一種平板式光生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種平板式光生物反應(yīng)器，在封閉柱形腔內(nèi)從左到右依次設(shè)置有第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管，第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一氣體分布器、第二氣體分布器、第三氣體分布器，上部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口；第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口上分別連接有第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管，第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管另一端上分別連接有第一氣體流量計(jì)、第二氣體流量計(jì)和第三氣體流量計(jì)；第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管的外壁上均設(shè)置有柔性LEDs條帶燈。本裝置有利于溶解氧解析，提高微藻增殖速率，有利于增大微藻的光能利用率。
【專利說明】一種平板式光生物反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種平板式光生物反應(yīng)器，屬于微藻生物【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]微藻能有效利用光能、CO2及無機(jī)鹽類合成蛋白質(zhì)、油脂、多糖及多種高附加值生物活性物質(zhì)。開發(fā)利用微藻生物質(zhì)，是解決人類食品、能源及糧食問題的有效手段。此外，大氣中CO2濃度不斷升高，是全球變暖的直接誘因。工業(yè)煙道氣中含有體積濃度(10?15) %的CO2，成為排放CO2的重點(diǎn)點(diǎn)源。利用微藻的光合作用吸收工業(yè)煙道氣中的CO2并耦合微藻生物質(zhì)生產(chǎn)能兼顧環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，一舉多得。
[0003]光生物反應(yīng)器是微藻培養(yǎng)的技術(shù)載體，主要分為開放式和密閉式兩種。常見的開放式光生物反應(yīng)器有跑道池、天然池塘等，這些反應(yīng)器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但開放式微藻培養(yǎng)過程受光照、溫度等自然環(huán)境因素影響大，微藻易受原生動(dòng)物、其他藻種或真菌污染，CO2供給不足且水分蒸發(fā)嚴(yán)重，這些因素導(dǎo)致微藻細(xì)胞培養(yǎng)密度偏低、采收成本較高。密閉式光合生物反應(yīng)器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，光能利用率高，可無菌操作，容易進(jìn)行高密度微藻培養(yǎng)，已成微藻培養(yǎng)的發(fā)展方向。一般封閉式光生物反應(yīng)器有:管道式、平板式、圓筒形、攪拌式發(fā)酵罐、浮式薄膜袋等。目前，封閉式光生物反應(yīng)器的采光方式主要有室外直接采光和人工光源采光兩種。采用室外采光易受外界環(huán)境光照、溫度等因素影響，不利于微藻培養(yǎng)過程的控制；采用人工光源，雖然避免了環(huán)境因素的影響，但是傳統(tǒng)人工光源消耗大量電能，不利于控制微藻大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)的成本。
[0004]平板式反應(yīng)器最早出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代，目前已被廣泛應(yīng)用。該反應(yīng)器具有易放大培養(yǎng)，易清洗，其內(nèi)部貼壁生長(zhǎng)和外部的鹽沉淀易處理等優(yōu)點(diǎn)。許波等開發(fā)了水平放置的平板式反應(yīng)器，培養(yǎng)缺刻緣綠藻時(shí)，最大生物質(zhì)產(chǎn)率達(dá)到0.73g/(L.d)，CO2固定速率1.38g/(L.d)。游文朗等用水平放置的平板反應(yīng)器培養(yǎng)紫球藻，生物質(zhì)產(chǎn)率和CO2固定速率分別為0.431g/(L.d)和1.23g/(L.d)。但是，平板式反應(yīng)器尚存在一定缺陷，表現(xiàn)為:
(I)反應(yīng)器不易放大，采用外置人工光源時(shí)，微藻的光利用率隨反應(yīng)器幾何尺寸增大而明顯下降；(2)不利于微藻在煙道氣直接通入下增殖，因煙道氣中CO2濃度高達(dá)(10?15) %，對(duì)絕大多數(shù)微藻生長(zhǎng)是不利的。如果在通入前增設(shè)煙氣稀釋裝置，會(huì)增大工程造價(jià)和工程難度，不利于保證微藻生物技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光能利用率高、實(shí)現(xiàn)煙氣直通式微藻培養(yǎng)的平板式光生物反應(yīng)器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下。
