專利名稱：用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)。
背景技術：
微藻能有效利用光能、二氧化碳、水和無機鹽合成蛋白質、脂肪、碳水化合物以及高附加值生物活性物質，藻類因具有極高的光及營養(yǎng)利用效率表現(xiàn)出比高等植物更強的生長潛力，因此微藻的培養(yǎng)受到廣泛重視。目前，微藻的大規(guī)模工業(yè)化生產多采用開放池式，這種生產模式存在生產不穩(wěn)定、 容易受污染，微藻受光不均，光能利用率不高，培養(yǎng)效率低等問題。因而制約了微藻生產及微藻類生物技術產業(yè)的發(fā)展。近年來國內外學者針對這方面問題進行了一系列的研究，尤其是利用光反應器高效培養(yǎng)微藻的研究取得了一定的成果。目前具有代表性的光生物反應器主要有以下幾種管道式反應器、板式反應器、柱式反應器等。這些反應器在優(yōu)化控制、提高產出方面展示了良好的發(fā)展前景，但它們在實踐應用中也存在一些問題，如光能利用率低，氣體交換不暢等，尤其是目前光生物反應器制造成本高，養(yǎng)殖階段能耗高、成本高已成為制約光反應器發(fā)展的主要問題。目前，在板式反應器和柱式反應器系統(tǒng)中，通常采用曝氣攪拌的方法，曝氣裝置通過產生的小氣泡與周圍藻液的密度差，促使氣泡上浮以及藻液下降，由此環(huán)狀淺水池內產生無數(shù)個氣液上下循環(huán)流動，使微藻均勻受光，提高光利用率，而氣泡的上浮強化了藻液中溶氧的解吸，氧氣被氣泡帶至液面而釋放，并且二氧化碳氣體經曝氣后也同時溶解在藻液中，為微藻的生長提供碳源。但這種方式需要大量的壓縮空氣，能耗很高，不利于微藻的大規(guī)模生產。同時，曝氣攪拌的強度過高和過低都不利有微藻的生長。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，其能夠根據(jù)光強和藻液濃度，調整曝氣量。光強時曝氣量大，加大攪拌速率，光弱時曝氣量小，降低攪拌速率；同樣，當藻液濃度高時，調大曝氣量，濃度低時調小曝氣量，從而使曝氣攪拌強度一直處于微藻生長的最佳攪拌強度。因此，本發(fā)明在提高微藻產量的同時減少曝氣能耗，降低生產成本。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測量光生物反應器周圍環(huán)境的光線強度；濁度傳感器，用于測量光生物反應器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應器中供應曝氣氣體；控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測量到的光線強度和或濁度傳感器所測量到的光生物的濃度來調節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述曝氣控制系統(tǒng)還包括流量傳感器，所述流量傳感器用于檢測所述供氣裝置的供氣流量，其中，所述控制器根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號對所述供氣裝置的供氣流量進行閉環(huán)控制。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，所述控制器為單片機或計算機。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，所述供氣裝置為具有變頻器的風機，通過改變變頻器的頻率來改變風機轉速，從而調節(jié)供氣流量。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度大于 1200 μ mol/m2/S時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度大于 800 μ mol/m2/s時，且當濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值大于8時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度在20 μ mol/ m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍時，且當濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值小于8時， 所述控制器控制供氣裝置以預定的對應供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度小于 20 μ m0l/m2/S時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最小供氣流量間歇地供氣。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，所述預定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，所述預定的中間供氣流量在以米為單位的光生物反應器的長度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘的范圍內。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，所述預定的最小供氣流量小于以米為單位的光生物反應器的長度X5升/分鐘。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度小于 20ymol/m2/s時，所述控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。本發(fā)明能夠實時檢測光照強度和藻液濃度，調整曝氣流量，使曝氣攪拌強度一直處于微藻生長的最佳攪拌強度，因此，本發(fā)明在提高微藻產量的同時減少曝氣能耗，降低生產成本。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的曝氣控制系統(tǒng)的原理框圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構思進行解釋，而不應當理解為對本發(fā)明的一種限制。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的曝氣控制系統(tǒng)的原理框圖。本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)用于調節(jié)光生物反應器中的曝氣裝置的曝氣流量。如圖1所示，在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中，該曝氣控制系統(tǒng)主要包括光照度傳感器、濁度傳感器、供氣裝置和控制器。如圖1所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，光照度傳感器在光生物反應器旁邊， 用于測量光生物反應器周圍環(huán)境的光線強度，并將測量到的光線強度信號傳送給控制器。如圖1所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，濁度傳感器設置在光生物反應器中，用于測量光生物反應器中的光生物(例如微藻)的濃度，并將測量到的光生物濃度信號傳送給控制器。在圖1所示的一個優(yōu)選實施例中，供氣裝置與光生物反應器中的曝氣裝置氣體連通，用于向光生物反應器中供應曝氣氣體。在圖1所示的一個優(yōu)選實施例中，控制器根據(jù)光照度傳感器所測量到的光線強度和濁度傳感器所測量到的光生物的濃度來調節(jié)供氣裝置的供氣流量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度大于 1200 μ mol/m2/S、控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，預定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘。例如，當光生物反應器的長度為10米，那么預定的最大供氣流量就等于150升/分鐘。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度在大于 800 μ mol/m2/S、且濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值大于8時，控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，預定的最大供氣流量 =以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘。例如，當光生物反應器的長度為10 米，那么預定的最大供氣流量就等于150升/分鐘。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度在20μπιΟ1/ m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍、且濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值不大于8時，控制器控制供氣裝置以預定的中間供氣流量連續(xù)地供氣。