本發(fā)明涉及光生物反應器領域，具體涉及一種柵板式光生物反應器。

背景技術：

光合微生物是一類以光為唯一或主要能量來源而生活的微生物，包括微藻、藍細菌等含有葉綠素、可進行光合作用的微生物。這類微生物有著重要的生物利用價值，特別是微藻，富含蛋白質(zhì)，可作為水產(chǎn)餌料或畜禽飼料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定條件下能夠大量合成次生代謝物，如油脂、類胡蘿卜素、多糖等，這些物質(zhì)往往是具有極高經(jīng)濟價值的生物活性物質(zhì)，可以用在功能食品、食品添加劑、制藥、生物能源等領域。其中，通過微藻大規(guī)模培養(yǎng)提取微藻油脂，進而轉化成液體燃料、如生物柴油被認為是解決生物能源生產(chǎn)與固碳減排的最重要途徑之一。

微藻大量培養(yǎng)已有幾十年歷史，目前的工業(yè)化微藻培養(yǎng)為液體浸沒式，即以大量培養(yǎng)液作為微藻生長的介質(zhì)，將藻種浸沒在培養(yǎng)液內(nèi)進行培養(yǎng)。浸沒式培養(yǎng)又主要包括開放式培養(yǎng)池與密閉式光生物反應器(photo-bioreactor，PBR)兩種形式。

開放式培養(yǎng)池的優(yōu)點在于建造和運行的成本較低，然而，液體表面下部藻細胞受光度弱，池底細胞往往難以接受到充分光照，而且，開放池占地面積大，在培養(yǎng)時還需使用大功率的攪拌裝置和曝氣設備。此外，開放式培養(yǎng)池受外部自然環(huán)境影響很大，易受到細菌體和病蟲害的污染，直接影響藻的生長和生物質(zhì)增殖。

與此相比，密閉式PBR一般是采用透光材料(如玻璃、有機玻璃、塑料薄膜等)制成光徑小的容器。如臥式或立式玻璃管、平板式玻璃水槽等現(xiàn)有光生物反應器，其培養(yǎng)體系的光照面積/體積比較大，細胞光照較充分，光合微生物細胞培養(yǎng)密度較開放式培養(yǎng)池更高，環(huán)境條件可控性強，更不易受外部環(huán)境污染。但是密閉式PBR同樣也需要循環(huán)\攪拌裝置、曝氣裝置，而單位空間體積的有效培養(yǎng)面積較小。而且，該類PBR通常其本體的造價 較昂貴，運行維護成本高，難于規(guī)?；囵B(yǎng)，無法達到理想的產(chǎn)業(yè)化目標，這些是實現(xiàn)微藻規(guī)?；a(chǎn)業(yè)最直接的制約因素，也是微藻產(chǎn)品成本無法達到大眾化消費目標的原因。同時，這些傳統(tǒng)的浸沒式培養(yǎng)方式，由于必須使用攪拌、曝氣、循環(huán)機械等，因此無法供一些特殊藻類的高效培養(yǎng)，如發(fā)菜、葛仙米及地皮菜。

另外，密閉式光生物反應器若采用玻璃材質(zhì)，由于玻璃容器通常采用吹制工藝，要制作大型的、適于規(guī)模化生產(chǎn)的玻璃容器，目前存在很大的技術難度，即使是中小型試驗用的玻璃管，其造價也相當高，而在連接組裝過程中，還要借助許多連接組件，如專用的連接膠套，連接頭，U形彎管等，還會經(jīng)常出現(xiàn)玻璃管或連接組件的破損，維護起來也有困難。

前述的開放式、封閉式由于培養(yǎng)液在不停的循環(huán)和流動，因此，一旦培養(yǎng)液的局部被污染，則很快在全部的培養(yǎng)液范圍內(nèi)產(chǎn)生爆發(fā)性的污染；而固態(tài)的培養(yǎng)方式，經(jīng)常是通過頂部的供液裝置給多孔質(zhì)材料表面供液，故同樣無法避免污染源的快速傳播。

