微藻空气净化系统
李静 卢彦兴 王琳 刘敏胜
摘要：该技术是利用微藻光合作用，将二氧化碳转化为氧气对空气进行净化。本文介绍的是以板式光生物反应器为依托的微藻光合作用系统，该系统制成隔断水晶墙适合室内应用，水晶墙式光生物反应器相当于一面“会呼吸的墙”，起到了室内空气净化的效果。
关键词：空气净化；微藻；光合作用
近些年，随着污染物排放的增多，我国许多城市的空气质量状况普遍不佳，雾霾天气的增多、PM2.5和PMIO的频繁爆表使得雾霾已经被国家减灾办、民政部纳入自然灾害范围之中。面对雾霾天气人们只能在户内活动，为了保证室内的空气质量，空气净化器成为都市人的新宠，目前市面上大多数空气净化器都采用过滤的方式减少空气中的颗粒状污染物，没有真正改变室内的含氧量。本文介绍的微藻空气净化系统，既可以降低空气中的污染物又可以降低二氧化碳提高氧气浓度，同时还有加湿的作用。
1基本原理
1.1微藻生物吸碳技术
利用微藻通过光合作用快速吸收二氧化碳释放氧气，富氧空气携带水蒸汽扩散到空气中，增加湿度，改善空气质量的技术。
1.2光合作用（Photosynthesis）
藻类利用叶绿素在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。
光合作用的实质是把CO2和H2O转变为有机物和把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能。
CO2+H2O（光照、酶、叶绿体）==（CH2O）+O2
2技术路线及系统设计
2.1技术路线
微藻在光生物反应器中利用光合作用吸收二氧化碳和反应器中培养液内的营养物质，把二氧化碳中的碳转化成自身生物质，释放出氧气，改善环境质量，经过微藻转化后的气体中的二氧化碳基本上被固定在微藻体内，可以大量积累生物质，并且这些生物质中含有大量的油脂、淀粉、多糖等有用的物质，微藻吸收二氧化碳生长到一定阶段后，可以进行收集，完成整个过程的空气净化和二氧化碳吸收，以及碳固定的环保过程。产生的藻体可用于室内花草的培养，观赏鱼的饵料等，如果应用螺旋藻还可作为保健品直接食用。
2.2系统设计
微藻空气净化系统采用屏风式的微藻光合作用装置。装置包含微藻养殖系统、布气系统和底部进气系统三部分。微藻养殖系统是一个平板式光生物反应器，反应器被分隔成若干隔间，每个隔间的顶部和底部相连通，增加隔间更有利于气体传输，增加气体转化时间，隔间的顶部留有空气排出的出口；布气系统由布气管组成，连接进气系统与养殖系统，布气管从进气系统把空气引入，均匀地传输到养殖系统的各个隔间中；进气系统由空气泵及除尘装置组成。
空气由泵导人气体净化器，通过除尘装置后的气体由布气管均匀地扩散到微藻养殖系统的各个隔间中，微藻按一定比例接人到养殖系统的隔间中，空气经过微藻吸收利用后，其中的二氧化碳转化成氧气从微藻养殖系统顶部的出口释放出来。微藻养殖系统内部被分成若干隔间，有利于微藻混合和气体吸收，每个隔间的顶部和底部连通有利于藻液的注入和排出。另外空气净化装置还附有空气质量检测器，传感器检测空气质量状况（PM2.5污染物指标）和室内湿度，并通过显示装置显示。
2.3系统优化
微藻空气净化系统进行优化和美观改良，制成隔断水晶墙适用于室内使用，水晶墙式光生物反应器相当于一面“会呼吸的墙”（见图1），由于它吸收的是二氧化碳，呼出的是氧气，起到了室内空气净化的效果，同时其外形简约、美观、操作方便，又可作为装饰品进行使用。既节约了空间，同时又起到了美观装饰的效果，符合生态环保的健康理念。
3系统验证
通过水晶墙式微藻空气净化系统在室内进行验证，气体泵将室内空气由管路输送到净化系统，气体通过布气管均匀地扩散到微藻养殖系统的隔断中，该验证在40 m2的室内进行，采用螺旋藻进行空气净化培养，养殖系统中加入培养基及一定比例的螺旋藻液，对比24 h室内空气的质量变化。
结果显示，室内空气得到了有效的净化，灰尘等颗粒物明显减少，显示器检测的数据，空气质量由80变为35，湿度由30变为65，明显反映出室内的空气质量变化，反应器也起到了净化加湿的效果，虽然没有显示含氧量，但理论上氧气与二氧化碳的比例会有所提高。同时经过24 h的培养，藻液的颜色也有明显加深，说明生物质含量增多，当生物质积累到一定量时进行收获，收获的螺旋藻有较高的营养保健功能，蛋白质含量高达58.5%～71%，含有人体必需的8种氨基酸，矿物质和维生素的含量也很丰富，螺旋藻可直接食用，或作为饵料喂鱼、浇花等。
4理论分析
5应用情景
室内微藻空气净化系统可采用屏风式、围栏式等多种外形系统。在“2009中国国际工业博览会”和上海世博会“沪上生态家”展馆进行应用展示的为屏风式微藻空气净化系统，其材质为玻璃，厚度5 cm，外部主体框架大小为2.4 m×0.2 m×1 m，占地面积为0.2 m2，垂直空间面积较大，为一面屏风，应用的微藻为螺旋藻（见图2）。
6结论
微藻空气净化系统具有以下有益技术效果：第一，可以有效除去废气中的污染物，并且通过微藻吸收二氧化碳，同时释放出氧气，有利于人体健康，减少了环境的污染，缓解了二氧化碳产生的温室效应；第二，每天可吸收室内原二氧化碳含量的22.85%，产生11.63g/d的氧气；第三，此种空气清洁方法不会给空气带来二次污染。
