用于培养和回收微藻的系统制作方法_成光模专利（微藻,回收,培养）-早鸽网

用于培养和回收微藻的系统制作方法

专利名称

用于培养和回收微藻的系统制作方法
发明者

成光模
公开日

2013年3月20日
申请日期

2011年11月28日
优先权日

2011年9月2日
申请人

现代自动车株式会社
文档编号

C12M1/00GK102978102SQ20111038436
关键字

微藻回收培养用于系统
权利要求

1.一种用于培养和回收微藻的系统，包括通过光化学反应培养微藻以制造微藻沉淀的光生物反应器单元；用于将沉淀的微藻分离的漂浮分离器；用于将分离的微藻浓缩的离心分离器；和用于产生含有微小二氧化碳气泡的工艺水并将产生的工艺水供应至所述光生物反应器单元和所述漂浮分离器的微泡发生器2.根据权利要求I所述的系统，包括用于接收来自所述光生物反应器单元、所述漂浮分离器和所述离心分离器中的至少之一的废培养基，并通过补充养分而使接收的废培养基再生的培养基再生器3.根据权利要求2所述的系统，其中通过循环泵将再生培养基供应至所述光生物反应器单元4.根据权利要求2所述的系统，其中所述光生物反应器单元包括光生物反应器，所述光生物反应器包括用于在其中容纳培养基和微藻的培养容器；和纵向插入所述培养容器的溢流管，以使所述溢流管的一端位于所述培养容器以内，且所述溢流管的另一端位于所述培养容器之外，其中所述培养容器包括用于接收来自所述培养基再生器的再生培养基、来自所述微泡发生器的含有微小二氧化碳气泡的水、或这两者的入口；和用于排出所述培养容器中容纳的培养基、微藻、或这两者的出口5.根据权利要求4所述的系统，其中所述光生物反应器装备有用于将在所述培养容器的下部沉淀的微藻排出的微藻排放器，所述微藻排放器包括用于将沉淀微藻保持在其中的料斗；与所述料斗下端连接的沉淀藻转移管；用于测量所述料斗中的沉淀微藻的高度的传感器；设置在所述培养容器与所述料斗之间的上分离板，所述上分离板按以下方式配置如果所述沉淀微藻的高度低于预定值，折叠所述上分离板以使所述培养容器和所述料斗相互连通，并且如果所述沉淀微藻的高度等于或高于所述预定值，展开所述上分离板以使所述培养容器和所述料斗不互相连通；设置在所述料斗与所述沉淀藻转移管之间的下分离板，所述下分离板按以下方式配置如果所述沉淀微藻的高度低于所述预定值，展开所述下分离板以使所述料斗和所述沉淀藻转移管不相互连通，并且如果所述沉淀微藻的高度等于或高于所述预定值，折叠所述下分离板以使所述料斗和所述沉淀藻转移管相互连通；和用于接收来自所述传感器的信号并分别驱动所述上分离板和所述下分离板的分离板控制器6.根据权利要求5所述的系统，其中所述漂浮分离器包括用于接收来自所述微泡发生器的工艺水和来自所述沉淀藻转移管的微藻并将其混合的浮罐；布置在所述浮罐中用于促使所述微藻漂浮的浮板；布置在所述浮罐的上部用于移除漂浮微藻的撇渣器；用于储存通过所述撇渣器移除的微藻的微藻储罐；和在移除微藻之后用于储存废培养基的废培养基储罐7.根据权利要求6所述的系统，其中所述漂浮分离器还包括用于促使所述工艺水中含有的微小二氧化碳气泡漂浮的微泡浮板8.根据权利要求I所述的系统，其中所述漂浮分离器还包括用于促使所述工艺水中含有的微小二氧化碳气泡漂浮的微泡浮板9.根据权利要求I所述的系统，其中所述微泡发生器包括用于向供应管供水的供应泵；用于储存二氧化碳气体的储罐；用于将储存在所述储罐中的二氧化碳气体供应至所述供应管的供应喷嘴；和用于接收通过所述供应管供应的水和二氧化碳气体并将其混合以制备所述含有微小二氧化碳气泡的工艺水的混合室10.根据权利要求9所述的系统，其中所述混合室包括用于接收通过所述供应管供应的水和二氧化碳气体的入口；用于排出所述含有微小二氧化碳气泡的工艺水的出口；和一端与所述混合室的入口连接且另一端与所述混合室的出口连接的混合软管，所述混合软管配置为使与所述水一起供应的所述二氧化碳气体微小化成微泡以制备所述含有微小二氧化碳气泡的工艺水11.根据权利要求10所述的系统，其中所述混合室还包括布置在其中的支柱，所述混合软管螺旋地缠绕所述支柱12.根据权利要求4所述的系统，其中所述光生物反应器单元包括多个串联的所述光生物反应器，以便将从一个光生物反应器的出口排出的培养基引入另一个光生物反应器的入口
技术领域

