微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO₂補充的通氣裝置的制作方法

專利名稱：微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO₂補充的通氣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于微藻養殖系統的二氧化碳補充裝置，特別涉及一種用于微藻養殖系統的通過PH值反饋控制二氧化碳補充的通氣裝置。
背景技術：
微藻進行光合自養時，通過吸收水體中的CO2進行光合作用合成有機物。空氣中CO2濃度很低(約占空氣的0.04%),溶解在水中的濃度就更低。微藻培養過程中，碳源消耗占原料成本的絕大部分，以螺旋藻為例，碳源成本可高達原料成本的60%。無機碳的供應不足會極大地限制藻細胞生物量和含碳化合物(油脂、淀粉)的合成和積累。據報道，螺旋藻從空氣中吸收CO2的速率大概為0.04mmol/m2.min，僅能提供2.5g/m2.d的生物量面積產率所需的碳源。適量添加NaHCO3或提高空氣中CO2濃度可以促進藻細胞生物量和含碳化合物的合成。微藻光合生長導致PH升高，對于碳酸氫鹽的利用受藻液pH值的制約。當pH值低于11.0，碳酸氫根的利用率低于45% ;當碳酸氫鹽濃度過高時，電離出的碳酸根離子會和海水中的大量存在的Ca2+和Mg2+結合，形成CaCO3和MgCO3沉淀，藻細胞生長出現掛壁現象。CO2作為碳源要優于碳酸氫鹽，微藻對溶解在水中的CO2的利用受pH值的限制較小，幾乎可以100%被微藻吸收利用。然而,在微藻養殖過程中，通入藻液中的CO2往往因為氣量過大，CO2不能迅速溶解在藻液中，使得一部分CO2逃逸到空氣中造成浪費，也會導致培養基過度酸化，嚴重抑制微藻的生長；CO2通氣量小，又達不到補充碳源的效果，無法維持穩定的pH值。因此，向藻液中補充CO2時，如何控制通氣速率、氣泡大小，尤其是如何同時維持藻液的PH值穩定就顯得非常重要。由此可見，精確控制CO2通入，不僅可以提高微藻對CO2的利用率、減少CO2損失，也可以精確控制藻液的pH，有效降低養殖成本，對于穩定、高效培養微藻意義重大。
發明內容為彌補現有CO2補充技術的不足，本實用新型提供一種微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的新型通氣裝置，其具有結構簡單、操作簡便的特點，不僅可向養殖系統內補充滿足微藻養殖所需的CO2,還可有效、精確的控制養殖容器內藻液pH值在最適點，有助于提高藻液中微藻細胞密度，有效降低微藻養殖成本。為實現本實用新型的目的，所提供的技術方案如下:一種微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，包括一 CO2儲氣罐，及一通氣管道，通氣管道的一端與CO2儲氣罐相連，通氣管道的另一端伸入到微藻養殖容器內的藻液中，還包括一可設定PH閾值的pH控制器，所述pH控制器具有一浸沒于養殖容器內藻液中的PH電極，所述pH控制器通過所述pH電極檢測藻液pH值，并將測得的pH值與PH控制器所設定的pH閾值相比較，形成pH閾值比較信號；及一設于所述通氣管道上的電磁閥，所述電磁閥具有一可使所述通氣管道的氣路通斷的控制閥，所述電磁閥與所述PH控制器電連接并可接收PH控制器的pH閾值比較信號，電磁閥根據所接收的pH閾值比較信號控制所述控制閥。進一步的，在通氣管道上設有用于調節氣流大小的調氣閥和防止藻液倒吸的止逆閥。進一步的，通氣管道伸入養殖容器內藻液中的一端連接有若干個氣體霧化器，從而使二氧化碳以極細小的氣泡均勻輸入到藻液中，使其更好的溶解于藻液中，提高CO2溶解效率。優選的，所述氣體霧化器為微孔陶瓷氣石。優選的，所述氣體霧化器固定于養殖容器底部，這樣不僅增加了通氣的深度和氣泡停留時間，而且可進一步提高CO2在藻液中的溶解程度。進一步優選的氣體霧化器的設置方式為:通氣管道伸入養殖容器藻液中的一端連接有若干通氣支管，每根通氣支管上設有氣體霧化器、用于調節氣體霧化器出氣量的調氣閥及防止藻液倒吸的止逆閥。