[0001] 本发明涉及二氧化碳曝气技术领域，特别是涉及一种曝气管及曝气器。

[0002] 微藻固碳技术是利用微生物将大量二氧化碳转化为生物质的过程，每生产1吨微藻生物质可固定1.83吨二氧化碳。立式光反应器在生产运行过程中，具有微藻收获量高和占地面积小的技术优势。

[0003] 传统立柱光合反应器通过孔径为0.1mm的曝气孔实现曝气，这种结构的曝气效果欠佳，主要表现在：1、由于加工精度限制，同一曝气管上的孔径相差0.01～0.02mm时，不同立柱之间曝气速率就会有很大差别，影响微藻快速生长固碳。2、气泡在上升过程聚集膨胀，导致反应器中只有靠近底部存在大量微小气泡，曝气效率较低的技术难题尚待解决。

[0024] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0025] 在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0026] 在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0027] 如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

[0028] 如图1、图2和图3所示，本发明实施例优选实施例的一种曝气管，包括管体1，管体1开设有曝气通道101和曝气口102，曝气通道101设有挡板2、剪切曝气组件3和曝气层4，曝气口102、剪切曝气组件3和曝气层4均位于挡板2的同一侧，剪切曝气组件3设有沿曝气通道101的轴向交错布置的剪切腔，曝气层4开设有曝气孔401，曝气口102较曝气层4靠近设于挡板2，曝气孔401连通剪切腔和曝气口102。

[0029] 可以理解的是，曝气通道101可以供气泡通过；挡板2起分流和拦截的作用，使气泡可以经剪切曝气组件3和曝气层4的曝气作用后通过曝气口102；剪切曝气组件3设有沿曝气通道101的径向交错布置的剪切腔，可以快速将气泡剪切成体积相近的形状；曝气孔401可以进一步减小气泡的体积，使气泡通过曝气口102离开曝气管时体积较小。

[0030] 本发明改善了传统立柱式反应器曝气时气泡随上升过程而膨胀的情况，明显提高了曝气效率并且有利于促进气液传质。

[0031] 如图2和图3所示，进一步地，剪切曝气组件3包括沿曝气通道101的轴向间隔设置的第一剪切单元和第二剪切单元，第一剪切单元开设有若干个第一剪切腔312，第二剪切单元开设有若干个第二剪切腔322，曝气通道101、第一剪切腔312、第二剪切腔322和曝气孔401依次连通，第一剪切腔312的延伸方向与第二剪切腔322的延伸方向垂直设置。

[0032] 可以理解的是，气泡从曝气通道101依次经过第一剪切腔312、第二剪切腔322和曝气孔401。由于第一剪切腔312的延伸方向与第二剪切腔322的延伸方向垂直设置，气泡在经过第一剪切腔312和第二剪切腔322时，会受到不同角度的快速切割，而被分割成更小体积，使气泡通过曝气口102离开曝气管时体积较小。

[0033] 如图2和图3所示，进一步地，第一剪切单元包括多个第一剪切件311，多个第一剪切件311沿曝气通道101的径向间隔排列设置，相邻的两个第一剪切件311之间围成第一剪切腔312。

[0034] 可以理解的是，如此设置可以形成数量较多的第一剪切腔312，有利于对气泡进行有效分隔。通过设置第一剪切件311之间的间隔，本实施例可以对第一剪切腔312的大小进行调节，进而调节被初次切割后的气泡大小，有利于后续第二剪切单元对被初次切割后的气泡的再次切割，以使气泡形成较小的体积。

[0035] 优选地，第一剪切件311的宽度与第一剪切腔312的宽度相等。

[0036] 如图2和图3所示，进一步地，第二剪切单元包括多个第二剪切件321，多个第二剪切件321沿曝气通道101的径向间隔排列设置，相邻的两个第二剪切件321之间围成第二剪切腔322。

[0037] 可以理解的是，如此设置可以形成数量较多的第一剪切腔312，有利于对气泡进行有效分隔。通过设置第二剪切件321之间的间隔，本实施例可以对第二剪切腔322的大小进行调节，进而调节被二次切割后的气泡大小，以使气泡形成较小的体积。

[0038] 优选地，第二剪切件321的宽度与第二剪切腔322的宽度相等。

[0039] 如图1所示，进一步地，挡板2开设有通孔201，剪切曝气组件3和曝气层4均沿通孔201的外侧周向延伸设置。

[0040] 可以理解的是，如此设置的挡板2主要起分流和拦截的作用，使气泡可以经剪切曝气组件3和曝气层4的曝气作用后通过曝气口102。优选地，通孔201的直径1mm，深度为0.9mm。

[0041] 如图2和图3所示，进一步地，挡板2的通孔201所在侧为第一侧，另一侧为第二侧，挡板2自第一侧至第二侧沿曝气通道101的轴向倾斜向下延伸。

[0042] 可以理解的是，如此设置一方面使挡板2起分流和拦截的作用，另一方面也为剪切曝气组件3和曝气层4提供了安装的位置，有利于提高上述二者的稳定性。

[0043] 优选地，曝气口102沿管体1的周向延伸设置。

[0044] 在其中一个实施例中，第一剪切件311与第一剪切腔312的宽度比为1:1，宽度为0.1mm，曝气层4的曝气孔401与其面积比为3:1，曝气孔401为矩形，边长为0.1mm；曝气口102的宽度为0.3mm；挡板2的通孔201直径1mm，深度为0.9mm；在第一剪切单元、第二剪切单元、曝气层4、曝气口102和挡板2中，相邻两者的间距为0.1mm，管体1下部对接EVA树脂(乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物)直式气管。

