微藻空氣凈化系統

李靜　盧彥興　王琳　劉敏勝

摘要：該技術是利用微藻光合作用，將二氧化碳轉化為氧氣對空氣進行凈化。本文介紹的是以板式光生物反應器為依托的微藻光合作用系統，該系統制成隔斷水晶墻適合室內應用，水晶墻式光生物反應器相當于一面“會呼吸的墻”，起到了室內空氣凈化的效果。

關鍵詞：空氣凈化；微藻；光合作用

近些年，隨著污染物排放的增多，我國許多城市的空氣質量狀況普遍不佳，霧霾天氣的增多、PM2.5和PMIO的頻繁爆表使得霧霾已經被國家減災辦、民政部納入自然災害范圍之中。面對霧霾天氣人們只能在戶內活動，為了保證室內的空氣質量，空氣凈化器成為都市人的新寵，目前市面上大多數空氣凈化器都采用過濾的方式減少空氣中的顆粒狀污染物，沒有真正改變室內的含氧量。本文介紹的微藻空氣凈化系統，既可以降低空氣中的污染物又可以降低二氧化碳提高氧氣濃度，同時還有加濕的作用。

1基本原理

1.1微藻生物吸碳技術

利用微藻通過光合作用快速吸收二氧化碳釋放氧氣，富氧空氣攜帶水蒸汽擴散到空氣中，增加濕度，改善空氣質量的技術。

1.2光合作用（Photosynthesis）

藻類利用葉綠素在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物，并釋放出氧氣的生化過程。

光合作用的實質是把CO₂和H₂O轉變為有機物和把光能轉變成ATP中活躍的化學能再轉變成有機物中的穩定的化學能。

CO₂+H₂O（光照、酶、葉綠體）==（CH₂O）+O₂

2技術路線及系統設計

2.1技術路線

微藻在光生物反應器中利用光合作用吸收二氧化碳和反應器中培養液內的營養物質，把二氧化碳中的碳轉化成自身生物質，釋放出氧氣，改善環境質量，經過微藻轉化后的氣體中的二氧化碳基本上被固定在微藻體內，可以大量積累生物質，并且這些生物質中含有大量的油脂、淀粉、多糖等有用的物質，微藻吸收二氧化碳生長到一定階段后，可以進行收集，完成整個過程的空氣凈化和二氧化碳吸收，以及碳固定的環保過程。產生的藻體可用于室內花草的培養，觀賞魚的餌料等，如果應用螺旋藻還可作為保健品直接食用。

2.2系統設計

微藻空氣凈化系統采用屏風式的微藻光合作用裝置。裝置包含微藻養殖系統、布氣系統和底部進氣系統三部分。微藻養殖系統是一個平板式光生物反應器，反應器被分隔成若干隔間，每個隔間的頂部和底部相連通，增加隔間更有利于氣體傳輸，增加氣體轉化時間，隔間的頂部留有空氣排出的出口；布氣系統由布氣管組成，連接進氣系統與養殖系統，布氣管從進氣系統把空氣引入，均勻地傳輸到養殖系統的各個隔間中；進氣系統由空氣泵及除塵裝置組成。

空氣由泵導人氣體凈化器，通過除塵裝置后的氣體由布氣管均勻地擴散到微藻養殖系統的各個隔間中，微藻按一定比例接人到養殖系統的隔間中，空氣經過微藻吸收利用后，其中的二氧化碳轉化成氧氣從微藻養殖系統頂部的出口釋放出來。微藻養殖系統內部被分成若干隔間，有利于微藻混合和氣體吸收，每個隔間的頂部和底部連通有利于藻液的注入和排出。另外空氣凈化裝置還附有空氣質量檢測器，傳感器檢測空氣質量狀況（PM2.5污染物指標）和室內濕度，并通過顯示裝置顯示。

2.3系統優化

微藻空氣凈化系統進行優化和美觀改良，制成隔斷水晶墻適用于室內使用，水晶墻式光生物反應器相當于一面“會呼吸的墻”（見圖1），由于它吸收的是二氧化碳，呼出的是氧氣，起到了室內空氣凈化的效果，同時其外形簡約、美觀、操作方便，又可作為裝飾品進行使用。既節約了空間，同時又起到了美觀裝飾的效果，符合生態環保的健康理念。

3系統驗證

通過水晶墻式微藻空氣凈化系統在室內進行驗證，氣體泵將室內空氣由管路輸送到凈化系統，氣體通過布氣管均勻地擴散到微藻養殖系統的隔斷中，該驗證在40 m²的室內進行，采用螺旋藻進行空氣凈化培養，養殖系統中加入培養基及一定比例的螺旋藻液，對比24 h室內空氣的質量變化。

結果顯示，室內空氣得到了有效的凈化，灰塵等顆粒物明顯減少，顯示器檢測的數據，空氣質量由80變為35，濕度由30變為65，明顯反映出室內的空氣質量變化，反應器也起到了凈化加濕的效果，雖然沒有顯示含氧量，但理論上氧氣與二氧化碳的比例會有所提高。同時經過24 h的培養，藻液的顏色也有明顯加深，說明生物質含量增多，當生物質積累到一定量時進行收獲，收獲的螺旋藻有較高的營養保健功能，蛋白質含量高達58.5%～71%，含有人體必需的8種氨基酸，礦物質和維生素的含量也很豐富，螺旋藻可直接食用，或作為餌料喂魚、澆花等。

4理論分析

5應用情景

室內微藻空氣凈化系統可采用屏風式、圍欄式等多種外形系統。在“2009中國國際工業博覽會”和上海世博會“滬上生態家”展館進行應用展示的為屏風式微藻空氣凈化系統，其材質為玻璃，厚度5 cm，外部主體框架大小為2.4 m×0.2 m×1 m，占地面積為0.2 m²，垂直空間面積較大，為一面屏風，應用的微藻為螺旋藻（見圖2）。

6結論

微藻空氣凈化系統具有以下有益技術效果：第一，可以有效除去廢氣中的污染物，并且通過微藻吸收二氧化碳，同時釋放出氧氣，有利于人體健康，減少了環境的污染，緩解了二氧化碳產生的溫室效應；第二，每天可吸收室內原二氧化碳含量的22.85%，產生11.63g/d的氧氣；第三，此種空氣清潔方法不會給空氣帶來二次污染。