專利名稱：支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)及其操作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及在微藻細(xì)胞工程培養(yǎng)中，用于支撐關(guān)鍵設(shè)備
生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)及其操作工藝。
背景技術(shù)：
微藻是人類社會未來生存和發(fā)展的重要生物資源。首先微藻是生物圈中第一生產(chǎn)力的重要組成部分，是水生態(tài)系統(tǒng)中水產(chǎn)動物整個生長過程(或特定發(fā)育階段)的唯一餌料或餌料生物的餌料。同時，微藻種類數(shù)量接近植物種類的50%，在種質(zhì)、生態(tài)分布、遺傳信息、生化組成、代謝途徑等方面具有出多樣性、復(fù)雜性和特殊性，進(jìn)一步?jīng)Q定了其潛在的營養(yǎng)和藥學(xué)價值，人類可能從中開發(fā)出大量結(jié)構(gòu)特異的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水產(chǎn)餌料等產(chǎn)品。 但是，自然界微藻高度混雜和分散，并沒有大量單一種類的微藻可以直接收集，因此開發(fā)微藻資源需要通過工程培養(yǎng)生產(chǎn)原料。國際上，微藻規(guī)模化人工培養(yǎng)目前主要有開放池和封閉光生物反應(yīng)器2類方式 開放式培養(yǎng)(如循環(huán)跑道池)相對簡單、投資低。但該方式培養(yǎng)條件變化較大，微藻產(chǎn)率低，并存在嚴(yán)重的生物污染。任何來自于水源、空氣、肥料、儀器、以及操作等的天敵生物(如原生動物)以及其它藻類都極易侵入污染，常常導(dǎo)致整個培養(yǎng)徹底失敗，直接限制了影響微藻培養(yǎng)和資源開發(fā)。只有極少數(shù)能在極端環(huán)境中生長的微藻(如在高PH環(huán)境中快速生長的螺旋藻和在高鹽度中成為優(yōu)勢種的鹽藻)可以利用該方式培養(yǎng)成功。
封閉式光生物反應(yīng)器投資費(fèi)用相對較大，由于可以調(diào)控多項(xiàng)培養(yǎng)參數(shù)，更易于控制生物污染，培養(yǎng)微藻的產(chǎn)率更高，因此成為近年來本領(lǐng)域研發(fā)趨勢。目前用于實(shí)驗(yàn)室和小試研究的各類封閉式光生物反應(yīng)器已經(jīng)很多，有平板光生物反應(yīng)器、缸或罐狀生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器、管道(含螺旋管道、平行管道等)光生物反應(yīng)器、半圓型生物堆反應(yīng)器等等。但是，以往在光生物反應(yīng)器方面的工作多關(guān)注不同光生物反應(yīng)器的體積、表面積、表面積/體積比率、反應(yīng)體積大小、培養(yǎng)參數(shù)控制等，很少關(guān)注光生物反應(yīng)器運(yùn)行不可缺少的附屬支撐管道系統(tǒng)，因此造成支撐每一個光生物反應(yīng)器的管道沒有很好地整合，管道數(shù)量很多，如藻種管道、多條物料進(jìn)入管道(如營養(yǎng)液、培養(yǎng)液和清洗水管道)、維持酸堿平衡添加酸堿的管道、氣體進(jìn)出管道、卸料管道等IO余條管道。另外，管道內(nèi)不同物料運(yùn)輸和維護(hù)需要依賴不同類型的控制泵體，大大提高了設(shè)施投資成本。造成上述現(xiàn)象的原因主要是以往光生物反應(yīng)器多用于實(shí)驗(yàn)性研究，常常以單元來使用、培養(yǎng)規(guī)模非常小，對規(guī)模培養(yǎng)的反應(yīng)器組管道系統(tǒng)還很少涉及，故沒有得到應(yīng)有重視。 微藻資源開發(fā)終究實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，因此降低設(shè)備及其管道系統(tǒng)成本始終是應(yīng)用發(fā)展的大趨勢。其次，微藻資源開發(fā)是規(guī)?；こ?，在細(xì)胞工程培養(yǎng)放大過程中，不僅要提高和完善反應(yīng)器的本身性能，而且要增加反應(yīng)器培養(yǎng)體積，同時還要將光生物反應(yīng)器單元進(jìn)行不同程度的連接整合成為二元、三元……甚至多元光生物反應(yīng)器組，然后再將不同單元的反應(yīng)器組進(jìn)一步連接，不斷擴(kuò)大規(guī)模。這樣勢必對附屬管道系統(tǒng)構(gòu)建提出了更高要求，需要進(jìn)行合理科學(xué)地整合。 因此，在保障有效支撐光生物反應(yīng)器發(fā)揮其效能的前提下，如何將反應(yīng)器單元并聯(lián)成單元組，簡化或合并管道，降低管道數(shù)量，減少甚至擺脫對泵體的依賴，大幅度降低附屬管道系統(tǒng)的生產(chǎn)成本和管理維護(hù)支出；同時，如何對正常使用后的管道系統(tǒng)充分有效地沖刷洗滌，維護(hù)管道系統(tǒng)長期運(yùn)轉(zhuǎn)，降低管道內(nèi)生物殘存量，避免可能潛在的生物污染，提高規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)效率，成為微藻生物技術(shù)規(guī)模化發(fā)展中的關(guān)鍵核心技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對式封閉式光生物反應(yīng)器在微藻放大規(guī)?