微藻的培育装置及生产方法尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现在技术存在缺陷及不足，开发一种投资低，操作简单，结构独特，能充分利用太阳光，又能全天候生产的培养微藻的生产装置及其生产方法。
本发明提供的培育(或称育养)微藻的生产装置，其特征在于包括至少一个(透明管式培养)反应器单元装置(简称反应器)1，平行或交替平行间隔排列，例如包括直立或倾斜平行或交替平行间隔排列，分别通过法兰11固定在地面底座10上构成系列生产装置；每个透明管式培养反应器单元装置由透明材料制成管式或圆筒体，直径25～100cm，高2～6米，优选2～4米，反应器顶端中心设有排氧出气口7及上端部进水口13，底端中心设有CO2进气口6，下底部设有微藻培养液放出口8；在管式培养反应器单元装置的中心轴线区设有静态混合器2、光照装置3、以及电磁振荡器9，所述静态混合器为中空管叶片式静态混合器或螺带式静态混合器，设在反应器中心轴线区，它由中心空管与交替设置4-12个导流叶片4(视反应器高度而定)组成，导流叶片为中空导流叶片，在导流叶片上设有若干个CO2出口微喷嘴(孔)，CO2可通过微喷嘴连续向反应器内输送CO2，通过嵌合与反应器上下法兰相接固定在反应器中心轴线区中央。中心空管上、导流叶片上及反应器底部上设有CO2出口微喷嘴，CO2通过中心空管、反应器底上及导流叶片上微喷嘴连续供给反应器内微藻所需的CO2；上端部位处设有氧气和CO2通道孔12；光照装置设在静态混合器中心空管中心与反应器顶法兰嵌合相连；电磁振荡器设在反应器底部静态混合器周围。
本发明提供的培养微藻的生产方法，包括在培养微藻的生产装置或培养微藻管式反应器单元装置中，装入接种微藻液为反应器容积1/100至1/4，其余为水，如果需要还可加入微藻培养过程中加快生长速度的有机和无机营养物质、微量元素及促进含油微藻快速生长的激素，连续通入来自电厂或其它CO2源，使微藻处于磁场及微振动下，由于电厂CO2源为热CO2源，可用来调节培养温度，培养温度为25～45℃，培养时间1-10天，充分利用太阳光使微藻在阳光下迅速繁殖，如果需要夜间连续生产可采用光照装置。视微藻培养液浓度不定期收集微藻，即使反应器中培养过的微藻液排出3/4至99％经培养液放出口采集，经离心去水或经喷雾干燥等制成微藻粉或经高压澎胀破微藻壁提油成分。
按照本发明提供的培养微藻的生产装置及培养微藻的生产方法中，所述微藻包括来自淡水微藻，咸湖水微藻或海水微藻等，例如绿藻、蓝藻、硅藻、红球藻、雨生红球藻、紫球藻等，优选为含油脂高的微藻如绿藻、红球藻、雨生红球藻、硅藻或蓝球藻等。接种微藻液通常为反应器容积的1/100至1/4，其中微藻液可以无需每次外来接种液，只需每次采集培养过的微藻液排放反应器内藻液的3/4至99/100，剩于1/100至1/4为下次培养液中的接种微藻液。
本发明微藻培养中所需CO2气体来自电厂或其它CO2源排出经处理除去气体中所含不利于微藻繁殖的杂质气体和微粒(包括粉尘)物质，(即符合微藻生长繁殖所要求的CO2气体)，因为来自电厂的CO2资源丰富，价廉，而且是热的CO2，可通过热CO2或加热CO2来调节培养温度，培养温度一般25～45℃.根据不同微藻采用不同的培养温度。
所述透光材料是采用透光性好的玻璃，加强玻璃如高硼硅加强玻璃，有机玻璃，透明性聚合物材料如透明性聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯或一氧化碳与脂肪不饱和化合物的共聚物等。
