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一種用于藻類生產(chǎn)的多功能設備的制作方法

文檔序號:12410615閱讀:328來源:國知局
一種用于藻類生產(chǎn)的多功能設備的制作方法與工藝

本申請涉及一種用于藻類生產(chǎn)的多功能設備,特別是一種集藻液或細胞接種、藻類收獲、器械消毒和清洗于一體的設備,主要用于利用管道式光生物反應器進行藻類培養(yǎng)的情形。



背景技術:

管道式光生物反應器是目前常見的一種培養(yǎng)諸如微藻等光生物的裝置。這種管道式光生物反應器的光生物反應管通常水平安裝,沒有坡度,使得在微藻培養(yǎng)完成后依靠藻液自身的重力作用自流收獲需要的時間較長,而且藻液收獲不徹底,部分液體會積存于管道之中。另外,由于藻液的自流收獲方式?jīng)]有壓力驅(qū)動,無沖刷作用,所以藻液停留時間長,導致相當一部分藻液停留在管道內(nèi)壁,這使得光生物反應裝置的后期清洗比較困難、需要的化學試劑較多,而且耗水量大。

例如,在藻液重力自流完成后,將微藻培養(yǎng)裝置充滿清水,水中加入大量的化學試劑以殺死殘存的微藻,然后將帶化學試劑的水排出。再加入清水將殘存的帶化學試劑的液體稀釋,最后將稀釋的化學試劑溶液排出,過程非常復雜。

總而言之,對于目前的管道式光生物反應器來說,藻液的收獲過程和藻類培養(yǎng)裝置的清洗過程都需要投入大量的人力和物力,對微藻的大規(guī)模培養(yǎng)非常不利。



技術實現(xiàn)要素:

本申請的目的是解決前述問題中的至少一個,力求實現(xiàn)縮短微藻的收獲周期、提高藻液的收獲率、更徹底地清洗光生物反應器、以及節(jié)約用水等技術目的中的一個或多個。

為此,本申請?zhí)峁┝艘环N用于藻類生產(chǎn)的多功能設備,集接種、收獲、消毒、清洗于一體,其用于管道式光生物反應器的藻類培養(yǎng),其中,所述 管道式光生物反應器包括一個或多個光生物反應管,各光生物反應管具有位于其進液端的分支進液管道和位于其出液端的分支出液管道,各分支出液管道經(jīng)由上面設置著出液控制總閥的總出液管道通向外部排放裝置,各分支進液管道上均設置有可斷開及可重新接通該分支進液管道的接頭,各分支進液管道經(jīng)由總進液管道與流體供應源流體連通,其中,所述用于藻類生產(chǎn)的多功能設備包括收獲和清洗構(gòu)件,所述收獲和清洗構(gòu)件在所述光生物反應管內(nèi)移動時保持其前面的和后面的不同流體彼此隔離,其中,所述用于藻類生產(chǎn)的多功能設備還包括與總進液管道和各分支出液管道都流體連通的動力裝置,所述收獲和清洗構(gòu)件能夠在各分支進液管道的接頭處被放置到相應分支進液管道內(nèi),并且在所述動力裝置驅(qū)動的流體推力下進入相應光生物反應管并且向前移動,經(jīng)由各分支出液管道和總出液管道被排出所述用于藻類生產(chǎn)的多功能設備。

根據(jù)一個可行實施方式,所述收獲和清洗構(gòu)件具有略大于光生物反應管的內(nèi)徑的外部尺寸。

根據(jù)一個可行實施方式,所述收獲和清洗構(gòu)件包括與光生物反應管的內(nèi)壁接觸的軟質(zhì)材料。

根據(jù)一個可行實施方式,所述收獲和清洗構(gòu)件還包括包含在所述軟質(zhì)材料內(nèi)的硬質(zhì)芯體。

根據(jù)一個可行實施方式,所述收獲和清洗構(gòu)件是不透水的,優(yōu)選是可重復利用的。

根據(jù)一個可行實施方式,所述收獲和清洗構(gòu)件具有球形、圓柱形、橢球形或橢圓柱形的外形。

根據(jù)一個可行實施方式,所述流體供應源位于所述動力裝置的上游側(cè)管路上。

根據(jù)一個可行實施方式,所述流體供應源是曝氣罐。

根據(jù)一個可行實施方式,還包括用于排放除所述管道式光生物反應器之外的至少一個管道內(nèi)的流體和/或曝氣罐內(nèi)的流體和/或動力裝置內(nèi)的流體的流體自排口。