；囵B(yǎng)中出現(xiàn)管道系統(tǒng)支撐落后問題，本發(fā)明的目的在于提供一種支撐微藻細(xì)胞工程培養(yǎng)中生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)及其操作工藝，結(jié)合實(shí)際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過不斷實(shí)驗(yàn)，利用虹吸原理和液體受地球引力作用從高位向底位自然移動規(guī)律，成功地構(gòu)建了一種簡化管道數(shù)量、同時擺脫了依賴泵體帶動液體流動的新型附屬管道系統(tǒng)，可支撐微藻細(xì)胞工程培養(yǎng)中生物反應(yīng)器組放大和良性運(yùn)轉(zhuǎn)。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，該管道系統(tǒng)為管道組和開關(guān)組構(gòu)成，管
道組包括培養(yǎng)液管道、藻種管道、氣體管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道、卸料分支管道、總
上料管道和總卸料管道，總上料管道一端分別與培養(yǎng)液管道、氣體管道、藻種管道連通，總
上料管道另一端通過多通分別與反應(yīng)器單元和總卸料管道連通，多通與反應(yīng)器單元相連的
管路為反應(yīng)器上料及卸料分支管道，多通與總卸料管道相連的管路為卸料分支管道；開關(guān)
組包括培養(yǎng)液管道開關(guān)、藻種管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、上料分支管道開關(guān)、
反應(yīng)器單元開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)，在培養(yǎng)液管道上安裝有培養(yǎng)液管
道開關(guān)，在藻種管道上安裝有藻種管道開關(guān)，在氣體管道上安裝有氣體管道開關(guān)，在培養(yǎng)液
管道與總上料管道相通的管路上安裝有液體管道開關(guān)，在總上料管道與多通相連的管路上
安裝上料分支管道開關(guān)，在反應(yīng)器上料及卸料分支管道上安裝有反應(yīng)器單元開關(guān)，在卸料
分支管道上安裝卸料分支管道開關(guān)，在總卸料管道上安裝卸料管道總開關(guān)。
1.管道系統(tǒng)由管道組和開關(guān)組構(gòu)成。管道組由培養(yǎng)液管道、氣體管道、藻種管道、
卸料管道組成。開關(guān)組由培養(yǎng)液管道開關(guān)、藻種管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、上
料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)組成。 2.管道組分上料管道和卸料管道二部分 在上料管道部分中，管道一端分別與過濾混合氣體、藻種和營養(yǎng)液儲存罐連接，另一端同反應(yīng)器單元連接，通過控制開關(guān)向反應(yīng)器單元內(nèi)添加培養(yǎng)液、接種和提供混合氣體。為節(jié)省上料管道量和減少相應(yīng)控制開關(guān)數(shù)量，首先將藻種管道與培養(yǎng)液管道進(jìn)行連接，然后再與通氣管道連接，匯成單一的總上料管道，直達(dá)各個反應(yīng)器組；隨后從總上料管道上分流出分支管道，并進(jìn)一步細(xì)分出到各個反應(yīng)器單元的分支管道，分支管道直接通到各反應(yīng)器底部。因此，上料管道兼具多種添加水分或營養(yǎng)液、接種藻液、通混合氣體等多種功能，管道運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還可以得到有效沖洗。 在卸料管道部分，管道一端分別與反應(yīng)器單元連接，采集各反應(yīng)器單元內(nèi)所培養(yǎng)后的藻液，經(jīng)過反應(yīng)器組的分支卸料管道與總卸料管道連接，最后進(jìn)入到收集塔或其它下游反應(yīng)設(shè)施裝置中，行使收獲藻液的功能。 另外，各個反應(yīng)器單元內(nèi)的分支管道兼具上料及卸料的雙重功能，即所謂的采集分支管道與上料分支管道為同一條管道。 3.開關(guān)組開關(guān)根據(jù)自動化程度要求不同，可以為不同人工調(diào)節(jié)的機(jī)械開關(guān)，也可以為自動控制的電磁開關(guān)。主要通過打開或關(guān)閉培養(yǎng)液管道、藻種管道、液體管道、氣體管道、上料分支管道、反應(yīng)器單元、卸料分支管道和卸料總管道，發(fā)揮不同上料、卸料、清洗、接種和通氣等多種功能。 4.為減少收獲藻液對管道泵體的依賴，設(shè)計(jì)了分支卸料收獲管道，通過先向分支
卸料管道灌注液體，利用地球重力從管道內(nèi)排出過程中自然產(chǎn)生負(fù)壓，將反應(yīng)器單元內(nèi)的
藻液虹吸通過一定高度再排放到分支卸料管道中，然后借助虹吸力和液體從高位自然向低
位流動現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)收獲并擺脫上述過程對管道泵體的依賴，降低成本，減少不必要的污染。 5.本發(fā)明管道系統(tǒng)中反應(yīng)器組的各反應(yīng)器單元數(shù)量、類型和并聯(lián)放大規(guī)模可以任