在所述培养微藻的生产装置中，管式培养微藻反应器单元装置可以独立单独生产微藻或者多个例如平行间隔排列或交替平行间隔排列或向阳光倾斜式排列构成系列生产线，各个单元装置的氧气排气口都可连接在一个管线上，作回收或放空处理。同时这种排列可充分利用自然太阳光使培养微藻反应器单元装置全方位都处于太阳光照射之下，能充分利用太阳光。与此同时，在太阳光不足的天气及晚间可采用光照装置同样能以自然太阳光一样光照使微藻快速繁殖。微藻在正常生长条件下，每1-5小时即可繁殖一代，微藻可以在太阳光照射下，于水中吸收CO2就能迅速繁殖，为了使微藻繁殖更迅速，还可以在水中加入适量有机及无机物质(含氮、P、K)、微量元素及富油含量的生长激素(都是市售产品)。在反应器单元装置内设静态混合器，例如在中心轴线区设有如图1、2所示的导流叶片(或简称叶片)式静态混合器如浆式或螺带式导流叶片，其中导流叶片交替排列在中心空管上(以嵌合或点焊连接)，分布于整个反应器空间中，导流叶片为中空导流叶片，并在导流叶片上设有微喷嘴(孔)，CO2可通过此孔不断向培养液中补充CO2，使CO2在整个反应器内浓度均一，或者当反应器单元装置直径在80~100cm，可在中心轴线区光照装置周围空间设3-6个带有导流叶片的静态混合器(图1所示的类型静态混合器)。在静态混合器的中心空管上或导流叶片上及反应器底部上设有CO2单向出口(微)喷嘴，CO2经中心空管、导流叶片及底部微喷嘴进入反应器，上升过程中受导流叶片作用于整个反应器空间中，使CO2与微藻液均匀充分混合分布，使整个反应器中CO2分布浓度接近相同。并以零剪切湍动。在底部设电磁振荡器或石英磁性振荡器使反应器内的微藻培养液中的微藻处于磁场及微振动中，极大有利于微藻的接触流动与繁殖以及消除微藻有可能附于壁上。所述光照装置设置在静态混合器中心空管管内，发出类似于自然太阳光源和最适宜微藻生长，使整个反应器空间、频率和波长全方位处于类太阳光照下，微藻能吸收到几乎相同于太阳光的或更有益光照能量，在相同光照条件下繁殖由于它处于中心空管内，避免了光照装置直接接触微藻，产生受局部过热不利于生产繁殖或死亡。光照装置与中心空管之间存在CO2通道空间，可被CO2带走产生的热量。
本发明提供的培养微藻的生产装置及方法中，还设有配套高压喷枪水清洗设备及消毒设备，在生产过程中万一产生反应器沾壁与结污或污染，可采用高压喷枪水清洗设备或进行消毒，保证微藻生长。
本发明提供的培养微藻的生产装置及其培养微藻的生产方法的特点为1.培养微藻的生产装置结构独特，操作简单方便，占地面积小，能充分利用太阳光，节省电能，降低生产成本。
2.在生产装置中由于采用静态混合器及电磁振荡器，培养微藻液处于磁场及微振动条件下均匀全方位以相同条件下迅速繁殖，没有死角。
3.采用封闭结构以及能全天候生产完全控制外来环境生物异物的染污，确保微藻能正常迅速繁殖生长。
4.采用电厂的CO2气源和其它CO2源，变废为宝，通过静态混合器中心空管上设置的CO2喷嘴及导流叶片上喷嘴以及底部微喷嘴使CO2在反应中分布均匀，上下浓度均一，并通过此热CO2源能有效调节培养温度确保全天候的培养温度。
5.本发明的生产装置由于科学合理设计，不易产生的结痴和沾壁，万一出现此现象，可打开上法兰用高压水喷枪极易清洗及进行彻底消毒。
6.本发明的生产装置及方法既可以以培养微藻反应器单元装置进行单独生产，又能多个或上百单元装置进行集约化系列生产，保养维修简单。
7.只要进行一次接种微藻，后续生产无需再接种微藻
图1为培养微藻反应器单元装置的结构示意2为静态混合器螺带导流叶片结构示意3为静态混合器浆式导流叶片结构示意图具体实施方式
本发明用下列具体实施方案结合附图进一步说明本发明；但本发明的保护范围并不限于下列具体实施方案。
