專利名稱：光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)領(lǐng)域，特別涉及一種微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)器裝置。
背景技術(shù)：
利用光生物反應(yīng)器生產(chǎn)微藻是國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的熱點(diǎn)，多年來(lái)人們嘗試過(guò)各種設(shè)計(jì)方 案。自上世紀(jì)50年代起，人們就開始研究使用封閉式光生物反應(yīng)器進(jìn)行微藻培養(yǎng)，50 80年代這一領(lǐng)域的發(fā)展非常緩慢，1983年P(guān)irt S. J.等建立了光反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作理 論及計(jì)算機(jī)控制裝置，以后在以色列、意大利、西班牙、日本、美國(guó)、法國(guó)、新加坡、加 拿大等國(guó)都開展了研究工作。為減少光程以增大單個(gè)細(xì)胞接受到的光能、充分混合以保證 最適光強(qiáng)有效供給、增強(qiáng)氣體交換，目前設(shè)計(jì)使用的封閉式光生物反應(yīng)器主要包括管式反 應(yīng)器、平板式反應(yīng)器和柱式反應(yīng)器等三種基礎(chǔ)形式。
管式光生物反應(yīng)器已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。日本的Watanabe和Saiki報(bào)道了一種錐體 螺旋管式反應(yīng)器，每天12小時(shí)室內(nèi)照射，可產(chǎn)小球藻(Chlorella sp.)0.68 gDW/L/day 或21.5 gDW/m2/day;巴西阿爾梅里亞的Molina等報(bào)道用水平管式反應(yīng)器室外培養(yǎng)三角 褐指藻(Phaeodactylum tricornut咖)，產(chǎn)量為1. 9 gDW/L/day或32 gDW/m2/day;意大 利的Carlozzi報(bào)道使用其自己設(shè)計(jì)的波形管式反應(yīng)器室外培養(yǎng)鈍頂節(jié)旋藻(Arthrospira platensis)，最高產(chǎn)量可達(dá)2. 7 gDW/L/day;巴西阿爾梅里亞的Hall等報(bào)道用圓筒型螺 旋管式反應(yīng)器室外培養(yǎng)三角褐指藻(P. tricornutum)，產(chǎn)量為1. 4 gDW/L/day; Sanchez 等利用平行直管培養(yǎng)三角褐指藻的產(chǎn)量為1.48gDW/L/day; Degen等通過(guò)閃光影響，產(chǎn)綠 球藻(Chlorella)為0. 11 gDW/L/day; Richmond和Cheng-Wu優(yōu)化了光路距離，平均可以 獲取微擬球藻(Nannochloropsis sp.)0.24 gDW/L/day或12.1 gDW/m2/day; Grobbelaar 和Kurano使用多隔間反應(yīng)器培養(yǎng)水生集胞藻(Synechocystis aquatilis)，產(chǎn)量高達(dá)67. 7 gDW/m2/day;據(jù)Pula報(bào)道，2000年在德國(guó)沃爾夫斯堡建成一套緊密垂直排布、水平流動(dòng) 的大型管式光生物反應(yīng)器，玻璃管直徑為4厘米，總長(zhǎng)50萬(wàn)米，總體積700立方米，占地面積1萬(wàn)平米，年產(chǎn)小球藻干重130 150噸；我國(guó)已有1000升的玻璃管道式光生物反 應(yīng)器用于小球藻大規(guī)模培養(yǎng)。
管式光生物反應(yīng)器有一定不足。首先，管式反應(yīng)器的緩沖儲(chǔ)水部分會(huì)形成黑暗區(qū)域， 通常占總?cè)莘e的10 15%，微藻在該暗區(qū)將吸收氧氣釋放二氧化碳，不再進(jìn)行光合作用， 反而開始呼吸作用，因此微藻生物量往往只能達(dá)到理論最大值的85 90%;其次，培養(yǎng)液 中會(huì)積累高濃度的氧分子，進(jìn)而抑制光合作用；再次，管式反應(yīng)器中泵的葉輪會(huì)產(chǎn)生剪切 力，對(duì)微藻細(xì)胞構(gòu)成傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服管式光生物反應(yīng)器現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一整套制作簡(jiǎn)單、拆卸方 便、高效率培養(yǎng)微藻的解決方案。
本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種光生物反應(yīng)器，其特征在于，包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、反應(yīng)區(qū)域、氣體 交換裝置，還可設(shè)有支撐架，所述緩沖/收集系統(tǒng)為透明圓桶，在緩沖/收集系統(tǒng)側(cè)壁和底 部分別延伸出循環(huán)管路，所述檢測(cè)裝置通過(guò)緩沖/收集系統(tǒng)頂蓋浸入緩沖/收集系統(tǒng)內(nèi)部， 所述反應(yīng)區(qū)域?yàn)槎喔该鞴夥磻?yīng)管，通過(guò)蠕動(dòng)泵與循環(huán)管路相連，所述氣體交換裝置與反 應(yīng)區(qū)域相連。
所述緩沖/收集系統(tǒng)的底部為倒圓錐型。
