《一種微藻規模化養殖供氣系統》是雲南愛爾發生物技術有限公司於2009年11月13日申請的專利，該專利的申請號為2009100951928，公布號為CN101701180A，授權公布日為2010年5月5日，發明人是梁文偉、張勇。
《一種微藻規模化養殖供氣系統》是一種微藻規模化養殖供氣系統。該發明的供氣系統該系統主要由採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、高效過濾器、光生物反應器、連線管道、閥門等組成。管道包括主氣管道、支氣管道、微孔管，主氣管道貫穿整個系統，支氣管道連線各個光生物反應器，微孔管位於光生物反應器內，採氣裝置安裝在主氣管道上；閥門包括進氣管閥、出氣管閥、支氣管閥、泄壓閥、排污閥等；採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、過濾器、光生物反應器通過管道依次連線。利用該發明的供氣系統，可以有效提高微藻細胞的生物量，降低微藻養殖過程中的污染，可以用於連續和半連續利用細胞工程培養微藻，開發出大量結構特異的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水產餌料等產品。
2016年12月7日，《一種微藻規模化養殖供氣系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種微藻規模化養殖供氣系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種微藻規模化養殖供氣系統
- 公布號：CN101701180A
- 授權日：2010年5月5日
- 申請號：2009100951928
- 申請日：2009年11月13日
- 申請人：雲南愛爾發生物技術有限公司
- 地址：雲南省楚雄市子午鎮法邑村河外山
- 發明人：梁文偉、張勇
- Int.Cl.：C12M1/04(2006.01)I、C12R1/89(2006.01)N
- 代理機構：昆明正原專利代理有限責任公司
- 代理人：金耀生
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
自然界中有數以萬計的微藻資源，它們分布於地球的每個角落，從陸地到海洋，從沙漠到草原，從淡水到溫泉，都有微藻的存在和繁衍，它們能夠適應不同的溫度、濕度和營養生境，正因如此，微藻在種質、生態分布、遺傳信息、生化合成、代謝途徑等方面具有出多樣性、複雜性和特殊性，進一步決定了其且在的營養和藥學價值，人類可以從中開發出大量結構特異的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水產餌料等產品。
但是，自然界中存在的微藻高度混雜和分散，並沒有大量單一種類的微藻可以直接收集，因此，開發微藻資源需要通過光生物反應器來養殖。
截至2009年11月，國際上，微藻規模化人工養殖採用的光生物反應器有：管道式光生物反應器、平板式光生物反應器、柱狀式光生物反應器、半球狀式光生物反應器、幕布式光生物反應器、開放式淺水層光生物反應器等等，但是以往的養殖方式只關注光生物反應器的形狀、結構、體積、表面積、體積與表面積的比例，光照、溫度、pH值等培養參數的控制，很少關注給光生物反應器供氣的系統，因此，造成供氣系統與光生物反應器間不匹配，消耗大量的電力、管材，氣體供應量不足，氣體的利用率低，微藻細胞光合作用效率低，有機物積累緩慢，呼吸速率低，藻體內能量得不到充分釋放，藻細胞生長繁殖速率低，生物量增值慢，生產周期長，微藻養殖規模發展慢。
微藻的養殖以實現經濟價值為目的，生產實踐中在不增加反應器數量、體積、供氣系統配置的前提下，提高供氣氣體的流量，增加氣體的利用率，增大單位體積內微藻的生物量，可以縮短培養的時間，節約生產成本，提升微藻細胞培養效率，將成為微藻生物技術規模化發展中的關鍵核心技術問題。
發明內容
專利目的
《一種微藻規模化養殖供氣系統》的目的在於克服微藻規模化培養過程生物量小、氣體供應量小、氣體利用率低、供氣系統與光生物反應器間不匹配的問題，提供一種微藻規模化養殖供氣系統，為微藻規模化養殖提供技術支撐。
《一種微藻規模化養殖供氣系統》結合生產實踐經驗的基礎上，通過不斷試驗，成功的構建了採氣、加熱、冷卻、過濾、供氣等一種供氣系統，為微藻規模化養殖提供技術支撐。
技術方案