[0007]—種平板式光生物反應(yīng)器，包括封閉柱形腔，在封閉柱形腔內(nèi)從左到右依次設(shè)置有第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管，第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一氣體分布器、第二氣體分布器、第三氣體分布器，上部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口 ；第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口上分別連接有第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管，第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管另一端上分別連接有第一氣體流量計(jì)、第二氣體流量計(jì)和第三氣體流量計(jì)；第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管的外壁上均設(shè)置有柔性LEDs條帶燈。
[0008]進(jìn)一步地，第一氣體分布器、第二氣體分布器、第三氣體分布器均設(shè)置在封閉柱形腔底部；第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口均設(shè)置在封閉柱形腔頂部。
[0009]進(jìn)一步地，封閉柱形腔頂部左側(cè)設(shè)置有檢測(cè)口，右側(cè)設(shè)置有進(jìn)料口和取料口。
[0010]進(jìn)一步地，封閉柱形腔底部側(cè)面設(shè)置有采收閥門。
[0011]進(jìn)一步地，第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管上分別設(shè)置有第一氣體調(diào)節(jié)閥門、第二氣體調(diào)節(jié)閥門和第三氣體調(diào)節(jié)閥門。
[0012]進(jìn)一步地，封閉柱形腔的外壁選用透明材料，最優(yōu)選透明的普通玻璃、有機(jī)玻璃或聚碳酸酯板。
[0013]該實(shí)用新型的有益效果在于:本裝置在幾何結(jié)構(gòu)上采用豎直放置的立方柱式，避免了水平放置的平板式反應(yīng)器占地面積過大的問題。并采用氣升式，靠氣體流動(dòng)帶動(dòng)培養(yǎng)液循環(huán)，避免了剪切力對(duì)微藻的傷害。此外，通過向中間反應(yīng)單元通入煙道氣，向兩側(cè)反應(yīng)單元通入氮?dú)饣蚩諝?，避免?CO2濃度過高對(duì)微藻的生長(zhǎng)毒害作用，利于溶解氧解析，提高微藻增殖速率。并在導(dǎo)流管上增設(shè)LEDs條帶燈，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能光源的內(nèi)部光照，使光能直接作用于微藻光合作用，利于增大微藻的光能利用率，避免了外置人工光源在光能傳遞過程中的能量損失。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直接拆卸，便于清洗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中所使用裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中標(biāo)記說明:1、封閉柱形腔；2、進(jìn)料口 ；3、取料口 ；4、第三進(jìn)氣口 ；5、第二進(jìn)氣口 ；6、第一進(jìn)氣口 ；7、第二進(jìn)氣管；8、第一進(jìn)氣管；9、第一氣體調(diào)節(jié)閥門；10、第二氣體調(diào)節(jié)閥門；11、第三氣體調(diào)節(jié)閥門；12、第三進(jìn)氣管；13、第三氣體流量計(jì)；14、第二氣體流量計(jì)；15、第一氣體流量計(jì)；16、檢測(cè)口 ；17、柔性LEDs條帶燈；18、第一氣體分布器；19、第二氣體分布器；20、第三氣體分布器；21、采收閥門；22、第三導(dǎo)流管；23、第二導(dǎo)流管；24、第一導(dǎo)流管。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便更好的理解本實(shí)用新型。
[0017]如圖1所示的平板式光生物反應(yīng)器，包括封閉柱形腔1，在封閉柱形腔I內(nèi)從左到右依次設(shè)置有第一導(dǎo)流管24、第二導(dǎo)流管23和第三導(dǎo)流管22，第一導(dǎo)流管24、第二導(dǎo)流管23和第三導(dǎo)流管22下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一氣體分布器18、第二氣體分布器19、第三氣體分布器20，上部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一進(jìn)氣口 6、第二進(jìn)氣口 5、第三進(jìn)氣口 4 ;第一進(jìn)氣口 6、第二進(jìn)氣口 5、第三進(jìn)氣口 4上分別連接有第一進(jìn)氣管8、第二進(jìn)氣管7和第三進(jìn)氣管12，第一進(jìn)氣管8、第二進(jìn)氣管7和第三進(jìn)氣管12另一端上分別連接有第一氣體流量計(jì)15、第二氣體流量計(jì)14和第三氣體流量計(jì)13 ;第一導(dǎo)流管24、第二導(dǎo)流管23和第三導(dǎo)流管22的外壁上均設(shè)置有柔性LEDs條帶燈17。第一氣體分布器18、第二氣體分布器19、第三氣體分布器20均設(shè)置在封閉柱形腔I底部；第一進(jìn)氣口 6、第二進(jìn)氣口 5、第三進(jìn)氣口 4均設(shè)置在封閉柱形腔I頂部。封閉柱形腔I頂部左側(cè)設(shè)置有檢測(cè)口 16，右側(cè)設(shè)置有進(jìn)料口 2和取料口3。封閉柱形腔I底部側(cè)面設(shè)置有采收閥門21。第一進(jìn)氣管8、第二進(jìn)氣管7和第三進(jìn)氣管12上分別設(shè)置有第一氣體調(diào)節(jié)閥門9、第二氣體調(diào)節(jié)閥門10和第三氣體調(diào)節(jié)閥門11。