根據(jù)一個可行實施方式,所述流體自排口至少包括位于所述流體供應源和所述動力裝置之間的一個流體自排口。

根據(jù)一個可行實施方式,所述流體自排口通向所述外部排放裝置或與 所述外部排放裝置相同的另一外部排放裝置。

根據(jù)一個可行實施方式,在所述流體供應源被注入水的情況下,所述收獲和清洗構(gòu)件被水推動而排出培養(yǎng)完成的藻液;在所述流體供應源被注入藻類培養(yǎng)液的情況下,所述收獲和清洗構(gòu)件被藻類培養(yǎng)液推動而排出水。

根據(jù)一個可行實施方式,水中含消毒液。

根據(jù)一個可行實施方式,所述外部排放裝置是藻液收集器或廢液收集器。

根據(jù)一個可行實施方式,所述動力裝置是泵。

根據(jù)一個可行實施方式,所述流體供應源通過連接管路與總出液管道連通,流體供應源上游側(cè)的所述連接管路上設置有進口閥門。

根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備的用途包括:管道式光生物反應器內(nèi)培養(yǎng)的藻液的收獲,清洗或消毒所述管道式光生物反應器,用于向所述管道式光生物反應器注入藻類培養(yǎng)液。

根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備的使用方法包括下述步驟:

關閉動力裝置,關閉各光生物反應管的進液閥和出液閥;

排出除所述管道式光生物反應器之外的至少從流體供應源經(jīng)動力裝置至各分支進液管道的路徑內(nèi)的初始流體;

對各分支進液管道進行如下操作:斷開分支進液管道上的接頭,將收獲和清洗構(gòu)件塞入相應分支進液管道,并重新連接接頭;

在流體供應源內(nèi)加入不同于上述初始流體的另一流體;

打開總出液管道上的出液控制總閥,使總出液管道連通到外部排放裝置;

關閉流體供應源的上游側(cè)進口閥門,打開各光生物反應管的進液閥和出液閥,開啟動力裝置,由此,所述另一流體在動力裝置的作用下推動收獲和清洗構(gòu)件將各光生物反應管內(nèi)的初始流體經(jīng)由相應出液閥、相應分支出液管道、總出液管道以及出液控制總閥排放到外部排放裝置;和

在所有的收獲和清洗構(gòu)件被經(jīng)由出液控制總閥排出時,結(jié)束程序。

根據(jù)一個可行實施方式,所述初始流體是培養(yǎng)完成的藻液,所述第二流體是水,所述方法還包括:在第一個收獲和清洗構(gòu)件被推動至出液控制總閥時,關閉出液控制總閥,將作為所述外部排放裝置的藻液收集器更換 為廢液收集器,然后重新打開出液控制總閥。此過程即為藻液收獲同時清洗藻液培養(yǎng)裝置的過程。

根據(jù)一個可行實施方式,所述初始流體是水,所述另一流體是藻類培養(yǎng)液,所述外部排放裝置是廢液收集器。此過程即為新藻類培養(yǎng)液注入過程。

根據(jù)本申請的思想,在利用根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備收獲藻液時,比靠藻液重力自流進行收獲所需的時間節(jié)省了70%;藻液和包含消毒液的水被隔離開,不接觸,避免了藻液稀釋的問題;收獲和清洗構(gòu)件在壓力的作用下推動藻液前行,最大可能地減少了藻液沉積,使藻液收獲效率最大化;在收獲藻液的同時進行光生物反應管道內(nèi)壁的清洗,縮短了微藻的培養(yǎng)周期,同時節(jié)約了成本。

本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備,通過優(yōu)化光生物反應器管道系統(tǒng),增加收獲和清洗構(gòu)件,實現(xiàn)了管道系統(tǒng)的快速收獲和清洗并且收獲和清洗同步進行,不但耗時短,而且節(jié)約用水并且節(jié)約化學試劑。

附圖說明

本發(fā)明的上述優(yōu)勢和其它特征在下面結(jié)合附圖給出的特殊實施例的描述中變得顯而易見。但是,本領域內(nèi)的技術人員應了解附圖中給出的實施例僅僅是示例性和說明性的,不意于限制本發(fā)明的保護范圍。附圖中:

圖1是根據(jù)本申請優(yōu)選實施方式的用于管道式光生物反應器的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備的示意圖;和

圖2示出了可在圖1所示的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備中使用的收獲和清洗構(gòu)件的一個實施例,其中,所述收獲和清洗構(gòu)件被示出位于光生物反應管內(nèi)。