本发明涉及用于培养和回收微藻同时固定二氧化碳的系统
背景技术
具体实施例方式

以下将详细参考本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示且在以下予以说明尽管本发明将结合示例性实施方式说明，但可以理解，本说明书并不是要将本发明限制在这些示例性的实施方式中相反，本发明不仅要涵盖示例性的实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式如上所述，光生物反应器单元可以是单个光生物反应器或串联安装的多个光生物反应器以下，将描述具有串联安装的多个光生物反应器的系统以供说明，如图3所示参照图3，根据本发明的实施方式的用于培养和回收微藻的系统，包括通过光化学反应培养微藻以制造微藻沉淀的光生物反应器单元10 (IOa IOd)、用于将沉淀的微藻分离的漂浮分离器20、用于将分离的微藻浓缩的离心分离器30、和用于产生含微小二氧化碳气泡的工艺水并将产生的工艺水供应至光生物反应器单元和漂浮分离器的微泡发生器40该系统还可包括用于接收来自光生物反应器单元、漂浮分离器、和离心分离器中的至少之一的废培养基并通过补充养分而使接收的废培养基再生的培养基再生器(50)在这种情况下，可通过，例如循环泵60，将再生的培养基供应至光生物反应器单元参照图4，各个光生物反应器10a、10b、10c、10d可包括用于在其中容纳培养基和微藻的培养容器11、和纵向插入培养容器11中的溢流管13a,以使溢流管的一端位于培养容器11内且溢流管的另一端位于培养容器11之外培养容器11包括用于接收来自培养基再生器的再生培养基、来自微泡发生器的含微小二氧化碳气泡的水或这两者的入口 12培养容器还包括用于将培养容器中容纳的培养基、微藻、或这两者排出的出口 13优选地，将各个光生物反应器10a、IObUOcUOd配置为具有气旋形状(cyclonicshape)在循环泵60与培养基再生器50之间串联布置光生物反应器10a、IObUOcUOd,使得光生物反应器IOa的入口 12与循环泵60连接，且光生物反应器IOd的出口 13与培养基再生器50连接因此，从光生物反应器IOa排出的培养基(有一些微藻)可流入光生物反应器10b，从光生物反应器IOb排出的培养基(有一些微藻)可流入光生物反应器10c，并且从光生物反应器IOc排出的培养基(有一些微藻)可流入光生物反应器10d在这种情况下，可使通过循环泵60供应至光生物反应器IOa的入口 12的培养基旋动，以在培养容器11内形成涡流由此，根据气旋原理，长到一定重量以上的微藻可在培养容器11的下部沉淀，并且可将剩余的微藻通过溢流管13a排放至出口 13各个光生物反应器装配有用于将在培养容器下部沉淀的微藻排出的微藻排放器14参照图4，微藻排放器14可包括料斗14a、传感器15、上分离板18、下分离板19和分离板控制器16沉淀藻转移管17与料斗14a的下端连接生长超过一定重量的微藻在料斗14a中自然沉淀传感器15测量料斗14a中沉淀的微藻的高度上分离板18设置在培养容器11与料斗14a之间如果沉淀微藻的高度低于预定值，上分离板18处于折叠状态以使培养容器11和料斗14a互相连通如果沉淀微藻的高度等于或高于预定值，上分离板18变成展开状态以使培养容器11和料斗14a不互相连通下分离板19设置在料斗14a与沉淀藻转移管17之间如果沉淀微藻的高度低于预定值，下分离板19处于展开状态，以使料斗14a和沉淀藻转移管17不互相连通如果沉淀微