一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器，包括氣體交換罐（3），流程泵（8），CO2補給系統(tǒng)，光合作用管道陣列（9）；所述CO2補給系統(tǒng)包括CO2氣瓶(1)、空氣泵（2）和CO2曝氣器（4），CO2氣瓶（1）和空氣泵（2）分別通過閥門并聯(lián)后連接到CO2曝氣器（4），其中CO2曝氣器（4）置于氣體交換罐內(nèi)部下側(cè)，所述透明管道兩端截面為圓形，從管道兩端到中間漸變?yōu)閳A角矩形，其橫截面積不變。本實用新型有效的增加反應(yīng)器的比表面積，解決了目前管道反應(yīng)器單位面積培養(yǎng)液體積（管道內(nèi)徑）的增加與培養(yǎng)液內(nèi)光照量的衰減間的矛盾，可有效提高微藻的光能利用率，增加產(chǎn)率，實現(xiàn)微藻的快速、規(guī)?；?、高密度培養(yǎng)。
【專利說明】一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域，特別涉及一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是自然水體的主要生產(chǎn)者，在全球能量轉(zhuǎn)化和碳素循環(huán)中發(fā)揮重要作用，每年通過微藻光合作用固定的CO2約占全球CO2固定量的40%以上。同時，微藻細胞富含蛋白質(zhì)、色素及多種不飽和脂肪酸等高附加值生物活性物質(zhì)，逐步成為保健食品、醫(yī)藥及精細化工等領(lǐng)域的重要材料來源。隨著傳統(tǒng)化石能源(石油、煤炭等)的日益枯竭，微藻作為可再生能源(油脂等)得到了人們的高度重視，具有重要社會和環(huán)境效應(yīng)的微藻產(chǎn)業(yè)則顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光合自養(yǎng)模式下，封閉式管道光生物反應(yīng)器因比表面積大、光能利用率高、不易污染、高效的氣體交換、更好的流速調(diào)控、更大的儲液量等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于微藻的工業(yè)化培養(yǎng)。但管道式培養(yǎng)的主要缺點是投資成本高，通過快速大幅度的提高微藻產(chǎn)率可以有效彌補該缺陷。
[0004]管道式光生物反應(yīng)器的設(shè)計關(guān)鍵是更大的比表面積，保障微藻養(yǎng)殖過程中光能獲得的最大化，從而獲得單位占地面積微藻生物量產(chǎn)率的最大化。提高單位占地面積的產(chǎn)率可以通過提高單位培養(yǎng)液的生物量和提高單位占地面積上管道的培養(yǎng)液的體積兩種方法來實現(xiàn)。單位培養(yǎng)液生物量的提高可以通過改善培養(yǎng)基和藻株的誘變等方式實現(xiàn)，而提高單位占地面積管道的培養(yǎng)液體積則需要通過擴大管徑來實現(xiàn)。
[0005]目前的管道反應(yīng)器設(shè)計多以圓形管道為主，該種設(shè)計的管道在實際應(yīng)用中存在缺陷，在一定大小范圍內(nèi)(直徑< 14cm)擴大管道半徑可保證足夠的光能射入，維持微藻正常生長所需的光能供給，取得微藻最大的光能利用率；但超過該半徑范圍后，由于光照量隨管道半徑的衰減和微藻自身的遮蔽作用，則大大降低管道的光能利用率，直接限制微藻的正常生長，降低產(chǎn)率。
[0006]其他形狀的管道反應(yīng)器，如矩形、多邊形等，則直接影響管件間的連接，增加了培養(yǎng)體積規(guī)模化放大的難度，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]同時，一些微藻在其高附加值產(chǎn)物的累積階段對光照有更高要求，例如光強對雨生紅球藻在蝦青素的累積階段起到關(guān)鍵作用，高光強可以顯著提高其蝦青素含量，從而直接增加經(jīng)濟產(chǎn)出。因此，如何使微藻獲得更高效的光能利用設(shè)計，從而提高單位占地面積的生物量產(chǎn)率和產(chǎn)品品質(zhì)是管道光生物反應(yīng)器研發(fā)的核心關(guān)鍵。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目前在于針對【背景技術(shù)】中存在的問題提供一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器，用以實現(xiàn)微藻的自動化、規(guī)?；⒏咝囵B(yǎng)。