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，預定的中間供氣流量在以米為單位的光生物反應器的長度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘的范圍內。例如，當光生物反應器的長度為10米，那么預定的中間供氣流量在50升/分鐘至150升/分鐘的范圍內。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當光照度傳感器測量到的光線強度小于20 μ mol/ m2/s時，控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。如圖1所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，曝氣控制系統(tǒng)還包括流量傳感器。該流量傳感器安裝在供氣裝置的出口管路上，用于檢測所述供氣裝置的供氣流量，并將檢測到的供氣流量信號傳送給控制器。這樣，控制器就能夠根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號對供氣裝置的供氣流量進行精確的閉環(huán)控制，從而有利于提高流量控制的精度。但是，需要說明的是，流量傳感器不是必須的，本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)也可以采用開環(huán)控制結構。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，控制器可以為單片機、個人計算機、工控機、嵌入式處理器等具有數(shù)據(jù)處理和分析能力的電子裝置。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，供氣裝置可以為具有變頻器的風機，通過改變變頻器的頻率來改變風機轉速，從而調節(jié)供氣流量。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，供氣裝置可以為具有電氣比例調節(jié)閥，通過控制電氣比例調節(jié)閥，來調節(jié)供氣流量。需要說明的是，盡管圖1所示的曝氣控制系統(tǒng)同時包括光照度傳感器和濁度傳感器，但是，本發(fā)明不局限于此，曝氣控制系統(tǒng)也可以僅包括光照度傳感器和濁度傳感器中的一種。雖然結合附圖對本發(fā)明進行了說明，但是附圖中公開的實施例旨在對本發(fā)明優(yōu)選實施方式進行示例性說明，而不能理解為對本發(fā)明的一種限制。
雖然本總體發(fā)明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體發(fā)明構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權利要求和它們的等同物限定。
權利要求
1.一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測量光生物反應器周圍環(huán)境的光線強度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應器中供應曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測量到的光線強度來調節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
2.一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，包括 濁度傳感器，用于測量光生物反應器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應器中供應曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)濁度傳感器所測量到的光生物的濃度來調節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
3.一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測量光生物反應器周圍環(huán)境的光線強度； 濁度傳感器，用于測量光生物反應器中的光生物的濃度； 供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應器中供應曝氣氣體；和控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測量到的光線強度和濁度傳感器所測量到的光生物的濃度來調節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的曝氣控制系統(tǒng)，還包括流量傳感器，所述流量傳感器用于檢測所述供氣裝置的供氣流量， 其中，所述控制器根據(jù)流量傳感器的流量反饋信號對所述供氣裝置的供氣流量進行閉環(huán)控制。
5.根據(jù)權利要求4所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器為單片機或計算機。
6.根據(jù)權利要求4所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述供氣裝置為具有變頻器的風機，通過改變變頻器的頻率來改變風機轉速，從而調節(jié)供氣流量。
7.根據(jù)權利要求1所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當光照度傳感器測量到的光線強度大于1200ymOl/m2/s時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣；當光照度傳感器測量到的光線強度小于20 μ m0l/m2/S時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最小供氣流量間歇地供氣。
8.根據(jù)權利要求2所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值大于8時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣。
9.根據(jù)權利要求3所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當光照度傳感器測量到的光線強度大于800 μ mol/m2/S、且濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值大于8時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最大供氣流量連續(xù)地供氣；當光照度傳感器測量到的光線強度在20 μ mol/m2/s至1200 μ mol/m2/s的范圍、且濁度傳感器測量到的光生物的濃度OD值不大于8時，所述控制器控制供氣裝置以預定的對應區(qū)間供氣流量連續(xù)地供氣；當光照度傳感器測量到的光線強度小于20 μ m0l/m2/S時，所述控制器控制供氣裝置以預定的最小供氣流量間歇地供氣。
10.根據(jù)權利要求7、8或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預定的最大供氣流量=以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘。
11.根據(jù)權利要求9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預定的對應區(qū)間供氣流量在以米為單位的光生物反應器的長度X5升/分鐘至以米為單位的光生物反應器的長度X 15升/分鐘的范圍內。
12.根據(jù)權利要求7或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于所述預定的最小供氣流量小于以米為單位的光生物反應器的長度X5升/分鐘。
13.根據(jù)權利要求7或9所述的曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于當光照度傳感器測量到的光線強度小于20 μ m0l/m2/S時，所述控制器控制供氣裝置以每隔30分鐘供氣2分鐘的間歇方式供氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光生物反應器的曝氣控制系統(tǒng)，包括光照度傳感器，用于測量光生物反應器周圍環(huán)境的光線強度；濁度傳感器，用于測量光生物反應器中的光生物的濃度；供氣裝置，所述供氣裝置用于向光生物反應器中供應曝氣氣體；控制器，所述控制器根據(jù)光照度傳感器所測量到的光線強度和濁度傳感器所測量到的光生物的濃度來調節(jié)所述供氣裝置的供氣流量。因此，本發(fā)明能夠根據(jù)光強和藻液濃度，調整曝氣量。光強時曝氣量大，加大攪拌速率，光弱時曝氣量小，降低攪拌速率；同樣，當藻液濃度高時，調大曝氣量，濃度低時調小曝氣量，從而使曝氣攪拌強度一直處于微藻生長的最佳攪拌強度。因此，本發(fā)明在提高微藻產量的同時減少曝氣能耗，降低生產成本。
文檔編號C12M1/36GK102533538SQ20101060072
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權日2010年12月20日
發(fā)明者盧彥興, 惠龍, 朱振旗, 王明利 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司