藻的高度等于或高于预定值，下分离板19变成折叠状态以使料斗和沉淀藻转移管相互连通也就是说，当下分离板19被折叠时，沉淀藻转移管17起到将从料斗14a排出的微藻转移至漂浮分离器20的作用分离板控制器16接收来自传感器15的信号，并分别驱动上分离板和下分离板18、19参照图5，漂浮分离器20可包括浮罐21、浮板22、撇渣器35、微藻储罐25和废培养基储罐27浮罐20接收来自微泡发生器40的工艺水和来自沉淀藻转移管17的微藻并将其混合浮板22布置在浮罐21中以促使微藻漂浮撇渣器35布置在浮罐21的上部以移除漂浮的微藻微藻储罐25储存被撇渣器35移除的微藻废培养基储罐27在移除微藻之后储存废培养基微泡水转移管49a可连接在浮罐21与微泡发生器40之间沉淀藻转移管17可连接在浮罐21与光生物反应器10之间如图5所示，通过布置在浮罐21下部的入口 24，可将微泡水转移管49a和沉淀藻转移管17引导至浮罐21，以得到引入浮罐21的微藻和微泡水的均匀的混合物浮板22可布置在浮罐21的入口 24侧，以促使附着有微泡的微藻漂浮在将引入浮罐21的微藻和微泡水弓I入浮板22与浮罐21之间的间隙时，可将其混合在这种情况下，附着有微泡的微藻可沿着浮板22上升至浮罐21的上部为了提高微藻的漂浮分离效率，可将微泡浮板23布置在浮板22附近(例如，在浮板22的背面)以促使额外供入浮罐21的微泡水中的微泡漂浮而不与微藻混合优选地，微板22和微泡浮板23可倾斜布置以提高漂浮效率用于排放浮罐21的所有内容物的出口 29可布置在进行漂浮分离的浮罐21的下端在修理和清理漂浮分离器20的过程中可将出口 29打开以排出浮罐21的所有内容物可将撇渣器35布置在浮罐21的上端以收集并移除漂浮在浮罐21上的微藻撇渣器35可包括一对支承辊36、传动链37和刮板(scrapper) 38这对支承辊36可由驱动马达(未显示)驱动传动链37可连接在这对支承辊36之间，并且可以联动支承辊36的转动运行而转动刮板38可在传动链37上整体形成，以收集漂浮在浮罐21上的微藻并将微藻转移至微藻储罐25可将微藻储罐25布置在适当的位置(例如，浮板的相对侧)，在此处通过刮板38转移的(漂浮分离的)微藻可储存在浮罐21的一侧浮藻转移管26可与微藻储罐25的下端连接，以将储存的微藻转移至离心分离器30废培养基储罐27可布置在浮板22的相对侧，并且可储存微藻被移除的废培养基由于微藻因其重量而自然沉淀，当浮罐21上部的废培养基的水位变得高于储罐27时，布置在浮板22和微泡浮板23的相对侧的上部且安装在微藻储罐25的背面的废培养基储罐27可接收废培养基在这种情况下，在浮罐21的上部漂浮和分离的微藻可被储罐25阻碍和分离，从而不流入储罐27，仅让废培养基流入储罐27中废培养基转移管28可与储罐27的下端连接，以将储存的废培养基转移至培养基再生器50离心分离器30可配置有典型的离心分离器可将通过离心分离器30回收并浓缩的微藻处理或再循环成用于生物可降解塑料或生物燃料的材料可将从微藻分离并回收的废培养基转移至培养基再生器50以再生或再循环如图6所示，微泡发生器40可包括供应泵41、CO2储罐42、CO2供应喷嘴43、和混合室44供应泵41向连接在供应泵41与混合室44之间的供应管41a供水储罐42储存二氧化碳气体供应喷嘴43将储存在储罐中的二氧化碳气体供应至供应管41a混合室44接收通过供应管41a供应的水和二氧化碳并将其混合，以制备含有微小二氧化碳气泡的工艺水混合室44具有用于接收通过供应管供应的水和二氧化碳气体的入口 