這樣可使藻液中CO2的輸入更易調控，而且可針對每根支管上的氣體霧化器進行出氣量調節，使氣體霧化器的出氣量更均勻，同時還可使CO2在養殖池底部形成極細的氣霧且剛好不浮出水面并迅速擴散，使CO2更好的溶解于藻液中。進一步設置止逆閥可防止藻液倒吸，避免由此造成的通氣故障。進一步的，微藻養殖系統內還設有至少一個可推動或攪動藻液使藻液在養殖容器內循環流動的動力裝置，從而使CO2能夠隨著水流方向快速與藻液混合，提高CO2的溶解率。進一步的，通氣管道伸入養殖容器內藻液中的一端連接有若干氣體霧化器，在藻液做水平循環流動的微藻養殖容器中，沿著藻液流動的方向，所述氣體霧化器設置于藻液流動方向的下游，PH控制器的pH電極設置于藻液流動方向的上游；在藻液做垂直循環流動的微藻養殖容器中，pH電極和氣體霧化器并列放置在養殖容器底部。這樣確保pH控制器所檢測到的PH值為混合均勻后的藻液pH值，更準確的反應出實際的pH值，從而保證電磁閥的控制閥可更精確地被啟動或關閉，避免出現誤操作。本實用新型提供的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，具有如下有益效果:1、本實用新型提供的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，具有結構簡單、操作簡便的特點，同時可向養殖容器內補充滿足微藻養殖所需的CO2，而且還可有效、精確地將養殖容器內藻液pH值控制在最適點，大大提高了藻液中微藻細胞密度，有效降低了養殖成本。2、采用本實用新型提供的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，有助于大大提高養殖池內微藻的生物量和細胞密度，同時還有助于顯著提高所培養微藻中的有機碳化合物(如脂肪酸)含量。

圖1:微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置結構示意圖；圖2:本實用新型提供的通氣裝置在跑道池中的應用，圖2為跑道池俯視示意圖(氣體霧化器位于藻液流動方向下游，PH電極位于藻液流動方向上游。)圖3:為圖2中跑道池局部剖面示意圖圖4:本實用新型提供的通氣裝置在圓池中應用的俯視示意圖(氣體霧化器位于藻液流動方向下游，PH電極位于藻液流動方向上游。)附圖中的標記說明:1、養殖容器；2、CO2儲氣罐；3、罐壓表；4、減壓閥；5、氣壓表；6電磁閥；7、主管道調氣閥；8、通氣主管道；9、通氣支管道；10、支管道調氣閥；11、止逆閥；12、氣體霧化器；13、pH控制器;1301、pH電極；14、動力裝置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明:參見附圖1-2，一種微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，包括一 CO2儲氣罐2，及一通氣管道，通氣管道的一端與CO2儲氣罐相連，通氣管道的另一端伸入微藻養殖容器內的藻液中，所述通氣管道用于將CO2儲氣罐中的CO2輸送至養殖容器內的藻液中。具體的，所述的通氣管道可由通氣主管道8和與通氣主管道8連通的若干伸入到藻液中的通氣支管道9組成。該通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置還包括一可設定pH閾值的pH控制器13,該pH控制器具有一浸沒于養殖容器內藻液中的pH電極1301。該pH電極還可帶有一溫度探頭，用于檢測藻液中的溫度進行pH測量的溫度補償。pH控制器13通過pH電極檢測養殖容器內的藻液pH值，并將測得的藻液pH值與pH控制器所設定的pH閾值相比較，并形成PH閾值比較信號。該通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置還具有一設于通氣主管道8上的電磁閥(電磁繼電器)6，所述電磁閥具有一可使通氣管道的氣路通斷的控制閥。電磁閥6的電源與pH控制器13連接且電磁閥6可接收pH控制器13的pH閾值比較信號，電磁閥根據所接收的PH閾值比較信號進行控制閥的開、關。