具體實施方式

在本申請中,術語“藻類”不僅限于狹義意義上的“藻”類,而是泛指具有相同或類似培養(yǎng)方法或特性的任何光生物。術語“藻類生產(chǎn)”是指培養(yǎng)藻類產(chǎn)業(yè)中的藻液接種、培養(yǎng)和收獲等主要程序以及清洗、消毒等可選的輔助程序。本申請的設備適用于上述主要程序和輔助程序中的至少一 些。

本申請總體上涉及一種用于藻類生產(chǎn)的多功能設備。根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備主要用來向藻類培養(yǎng)裝置加注藻類培養(yǎng)液、收獲培養(yǎng)完成的藻液、清洗和消毒藻類培養(yǎng)裝置等。

根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備主要適用于管道式光生物反應器,比如在圖1中示出的管道式光生物反應器及類似的光生物反應器。圖1中的箭頭表示流體的流動方向。

圖1中示出的管道式光生物反應器10包括5個光生物反應管30,每個光生物反應管30具有相應的進液口和出液口,以及設置于相應進液口和出液口處的進液閥32和出液閥34。應理解,在本申請中,光生物反應管30的個數(shù)不限制于圖示中的5個,而是可以包括更多或更少個光生物反應管。

根據(jù)本發(fā)明的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備主要包括總進液管道20和與各光生物反應管30的進液閥32流體連通的各分支進液管道22;總出液管道40和與各光生物反應管30的出液閥34流體連通的各分支出液管道44。各分支進液管道22上設置有可斷開以及可重新連接該分支進液管道22的接頭24。根據(jù)本發(fā)明的收獲和清洗構(gòu)件50可在接頭24處放置于相應分支進液管道22內(nèi)。

總出液管道40可連接到排放裝置A,排放裝置A視情況可以是藻類收集器或是廢液收集器、例如消毒液收集器。在總出液管道40上設置有出液控制總閥46。

除上述零部件之外,根據(jù)本發(fā)明的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備還包括連接管路52及其管路上的閥門64,曝氣裝置例如曝氣罐54,以及位于曝氣罐54另一端的連接管路56,曝氣裝置通過連接管路52與總出液管道40連通,其中,連接管路56經(jīng)由泵58與總進液管道20連通。此外,出于排液的需要,在連接管路56上設置通向排放裝置A或另一相同排放裝置的流體自排口62。流體自排口的個數(shù)根據(jù)實際需要設置。例如,在圖1中,總進液管道20上也設置有一個流體自排口66。下文中提及的術語“流體自排口”包含了圖中示出的流體自排口62和66以及圖中未示出的其它可能的流體自排口。

連接管路52上的閥門64的作用是培養(yǎng)/收獲切換,在培養(yǎng)時,閥門64打開,出液控制總閥46關閉,如附圖1所示的整套系統(tǒng)中的藻液在泵58的推動下在曝氣裝置、管道式光生物反應器及其間的管路中循環(huán)。收獲時,閥門64關閉,阻斷藻液進入曝氣裝置,使藻液從出液控制總閥46排出。

圖2示出了可在圖1所示的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備中使用的收獲和清洗構(gòu)件50的一個實施例,其中,光生物反應管30部分被切除以顯示收獲和清洗構(gòu)件50的狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的收獲和清洗構(gòu)件50是不透水的,具有稍大于光生物反應管30的內(nèi)徑的外部尺寸。收獲和清洗構(gòu)件50可以由軟質(zhì)材料制成,例如海綿??商娲?,收獲和清洗構(gòu)件50可以包括硬質(zhì)芯體以及包裹在硬質(zhì)芯體外面的軟質(zhì)材料層。在任何情況下,收獲和清洗構(gòu)件50的軟質(zhì)材料層與光生物反應管30的內(nèi)壁接觸,以防劃傷或損壞光生物反應管30。另外,收獲和清洗構(gòu)件50具有良好的耐酸堿性,可重復使用。

在滿足上述條件的情況下,收獲和清洗構(gòu)件50可以具有任何預期的形狀,包括但不限于球形、圓柱形、橢圓柱形等。圖2中示出收獲和清洗構(gòu)件50具有大致圓柱形的外形。

利用根據(jù)本發(fā)明的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備進行藻類收獲和清洗的操作過程如下:

1)藻類培養(yǎng)結(jié)束,藻類收獲開始,關閉泵58,關閉各光生物反應管30的進液閥32和出液閥34;

2)將各流體自排口連接到藻液收集器;

3)連接管路52、曝氣罐54、連接管路56、泵58以及總進液管道20等除管道式光生物反應器10之外的各零部件或大部分零部件中的藻液在重力的作用下經(jīng)由流體自排口自動排出,排出到藻液收集器;

4)步驟3)完成后關閉流體自排口;