46以及用于将含有微小二氧化碳气泡的工艺水排出的出口 47参照图6，混合室可在其中包括圆柱形支柱44a，其可占据混合室44的大部分内部空间混合软管48可螺旋地缠绕支柱44a混合软管48的两端可分别与入口 46和出口47连接混合软管48可按以下方式配置直径较小的软管和直径较大的软管交替地相互连接换言之，混合软管48的直径可每隔一定间隔变化因此，由于CO2气体饱和的水的流速在水流经混合软管48时可以变化，微泡可以在水中产生而且，可在端部(在微泡水出口侧)布置具有微米级大小的细孔的滤膜(未显示)以使水中含有的CO2气泡分裂成微米级大小(例如，约30 μ m)此外，可在混合室44上布置压力计45以显示混合软管48的内压，并且可布置微泡水转移管49a和49b以将产生的微泡水转移至光生物反应器单元10和漂浮分离器20培养基再生器50可接收光生物反应器10、漂浮分离器20和离心分离器30中产生的废培养基，并且可供应微藻生长所需的养分并将其与废培养基混合，以使废培养基再生可将在培养基再生器50中再生的培养基通过循环泵60供应至光生物反应器10在这种情况下，可将培养基与通过微泡水转移管供应的微泡水混合，然后可将其供应至光生物反应器10以下，将详细地描述根据本发明的实施方式的系统的运行在光生物反应器单元10中装入一定量的培养基，然后可将微藻接种至培养基中之后，照射可见光(阳光、人造光和其组合)可将培养基通过循环泵60供应至第一光生物反应器10的培养容器11中，产生涡流根据气旋原理，已经生长到一定重量以上的微藻在光生物反应器IOa的下部沉淀，并且将剩余的微藻与培养基一起排出以将其转移至与第一光生物反应器IOa连接的第二光生物反应器10b在第二光生物反应器IOb中，通过因从第一光生物反应器IOa引入的培养基而产生的涡流将培养基和微藻混合根据气旋原理，已经生长到一定重量以上的微藻在光生物反应器IOb的下部沉淀，并且将剩余的微藻与培养基一起排出以将其转移至与第二光生物反应器IOb连接的第三光生物反应器10c在第三光生物反应器IOc中，通过因从第二光生物反应器IOb引入的培养基而产生的涡流将培养基和微藻混合根据气旋原理，已经生长到一定重量以上的微藻在光生物反应器IOc的下部沉淀，并且将剩余的微藻与培养基一起排出以将其转移至与第三光生物反应器IOc连接的第四光生物反应器10d在第四光生物反应器IOd中，通过因从第三光生物反应器IOc引入的培养基而产生的涡流将培养基和微藻混合根据气旋原理，已经生长到一定重量以上的微藻在光生物反应器IOd的下部沉淀，并且将剩余的微藻与培养基一起排出以将其转移至与第四光生物反应器IOd连接的培养基再生器50在这种情况下，各个光生物反应器10中沉淀的微藻在微藻排放器14的料斗14a中沉积当沉淀的微藻在料斗14a中沉积到预定高度时，上分离板和下分离板18和19被传感器15的信号所驱动，以使料斗14a中沉积的微藻排放至沉淀藻转移管17中也就是说，上分离板18变得展开且下分离板19变得折叠，从而让料斗14a中沉积的微藻下行到沉淀藻转移管17将排放到沉淀藻转移管17中的微藻供应至漂浮分离器20当料斗14a中沉积的所有微藻排放结束时，可以再次驱动微藻排放器14，以通过分离板控制器16使下分离板19展开并且使上分离板18折叠，由此允许微藻在料斗14a中沉淀如上所述，随后将在光生物反应器10中沉淀和排放的微藻转移至漂浮分离器20漂浮分离器20使用浮板22和从微泡发生器40供应的微泡水的CO2气泡对引入的微藻进行漂浮分离