當pH控制器檢測到的PH值低于所設定的pH閾值時，所形成的pH閾值比較信號為信號A，電磁閥接收到該信號A并關閉控制閥，使通氣管道的氣流被阻斷，從而使CO2儲氣罐中的氣體不能輸入到養殖容器內。當pH控制器檢測到的pH值高于所設定的pH閾值時，所形成的pH閾值比較信號為信號B，電磁閥接收到該信號B并開啟控制閥，使通氣管道內的氣流順暢流通，從而使CO2儲氣罐中的氣體可順暢的輸入到養殖容器內。作為一種優選，pH控制器優選為工業pH控制器，pH電極優選為工業pH電極。所提供的通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，在通氣主管道8上還設有用于調節氣流大小的主管道調氣閥7。在通氣管道伸入養殖容器內藻液中的一端還連接有若干個氣體霧化器，具體的，可選用微孔陶瓷氣石作為氣體霧化器。作為一種優選，將氣體霧化器固定于養殖容器底部，從而保證通氣的深度。進一步的，氣體霧化器可以這樣設置，即，在通氣主管道8的一端連接若干伸入養殖容器內藻液中的通氣支管道9，每個支管道上都設有氣體霧化器12、用于調節氣體霧化器出氣量的支管調氣閥10及用于防止藻液倒吸的止逆閥11。這樣可使藻液中的CO2輸入更均勻，而且可針對每根支管上的氣體霧化器進行出氣量調節，同時還可使CO2在養殖池底部形成極細氣霧且剛好不浮出水面，使CO2更好的溶解于藻液中。參見圖2、圖3，及圖4，為了使CO2能夠更為均勻的與藻液混合，提高CO2的溶解率，在養殖容器內還設有至少一個用于推動(也可以是攪動的方式)藻液使藻液在養殖容器內循環流動的動力裝置14。具體的，例如在平板式和圓柱式光生物反應器中該動力裝置為鼓充空氣的氣體分布器，在管道式光生物反應器中，該動力裝置為水泵；在跑道池和圓池中該動力裝置為電機驅動的槳板。為了使PH控制器13所檢測到的pH值更準確地反應出實際的藻液pH值，在藻液做水平循環流動的微藻養殖容器中，沿著藻液流動的方向(參見圖2、圖3，及圖4)，所述氣體霧化器設置于藻液流動方向的下游，pH控制器的pH電極設置于藻液流動方向的上游；而在藻液做垂直循環流動的微藻養殖容器中，PH電極和氣體霧化器優選為并列放置在養殖容器底部。本實用新型提供的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置可應用于各種微藻培養系統，如:平板式、圓柱式、管道式光生物反應器，跑道池，圓池等，其中圖2和圖4分別示出的是本實用新型提供的通氣裝置在跑道池和圓池中的應用。下面以本實用新型所提供的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置在微藻養殖中的具體應用為例，對本實用新型的技術方案作更為詳細的介紹。參照圖1及圖2，安裝好通氣裝置的各部件。在養殖容器I中預先配制好培養基，然后向其中倒入微藻種液，藻液深度應高于氣體霧化器表面至少3cm以上。對pH電極1301進行校正，并設定PH閾值。擰松CO2儲氣罐的減壓閥4及主管道調氣閥7，直至罐壓表3、氣壓表5的示數在0.1 — 0.5MPa之間。然后調節支管調氣閥10，使氣體霧化器12的CO2出氣量保持均勻，并使產生的極細氣霧剛好不浮出水面。之后開啟動力裝置，調節水流速度在0.25 I米/秒。待上述準備工作完成后，通氣裝置即開始運行。pH控制器13對藻液的pH值進行檢測，并將測得的藻液PH值與所設定的pH閾值比較，當藻液pH值低于所設定的pH閾值時，形成信號A，pH控制器13將該信號A傳送到電磁閥6，電磁閥6根據所接收到的信號A關閉控制閥，從而使通氣管道內的CO2氣流被阻斷；當藻液pH值高于設定的閾值時，形成信號B，pH控制器將該信號B傳送給電磁閥，電磁閥根據所接收到的信號B打開控制閥，從而使通氣管道內的CO2氣流可順暢的輸送至養殖池內，向藻液補充co2。與不采用本實用新型的通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置進行微藻培養相t匕，利用本裝置進行微藻培養，可大大提高CO2溶解和利用效率，使藻液PH值穩定在設定pH閾值的±0.1范圍內，所培養的微藻生物量提高1-2倍，所獲得的每克凍干藻粉中脂肪酸總量也提高了 20-35%。以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例，應當理解為，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型構思在現有技術基礎上通過邏輯分析、推理或者根據有限的實驗可以得到的技術方案，均包括在由本實用新型所確定的保護范圍之中。