所述緩沖/收集系統(tǒng)的頂蓋通過(guò)法蘭與緩沖/收集系統(tǒng)相接。 所述檢測(cè)裝置包括溫度檢測(cè)器、pH檢測(cè)器和溶氧檢測(cè)器。
所述循環(huán)管路由緩沖/收集系統(tǒng)側(cè)壁和底部分別延伸并交匯于三通，成一根管路，兩 根循環(huán)管路在三通前各接有閥門。
所述底部延伸的循環(huán)管路通過(guò)三通繼續(xù)向下延伸，并接有閥門。 所述管道泵通過(guò)一根一進(jìn)多出接口及流量計(jì)連接反應(yīng)區(qū)域的多根光反應(yīng)管。 所述光反應(yīng)管的兩端封蓋均為半球形，通過(guò)法蘭與光反應(yīng)管相接。 所述氣體交換裝置包括氣泵和光反應(yīng)管外部的三通。
所述支撐架包括緩沖/收集系統(tǒng)支撐架和光反應(yīng)管支撐架，其中光反應(yīng)管支撐架包括 多根不銹鋼的帶孔豎支架和多根不銹鋼的帶圓箍橫支架。
光反應(yīng)管可以為單管，也可每?jī)筛鶠橐唤M成u型管狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為u型管狀結(jié)構(gòu)。
支撐架上的橫支架用螺栓固定于豎支架上，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應(yīng)不同光照角度，保證各光反應(yīng)管中的微藻得到足夠光照強(qiáng)度。
本發(fā)明具有下述技術(shù)效果
1. 本發(fā)明的管式光生物反應(yīng)器通過(guò)雙管路的緩沖/收集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)/收集的連 續(xù)化，透明的緩沖/收集系統(tǒng)避免了正常光照下形成黑暗區(qū)域而導(dǎo)致的呼吸作用，同時(shí) 有利于觀察培養(yǎng)和收集情況。
2. 采用的蠕動(dòng)泵可有效避免剪切力對(duì)微藻的傷害。
3. 在光反應(yīng)管前端安有流量計(jì)和閥門，調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的流動(dòng)速率，保證營(yíng)養(yǎng)分布均勻。
4. 光反應(yīng)管兩端的封蓋上均有接頭，可根據(jù)實(shí)際情況相互連接，調(diào)整水流方向；法 蘭接口的封蓋在必要時(shí)可直接拆卸，便于清洗。
5. 光反應(yīng)管支撐架上的橫支架由螺栓固定于豎支架的圓孔之間，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié) 高度，以適應(yīng)不同光照角度。
6. 并聯(lián)多道管路的設(shè)計(jì)減少了培養(yǎng)液循環(huán)時(shí)間，有利于氧氣及時(shí)排出。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例光生物反應(yīng)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例光生物反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記1-緩沖/收集系統(tǒng)；2-管路閥門一；3_管路閥門二； 4_循環(huán)管路；5_蠕動(dòng)
泵；6-溫度檢測(cè)器；7-pH檢測(cè)器；8-溶氧檢測(cè)器；9-法蘭；10-出口閥門；11-流速控制
閥；12-液體流量計(jì)；13-三通；14-封蓋；15-光反應(yīng)管；16-法蘭；17-—進(jìn)多出接頭；18-
豎支架；19-橫支架。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明管式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主要由緩沖/收集系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、反應(yīng)區(qū)域、氣體 交換裝置以及支撐架組成。其中緩沖/收集系統(tǒng)1使用透光性很好的有機(jī)玻璃制作，包括
半球型桶蓋、圓柱型桶身和倒圓錐型桶底，均使用法蘭9連接。在桶身側(cè)壁中部和桶底分 別延伸出循環(huán)管路4，并交匯于三通，成一根管路，連到蠕動(dòng)泵5。兩根循環(huán)管路在三通前接有管路閥門2和管路閥門3，底部延伸的循環(huán)管路通過(guò)三通繼續(xù)向下延伸，并接有出 口閥門10。檢測(cè)裝置包括溫度檢測(cè)器6、 pH檢測(cè)器7和溶氧檢測(cè)器8。循環(huán)管路經(jīng)一進(jìn)多 出接頭17分成五條管路連至光反應(yīng)管15，每條管路均安有流速控制閥11和液體流量計(jì) 12，進(jìn)口前連有三通13用于通氣，光反應(yīng)管通過(guò)法蘭16連接封蓋14。光反應(yīng)管支撐架 包括六根不銹鋼的帶孔豎支架18和多根不銹鋼的帶圓箍橫支架19。
連續(xù)運(yùn)行時(shí)，將配制的培養(yǎng)液由緩沖/收集系統(tǒng)的半球型桶蓋頂部注入，關(guān)閉管路閥 門2和出口閥門10，打開管路閥門3，培養(yǎng)液由緩沖/收集系統(tǒng)底部流出，通過(guò)蠕動(dòng)泵5 打至一進(jìn)多出接頭17，分成五條管路進(jìn)入光反應(yīng)管15，從左側(cè)一列的五根管流入，從右 側(cè)一列的五根管流出，通過(guò)相同的一進(jìn)多出接頭匯聚為一條管路，經(jīng)半球型桶蓋頂部返回 緩沖/收集系統(tǒng)。使用流速控制閥11和液體流量計(jì)12控制五條管路內(nèi)培養(yǎng)液的流速保持 一致，使用氣泵將含有二氧化碳的氣體， 一般為空氣，通過(guò)三通13打入光反應(yīng)管，為微 藻提供必要的碳源，溫度檢測(cè)器6、 pH檢測(cè)器7和溶氧檢測(cè)器8的探頭從半球型桶蓋頂部 進(jìn)入緩沖/收集系統(tǒng)，在線檢測(cè)溫度、pH值和溶氧情況。