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法律状态

专利名称：用于培养和回收微藻的系统的制作方法出于环境考虑，需要处理许多工业领域中的包括二氧化碳的废气。可以化学或生物处理二氧化碳。生物处理方法之一是使用进行二氧化碳同化的微藻。然而，使用微藻的二氧化碳处理较慢并且需要大空间，致使难以将处理方法商业化。·图I是说明使用气升式生物反应器培养微藻的常规系统的图。在常规系统中，在气升式光生物反应器I或串联安装的气升式光生物反应器I中容纳的培养基中培养微藻。使用安装在气升式光生物反应器I的底部上的扩散器2将二氧化碳供入培养基中。图2是说明使用其中具有分离膜的光生物反应器培养微藻的常规系统的图。在其中设置有分离膜7和搅拌器6的光生物反应器5中所容纳的培养基中培养微藻。将培养基和微藻从光生物反应器5中排出，经过中空纤维膜8伴同二氧化碳引入，然后引入光生物反应器5。然而，这些常规系统存在问题。例如，二氧化碳利用效率相对较低，沉淀的微藻可能导致扩散器堵塞，耐用的分离膜比较昂贵，整个过程非常复杂，并且系统运转需要大空间。本背景技术部分公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
在某些实施方式中，用于培养和回收微藻的系统包括通过光化学反应培养微藻来制造微藻沉淀的光生物反应器单元、用于将沉淀的微藻分离的漂浮分离器、用于将分离的微藻浓缩的离心分离器、和用于产生含有微小二氧化碳气泡的工艺水并将产生的工艺水供应至光生物反应器单元和漂浮分离器的微泡发生器。在一些实施方式中，该系统还可包括用于接收来自光生物反应器单元、漂浮分离器、和离心分离器中的至少之一的废培养基，并通过补充养分使接收的废培养基再生的培养基再生器。优选地，可通过循环泵将再生的培养基供应至光生物反应器单元。在一些实施方式中，光生物反应器单元可包括光生物反应器，其包括用于在其中容纳培养基和微藻的培养容器；和纵向插入培养容器的溢流管，以使溢流管的一端位于培养容器以内，且溢流管的另一端位于培养容器之外。在这种情况下，培养容器包括用于接收来自培养基再生器的再生培养基、来自微泡发生器的含微小二氧化碳气泡的水、或这两者的入口，以及用于排出培养容器中容纳的培养基、微藻、或这两者的出口。在一些实施方式中，光生物反应器可装备有用于将在培养容器下部沉淀的微藻排出的微藻排放器。微藻排放器包括用于将沉淀的微藻保持在其中的料斗、与料斗的下端连接的沉淀藻转移管、和用于测量料斗中沉淀微藻的高度的传感器。微藻排放器还包括上分离板和下分离板。上分离板设置在培养容器与料斗之间，并按以下方式配置如果沉淀微藻的高度低于预定值，折叠上分离板以使培养容器和料斗相互连通，并且如果沉淀微藻的高度等于或高于预定值，展开上分离板以使培养容器和料斗不相互连通。下分离板设置在料斗与沉淀藻转移管之间，并按以下方式配置如果沉淀微藻的高度低于预定值，展开下分离板以使料斗和沉淀藻转移管不相互连通，并且如果沉淀微藻的高度等于或高于预定值，折叠下分离板以使料斗和沉淀藻转移管相互连通。可以根据来自传感器的信号通过分离板控制器适当地驱动上分离板和下分离板。在一些实施方式中，漂浮分离器可包括用于接收来自微泡发生器的工艺水和来自沉淀藻转移管的微藻并将其混合的浮罐、布置在浮罐中用于促使微藻漂浮的浮板、布置在浮罐的上部用于将漂浮的微藻移除的撇渣器(skimmer)、用于储存被撇渣器移除的微藻的微藻储罐、和在移除微藻后用于储存废培养基的废培养基储罐。优选地，漂浮分离器还可包括用于促使工艺水中所含的微小二氧化碳气泡漂浮的微泡浮板。在某些实施方式中，漂浮分离器还可包括用于促使工艺水中所含的微小二氧化碳气泡漂浮的微泡浮板。在某些实施方式中，微泡发生器可包括用于向供应管供水的供应泵、用于储存二氧化碳气体的储罐、用于将储存在储罐中的二氧化碳气体供应至供应管的供应喷嘴、和用于接收通过供应管供应的水和二氧化碳气体并将其混合以制备含有微小二氧化碳气泡的工艺水的混合室。优选地，该混合室可包括用于接收通过供应管供应的水和二氧化碳气体的入口、用于将含有微小二氧化碳气泡的工艺水排出的出口、和一端与混合室的入口连接且另一端与混合室的出口连接的混合软管，该混合软管被配置为使与水一起供应的二氧化碳气体微小化成微泡，以制备含有微小二氧化碳气泡的工艺水。