一種多向湍流、高效混合的新型跑道池微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種多向湍流、高效混合的新型跑道池微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，具體涉及一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的跑道池，屬于微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是自然水體的最重要的初級(jí)生產(chǎn)者，由其固定的C02約占全球C02固定量的40%以上。同時(shí)，微藻細(xì)胞富含多不飽和脂肪酸、多種必需氨基酸、活性多糖、色素等高附加值生物活性物質(zhì)，使其在功能食品、化妝品、醫(yī)藥及精細(xì)化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程加速導(dǎo)致能源需求量不斷增加，而傳統(tǒng)化石能源又具有不可再生性，儲(chǔ)量在日益減少。研究、開(kāi)發(fā)一種可再生、環(huán)境友好型能源以滿足人類的能源需求，減少對(duì)環(huán)境的破壞，是人類面臨的亟待解決的重大課題。微藻，具有生長(zhǎng)速度快、油脂含量高、培養(yǎng)周期短等一系列特點(diǎn)，使其成為了最重要的生物能源候選物種。
[0003]開(kāi)放式跑道池因成本較低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與多種微藻的規(guī)?；囵B(yǎng)(小球藻、微擬球藻、螺旋藻等)。由于微藻光合作用需要光能與二氧化碳；因此，在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，提高二氧化碳的利用率，單位水體內(nèi)的藻細(xì)胞接收的光能總量，均會(huì)有助于提高微藻培養(yǎng)的產(chǎn)率。收獲微藻的方式，除螺旋藻外，其它大部分微藻均以離心收集為主。而離心機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗很大；因此，離心收獲的成本在微藻養(yǎng)殖成本中的比例非常高。提高離心效率，降低收獲成本，能夠大幅度降低微藻的培養(yǎng)成本。
[0004]在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，隨著細(xì)胞密度的增加，光的穿透距離最低時(shí)可至Imm左右。此即意味著單位水體內(nèi)，僅表層的極少一部分細(xì)胞能夠獲得足夠的光能。微藻在光合作用過(guò)程中，僅在暗反應(yīng)階段需要光照。甚至持續(xù)的光照會(huì)對(duì)微藻造成一定的損傷。對(duì)微藻生長(zhǎng)來(lái)講，光-暗間歇(閃光效應(yīng))是最佳的光環(huán)境；因此，在跑道池培養(yǎng)過(guò)程中，需要有效地實(shí)現(xiàn)藻液上下層水體的頻繁交換，以使得單位水體的藻細(xì)胞既獲得足夠的光能，又避免了表層藻細(xì)胞的光損傷。
[0005]由于傳統(tǒng)跑道池系統(tǒng)具有的一系列缺點(diǎn)，導(dǎo)致其培養(yǎng)的微藻細(xì)胞密度不夠高，從而直接導(dǎo)致了離心機(jī)的收獲效率較低。為了減少能耗，提高離心效率，多數(shù)生產(chǎn)廠家在收獲微藻之前，將藻液轉(zhuǎn)移至沉淀池。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然沉降，以達(dá)到初步濃縮微藻的目的。然而此方法的效率較差，尤其是面對(duì)某些非底棲性微藻時(shí)，更是如此。除此之外，由于絕大多數(shù)細(xì)胞處于黑暗環(huán)境中進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的沉降，因此此過(guò)程既容易滋生細(xì)菌，亦可造成相當(dāng)?shù)纳锪繐p失。同時(shí)，轉(zhuǎn)移所有藻液至沉淀池，再將上層藻液轉(zhuǎn)運(yùn)會(huì)跑道池的過(guò)程，需要消耗大量能源。
[0006]水體中的微氣泡附著于細(xì)小顆粒，如微藻，由于浮力的作用會(huì)將藻細(xì)胞帶至表層水體。當(dāng)藻液中有大量微氣泡存在時(shí)，將會(huì)使得單位水體的藻細(xì)胞在表層大量聚集。若能夠?qū)⑤^大單位水體的藻細(xì)胞富集至較小單位水體的表層，并采集之，將會(huì)有效、低耗的實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞的初步濃縮。從而有效降低微藻的培養(yǎng)成本，并控制微藻品質(zhì)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型基于傳統(tǒng)跑道池的一系列不足，提供一種更多向湍流、高效混合的新型跑道池微藻培養(yǎng)系統(tǒng)。總體而言，從提高二氧化碳利用率、通過(guò)提高藻液上下層水體的交換頻率來(lái)提高單位水體藻細(xì)胞接收的有效光能總量及防止藻細(xì)胞受到光損傷、實(shí)時(shí)、高效的實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞的初步濃縮從而降低收獲成本等角度，最終達(dá)到提高微藻培養(yǎng)效率，降低微藻培養(yǎng)成本的目的。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0009]本實(shí)用新型提供的多向湍流、高效混合的新型跑道池微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，包括跑道池，跑道池內(nèi)設(shè)置湍流補(bǔ)碳裝置、利用微氣泡反沖濃縮藻細(xì)胞的采收裝置、擋流裝置、雙槳輪及下設(shè)凹槽結(jié)構(gòu)；
