[发明专利]一种固碳除氧光生物反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种光生物反应器及其应用。

背景技术

近些年来，大气层中温室气体浓度不断升高导致全球暖化，带来各种环境问题。二氧化碳占温室气体排放的68％，是温室气体主要组成部分。大气中CO₂浓度已从工业化前约280ppm增加到了2005年的379ppm。在未来的30-40年内，二氧化碳浓度将达到540ppm。工业废气中含有高浓度二氧化碳，是排放二氧化碳重点点源。利用微藻的光合作用吸收二氧化碳转化为生物质，并释放氧气。微藻生物质中，含有脂肪酸，蛋白质，维生素等物质，可以用来，生产动物饲料，食品添加剂，生物柴油等高附加值产品。

微培养微藻的光生物反应器有开放式和密闭式两种。常见的开放式光生物反应器主要有跑道池。开放式光生物反应器具有优点是构建简单、成本低廉及操作简便，但是开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大，并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染，同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足，这些因素都将导致藻细胞培养密度偏低、采收成本较高。密闭式光合生物反应器培养条件稳定，可无菌操作，容易进行高密度培养，已成微藻培养的发展方向。密闭式光生物反应器主要具有以下特点比表面积大；光能利用率高；生长参数容易控制，培养环境非常稳定；容易控制污染，能够实现无菌培养；产率较高；二氧化碳利用率较高；但是该类型反应器光合作用强度大并且密闭，导致溶解氧易积累。当藻液中溶解氧含量超过400％，在高光照强度下发生光氧化作用，会损伤藻细胞，抑制微藻光合作用合生长，光生物反应器去除二氧化碳效率降低。因此解决光生物反应器中溶解氧积累，是提高光生物反应器二氧化碳去除效果的关键。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种固碳除氧的光生物反应器及其应用。该反应器可以提高二氧化碳的去除效率和促进光生物反应器藻液内部的溶解氧解析。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光生物反应器，包括光生物反应器主体、供气装置、溶液参数监测系统、和光照装置，还包括曝气系统，其中，所述的曝气系统包括增压泵和曝气器，所述的曝气器位于反应器主体的底部，与置于光生物反应器主体外部的增压泵相连。

所述的供气装置包括贮气瓶和气体流量计，所述的贮气瓶与气体流量计相连，贮气瓶输出的气体通过气体流量计控制气体流速。

所述的溶液参数监测系统包括二氧化碳电极、pH电极、溶解氧电极、信号转换器和计算机。所述的二氧化碳电、pH电极、溶解氧电极位于光生物反应器主体的顶部，并分别与信号转换器相连，采集溶液中溶解氧，溶解二氧化碳及pH电信号。所述的信号转换器通过串行接口与计算机相连，将电信号转换为数字型号，每隔一分钟记录溶液中参数变化。

所述的增压泵将光生物反应器上部藻液循环打入底部曝气器，藻液与二氧化碳气体在曝气器内部混合，可以达到二氧化碳传质，溶解氧解析，藻液均质混合的目的。

所述的光照装置为荧光灯管或LED灯板，照明装置为光生物生物反应器提供光照。

所述的曝气器通过管路与贮气瓶连接。

所述的增压泵的进水口与排液口相连，其出水口与光生物反应器主体底部的进液口连接。

所述的曝气器与进液口连接。

所述的光生物反应器顶部设有排气口，排放处理后的气体。

或所述的光生物反应器主体的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，呈圆筒状，高径比为6，其内径范围为0.12-0.18m，高为0.7-1.5m。

本发明利用微藻固定烟气中二氧化碳并脱除溶液中溶解氧的应用。

一种利用上述光生物反应器固碳除氧的应用，包括步骤：

(1)将藻液加入到光生物反应器主体中，打开贮气瓶，向反应器主体通气，打开光照装置，对藻液进行光照；同时打开溶液参数监测系统监控固碳除氧过程中的参数；

(2)打开增压泵，藻液在增压泵的循环下，不断打入曝气器，藻液与二氧化碳气体在曝气器内部混合，进行曝气，达到二氧化碳传质，溶解氧解析，藻液均质混合的目的；曝气完毕后，剩余气体通过排气口排放。所述的步骤(2)的光生物反应器的温度为25-30℃。

所述的贮气瓶中二氧化碳浓度为5-15％，其余为氮气。

所述的步骤(1)中藻液为绿球藻的藻液，处于对数生长期，藻液密度为0.5-1.5g/L。

所述的光照强度为70-280μmol/m²/s。