混合室还可包括布置在其中的支柱，混合软管螺旋地缠绕所述支柱。在某些实施方式中，光生物反应器单元可包括多个串联的光生物反应器以便将从一个光生物反应器的出口排出的培养基引入另一个光生物反应器的入口。本发明的以上和其它特征将在下文讨论。现在将参照附图所图示的某些示例性实施方式详细描述本发明的以上和其它特征，下文给出的示例性实施方式仅用于举例说明，因而不是对本发明的限制，且其中图I是说明使用气升式光生物反应器培养微藻的常规系统的图；图2是说明使用其中设置有分离膜的光生物反应器培养微藻的常规系统的图；图3是使用根据本发明的实施方式的光生物反应器培养微藻的系统的图；图4是说明图3的系统的光生物反应器的图；图5是说明图3的系统的漂浮分离器的图；且图6是说明图3的系统的微泡发生器的图。应理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现用于说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文所公开的本发明的具体设计特征包括，例如，具体的尺寸、方向、位置和形状，将部分取决于特定的既定用途和应用环境。在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
将已经漂浮分离的微藻通过撇渣器35收集并移除，并转移至微藻储罐25以在其中浓缩和储存。由此，将浓缩的微藻通过浮藻转移管26转移至离心分离器30。可以将在微藻的离心分离和浓缩过程中产生的废培养基储存在储罐27中，然后通过废培养基转移管28将其转移至培养基再生器50。可将通过浮藻转移管26转移的微藻经由离心分离器30分离并回收以使其进一步浓缩，并且可将回收的微藻处理或再循环成生物可降解塑料或生物燃料用的材料。可将在使用离心力的微藻回收过程中产生的废培养基转移至培养基再生器50。通过供应养分而在培养基再生器50中再生的培养基可通过循环泵60而被转移至第一光生物反应器10a。另一方面，在产生和供应微泡水的过程中，使用伯努利原理“在定常流动中，沿着流线的流体中的所有形式的机械能的总和在该流线上的各点都相同”，可产生CO2微泡。特别地，可将用于产生微泡的水通过供应泵41经由供水管41a供应至混合室44的混合软管48，并且在此过程中，供应至供水管41a的CO2气体可与水一起自然引入混合软管48。在这种情况下，混合软管48的内压可通过供应泵41的水压而改变，可使用压力计
45对其检验。通过因将CO2气体引入混合软管48而产生的压力，可使其在水中饱和，并且由于在水经过混合软管48时流速改变，可在水中产生CO2微泡。而且，在水经过布置在混合软管48的端部的滤膜(未显示)时，可产生含有微米级大小的微泡的微泡水。可将产生的微泡水运送至漂浮分离器20以对部分沉淀和排出的微藻进行漂浮分离和浓缩，并可将其它微藻供应至再循环的培养基并与其混合，以运送至光生物反应器(第一光生物反应器)10以培养微藻。根据本发明的实施方式的系统具有，例如，以下有益的效果。它们不需要用于对光生物反应器单元10供应CO2气体的单独的压缩器和扩散器，由此降低运行成本。它们不需要大空间以运行。它们可以更有效、更简单且更有成本效益地处理CO2气体。已参照其示例性实施方式详细描述了本发明。但是，本领域技术人员应理解，在不偏离本发明的原则和精神的情况下可以对这些实施方式进行各种改变，本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。

一种用于培养和回收微藻的系统，包括光生物反应器、漂浮分离器、离心分离器和微泡发生器。将光生物反应器单元配置为通过光化学反应培养微藻以制造微藻沉淀。通过漂浮分离器将沉淀的微藻分离。通过离心分离器将分离的微藻浓缩。微泡发生器产生含有微小二氧化碳气泡的工艺水，并将产生的工艺水供应至光生物反应器单元和漂浮分离器。通过此系统，可以以更简单、更有成本效益的方式培养和回收微藻。

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