[0010]湍流補(bǔ)碳裝置既可用于提高二氧化碳的利用率和更加迅速的調(diào)節(jié)藻液PH，同時(shí)，亦可引起藻液形成多處湍流，從而促進(jìn)藻液上下層的對(duì)流，增加單位水體的藻細(xì)胞接收的有效光能總量；設(shè)有封閉罩的補(bǔ)碳裝置能夠有效防止散布的二氧化碳逃逸，并引起藻液湍流，提尚操細(xì)胞與氣泡的有效接觸幾率；以此提尚一■氧化碳的利用率，更加迅速的調(diào)節(jié)操液PH；
[0011]利用微氣泡反沖的藻細(xì)胞采收裝置與跑道池的收集孔相連，用于在藻液進(jìn)入離心機(jī)之前，初步濃縮藻細(xì)胞，提高離心效率，減少離心機(jī)損耗；
[0012]擋流裝置用于對(duì)下層藻液產(chǎn)生阻擋，能夠引起藻液上下層之間的對(duì)流，使藻細(xì)胞持續(xù)處于上下翻滾的狀態(tài)，提高單位水體接收的有效光能總量；
[0013]雙槳輪及下設(shè)的凹槽結(jié)構(gòu)用于增加水流速度，縮短藻液循環(huán)時(shí)間，使攪拌更加徹底。
[0014]本實(shí)用新型提供的湍流補(bǔ)碳裝置，包括透明封閉罩和底板，透明封閉罩位于底板上方，透明封閉罩內(nèi)壁和底板上垂直于水流方向設(shè)置水流阻擋板和曝氣裝置，曝氣裝置位于底板上并且在水流阻擋板的前面，所述的透明封閉罩中垂直水流方向的前面開(kāi)口，透明封閉罩兩側(cè)、后面和頂部設(shè)有封閉板。
[0015]所述的透明封閉罩和底板可以通過(guò)多根支柱固定連接在一起，也可以單獨(dú)將透明封閉罩固定。
[0016]優(yōu)選的，所述的補(bǔ)氣裝置中水流阻擋板設(shè)有兩塊，第一水流阻擋板位于透明封閉罩內(nèi)壁頂部，第二水流阻擋板位于底板上，第二水流阻擋板位于第一水流阻擋板的后面。
[0017]優(yōu)選的，為減少水流受到的阻力，透明封閉罩兩側(cè)外緣區(qū)域可以設(shè)計(jì)為具有弧形或錐形的“帽子”結(jié)構(gòu)。
[0018]優(yōu)選的，透明封閉罩長(zhǎng)度為跑道池長(zhǎng)度的1/20-1/5 ;寬度為跑道池寬度的1/5-1。
[0019]優(yōu)選的，第一水流阻擋板高度為藻液總高度的1/5-1/2 ;第二水流阻擋板為透明封閉罩總高度的I / 5 -1 / 2 ;第一和第二水流阻擋板近端之間的距離為總封閉罩長(zhǎng)度的1/5-1/3 ;曝氣裝置與第一水流阻擋板之間的距離為總透明封閉罩長(zhǎng)度的1/5-1/3。
[0020]優(yōu)選的，透明封閉罩兩側(cè)封閉板高度為藻液總高度的1/10-1/5。
[0021]優(yōu)選的，水流阻擋板通過(guò)粘結(jié)、鉚釘或螺絲的方式與透明封閉罩和底板可拆卸式固定連接。
[0022]本實(shí)用新型的湍流補(bǔ)碳裝置的封閉罩完全浸入水面以下；其中曝氣裝置釋放二氧化碳?xì)馀?；水流進(jìn)入透明封閉罩區(qū)域后，帶動(dòng)氣泡向前流動(dòng)；氣泡上浮至封閉罩上部，受到阻隔后在表層聚集；氣泡隨水流繼續(xù)前進(jìn)，遇到第一水流阻擋板的阻攔后下潛，藻液在此處形成湍流，藻細(xì)胞與氣泡充分渦旋；水流繼續(xù)前進(jìn)遭遇第二水流阻擋板的阻攔后會(huì)與后方及上方夾雜氣泡的水流再次形成湍流，促使二氧化碳?xì)馀菖c藻液充分接觸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞的上下翻滾；水流越過(guò)第二水流阻擋板的上部繼續(xù)前進(jìn)，剩余的二氧化碳上浮遭遇封閉罩的阻擋，繼續(xù)在水體中前進(jìn)；水流遭遇封閉罩外緣部分的阻擋，再一次促進(jìn)氣泡與水流的接觸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)藻液上下層之間的對(duì)流。
[0023]本實(shí)用新型的封閉罩和水流阻擋板選取透光性好的材料(玻璃、有機(jī)玻璃、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、橡膠、樹脂等材質(zhì)的薄板或薄膜)，通過(guò)粘結(jié)或纏繞模具等方式構(gòu)建密封的。
[0024]本實(shí)用新型提供的利用微氣泡反沖的藻細(xì)胞采收裝置，包括曝氣網(wǎng)、側(cè)面阻攔網(wǎng)、正面阻攔網(wǎng)和收集管；曝氣網(wǎng)前端面向水流方向，置于跑道池底部，其后端與正面阻攔網(wǎng)下部連接；曝氣網(wǎng)的兩個(gè)側(cè)面連接側(cè)面阻攔網(wǎng)，側(cè)面阻攔網(wǎng)與曝氣網(wǎng)形成藻液入口，收集管設(shè)置在正面阻攔網(wǎng)上端，收集管與跑道池的收集孔可拆卸連接。
[0025]優(yōu)選的，藻液入口寬而出口窄。
[0026]優(yōu)選的，曝氣網(wǎng)傾斜放置，曝氣網(wǎng)與跑道池底部成1