[0045] 在另一个实施例中，第一剪切件311与第一剪切腔312的宽度比为1:1，宽度为0.3mm，曝气层4的曝气孔401与其面积比为3:1，曝气孔401为矩形，边长为0.3mm；曝气口102的宽度为0.5mm；挡板2的通孔201直径1.8mm，深度为1.8mm；在第一剪切单元、第二剪切单元、曝气层4、曝气口102和挡板2中，相邻两者的间距为0.4mm，管体1下部对接EVA树脂(乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物)直式气管。

[0046] 本发明的另一方面还提供一种曝气器，包括多个如上述实施例的曝气管，多个曝气通道依次连通。

[0047] 由于采用上述实施例的曝气管，曝气器具有与上述曝气管相同的有益效果，此处不再赘述。

[0048] 优选地，曝气器总长4m，管径4mm，下端开口，上端封闭，曝气器的主体在轴向方向上每隔0.5m设置一个曝气管。

[0049] 本发明还提供一种微藻养殖系统，包括二氧化碳供给系统，由泵将管道烟气送入二氧化碳引进装置，而后二氧化碳气体通过上述实施例的曝气器进入立柱式光合反应器；微藻养殖及收获系统，主体是搭载了上述实施例的曝气器的立柱式光合反应器培，藻种选用小球藻，利用pH值、氧输送、温度等探针监测微藻的生长环境(pH控制为8，环境温度为32℃，光照强度为50000lux)，藻液经过七天培养，培养成熟后，通过回收管、收集口进入收集罐，收集罐中的藻液经过浓缩后变成微藻活性细胞液；循环回水系统，每天晚上将藻液回收入循环罐，第二天搅拌均匀后重新导入反应器，收集罐浓缩后产生的上清液和培养基经过灭菌装置后通入循环罐，同时，进入收集罐前滤出的培养液也进入循环罐，循环罐中的培养液通过循环管进入立柱式光合反应器，立柱光合反应器上端溢出的藻液和气体通过回收/引流回归管分离出产品藻液和循环培养液。

[0050] 与工业上采用的在定点打孔的方式相比，曝气器利用止水阀控制同一导气管上的出口压力，避免了不同立柱出气速率差别过大的问题，同时采用曝气的方式，避免了不同水平高度上气泡尺寸及分布不均的问题。曝气器将气泡生成直径降低了75.4％，达到0.6mm，气泡生成时间降低了52.9％达到4.5s，气液传质效率提高了62％，在立柱中间高度2m处气泡平均直径降低了86.4％，达7.6mm，从而增强立柱式光合反应器中的传质与闪光效应，促进微藻生长速率提高40％，二氧化碳气体到产品微藻细胞活性液生物质的利用效率提高了3.4倍。

[0051] 在另一个实施例中，微藻养殖系统包括二氧化碳供给系统，由泵将99.99％浓度的纯净二氧化碳气体送入二氧化碳引进装置，而后二氧化碳气体通过曝气器进入立柱式光合反应器；微藻养殖及收获系统，主体是搭载了曝气器的立柱式光合反应器，藻种选用螺旋藻，利用pH值、氧输送、温度等探针监测微藻的生长环境(pH控制为10，环境温度为36℃，光照强度为40000lux)，藻液经过五天培养，培养成熟后，通过回收管、收集口进入收集罐，收集罐中的藻液经过浓缩后变成微藻活性细胞液；循环回水系统，每天晚上将藻液回收入循环罐，第二天搅拌均匀后重新导入反应器，收集罐浓缩后产生的上清液和培养基经过灭菌装置后通入循环罐，同时，进入收集罐前滤出的培养液也进入循环罐，循环罐中的培养液通过循环管进入立柱式光合反应器，立柱光合反应器上端溢出的藻液和气体通过回收/引流回归管分离出产品藻液和循环培养液。

[0052] 与工业上采用的在定点打孔的方式相比，本曝气器利用止水阀控制同一导气管上的出口压力，避免了不同立柱出气速率差别过大的问题，同时采用分级曝气的方式，避免了不同水平高度上气泡尺寸及分布不均的问题。曝气器将气泡生成直径降低了43.6％，达到1.8mm，气泡生成时间降低了44.6％达到5.2s，气液传质效率提高了51％，在立柱中间高度
2m处气泡平均直径降低了76.5％，达13mm，从而增强立柱式光合反应器中的传质与闪光效应，促进微藻生长速率提高32％，二氧化碳气体到产品微藻细胞活性液生物质的利用效率提高了2.7倍。

[0053] 综上，本发明实施例提供一种曝气管，其曝气通道可以供气泡通过；挡板起分流和拦截的作用，使气泡可以经剪切曝气组件和曝气层的曝气作用后通过曝气口102；剪切曝气组件设有沿曝气通道的径向交错布置的剪切腔，可以快速将气泡剪切成体积相近的形状；曝气孔可以进一步减小气泡的体积，使气泡通过曝气口102离开曝气管时体积较小。

[0054] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。