申请日2015.06.30
公开(公告)日2015.11.04
IPC分类号C12M1/12; C12M1/107; C12M1/00; C12M1/02; C12M1/04
摘要
本发明公开了一种利用废水培养微藻的装置，该装置包括罐体，所述罐体分为微藻培养室和废水发酵室上下两部分，所述废水发酵室位于微藻培养室的下方，两者之间设有输气通道;所述废水发酵室的侧壁上设有进液口和排液口，底部设有排渣口，外部设有与所述排液口连通的过滤装置;所述微藻培养室内部设有微藻培养架，顶部设有排气口，微藻培养架上方安装有喷淋器，喷淋器通过抽提泵与过滤装置相连。本发明将罐体分为两部分，在罐体下方进行废水发酵，获得二氧化碳气体和发酵液，通过过滤装置、抽提泵以及喷淋器将发酵液喷入上方的微藻培养室内进行微藻培养，实现了废水发酵和微藻培养的一体化，降低了微藻的培养成本，使微藻充分利用废水中的营养元素。
权利要求书
1.一种利用废水培养微藻的装置，其特征在于，包括罐体，所述罐 体分为微藻培养室和废水发酵室上下两部分，所述废水发酵室位于微藻培 养室的下方，两者之间设有输气通道;
所述废水发酵室的侧壁上设有进液口和排液口，底部设有排渣口，外 部设有与所述排液口连通的过滤装置;
所述微藻培养室内部设有微藻培养架，顶部设有排气口，微藻培养架 上方安装有喷淋器，喷淋器通过抽提泵与过滤装置相连。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微藻培养架包括架体、 环绕架体布置的柔性布以及驱动柔性布沿架体周向运动的驱动机构，所述 架体包括中心轴和多个固定在中心轴侧面的矩形框，所述矩形框环绕中心 轴均匀分布，将周围的空间分隔成多个培养区;所述驱动机构包括电机、 传动机构和多个驱动轮，驱动轮设于相邻两矩形框之间，压紧所述柔性布 使其紧贴所述架体。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，每个培养区内的驱动轮固 定在同一转轴上，至少一根转轴通过传动机构与所述电机联动。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述废水发酵室设有由所 述电机驱动的搅拌器。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微藻培养架外设有靠 近所述柔性布的刮刀。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微藻培养室和废水发 酵室之间设有收集微藻的滤网。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微藻培养室和废水发 酵室之间设有隔板，所述微藻培养室底部设有与所述抽提泵连接的出液 口。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微藻培养室侧壁设有 出料口。
说明书
一种利用废水培养微藻的装置
技术领域
本发明涉及微藻培养技术领域，尤其涉及一种利用废水培养微藻的装 置。
背景技术
化石能源的大量消耗，不仅带来了严重的环境问题，同时也是制约经 济可持续发展的重要因素。生物质能源作为一种可再生的新型能源已经受 到广泛的关注。
微藻是一种光合自养的微生物，光合效率高，且富含油脂、蛋白质、 多糖、维生素等生物质，具有极高的应用价值。目前，微藻的培养基主要 是人工合成的，成本较高，限制了微藻的更广泛的应用。
然而，微藻能够高效的吸收环境中的CO2、氮磷等营养物质;畜禽养 殖废水和食品工业废水中含有大量的营养物质，经过简单的处理后可以作 为微藻的天然培养基。因此，利用废水培养微藻不仅能够降低废水中的氮 磷等营养盐的含量，而且可以收获藻体作为生物质能源。
授权公告号为CN101921811B的发明专利文献公开了一种微藻培养的 方法，该方法包括以下步骤：(1)牛粪、玉米秸秆和啤酒厂废水为发酵底 物，加入活性污泥产酸发酵，发酵结束后的上清液即酸液流至培养装置， 产生的混合收集在储气罐中;(2)将经过培养的微藻接种到培养装置的酸 液中进行异养培养;(3)将异养培养后的微藻置于光生物反应装置中，将 储气罐中混合气循环通入到光生物反应装置中进行通气自养培养。该方法 将沼气发酵的产酸阶段与微藻培养过程进行耦合，实现了高生物量的富油 微藻的培养。
授权公告号为CN101285075B的发明专利文献公开了一种沼气发酵和 自养型淡水微藻培养的耦合方法，包括沼气的发酵、沼液的处理、自养型 淡水微藻的接种和沼气的引入、自养型淡水微藻培养控制、自养型淡水微 藻细胞的收获。该方法采用沼气发酵和自养型淡水微藻光合培养同时进行 的方法，以沼液作为自养型淡水微藻培养的培养基，沼气中CO2作为自养 型淡水微藻所需的碳源，以降低自养型淡水微藻的生产成本，解决沼气的 净化和沼液的后处理问题。