意組合。 本發(fā)明的管道系統(tǒng)支撐的生物反應(yīng)器可以為單元，也可以為二元組、三元組……，直至多元組，而光生物反應(yīng)器的類型很多，有平板光生物反應(yīng)器、缸或罐狀生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器、管道(含螺旋管道、平行管道等)光生物反應(yīng)器或半圓型生物堆反應(yīng)器等等。因此，本發(fā)明的管道系統(tǒng)不受反應(yīng)器類型限制，可同上述不同的反應(yīng)器單元進(jìn)行連接與整合，形成統(tǒng)一整體。 在每一條并聯(lián)反應(yīng)器兩列的中間上方架設(shè)一條總上料管道，然后在并聯(lián)反應(yīng)器兩列中間的下方地面鋪設(shè)一條總卸料管道。將總上料管道在溫室車間內(nèi)連接在一起，總卸料管道與收獲系統(tǒng)完成對接。 6.為實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)的上料、卸料和自動清洗功能，具體操作工藝流程如下
(1)分別關(guān)閉藻種管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)、卸料管道總開關(guān)，然后依次打開培養(yǎng)液管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、上料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)，已經(jīng)配制和消毒的培養(yǎng)液經(jīng)過培養(yǎng)液管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道，進(jìn)入反應(yīng)器單元。 (2)每一個培養(yǎng)反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)液達(dá)到所需要體積，一般控制在總?cè)萘康?/3-2/3時，關(guān)閉對應(yīng)的反應(yīng)器單元開關(guān)。 (3)當(dāng)所有的反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)液均達(dá)到所需要的體積后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)；然后打開藻種管道開關(guān)，再依次打開相應(yīng)反應(yīng)器單元開關(guān)，藻種通過藻種管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道分別流向每個反應(yīng)器單元，自動進(jìn)行接種；藻液接種完成后，分別關(guān)閉對應(yīng)的反應(yīng)器單元開關(guān)。 (4)待所有反應(yīng)器接種完畢，關(guān)閉藻種管道開關(guān)；然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)，再次打開反應(yīng)器單元開關(guān)，培養(yǎng)液經(jīng)過管道培養(yǎng)液管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道，罐入每一個反應(yīng)器單元中，直到達(dá)到理想培養(yǎng)體積為止，然后關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)。該過程可沖洗分支管道，同時將管道內(nèi)殘余的接種藻液充分沖入到反應(yīng)器單元中。 (5)所有反應(yīng)器灌滿培養(yǎng)液后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)和液體管道開關(guān)，打開氣體管道開關(guān)和反應(yīng)器單元開關(guān)，混合氣體(混合氣體是指空氣和二氧化碳，其中二氧化碳的體積含量為0. 5-2% )通過混合氣體管道和反應(yīng)器上料及卸料分支管道進(jìn)入反應(yīng)器單元中，開始沖氣培養(yǎng)，形成氣泡，氣泡上升帶動培養(yǎng)藻液在反應(yīng)器單元內(nèi)不斷流動，發(fā)揮攪拌、混勻、有效補(bǔ)充二氧化碳?xì)怏w、充分解析氧氣、細(xì)胞均勻獲得光線等多重目的，同時可避免反應(yīng)器單元內(nèi)存在死角、降低光抑制現(xiàn)象和光不足問題的發(fā)生，沖氣量通過反應(yīng)器單元開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(6)經(jīng)過一段時間培養(yǎng)，反應(yīng)器單元內(nèi)藻液達(dá)到收獲密度，可進(jìn)行藻液收獲。收
獲藻液時，先關(guān)閉氣體管道開關(guān)和反應(yīng)器單元開關(guān)，然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)、液體管道開
關(guān)、卸料分支管道開關(guān)，卸料分支管道中充滿液體后，關(guān)閉上料分支管道開關(guān)。
(7)打開卸料管道總開關(guān)，打開反應(yīng)器單元開關(guān)和卸料分支管道開關(guān)，卸料分支管
道內(nèi)的液體流向總卸料管道，同時形成負(fù)壓，帶動反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)藻液，通過反應(yīng)器上料
及卸料分支管道和卸料分支管道，流入總卸料管道，完成自動卸料功能。
(8)待反應(yīng)器單元內(nèi)的培養(yǎng)藻液排放到所收獲的數(shù)量后，關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)；
當(dāng)所有培養(yǎng)單元都完成卸料收獲后，打開上料分支管道開關(guān)，充分沖刷卸料分支管道和總