[0009]具體技術(shù)方案如下:[0010]一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器，包括氣體交換罐(3)，流程泵(8)，CO2補給系統(tǒng)，光合作用管道陣列(9);所述氣體交換罐上部設(shè)有排氣口(5)和出液管(7)，下部設(shè)有進液管(6)，進液管經(jīng)流程泵(8)與光合作用管道陣列(9)連接；所述光合作用管道陣列(9)由2個或2個以上的管道組串聯(lián)而成,管道組由2個或2個以上的透明管道并聯(lián)而成，光合作用管道陣列(9)的一端與進液管(6)連接，另一端與出液管(7)連接；所述CO2補給系統(tǒng)包括CO2氣瓶(I)、空氣泵(2)和CO2曝氣器(4)，C02氣瓶(I)和空氣泵(2)分別通過閥門并聯(lián)后連接到CO2曝氣器(4)，其中CO2曝氣器(4)置于氣體交換罐內(nèi)部下側(cè)。
[0011]作為優(yōu)選項:所述透明管道兩端截面為圓形，從管道兩端到中間漸變?yōu)閳A角矩形，其橫截面積不變。
[0012]所述透明管道的形狀為直線型、弧形或螺旋形。
[0013]所述透明管道的材料為高硼硅玻璃、樹脂，保障光滑性和透光性；。
[0014]所述圓角矩形的寬大于等于3cm，優(yōu)選5-lOcm，
[0015]可以在長與寬的比值大于I基礎(chǔ)上呈任意比例組合，優(yōu)選長與寬的比值為2-4 ；
[0016]本實用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:(I)本實用新型解決了大型管道光生物反應(yīng)器應(yīng)用過程中單位面積培養(yǎng)液體積(管道內(nèi)徑)的增加與培養(yǎng)液內(nèi)光照量的衰減間的矛盾。通過改變管道橫截面的方法，使整個管道呈扁平狀，受光面更大，光照更均勻，有效的最大化管件的比表面積，從而有效保障管徑內(nèi)的整體光照均勻度，降低藻液的遮蔽作用，最大化微藻的光能利用率；(2)通過改變管道橫截面的長寬比，可有效提高管徑內(nèi)的儲液量，解決以往管道的容量限制缺陷；(3)解決管件間的連接問題，圓形接頭可使管件間有效快速連接，將培養(yǎng)體積有效規(guī)模化放大；(4)流動暢通、容易清洗，整個管件的橫截面相等，有利于藻液在管件內(nèi)的快速循環(huán)流動，且橫截面間呈弧形，無死角，有利于后期的清理和維護；(5)降低成本，保障藻液正常光合作用的基礎(chǔ)上提高了單位占地面積上的儲液量，直接提高單位占地面積的微藻生物量的產(chǎn)率，達到降低成本目標。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的管道式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0018]圖2為透明管道兩端和中間位置的橫截面示意圖。
[0019]1-CO2氣瓶；2—空氣泵；3—氣體交換罐；4—C02曝氣器；5—排氣口 ；6—進液管；7—出液管；8—流程泵；9一光合作用管道陣列；10—連接件；11一透明管道兩端的截面圖；12—透明管道中間部位截面圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器，包括氣體交換罐(3)，流程泵(8)，CO2補給系統(tǒng)，光合作用管道陣列(9);所述氣體交換罐上部設(shè)有排氣口(5)和出液管(7)，下部設(shè)有進液管(6)，進液管經(jīng)流程泵(8)與光合作用管道陣列(9)連接；所述光合作用管道陣列(9)由2個或2個以上的管道組串聯(lián)而成，管道組由2個或2個以上的透明管道并聯(lián)而成，光合作用管道陣列(9)的一端與進液管(6)連接，另一端與出液管(7)連接；所述CO2補給系統(tǒng)包括CO2氣瓶(I)、空氣泵(2)和CO2曝氣器(4)，CO2氣瓶(I)和空氣泵(2)分別通過閥門并聯(lián)后連接到CO2曝氣器(4)，其中CO2曝氣器(4)置于氣體交換罐內(nèi)部下側(cè)。