目前，研究者们的研究主要集中于探究微藻的培养方法以及不同废液 类型与不同微藻类型的耦合，对于如何实现废液发酵与微藻培养的一体化 生产，研究者们关注的较少;因此，有必要提供一种新式的利用废液培养 微藻的一体化装置，以进一步降低微藻培养的生产成本，更合理地将废液 发酵与微藻培养进行耦合。
发明内容
本发明提供了一种利用废水培养微藻的装置，该装置能够实现废水发 酵、微藻培养的一体化，降低生产成本。
一种利用废水培养微藻的装置，包括罐体，所述罐体分为微藻培养室 和废水发酵室上下两部分，所述废水发酵室位于微藻培养室的下方，两者 之间设有输气通道;
所述废水发酵室的侧壁上设有进液口和排液口，底部设有排渣口，外 部设有与所述排液口连通的过滤装置;
所述微藻培养室内部设有微藻培养架，顶部设有排气口，微藻培养架 上方安装有喷淋器，喷淋器通过抽提泵与过滤装置相连。
上述装置将罐体分为两部分，在罐体下方进行废水发酵，获得气体和 发酵液，通过过滤装置、抽提泵以及喷淋器将发酵液喷入上方的微藻培养 室内进行微藻培养，实现了废水发酵和微藻培养的一体化。其中，过滤装 置中的材料可以是活性炭、海绵、PP棉等孔性材料或聚氯乙烯滤膜、混合 纤维酯微孔滤膜等膜材料及其各种组合方式。
其中，上述罐体对应微藻培养室外周部分的壳体为透明材质，例如： 玻璃、PVC、塑料薄膜等透光材料，以保证微藻生长过程中充分吸收外界 光源。
废水发酵室和微藻培养室之间的输气通道是用于传送废水发酵过程 中产生的气体，该气体主要包括二氧化碳和甲烷;带微藻充分利用上述气 体中的二氧化碳后，其余气体将通过微藻培养室顶部的排气口流出。
具体地，上述微藻培养架包括架体、环绕架体布置的柔性布以及驱动 柔性布沿架体周向运动的驱动机构，所述架体包括中心轴和多个固定在中 心轴侧面的矩形框，所述矩形框环绕中心轴均匀分布，将周围的空间分隔 成多个培养区;所述驱动机构包括电机、传动机构和多个驱动轮，驱动轮 设于相邻两矩形框之间，压紧所述柔性布使其紧贴所述架体。
驱动轮按压住柔性布能够使驱动轮的转动带动柔性布的移动，使位于 柔性布上的微藻在微藻培养室内的位置发生改变，由于外界光照的分布会 因微藻所处位置的不同而不同，所以采用上述方法能够解决上述问题，提 高微藻的生物量产量;与此同时，驱动轮的按压也增大了单位体积内柔性 布的使用面积，提高了微藻的接种量，提高了单位体积内微藻的生物量。
作为优选，每个培养区内的驱动轮固定在同一转轴上，至少一根转轴 通过传动机构与所述电机联动。将驱动轮固定于同一转轴上，能够在实现 驱动轮转动的基础上，减少传动机构和电机的数量，以提高整个装置的运 行效率，减少额外能源的消耗。
为加快废水的发酵，促使废水的均匀发酵，所述废水发酵室设有由所 述电机驱动的搅拌器。为进一步的提高整个装置的紧凑性，所述搅拌器与 驱动轮均采用相同的电机驱动。所述电机通过主转动轴与传动机构和搅拌 器连接。
进一步地，所述主转动轴上设有单向转动接口。由于废水发酵一段时 间后，需要停止搅拌，进行沉淀，以确保获得发酵上清液，使发酵上清液 进行过滤后通入微藻培养室内。所以，在主转动轴上设置一个单向转动的 接口，该接口可使电机顺时针转动时，带动下方搅拌器转动;电机逆时针 转动时，下方搅拌器不转动。
所述微藻培养架外设有靠近所述柔性布的刮刀，由于柔性布随着驱动 轮行动，所以将刮刀贴近柔性布的表面可以自动采收微藻，实现了微藻的 自动采收。
作为优选，所述微藻培养室和废水发酵室之间设有收集微藻的滤网。
作为优选，所述微藻培养室和废水发酵室之间设有隔板，所述微藻培 养室底部设有与所述抽提泵连接的出液口。该隔板可以收集喷淋下来的发 酵液，并通过抽提泵重新利用。
作为优选，所述微藻培养室侧壁设有出料口，该出料口可用于接收微 藻。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将罐体分为两部分，在罐体下方进行废水发酵，获得二 氧化碳和甲烷气体以及可用于培养微藻的发酵液，通过过滤装置、抽提泵 以及喷淋器将发酵液喷入上方的微藻培养室内进行微藻培养，实现了废水 发酵和微藻培养的一体化，降低了微藻生产过程中的装置成本;
(2)本发明在微藻培养室内设置微藻培养架、滤网、隔板以及刮刀， 不仅能够促进微藻生长，提高微藻光合效率和产量，而且实现了微藻的自 动化驯化、培养、采收以及发酵液的循环利用，降低了微藻的生产成本。
(3)本发明实现了在微藻培养时采用间歇补充和混合补充发酵液的 方式，解决了发酵液中高浓度氨氮抑制微藻生长的难题，比一般用净水稀 释的方法节约了大量的清洁用水。