準(zhǔn)備藻體收集時(shí)，關(guān)閉管路閥門3，打開管路閥門2，使培養(yǎng)液從緩沖/收集系統(tǒng)側(cè)壁 流出，由于藻體密度比較大，會(huì)逐漸沉降到緩沖/收集系統(tǒng)的倒圓錐型桶底。當(dāng)藻體積累 到一定量時(shí)，暫時(shí)停止蠕動(dòng)泵5，打開出口閥門10，收集藻體。而后關(guān)閉管路閥門2和出 口閥門IO，打開管路閥門3，從緩沖/收集系統(tǒng)頂部補(bǔ)充培養(yǎng)液，打開蠕動(dòng)泵5實(shí)現(xiàn)連續(xù) 高密度的微藻培養(yǎng)。
光反應(yīng)管15每?jī)筛鶠橐唤M，共五組，支撐架上的橫支架19用螺栓固定于豎支架18 上，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應(yīng)不同光照角度，保證五組光反應(yīng)管中的微藻得到足夠 光照強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種光生物反應(yīng)器，包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、反應(yīng)區(qū)域、氣體交換裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器，其特征在于緩沖/收集系統(tǒng)為透明圓桶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)區(qū)域?yàn)槎喔该鞴夥磻?yīng)管，通過(guò)泵 與循環(huán)管路相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的光生物反應(yīng)器，其特征在于，泵為蠕動(dòng)泵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的光生物反應(yīng)器，其特征在于，泵通過(guò)一根一進(jìn)多出接口及流量計(jì)連接反應(yīng)區(qū)域的多根光反應(yīng)管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器，其特征在于，在反應(yīng)區(qū)域光反應(yīng)管前端安有流量計(jì)和 閥門，調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的流動(dòng)速率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng)區(qū)域光反應(yīng)管的兩端封蓋均為半球 形，通過(guò)法蘭與光反應(yīng)管相接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器，其特征在于，檢測(cè)裝置包括溫度檢測(cè)器、pH檢測(cè)器和 溶氧檢測(cè)器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一種光生物反應(yīng)器，其特征在于，光生物反應(yīng)器包括支撐架。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的光生物反應(yīng)器，其特征在于，支撐架包括緩沖/收集系統(tǒng)支撐架和光反 應(yīng)管支撐架，其中光反應(yīng)管支撐架包括多根豎支架和多根橫支架，橫支架固定于豎支架上， 可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應(yīng)不同光照角度，保證各組光反應(yīng)管中的微藻得到足夠光照強(qiáng) 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光生物反應(yīng)器，旨在提供一整套制作簡(jiǎn)單、拆卸方便、高效率培養(yǎng)微藻的解決方案。該光生物反應(yīng)器包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、反應(yīng)區(qū)域以及氣體交換裝置，所述緩沖/收集系統(tǒng)為錐形底部的透明圓桶，連接兩條管路分別用于循環(huán)培養(yǎng)和藻體收集，檢測(cè)裝置從緩沖/收集系統(tǒng)上部接入；所述反應(yīng)區(qū)域由多根圓型透明光反應(yīng)管構(gòu)成，氣體交換裝置接于反應(yīng)區(qū)域內(nèi)部。該光生物反應(yīng)器通過(guò)蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)體系的循環(huán)，通過(guò)氣泵和多個(gè)氣閥調(diào)節(jié)各個(gè)光反應(yīng)管的通氣量，操作簡(jiǎn)便、傳質(zhì)效率高，十分適于微藻快速大量培養(yǎng)。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101597567SQ20081011048
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者劉敏勝, 悅 石, 馬欣欣 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司