卸料管道內(nèi)殘存藻液，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)，打開反應(yīng)器單元開關(guān)，向反應(yīng)器單元中回
補(bǔ)培養(yǎng)液，到所需要的體積。
(9)當(dāng)所有反應(yīng)器單元都完成培養(yǎng)液回補(bǔ)后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)和液體管道開關(guān)，打開氣體管道開關(guān)，使管道內(nèi)殘存的培養(yǎng)液進(jìn)入反應(yīng)器單元；然后稍微打開卸料分支管道開關(guān)，將卸料管道內(nèi)殘存液體全部排凈，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)，完成自動卸料并重新開始另一輪微藻細(xì)胞培養(yǎng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1.本發(fā)明管道系統(tǒng)由管道組和開關(guān)組構(gòu)成，前者包含培養(yǎng)液管道、氣體管道、藻種
管道、卸料管道，而后者包含培養(yǎng)液管道開關(guān)、藻種管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、
上料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)。首先，將不同管
道有效地連接在一起，并依靠相關(guān)開關(guān)阻斷或控制管道內(nèi)液體或氣體的流動去向，通過規(guī)范
化操作流程，在擺脫了培養(yǎng)藻液轉(zhuǎn)移過程對水泵依賴基礎(chǔ)上，可有效打開或關(guān)閉相關(guān)開關(guān)，實(shí)
現(xiàn)連通或阻斷管道，并保障管道得到充分沖洗，降低管道內(nèi)細(xì)胞殘存量，避免交叉污染。 2、本發(fā)明管道系統(tǒng)為單元、二元、三元……多元生物反應(yīng)器提供支撐，可用于規(guī)模
化連續(xù)和半連續(xù)細(xì)胞工程培養(yǎng)微藻，生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品或提供水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料。 3、本發(fā)明將多路上料管道匯并到一起，將反應(yīng)器單元的上料及卸料分支管道合
并，節(jié)約了管道用量，降低管道成本。 4、本發(fā)明由于簡化管道數(shù)量，工程管道的整體布局簡潔、流暢、整齊。 5、本發(fā)明管道通過開關(guān)系統(tǒng)的開閉調(diào)節(jié)，具備自動清洗功能，降低管道系統(tǒng)不必
要的污染。 6、本發(fā)明利用虹吸原理和從高位向低位自然流淌的規(guī)律，節(jié)約液體物料運(yùn)輸傳導(dǎo)過程的電力消耗，解決能源，降低運(yùn)行成本。 7、本發(fā)明減少甚至擺脫了卸料對管道泵體的依賴，降低成本，避免了泵體使用過程中可能造成的污染，污染率低，成功率。


圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例微藻細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的附屬管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例微藻細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的附屬管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1培養(yǎng)液管道開關(guān)；2藻種管道開關(guān)；3液體管道開關(guān)；4氣體管道開關(guān)；5上料分支管道開關(guān)；6反應(yīng)器單元開關(guān)；7卸料分支管道開關(guān)；8卸料分支管道開關(guān)；9卸料管道總開關(guān)；10氣體管道；11培養(yǎng)液管道；12藻種管道；13反應(yīng)器上料及卸料分支管道；14反應(yīng)器單元；15氣泡；16培養(yǎng)藻液；17卸料分支管道；18總卸料管道；19多通；20總上料管道。
具體實(shí)施例方式如圖1-2所示，本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)如下 本發(fā)明支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，該管道系統(tǒng)為管道組和開關(guān)組構(gòu)成，管道組包括培養(yǎng)液管道11、藻種管道12、氣體管道10、反應(yīng)器上料及卸料分支管道13、卸料分支管道17、總上料管道20和總卸料管道18，總上料管道20 —端分別與培養(yǎng)液管道