5)對各分支進液管道22進行如下操作:斷開分支進液管道22上的接頭24、將收獲和清洗構(gòu)件50塞入相應分支進液管道22、重新連接接頭24;

6)在曝氣罐54內(nèi)加入大量水,優(yōu)選地,水中加入少量的消毒液;

7)打開總出液管道40上的出液控制總閥46,使總出液管道40連通到藻液收集器;

8)關閉曝氣罐54的上游側(cè)進口閥門64,打開各光生物反應管30的進液閥32和出液閥34,并且給泵58通電;此時,在泵58的作用下,帶有少許消毒液的水依次流經(jīng)連接管路56、泵58、總進液管道20進入各支進液管道22,收獲和清洗構(gòu)件50在水的推動下在光生物反應管30內(nèi)前行,將培養(yǎng)好的藻液經(jīng)由出液閥34、各分支出液管道44、總出液管道40以及出液控制總閥46排放到藻液收集器;

9)在第一個收獲和清洗構(gòu)件50被推動至出液控制總閥46時,即關閉出液控制總閥46,將藻液收集器換成廢液收集器,重新打開制總閥46;利用本發(fā)明的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備進行新藻類培養(yǎng)液注入時則不需要此步驟;

10)取出排出的收獲和清洗構(gòu)件50,進行清洗、消毒,以備重新利用;待所有收獲和清洗構(gòu)件50排出之后,即完成初步的清洗、消毒工作。

如上述,包括一個或多個光生物反應管30的光生物反應器10的藻液收獲、反應器清洗同時完成。接著,關閉泵58,關閉各光生物反應管30的進液閥32和出液閥34,進行其它必要、輔助的清洗、消毒、檢修等。

之后,參考上述步驟1)至10)進行供液過程。供液過程與收獲和清洗過程的不同之處僅在于,在供液過程中,用待培養(yǎng)藻液代替添加了消毒液的水被加入曝氣罐54中,被收獲和清洗構(gòu)件50排出的是帶消毒液的水,推動收獲和清洗構(gòu)件50的是待培養(yǎng)藻液,用廢液收集器代替藻液收集器連接到總出液管道40。在泵58的作用下,待培養(yǎng)藻液推動收獲和清洗構(gòu)件50在光生物反應管30內(nèi)向前移動,將帶有消毒液的水排出光生物反應器10。

這樣,完成了一次藻液收獲、藻液培養(yǎng)裝置清洗、以及新藻液加注的過程。

在上述過程中,收獲和清洗構(gòu)件50在泵58的壓力下將培養(yǎng)好的藻液/帶有消毒液的水排出,這種有壓力排出方式相較于常規(guī)的重力自流方式,能夠大大提高藻液收獲效率、節(jié)省收獲時間、并且能夠節(jié)約人力、物力。 在其它條件相同的情況下,一個藻液收獲周期持續(xù)的時間可縮短70%。

由于收獲和清洗構(gòu)件50的外部尺寸略大于光生物反應管30的內(nèi)徑,收獲和清洗構(gòu)件50在光生物反應管30內(nèi)受擠壓,具有足夠大的有效接觸力,在排出藻液的同時,對光生物反應管30能夠進行有效地清洗;由于收獲和清洗構(gòu)件50不透水,所以能夠?qū)⑶懊娴脑逡夯驇в邢疽旱乃c后面的帶有消毒液的水或待培養(yǎng)藻液有效地隔離,在收獲藻液和清洗光生物反應管30同時進行的情況下以及在加注新藻液時都能夠有效地防止藻液受到污染。

在圖示實施例中,光生物反應管30具有圓形橫截面,但其它橫截面的光生物反應管也在本發(fā)明的范圍內(nèi);在圖示實施例中,每個光生物反應管30被彎折成四個并排管段,但本發(fā)明不被限制于圖示的四個并排管段。

另外,附圖僅僅示出了用于藻類生產(chǎn)的多功能設備行使其主要功能的主要零部件,本領域內(nèi)的技術人員可以設想根據(jù)本申請的用于藻類生產(chǎn)的多功能設備還可以包括其它附件,比如圖中未示出的閥、管道、測量儀等。

雖然為了說明的目的已經(jīng)基于當前被認為最優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了詳細說明,但是要理解的是,這些細節(jié)只是用于舉例說明,并且本發(fā)明不僅限于所披露的實施例,而是旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的實質(zhì)和范圍內(nèi)的所有變型和等同實施方式。在不偏離發(fā)明的實質(zhì)的情況下,本領域內(nèi)的技術人員可以對這里描述的細節(jié)進行各種修改、省略或替換。

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