实施例1培养微藻的生产装置为培养微藻反应器单元装置，反应器采用透明聚乙烯圆筒形带法兰的反应器1，真径80cm，高2.5米，通过法兰11固定在地面底座10上。在反应器中心轴线区设有如图1所示的浆式导流叶片静态混合器2，浆式导流叶片4为8片，为中空式，设有微喷嘴，交替嵌合在中心空管上，中心空管中设有光照装置3，CO2出口喷嘴(单问)5，交替设在中心空管、叶片及底部上，中心空管顶上部设有氧气及CO2通道口12与顶部氧气出口7相通，底部为CO2进气口6，静态混合器中心空管底部反应器内设电磁振荡器9，底部一侧设培养液放出口8及上部进水口13。在培养开始前，通过反应器顶部法兰加入反应器容积1/10接种红球藻液，杀菌水9/10，密封法兰，启动电磁振荡器，使反应器内培养液处于微振动及电磁场下，来自电厂经处理过的CO2由底部CO2进气口6进入中心空管经CO2出口喷嘴进入反应器培养液中，通过CO2进入量调节温度在30～35℃，恒定后连续通入CO2，在培养过程中产生氧气及未被微藻吸收的CO2经通道12从排氧出气口排放，培养3天后(晚间打开光照装置)测定微藻液浓度附合要求后，放出90％微藻培养液，留下1/10培养液作为下次培养接种微藻培养液，放出培养液经过滤除水再经喷雾干燥得藻粉。
权利要求
1.一种培养微藻的生产装置，其特征在于包括至少一个透明管式培养反应器单元装置(1)，平行或交替平行间隔排列，分别通过法兰(11)固定在地面底座(10)上构成系列生产装置；每个管式培养反应单元装置为透明材料制成的管式或圆筒体，直径25～100cm，高2-6米，反应器顶端中心设有排氧出气口(7)及上端部进水口(13)，底端中心设CO2进气口(6)，下底部设微藻培养液放出口(8)；在单元装置的中心轴线区设静态混合器(2)，光照装置(3)以及电磁振荡器(9)，所述静态混合器由中心空管与交替设置4～12个导流叶片(4)组成，通过嵌合与反应器上下法兰(11)相接固定在反应器中心轴线区中央；中心空管、导流叶片及反应器底上均匀设有若干CO2出口微喷嘴及上端部处设有氧气和CO2通道(12)；光照装置设在静态混合器中心空管中心与反应器顶法兰嵌合相连，电磁振荡器设在反应器底部静态混合器周围。
2.根据权利要求1的培养微藻的生产装置，其特生在于所述透明材料为玻璃，有机玻璃或透明性聚合物；所述导流叶片为中空导流叶片，在叶片上设若干个微喷嘴。
3.一种用权利要求1的生产装置培养微藻的生产方法，其特征在于包括在培养微藻的生产装置中，装入接种微藻液为反应器容积百分之一至四分之一，其余为水或含有有机或无机营养物质、微量元素及激素的水；连续通入来自电厂或其它CO2源，使微藻培养液处于磁场及微振动下，培养温度于25～45℃，培养时间1-10天，白天直接用自然太阳光，晚间使用光照装置供给微藻所需光能量，达到培养浓度后排出微藻液四分之三至99％经培养液放出口采集，经离心去水或喷雾干燥得藻粉。
4.根据权利要求3的培养微藻的生产方法，其特征在于所述微藻为绿藻、蓝藻、硅藻、红球藻、雨生红球藻或紫球藻。
5.根据权利要求4的培养微藻的生产方法，其特征在于所述微藻为红球藻或雨生红球藻。
全文摘要
本发明涉及一种培养微藻的生产装置，其特征在于包括至少一个透明管式培养反应器单元装置，平行或交替平行间隔排列，分别通过法兰固定在地面底座上构成系列生产装置，在反应器单元装置中心轴线区设有静态混合器、光照装置及电磁振荡器，在静态混合器中心空管上、导流叶片上以及反应器底部上设有CO
文档编号C12N1/12GK101050419SQ20071010794
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日
发明者王逢旦 申请人:王逢旦 被以下专利引用 (3),