11、 氣體管道10、藻種管道12連通，總上料管道20另一端通過多通19分別與反應(yīng)器單元14和總卸料管道18連通，多通19與反應(yīng)器單元14相連的管路為反應(yīng)器上料及卸料分支管道13，多通19與總卸料管道18相連的管路為卸料分支管道17 ;開關(guān)組包括培養(yǎng)液管道開關(guān)1、藻種管道開關(guān)2、液體管道開關(guān)3、氣體管道開關(guān)4、上料分支管道開關(guān)5、反應(yīng)器單元開關(guān)6、卸料分支管道開關(guān)7、8和卸料管道總開關(guān)9，在培養(yǎng)液管道11上安裝有培養(yǎng)液管道開關(guān)1 ，在藻種管道12上安裝有藻種管道開關(guān)2，在氣體管道10上安裝有氣體管道開關(guān)4，在培養(yǎng)液管道11與總上料管道20相通的反應(yīng)器上料及卸料分支管道13上安裝有液體管道開關(guān)5，在總上料管道20與多通19相連的管路上安裝上料分支管道開關(guān)5，在反應(yīng)器上料及卸料分支管道13上安裝有反應(yīng)器單元開關(guān)6，在卸料分支管道17上安裝卸料分支管道開關(guān)7、8，在總卸料管道18上安裝卸料管道總開關(guān)9。 為落實(shí)上述方案，選擇其中二種反應(yīng)器單元為代表說明通過簡化的封閉管道系統(tǒng)連接成為反應(yīng)器組，以及進(jìn)一步的線形放大。管道系統(tǒng)組裝按照圖1和圖2實(shí)施，圖1以柱狀反應(yīng)器的二個單元為例，說明如何通過多通，將不同數(shù)量單元(1，2，3……n單元)形成一個反應(yīng)器組，每個反應(yīng)器組再并聯(lián)進(jìn)行線形放大；圖2以平板反應(yīng)器二個單元為例如何將不同數(shù)量單元(1，2，3……n單元)形成一個反應(yīng)器組，每個反應(yīng)器組再并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)線形放大。其中，反應(yīng)器組的各反應(yīng)器單元數(shù)量、類型和并聯(lián)放大規(guī)模可以任意組合。
實(shí)施例1 120噸規(guī)模的并聯(lián)柱狀反應(yīng)器管道系統(tǒng) 在標(biāo)準(zhǔn)化塑料溫室內(nèi)(長66m、寬10m，凈面積1畝地)車間內(nèi)，按照圖1方式設(shè)計(jì)了并聯(lián)柱狀反應(yīng)器管道系統(tǒng)，共安裝四條，體積120噸。 首先，在溫室外的一端的供應(yīng)和回收系統(tǒng)中，分別分出藻種管道(直徑4cm)、混合氣體管道(直徑6. 5cm)、培養(yǎng)液管道(直徑6. 5cm)、以及藻液收獲管道(直徑9. Ocm)四條，上述管道的每一條分別與每溫室車間內(nèi)的并聯(lián)柱狀反應(yīng)器管道系統(tǒng)的相應(yīng)管道藻種管道
12、 混合氣體管道10、培養(yǎng)液管道11、總卸料管道18進(jìn)行對接?；旌蠚怏w是指空氣和二氧化碳，其中二氧化碳的體積含量為0. 5-2%。 按照圖1模式，在每一條并聯(lián)柱狀反應(yīng)器兩列的中間上方架設(shè)一條總上料管道20(直徑6. 5cm)，然后在并聯(lián)柱狀反應(yīng)器兩列中間的下方地面鋪設(shè)一條總卸料管道18 (直徑9. 0cm)。按照圖1方式，將總上料管道20在溫室車間內(nèi)連接在一起，總卸料管道18與收獲系統(tǒng)完成對接。 在總上料管道20和總卸料管道18上下同樣垂直位置，每間隔65cm分出一組帶多通(本實(shí)施例為4通)的分支管道反應(yīng)器上料及卸料分支管道13和卸料分支管道17 (直徑2cm)，按照圖1方式進(jìn)行連接。每安裝15個分支管道后，預(yù)設(shè)出100cm走道。
在總上料管道20和總卸料管道18兩側(cè)的每一分支管道處，安裝兩個柱狀光生物反應(yīng)器單元14 (每側(cè)一個)，兩個單元組成一個反應(yīng)器組。 每個反應(yīng)器單元14實(shí)際工作體積0. 2噸，每個反應(yīng)器組工作體積0. 2噸；每一條聯(lián)柱狀反應(yīng)器管道系統(tǒng)，并聯(lián)75個反應(yīng)器組，實(shí)際工作體積30噸；整個溫室培養(yǎng)車間四條聯(lián)柱狀反應(yīng)器管道系統(tǒng)，共600個反應(yīng)器單元，總工作體積120噸。 管道系統(tǒng)全部安裝完畢后，整個系統(tǒng)進(jìn)行徹底消毒處理，消毒方法為傳統(tǒng)的化學(xué)處理，在經(jīng)過鹽酸、次氯酸鈉、高錳酸鉀、臭氧等反復(fù)進(jìn)行消毒后，用消毒過的無菌水將管道系統(tǒng)沖洗干凈。 最后，按照上面敘述的操作工藝流程，進(jìn)行管道系統(tǒng)的上料、卸料和自動清洗等，工程化培養(yǎng)微藻(以紅球藻為代表)。具體過程如下 (1)分別關(guān)閉藻種管道開關(guān)2、氣體管道開關(guān)4、卸料分支管道開關(guān)7、卸料分支管道開關(guān)8、卸料管道總開關(guān)9，然后依次打開培養(yǎng)液管道開關(guān)1 、液體管道開關(guān)3、上料分支管道開關(guān)5、反應(yīng)器單元開關(guān)6，已經(jīng)配制和消毒的紅球藻培養(yǎng)液，經(jīng)過培養(yǎng)液管道11、反應(yīng)器上料及卸料分支管道13進(jìn)入反應(yīng)器單元14。 (2)每一個培養(yǎng)反應(yīng)器單元14內(nèi)培養(yǎng)液達(dá)到所需要體積，一般控制在總?cè)萘康?/3-2/3 (即0. 06-0. 13噸)時，關(guān)閉對應(yīng)的反應(yīng)器單元開關(guān)6。 (3)當(dāng)所有的反應(yīng)器單元14內(nèi)培養(yǎng)液均達(dá)到所需要的體積后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)1 ;然后打開藻種管道開關(guān)2，再依次打開相應(yīng)反應(yīng)器單元開關(guān)6，紅球藻藻種通過藻種管道12、反應(yīng)器上料及卸料分支管道13分別流向每個反應(yīng)器單元14，自動進(jìn)行接種；紅球藻藻液接種完成后，分別關(guān)閉對應(yīng)反應(yīng)器單元開關(guān)6。 (4)待所有反應(yīng)器接種完畢，關(guān)閉藻種管道開關(guān)2 ;然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)l，再次打開反應(yīng)器單元開關(guān)6，培養(yǎng)液經(jīng)過培養(yǎng)液管道11和反應(yīng)器上料及卸料分支管道13，罐入每一個反應(yīng)器單元14中，直到達(dá)到理想培養(yǎng)體積為止，然后關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)6。該過程可沖洗分支管道，同時將管道內(nèi)殘余的接種紅球藻藻液充分沖入到反應(yīng)器單元14中。
(5)所有反應(yīng)器灌滿培養(yǎng)液后(體積0. 2噸)，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)1和液體管道開關(guān)3，打開氣體管道開關(guān)4和反應(yīng)器單元開關(guān)6，混合氣體通過混合氣體管道10、反應(yīng)器上料及卸料分支管道13進(jìn)入反應(yīng)器單元14中，開始沖氣培養(yǎng)，形成氣泡15，氣泡15上升帶動培養(yǎng)藻液16在反應(yīng)器單元14內(nèi)不斷流動，發(fā)揮攪拌、混勻、有效補(bǔ)充二氧化碳?xì)怏w、充分解析氧氣、細(xì)胞均勻獲得光線等多重目的，同時可避免反應(yīng)器單元14內(nèi)存在死角、降低光抑制現(xiàn)象和光不足問題的發(fā)生，沖氣量通過反應(yīng)器單元開關(guān)6進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(6)經(jīng)過5-10天培養(yǎng)，反應(yīng)器單元14內(nèi)紅球藻藻液達(dá)到收獲密度(本實(shí)施例收獲密度為10萬細(xì)胞/毫升以上)，進(jìn)行收獲。 收獲藻液時，先關(guān)閉氣體管道開關(guān)4和反應(yīng)器單元開關(guān)6，然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)1、液體管道開關(guān)3、卸料分支管道開關(guān)7，卸料分支管道17中充滿液體后，關(guān)閉上料分支管道開關(guān)5。 (7)然后打開卸料管道總開關(guān)9，打開反應(yīng)器單元開關(guān)6和卸料分支管道開關(guān)8，卸料分支管道17內(nèi)的液體流向總卸料管道18，同時形成負(fù)壓，帶動反應(yīng)器單元14內(nèi)紅球藻培養(yǎng)藻液16，通過反應(yīng)器上料及卸料分支管道13和卸料分支管道17，流入總卸料管道18，完成自動卸料功能。 (8)待反應(yīng)器單元14內(nèi)的紅球藻培養(yǎng)藻液16排放到所收獲的數(shù)量后(殘留1/4-1/3)，關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)6 ;當(dāng)所有培養(yǎng)單元都完成卸料收獲后，打開上料分支管道開關(guān)5，充分沖刷卸料分支管道17和總卸料管道18內(nèi)殘存藻液，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)7，打開反應(yīng)器單元開關(guān)6，向反應(yīng)器單元14中回補(bǔ)紅球藻培養(yǎng)液，到所需要體積O. 2噸。
(9)當(dāng)所有反應(yīng)器單元14都完成培養(yǎng)液回補(bǔ)后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)1和液體管道開關(guān)3，打開氣體管道開關(guān)4，使管道內(nèi)殘存的培養(yǎng)液進(jìn)入反應(yīng)器單元14;然后稍微打開卸料分支管道開關(guān)7，將卸料管道內(nèi)殘存液體全部排凈，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)7、卸料分支管道開關(guān)8和卸料管道總開關(guān)9。完成自動卸料并重新開始另一輪微藻細(xì)胞培養(yǎng)。
新一輪培養(yǎng)57天后，再次進(jìn)行上述操作，如此反復(fù)，成功實(shí)現(xiàn)多批次的半連續(xù)培養(yǎng)。 實(shí)施例2 如圖2所示，與實(shí)施例1不同之處在于，本實(shí)施例以平板反應(yīng)器二個單元為例，將不同數(shù)量單元(1，2，3……n單元)形成一個反應(yīng)器組。 實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明利用虹吸原理和液體受地球引力作用從高位向低位自然移動規(guī)律，將不同管道有效地封閉連接在一起，并依靠相關(guān)開關(guān)阻斷或控制管道內(nèi)液體或氣體的流動去向，通過規(guī)范化操作流程，有效打開或關(guān)閉相關(guān)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)連通或阻斷相應(yīng)管道，并保障管道使用后得到充分沖洗，降低管道內(nèi)的細(xì)胞殘存量，避免交叉污染。本發(fā)明實(shí)