權利要求1.一種微藻養殖系統中通過PH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，包括一 CO2儲氣罐，及一通氣管道，通氣管道的一端與CO2儲氣罐相連，通氣管道的另一端伸入到微藻養殖容器內的藻液中，其特征在于，還包括 一可設定PH閾值的pH控制器，所述pH控制器具有一浸沒于養殖容器內藻液中的pH電極，所述PH控制器通過所述pH電極檢測藻液pH值，并將測得的pH值與pH控制器所設定的pH閾值相比較,形成pH閾值比較信號；及 一設于所述通氣管道上的電磁閥，所述電磁閥具有一可使所述通氣管道的氣路通斷的控制閥，所述電磁閥與所述PH控制器電連接并可接收pH控制器的pH閾值比較信號，電磁閥根據所接收的PH閾值比較信號控制所述控制閥。
2.根據權利要求1所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，在通氣管道上設有用于調節氣流大小的調氣閥和防止藻液倒吸的止逆閥。
3.根據權利要求1所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，通氣管道伸入養殖容器內藻液中的一端連接有若干個氣體霧化器。
4.根據權利要求3所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，所述氣體霧化器為微孔陶瓷氣石。
5.根據權利要求3所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，所述氣體霧化器固定于養殖容器底部。
6.根據權利要求1所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，通氣管道伸入養殖容器藻液中的一端連接有若干通氣支管，每根通氣支管上設有氣體霧化器、用于調節氣體霧化器出氣量的調氣閥及防止藻液倒吸的止逆閥。
7.根據權利要求1-6任一項所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，微藻養殖系統內還設有至少一個可推動或攪動藻液使藻液在養殖容器內循環流動的動力裝置。
8.根據權利要求7所述的微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，其特征在于，通氣管道伸入養殖容器內藻液中的一端連接有若干氣體霧化器，在藻液做水平循環流動的微藻養殖容器中，沿著藻液流動的方向，所述氣體霧化器設置于藻液流動方向的下游，pH控制器的pH電極設置于藻液流動方向的上游；在藻液做垂直循環流動的微藻養殖容器中，PH電極和氣體霧化器并列放置在養殖容器底部。
專利摘要本實用新型提供一種微藻養殖系統中通過pH值反饋控制CO2補充的通氣裝置，包括一CO2儲氣罐，及一通氣管道，通氣管道的一端與CO2儲氣罐相連，通氣管道的另一端伸入到微藻養殖容器內的藻液中，還包括一可設定pH閾值的pH控制器，所述pH控制器通過pH電極檢測藻液pH值，并將測得的pH值與pH閾值相比較，形成pH閾值比較信號；及一設于通氣管道上的電磁閥，所述電磁閥具有一可使所述通氣管道的氣路通斷的控制閥，所述電磁閥與所述pH控制器電連接并可接收pH控制器的pH閾值比較信號，電磁閥根據所接收的pH閾值比較信號控制所述控制閥。該裝置可向養殖系統內補充滿足微藻養殖所需的CO2，有助于提高藻液中微藻細胞密度。
文檔編號C12M1/04GK203034019SQ20132002449
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者魏東, 楊智, 俞建中 申請人:華南理工大學