[0018]本裝置主要由三個(gè)反應(yīng)單元組成。通過進(jìn)料口 2加入培養(yǎng)基和藻種。反應(yīng)器中培養(yǎng)液的循環(huán)通過通氣裝置調(diào)節(jié)。通氣裝置通過進(jìn)氣管輸入空氣(或氮?dú)?和煙道氣。三個(gè)進(jìn)氣口中，第一進(jìn)氣口 6和第三進(jìn)氣口 4通入空氣(或氮?dú)?，第二進(jìn)氣口 5通入煙道氣，通氣速率由氣體流量計(jì)測(cè)量，由氣體調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)。三個(gè)進(jìn)氣口的氣體流動(dòng)速率相同以實(shí)現(xiàn)煙道氣在反應(yīng)器藻液中的混合稀釋。從取料口 3收集藻液檢測(cè)藻細(xì)胞密度，至一定濃度后打開底部采收閥門21，收集藻體。
[0019]實(shí)施例1
[0020]將普通小球藻按初始接種密度2X 106cells/ml通過進(jìn)料口接種于有效體積8L的反應(yīng)器中，在每支導(dǎo)流管上均勻纏繞2條60燈頭/m的柔性LEDs條帶燈，調(diào)節(jié)三個(gè)氣體調(diào)節(jié)閥門使氣體流速均為800ml/min，中間進(jìn)氣口通入煙道氣，兩側(cè)的進(jìn)氣口通入空氣，連續(xù)培養(yǎng)10天，在第2天到第9天，微藻的CO2固定速率平均為1.53g/(L.(!)，最大生物質(zhì)產(chǎn)率為1.21g/(L.d)，分別比3個(gè)進(jìn)氣口直接通入煙道氣提高78%和69%。
[0021]實(shí)施例2
[0022]將微綠球藻按初始接種密度3X 106cells/ml通過進(jìn)料口接種于有效體積8L的反應(yīng)器中，在每支導(dǎo)流管上均勻纏繞I條60燈頭/m的LEDs柔性條帶燈，調(diào)節(jié)三個(gè)氣體調(diào)節(jié)閥門使氣體流速均為400ml/min，中間進(jìn)氣口通入煙道氣，兩側(cè)的進(jìn)氣口通入氮?dú)?，連續(xù)培養(yǎng)7天，在第2天到第7天，微藻的CO2固定速率平均為1.25g/ (L.d)，最大生物質(zhì)產(chǎn)率為
1.0g/ (L.d)，，分別比3個(gè)進(jìn)氣口直接通入煙道氣提高85 %和72 %。
[0023]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平板式光生物反應(yīng)器，包括封閉柱形腔，其特征在于:所述封閉柱形腔內(nèi)從左到右依次設(shè)置有第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管，所述第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一氣體分布器、第二氣體分布器、第三氣體分布器，上部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口 ；所述第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口上分別連接有第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管，所述第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管另一端上分別連接有第一氣體流量計(jì)、第二氣體流量計(jì)和第三氣體流量計(jì)；所述第一導(dǎo)流管、第二導(dǎo)流管和第三導(dǎo)流管的外壁上均設(shè)置有柔性LEDs條帶燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述第一氣體分布器、第二氣體分布器、第三氣體分布器均設(shè)置在封閉柱形腔底部；所述第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口、第三進(jìn)氣口均設(shè)置在封閉柱形腔頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述封閉柱形腔頂部左側(cè)設(shè)置有檢測(cè)口，右側(cè)設(shè)置有進(jìn)料口和取料口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述封閉柱形腔底部側(cè)面設(shè)置有采收閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管和第三進(jìn)氣管上分別設(shè)置有第一氣體調(diào)節(jié)閥門、第二氣體調(diào)節(jié)閥門和第三氣體調(diào)節(jié)閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述封閉柱形腔的外壁選用透明材料，最優(yōu)選透明的普通玻璃、有機(jī)玻璃或聚碳酸酯板。
【文檔編號(hào)】C12M1/00GK204079958SQ201420513128
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】李永富, 邢帆, 王曉 申請(qǐng)人:青島匯君環(huán)境能源工程有限公司