《一種微藻規模化養殖供氣系統》主要由採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、高效過濾器、光生物反應器、連線管道、閥門組成；管道包括主氣管道、支氣管道、微孔管，主氣管道貫穿整個系統，支氣管道連線各個光生物反應器，微孔管位於光生物反應器內，採氣裝置安裝在主氣管道上；閥門包括進氣管閥、出氣管閥、支氣管閥、泄壓閥、排污閥，進氣管閥安裝在主氣管道上，位於採氣裝置前端，出氣管閥安裝在主氣管道上，位於採氣裝置後端，泄壓閥安裝在主氣管道上，排污閥安裝在氣液分離器底部，支氣管閥安裝在支氣管道上；採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、高效過濾器、光生物反應器通過管道依次連線。
採氣裝置至少由兩套構成，可以實現微藻養殖過程中連續性供氣。進氣管閥前端設有初效過濾器。在採氣裝置與冷凝器間裝有管道式加熱器。氣液分離器與過濾器間裝有去霧器。光生物反應器的類型為：管道式光生物反應器、平板式光生物反應器、柱狀式光生物反應器、半球狀式光生物反應器、幕布式光生物反應器、開放式淺水層光生物反應器。光生物反應器內設有微孔管。
改善效果
1、《一種微藻規模化養殖供氣系統》的供氣系統，移動運輸、安裝連線、拆卸維修等操作方便，占地面積小。
2、該發明的採氣裝置兩端安裝有控制閥門，任何一台採氣裝置在維修保養的過程中不會影響其它採氣裝置的正常供氣。
3、該發明供氣系統產生氣體，經過微米級的微孔管道排出，氣液間的接觸面積增大，氣體利用率增加，而且總氣壓和氣流量可以減小，節約電力和採氣裝置的費用投入。
4、該發明供氣系統給光生物反應器內微藻供熱，由原來的外部傳導供熱改為氣體直接加熱。
5、該發明供氣系統給光生物反應器內微藻降溫，由原來的外部傳導降溫改為氣體直接降溫。
6、經採氣裝置出來的氣體在過管道加熱器，可以進行瞬間高溫滅菌，為微藻規模化養殖提供無菌氣體。
7、該發明供氣系統提供的氣體經過氣液分離器、去霧器處理，成為乾燥潔淨的氣體。
8、該發明的供氣系統安裝在光生物反應器的下方，根據流體力學的規律，由下往上放輸送氣體，減小氣體與管壁間摩擦力。
9、該發明供氣系統設定在離光生物反應器最近的位置，管道、閥門和附屬設施布局簡潔、流暢、整齊，減小氣壓和氣流量的損耗。
附圖說明
圖1是《一種微藻規模化養殖供氣系統》的給微藻規模化養殖供氣的系統結構示意圖。
圖中，1-初效過濾器；2-主氣管道；3-進氣管閥；4-採氣裝置；5-出氣管閥；6-泄壓閥；7-壓力表；8-管道式加熱器；9-管道式冷凝器；10-氣液分離器；11-排污閥；12-去霧器；13-（高效）過濾器；14-支氣管閥；15-支氣管；16-微孔管；17-光生物反應器。
圖1
技術領域
《一種微藻規模化養殖供氣系統》涉及微藻養殖生物技術領域，具體地說是一種在微藻細胞培養過程中給微藻規模化養殖供氣的系統。
權利要求
1.《一種微藻規模化養殖供氣系統》特徵在於：該系統主要由採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、過濾器、光生物反應器、連線管道、閥門組成；管道包括主氣管道、支氣管道、微孔管，主氣管道貫穿整個系統，支氣管道連線各個光生物反應器，微孔管位於光生物反應器內，採氣裝置安裝在主氣管道上；閥門包括進氣管閥、出氣管閥、支氣管閥、泄壓閥、排污閥，進氣管閥安裝在主氣管道上，位於採氣裝置前端，出氣管閥安裝在主氣管道上，位於採氣裝置後端，泄壓閥安裝在主氣管道上，排污閥安裝在氣液分離器底部，支氣管閥安裝在支氣管道上；採氣裝置、冷凝器、氣液分離器、過濾器、光生物反應器通過管道依次連線。
2.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於採氣裝置至少由兩套構成，可以實現微藻養殖過程中連續性供氣。
3.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於在採氣裝置與冷凝器間裝有管道式加熱器。
4.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於氣液分離器與過濾器間裝有去霧器。
5.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於光生物反應器的類型為：管道式光生物反應器、平板式光生物反應器、柱狀式光生物反應器、半球狀式光生物反應器、幕布式光生物反應器、開放式淺水層光生物反應器。
6.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於光生物反應器內設有微孔管。
7.根據權利要求1所述的微藻規模化養殖供氣系統，其特徵在於進氣管閥前端設有初效過濾器。
實施方式
如圖1所示，《一種微藻規模化養殖供氣系統》的具體結構如下：