[0021]如圖2所示，所述透明管道兩端截面為圓形，從透明管道兩端到中間漸變?yōu)閳A角矩形，其橫截面積不變，所述圓角矩形的較短邊為半圓形，其直徑即圓角矩形的寬為7cm，圓角矩形的長為長16cm。
[0022]所述透明管道的形狀為直線型、弧形或螺旋形。
[0023]所述透明管道的材料為高硼硅玻璃、樹脂。
[0024]使用前，通過高溫蒸汽和消毒劑(雙氧水、次氯酸鈉)對管道式光生物反應(yīng)器進行滅菌消毒，為藻株培養(yǎng)提高潔凈無菌培養(yǎng)環(huán)境。將接種藻液和培養(yǎng)液接入反應(yīng)器內(nèi)，啟動流程泵，培養(yǎng)藻液通過氣體交換罐底部的進液管經(jīng)流程泵進入光合作用管道陣列，然后由出液管回流至氣體交換罐，在氣體交換罐內(nèi)進行氣體交換，補充CO2同時解析出O2，曝氣器通入空氣/ CO2的混合氣體(5% C02，v/v)，通氣量為0.2VVM，曝氣器的氣泡小于1mm，在氣體交換罐內(nèi)均勻分散。透明管道扁平的長面迎向太陽入射方向，充分吸收光照。單根透明管道單位面積可達到0.112m2。培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)進行循環(huán)流動，吸收光照、營養(yǎng)和CO2，進行光合作用和各種生理生化反應(yīng)，代謝生成并累計各種微藻蛋白、油脂等。
[0025] 申請人:聲明，本實用新型通過上述實施例來說明本實用新型的結(jié)構(gòu)組成，但本實用新型并不局限于上述結(jié)構(gòu)，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本實用新型的任何改進，對本實用新型所選用部件的等效替換及輔助部件的添加、具體方式的選擇等，均落在本實用新型的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微藻規(guī)模培養(yǎng)的管道式光生物反應(yīng)器，包括氣體交換罐(3)，流程泵(8)，CO2補給系統(tǒng)，光合作用管道陣列(9);所述氣體交換罐上部設(shè)有排氣口(5)和出液管(7)，下部設(shè)有進液管(6)，進液管經(jīng)流程泵(8)與光合作用管道陣列(9)連接；所述光合作用管道陣列(9)由2個或2個以上的管道組串聯(lián)而成,管道組由2個或2個以上的透明管道并聯(lián)而成，光合作用管道陣列(9)的一端與進液管(6)連接，另一端與出液管(7)連接，其特征在于:所述CO2補給系統(tǒng)包括CO2氣瓶(I)、空氣泵(2)和CO2曝氣器(4)，CO2氣瓶(I)和空氣泵(2)分別通過閥門并聯(lián)后連接到CO2曝氣器(4)，其中CO2曝氣器(4)置于氣體交換罐內(nèi)部下側(cè)，所述透明管道兩端截面為圓形，從管道兩端到中間漸變?yōu)閳A角矩形，其橫截面積不變。
2.如權(quán)利要求1所述的管道式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述透明管道的形狀為直線型、弧形或螺旋形。
3.如權(quán)利要求1所述的管道式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述透明管道的材料為高硼硅玻璃、樹脂。
【文檔編號】C12M1/00GK203741314SQ201320757512
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】陳偉, 徐瑤, 柴文波, 干松浩, 潘倩倩 申請人:青島旭能生物工程有限責任公司