施擺脫了培養(yǎng)藻液轉(zhuǎn)移過程對水泵的依賴，大大降低生物污染率，可應(yīng)用于連續(xù)和半連續(xù)細(xì)胞工程培養(yǎng)，為開發(fā)微藻生物資源提供實(shí)際技術(shù)支撐，生產(chǎn)微藻生物能源、水產(chǎn)餌料、生物活性物質(zhì)和微藻蛋白等產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，其特征在于該管道系統(tǒng)為管道組和開關(guān)組構(gòu)成，管道組包括培養(yǎng)液管道、藻種管道、氣體管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道、卸料分支管道、總上料管道和總卸料管道，總上料管道一端分別與培養(yǎng)液管道、氣體管道、藻種管道連通，總上料管道另一端通過多通分別與反應(yīng)器單元和總卸料管道連通，多通與反應(yīng)器單元相連的管路為反應(yīng)器上料及卸料分支管道，多通與總卸料管道相連的管路為卸料分支管道；開關(guān)組包括培養(yǎng)液管道開關(guān)、藻種管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、上料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)，在培養(yǎng)液管道上安裝有培養(yǎng)液管道開關(guān)，在藻種管道上安裝有藻種管道開關(guān)，在氣體管道上安裝有氣體管道開關(guān)，在培養(yǎng)液管道與總上料管道相通的管路上安裝有液體管道開關(guān)，在總上料管道與多通相連的管路上安裝上料分支管道開關(guān)，在反應(yīng)器上料及卸料分支管道上安裝有反應(yīng)器單元開關(guān)，在卸料分支管道上安裝卸料分支管道開關(guān)，在總卸料管道上安裝卸料管道總開關(guān)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，其特征在于該管道系統(tǒng)支撐的生物反應(yīng)器為反應(yīng)器單元、二元反應(yīng)器單元組、三元反應(yīng)器單元組或多元反應(yīng)器單元組，各反應(yīng)器單元構(gòu)成的反應(yīng)器組管道通過多通連接。
3. 按照權(quán)利要求2所述的支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，其特征在于生物反應(yīng)器的類型為平板光生物反應(yīng)器、缸或罐狀生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器、管道光生物反應(yīng)器或半圓型生物堆反應(yīng)器。
4. 按照權(quán)利要求1所述的支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)，其特征在于，該管道系統(tǒng)應(yīng)用于連續(xù)或半連續(xù)細(xì)胞工程培養(yǎng)，開發(fā)各類淡水或海水微藻生物資源，生產(chǎn)微藻生物能源、水產(chǎn)餌料、生物活性物質(zhì)或微藻蛋白。
5. 按照權(quán)利要求1所述的支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)的操作工藝，其特征在于總上料管道一端分別與過濾混合氣體、藻種和營養(yǎng)液儲存罐連接，另一端同反應(yīng)器單元連接，通過控制開關(guān)向反應(yīng)器單元內(nèi)添加培養(yǎng)液、接種和提供混合氣體；首先，將藻種管道與培養(yǎng)液管道進(jìn)行連接，然后再與通氣管道連接，匯成單一的總上料管道，直達(dá)各個反應(yīng)器組；隨后，從總上料管道上分流出分支管道，并進(jìn)一步細(xì)分出到各個反應(yīng)器單元的分支管道，分支管道直接通到各反應(yīng)器底部；利用虹吸原理和液體受地球引力作用從高位向低位自然移動規(guī)律，將不同管道有效地封閉連接在一起，并依靠相關(guān)開關(guān)阻斷或控制管道內(nèi)液體或氣體的流動去向。
6. 按照權(quán)利要求5所述的支撐生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)的操作工藝，其特征在于，具體操作工藝流程如下(1) 分別關(guān)閉藻種管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)、卸料管道總開關(guān)，然后依次打開培養(yǎng)液管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、上料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)，已經(jīng)配制和消毒的培養(yǎng)液經(jīng)過培養(yǎng)液管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道，進(jìn)入反應(yīng)器單元；(2) 每一個培養(yǎng)反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)液達(dá)到所需要體積，控制在總?cè)萘康?