給微藻規模化培養供氣的系統主要由採氣裝置4、冷凝器9、氣液分離器10、高效過濾器13、光生物反應器17以及連線管道、閥門等組成。管道包括主氣管道2、支氣管道15、微孔管16，主氣管道2貫穿整個系統。採氣裝置至少由兩套構成，可以實現微藻養殖過程中連續性供氣。在採氣裝置與冷凝器間裝有管道式加熱器8，氣液分離器10與高效過濾器13間裝有去霧器12。光生物反應器的類型為：管道式光生物反應器、平板式光生物反應器、柱狀式光生物反應器、半球狀式光生物反應器、幕布式光生物反應器、開放式淺水層光生物反應器，光生物反應器17內設有微孔管16。採氣裝置4安裝在主氣管道2上，支氣管15連線各個光生物反應器17；閥門包括進氣管閥3、出氣管閥5、支氣管閥14、泄壓閥6、排污閥11，進氣管閥3安裝在主氣管道2上，位於採氣裝置4前端，出氣管閥5安裝在主氣管道2上，位於採氣裝置4後端，泄壓閥6安裝在主氣管道2上，排污閥11安裝在氣液分離器10和去霧器12底部，支氣管閥14安裝在支氣管道15上。初效過濾器1位於進氣管閥3前端，出氣管閥5後端主氣管道上分別依次安裝管道式加熱器8、管道式冷凝器9、氣液分離器10、去霧器12、高效過濾器13，壓力表7安裝在泄壓閥6前端主氣管道上，光生物反應器17設定在主氣管道末端。
為了落實上述方案，選擇柱狀光生物反應器和一套供氣系統為代表，說明微藻規模化養殖供氣的系統結構組成。
具體套用實例：
在離柱狀光生物反應器最近距離內，平整3-4平方的土地，按圖1方式安裝系統。
首先，供氣系統的主管道全採用Φ200黑色PE管、鍍鋅管，控制閥為Φ200渦輪閥、Φ20PE球閥，初效過濾器、高效過濾器、管道式冷凝器、管道式加熱器、氣液分離器、去霧器、壓力表均可採用市售產品。
在初效過濾器的後端，安裝2套出氣管閥5後方的主氣管道2上，同樣安裝一套並排的採氣裝置，若供氣系統在運行過程中其中一套採氣裝置需要進行停機休息、維護、保養、檢修，也不會影響給光生物反應器的正常供氣。
其次在整個系統全部安裝完畢後，通入臭氧，進行系統消毒，保持系統的無菌狀態。
最後，利用上述供氣系統給微藻（以紅球藻為代表）養殖供氣，具體過程如下：
1、柱狀光生物反應器17內接入雨生紅球藻，每個柱狀光反應器的體積為0.2噸，高度為1.5米。
2、開啟採氣裝置4，氣體通過初效過濾器1，濾掉大顆粒的雜質，進入採氣裝置。
3、氣體經採氣裝置後加壓，流速加快，流量增大，根據壓力7表顯示數據，逐步關閉泄壓閥6，調節到0.02-0.05兆帕的壓力。
4、氣體經過管道加熱器8進行瞬間高溫滅菌，殺滅氣體中的雜藻、細菌、真菌、原生動物，提高氣體潔淨度，而且可以給雨生紅球藻和培養液內部直接加溫，提高能源的利用率。
5、高溫氣體經過管道式冷凝器9，氣溫可以降低。若光生物反應器內雨生紅球藻和培養溶液因陽光照射溫度過高，可以將經過管道冷凝器9的氣體進行低溫冷卻，低溫氣體在雨生紅球藻和培養液內部直接降溫，給雨生紅球藻提供適宜溫度。
6、氣體又進入氣液分離器10和水霧分離器12，氣溫降低後，氣體內部產生水滴和水霧，通過兩個分離器處理，除去水分，成為潔淨乾燥的氣體，可以保護高效過濾器的精度及使用壽命。
7、氣體通過高效過濾器13後，被管道加熱器殺死的原生動物、真菌、細菌、其他藻類的死體被擋住，出來氣體徹底變為無菌且潔淨度更高氣體。
8、最後無菌氣體經Φ20支氣管道15進入光生物反應器17，通過微米級的微孔管道16，分解為直徑達微米級的微小氣泡，溶解於雨生紅球藻的培養溶液，為雨生紅球藻生長代謝提供氧氣或二氧化碳氣體，氣體利用率得到提高。
9、供氣系統在運行過程中，隨時檢查氣液分離器、水霧分離器，若有水分則通過排污閥11排出。
實施結果表明，《一種微藻規模化養殖供氣系統》利用流體力學中流體的規律，近距離由下往上供氣，減小氣體與管壁間的摩擦力，保持總氣壓和流量最大化，氣體經過初效、高溫、高效處理，成無菌氣體，減少污染，利用微米級的微孔管道排入培養液，氣體的利用率增大，培養效率提高，節約培養時間。所以在不增加光生物反應器的數量和體積、供氣系統配置的前提下的前提下，利用《一種微藻規模化養殖供氣系統》的供氣系統，可以有效提高微藻細胞的生物量，大大降低微藻培養污染，可以用於連續和半連續細胞工程培養，為開發微藻生物資源提供實際的技術支撐，開發出大量結構特異的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水產餌料等產品。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種微藻規模化養殖供氣系統》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
