專利名稱：氣升式光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于藻類進(jìn)行光合作用的氣升式光生物反應(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，通常選擇氣升式光生物反應(yīng)器，但是雖然氣升式光生物反應(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(qiáng)度較小的問題，為強(qiáng)化氣液混合和傳質(zhì)，技術(shù)人員作了各種改
進(jìn)，如在專利號200420009076.2，名稱為"氣升式光生物反應(yīng)器"的實(shí)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(jìn)，以期更利于氣體在培養(yǎng)液中的分散，消除死角。但是實(shí)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(jìn)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(體積百份比5%左右)，因此這類改進(jìn)基本能滿足要求。但是當(dāng)需要處理二氧化碳濃度高(濃度可高達(dá)體積百分比25%左右)的工業(yè)排放氣進(jìn)行二氧化碳減排時，除對工藝進(jìn)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(jìn)難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)筒單、操作方便、具有高效氣液混合效率、強(qiáng)化傳質(zhì)、循環(huán)程度高的氣升式光
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(jìn)行處理光合作用。
本發(fā)明技術(shù)方案包括設(shè)有培養(yǎng)基進(jìn)口 、培養(yǎng)液出口 、冷卻水進(jìn)口 、冷卻水出口、進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口經(jīng)進(jìn)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(jìn)氣管道連通。
所述進(jìn)氣口與進(jìn)氣管道之間設(shè)有文丘里管，培養(yǎng)液經(jīng)文丘里管與進(jìn)氣管道連通Z
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(本發(fā)明中待處理氣體指二氧
化碳含量體積濃度最高達(dá)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(dá)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(jìn)入上升區(qū)，形成反復(fù)的循環(huán)。
大膽設(shè)計，突破了目前只考慮如何在玻璃罐體內(nèi)加強(qiáng)氣液混合的概念，而在下降區(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(jìn)行前期氣液混合，然后再
送入氣升式光生物反應(yīng)器的玻璃罐體內(nèi)進(jìn)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(qiáng)化了循環(huán)程度，利于氣液混合。
進(jìn)一步的，發(fā)明人還在進(jìn)氣口與進(jìn)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，利用文氏管收縮段中液體的流速增加壓強(qiáng)變小的原理，形成負(fù)壓將待處理氣體通過進(jìn)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(jìn)行充分的前期氣液混合，再通過進(jìn)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。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為
1、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，特別適用于在工業(yè)排放氣進(jìn)行 二氧化碳減排系統(tǒng)中利用微藻進(jìn)行光合作用以高效固定二氧化石灰，對 二氧化碳的減排速率可達(dá)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(jìn) 行了前期氣液混合，進(jìn)一步強(qiáng)化了循環(huán)程度。
3、 利用文丘里管自身特點(diǎn)，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(qiáng)度高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為經(jīng)處理后排氣口中C02的濃度示意圖。
1-培養(yǎng)基進(jìn)口、 2-培養(yǎng)液出口、 3-冷卻水進(jìn)口、 4-冷卻水出口、 5-進(jìn)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(jìn)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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說明
參照圖1,氣升式光生物反應(yīng)器的玻璃罐體7的上端設(shè)有排氣口 6、培養(yǎng)基進(jìn)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(jìn)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
5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(jìn)氣管 道13出口端連通的氣體分布器14,所述進(jìn)氣管道13的進(jìn)口端設(shè)有 文丘里管17，進(jìn)氣口 12連接文丘里管17的進(jìn)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(jìn)液管。
氣升式光生物反應(yīng)器的工作原理為
本實(shí)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(dá)15~20% (體積百分比) 的待處理氣體；'所述微藻可以選用藻抹小球藻(0 /ore//a ra/gar" WUST 11,專利申請?zhí)?00810197667. X)。
待處理氣體由于負(fù)壓由進(jìn)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,氣體流量相對于氣升式光生物反應(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(jìn)行過前期混合，再通過進(jìn)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(jìn)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。在氣升式光生物反應(yīng)器運(yùn)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(jìn)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(jìn)反應(yīng)器時反應(yīng)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(dá)2. 8 )。放出的培養(yǎng)液 中含有固定0)2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
6出。氣升式光生物反應(yīng)器的溫度控制通過其內(nèi)部設(shè)置的換熱管8實(shí)
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(jìn)行熱交換，通 過控制換熱管8內(nèi)換熱介質(zhì)的流量實(shí)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(qiáng)太陽光采集與吸收效率。
圖2給出了采用本實(shí)施例方法進(jìn)行處理后排氣口中C02的濃度。 由圖中可知，初始C02濃度約25%的煙道氣經(jīng)本發(fā)明方法處理后，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(yùn)行穩(wěn)定，C02減排速率達(dá)到50%以 上。
權(quán)利要求
1、一種氣升式光生物反應(yīng)器，包括設(shè)有培養(yǎng)基進(jìn)口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口、進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口經(jīng)進(jìn)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(jìn)氣管道連通。
2、 如權(quán)利要求1所述的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所 述進(jìn)氣口與進(jìn)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(jìn)氣管道連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣升式光生物反應(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。包括設(shè)有培養(yǎng)基進(jìn)口、培養(yǎng)液出口、冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口、進(jìn)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(jìn)口和冷卻水出口連通的換熱管，上升導(dǎo)管將玻璃罐體分為上升區(qū)及下降區(qū)，玻璃罐體頂部還設(shè)氣體分離區(qū)，進(jìn)氣口經(jīng)進(jìn)氣管道與位于上升區(qū)底部的氣體分布器連通，下降區(qū)設(shè)有培養(yǎng)液外循環(huán)管路，培養(yǎng)液外循環(huán)管路經(jīng)水泵與進(jìn)氣管道連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，特別適用于在工業(yè)排放氣進(jìn)行二氧化碳減排系統(tǒng)中利用微藻進(jìn)行光合作用高效固定CO₂，CO₂的減排速率可達(dá)50％以上，操作成本低，對環(huán)境友好。
文檔編號C12R1/89GK101550394SQ20091006208
公開日2009年10月7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)明者吳高明, 李軒科, 楊忠華, 陳明明 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司;武漢科技大學(xué)