[发明专利]三层交错式变孔径剪切曝气器及其循环回水养殖微藻方法

权利要求书

1.一种三层交错式变孔径剪切曝气器，包括一端开口另一端封闭的圆管状主体；其特征在于，所述圆管状主体在径向方向上具有三层结构，由内向外依次为轴向矩形编织网剪切曝气层、径向矩形编织网剪切曝气层和金属粉末烧结圆孔剪切曝气层；或者，由内向外依次为径向矩形编织网剪切曝气层、轴向矩形编织网剪切曝气层和金属粉末烧结圆孔剪切曝气层；

所述轴向矩形编织网剪切曝气层和径向矩形编织网剪切曝气层中，矩形网孔的长宽比为3～5∶1，面积等效为直径150μm的圆孔；该两层结构的矩形网孔的长边相互垂直，且交错布置；在金属粉末烧结圆孔剪切曝气层上，圆孔直径等效为10～100μm；各相邻两层结构之间的间距为30～60μm。

2.根据权利要求1所述三层交错式变孔径剪切曝气器，其特征在于，所述轴向矩形编织网剪切曝气层和径向矩形编织网剪切曝气层均由金属不锈钢丝编织制成；所述金属粉末烧结圆孔剪切曝气层是由金属钛粉末烧结制成。

3.根据权利要求1所述的曝气器，其特征在于，所述圆管状主体的长度为0.8～1.5m，最内层结构的直径为50mm。

4.一种利用权利要求1所述三层交错式变孔径剪切曝气器构建而成的微藻养殖系统，包括CO₂供给系统、补碳系统、微藻养殖及收获系统、循环回水系统；其特征在于，所述补碳系统包括一个卧式槽罐，通过其顶部入口和底部出口与循环回水系统的循环回水管道相连；所述三层交错式变孔径剪切曝气器水平安装在卧式槽罐中，曝气器的开口端通过管路连接至CO₂供给系统，构成补碳系统。

5.根据权利要求4所述的微藻养殖系统，其特征在于，所述CO₂供给系统包括经管路依次连接的CO₂存储罐、CO₂流量计、干燥器、止回阀和球阀。

6.利用权利要求4所述微藻养殖系统实现循环回水养殖微藻的方法，其特征在于，包括：

(1)向收获生物质后的微藻液体循环回水中添加或补充营养盐Na₂CO₃，由水泵送入卧式槽罐中；

(2)利用三层交错式变孔径剪切曝气器的交错式变孔径结构，对来自CO₂供给系统的CO₂气体进行剪切，最终形成直径为0.7～2.5mm的微米级气泡；CO₂微米级气泡与循环回水在卧式槽罐中进行混合，通过碳酸化反应形成NaHCO₃；将碳酸化反应后的循环回水送入跑道池光合反应器用于养殖微藻；

(3)根据跑道池光合反应器中的藻液的pH值，调整CO₂气体流量或控制营养盐Na₂CO₃的添加量，以调节循环回水中生成的NaHCO₃浓度，从而促进微藻光合作用生长固碳。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的CO₂气体是从煤化工厂尾气、电厂排放烟气或工业炉窑烟气中分离提纯得到的，CO₂纯度为99.9％；保持卧式槽罐内部的压力为0.2～0.4MPa。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制跑道池光合反应器中的环境光照强度为4000～100000lux，环境温度为18～38℃，pH为8～12。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，控制Na₂CO₃的添加量，使进入卧式槽罐之前的循环回水中Na₂CO₃浓度为8～14g/L。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述跑道池光合反应器中使用的微藻种类是钝顶螺旋藻、极大螺旋藻或盐泽螺旋藻。