/3-2/3時，關(guān)閉對應(yīng)的反應(yīng)器單元開關(guān)；(3) 當(dāng)所有的反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)液均達(dá)到所需要的體積后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)；然后打開藻種管道開關(guān)，再依次打開相應(yīng)反應(yīng)器單元開關(guān)，藻種通過藻種管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道分別流向每個反應(yīng)器單元，自動進(jìn)行接種；藻液接種完成后，分別關(guān)閉對應(yīng)的反應(yīng)器單元開關(guān)；(4) 待所有反應(yīng)器接種完畢，關(guān)閉藻種管道開關(guān)；然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)，再次打開 反應(yīng)器單元開關(guān)，培養(yǎng)液經(jīng)過管道培養(yǎng)液管道、反應(yīng)器上料及卸料分支管道，罐入每一個反 應(yīng)器單元中，直到達(dá)到理想培養(yǎng)體積為止，然后關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)；該過程沖洗分支管 道，同時將管道內(nèi)殘余的接種藻液充分沖入到反應(yīng)器單元中；(5) 所有反應(yīng)器灌滿培養(yǎng)液后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)和液體管道開關(guān)，打開氣體管道開 關(guān)和反應(yīng)器單元開關(guān)，混合氣體通過混合氣體管道和反應(yīng)器上料及卸料分支管道進(jìn)入反應(yīng) 器單元中，開始沖氣培養(yǎng)，形成氣泡，氣泡上升帶動培養(yǎng)藻液在反應(yīng)器單元內(nèi)不斷流動，發(fā) 揮攪拌、混勻、有效補(bǔ)充二氧化碳?xì)怏w、充分解析氧氣、細(xì)胞均勻獲得光線多重目的，同時避 免反應(yīng)器單元內(nèi)存在死角、降低光抑制現(xiàn)象和光不足問題的發(fā)生，沖氣量通過反應(yīng)器單元 開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)；(6) 經(jīng)過培養(yǎng)，使反應(yīng)器單元內(nèi)藻液達(dá)到收獲密度，進(jìn)行藻液收獲；收獲藻液時，先關(guān) 閉氣體管道開關(guān)和反應(yīng)器單元開關(guān)，然后打開培養(yǎng)液管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、卸料分支管 道開關(guān)，卸料分支管道中充滿液體后，關(guān)閉上料分支管道開關(guān)；(7) 打開卸料管道總開關(guān)，打開反應(yīng)器單元開關(guān)和卸料分支管道開關(guān)，卸料分支管道內(nèi) 的液體流向總卸料管道，同時形成負(fù)壓，帶動反應(yīng)器單元內(nèi)培養(yǎng)藻液，通過反應(yīng)器上料及卸 料分支管道和卸料分支管道，流入總卸料管道，完成自動卸料功能；(8) 待反應(yīng)器單元內(nèi)的培養(yǎng)藻液排放到所收獲的數(shù)量后，關(guān)閉反應(yīng)器單元開關(guān)；當(dāng)所 有培養(yǎng)單元都完成卸料收獲后，打開上料分支管道開關(guān)，充分沖刷卸料分支管道和總卸料 管道內(nèi)殘存藻液，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)，打開反應(yīng)器單元開關(guān)，向反應(yīng)器單元中回補(bǔ)培 養(yǎng)液，到所需要的體積；(9) 當(dāng)所有反應(yīng)器單元都完成培養(yǎng)液回補(bǔ)后，關(guān)閉培養(yǎng)液管道開關(guān)和液體管道開關(guān)，打 開氣體管道開關(guān)，使管道內(nèi)殘存的培養(yǎng)液進(jìn)入反應(yīng)器單元；然后打開卸料分支管道開關(guān)，將 卸料管道內(nèi)殘存液體全部排凈，再關(guān)閉卸料分支管道開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道 總開關(guān)，完成自動卸料并重新開始另一輪微藻細(xì)胞培養(yǎng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及在微藻細(xì)胞工程培養(yǎng)中，用于支撐關(guān)鍵設(shè)備生物反應(yīng)器組運(yùn)轉(zhuǎn)的附屬管道系統(tǒng)及其操作工藝。本發(fā)明管道系統(tǒng)由管道組和開關(guān)組構(gòu)成，前者包含培養(yǎng)液管道、氣體管道、藻種管道、卸料管道，而后者包含培養(yǎng)液管道開關(guān)、藻種管道開關(guān)、液體管道開關(guān)、氣體管道開關(guān)、上料分支管道開關(guān)、反應(yīng)器單元開關(guān)、卸料分支管道開關(guān)和卸料管道總開關(guān)。本發(fā)明將不同管道有效地封閉連接在一起，并依靠相關(guān)開關(guān)阻斷或控制管道內(nèi)液體或氣體的流動去向，通過規(guī)范化操作流程，有效打開或關(guān)閉相關(guān)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)連通或阻斷相應(yīng)管道，并保障管道使用后得到充分沖洗，降低管道內(nèi)的細(xì)胞殘存量，避免交叉污染，可應(yīng)用于連續(xù)和半連續(xù)細(xì)胞工程培養(yǎng)。
文檔編號C12M1/00GK101781620SQ200910300290
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者劉建國, 張勇, 梁文偉 申請人:云南愛爾發(fā)生物技術(shù)有限公司