另外，還有一類固態(tài)培養(yǎng)的光生物反應器，將藻種附著在能夠吸附并釋放水分的多孔質(zhì)材料表面，通過慢慢向多孔質(zhì)材料供應培養(yǎng)液，供附著其上的藻種生長。然而這種固態(tài)培養(yǎng)方法，往往在很大程度上要依賴多孔質(zhì)材料的保水性能以及藻種附著特性，若材質(zhì)保水性差，則需要不停地供水，耗費能量；而若藻種附著性差，藻種易脫離，則無法使藻種正常生長。這些多孔材質(zhì)往往是不透光材料，會吸附較多光能，藻種對光的利用效率不高，其多孔性還會讓藻種進入其內(nèi)堵塞孔道，給后續(xù)供液、收獲、清潔及消毒帶來困難。而且，該固態(tài)培養(yǎng)方式往往非常不適用于體積較大的藻類，如發(fā)菜、葛仙米及地皮菜等的培養(yǎng)。

綜上所述，現(xiàn)有的光生物反應器大致存在如下一些技術問題：①、開放式跑道池占地大，培養(yǎng)密度低，培養(yǎng)液循環(huán)能耗高，易受外界污染；②、密閉式的透光容器造價高，尤其玻璃容器，受限于玻璃加工工藝的特殊性，無法一次成型，制造成本、安裝及維護成本都非常高，且同樣存在細胞密度低，空間利用度不足，能耗高的問題。③、無論是開放式跑道池還是密閉式透光容器，都需要消耗大量培養(yǎng)液和能量，收獲時培養(yǎng)液濃度低，需經(jīng)過繁瑣的分離、過濾和干燥處理程序的技術缺陷，無法降低微藻產(chǎn)品成本。④固態(tài)培養(yǎng)光生物反應器，對于材質(zhì)本身的依賴性很大、光利用效率 低，其適用性也比較受局限，其供液裝置是一種耗能裝置，故無法更進一步降低培養(yǎng)成本。⑤現(xiàn)有的光生物反應器均不利于污染源的有效隔離與控制。

為此，本發(fā)明人希望能夠提供一種造價成本低廉、單位空間體積有效培養(yǎng)面積更大、光能利用效率高、培養(yǎng)能耗低、適用性廣、收獲程序簡化及適于藻大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)的光生物反應器，以便整體降低微藻的生產(chǎn)成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)率高，能耗少、適用性廣、適于規(guī)?；囵B(yǎng)的光生物反應器。

為此目的，提供了一種柵板式光生物反應器，包括支撐板和由支撐板支撐的多個柵板，所述多個柵板沿水平方向延伸并且在豎直方向上以相互間隔開的方式疊置，每個柵板具有用于放置培養(yǎng)目標光合微生物的培養(yǎng)液的上表面和與所述上表面相反的下表面，每個柵板具有與所述支撐板相連的連接側，與所述連接側相反的自由側，以及與所述連接側相鄰的兩個端部側，在所述兩個端部側和所述自由側處包括從相應柵板的上表面伸出的圍堰部，其中，所述自由側及端部側的圍堰部的最小高度不大于10cm。

借助上述特征，可使本發(fā)明的柵板式光生物反應器在培養(yǎng)微藻的時候，培養(yǎng)液的厚度不超過10cm，因而可在不攪拌的情況下，處于培養(yǎng)液最底層的光合微生物依然可以接收到充分的光照。

根據(jù)一個可行實施例，在各柵板的端部側，圍堰部可在豎直方向上延伸至相鄰的柵板從而形成連接到支撐板的整個端壁，以增加整體結構的機械強度，防止柵板塌陷。

根據(jù)一個可行實施例，所述支撐板是豎直放置的一體式支撐板，或由多個豎直放置的平板沿高度方向疊置連接到一起而構成。

根據(jù)一個可行實施例，所述支撐板是由多個子板件構成，所述多個子板件中的一個或多個或所有子板件與豎直方向成角度地放置。

根據(jù)一個可行實施例，所述多個子板件被一體地形成或者分別單獨形成然后連接到一起。

根據(jù)一個可行實施例，所述多個子板件包括平板或弧形板。

根據(jù)一個可行實施例，所述自由側處的圍堰部相對于相應柵板的上表面成大于90度的傾角。

根據(jù)一個可行實施例，所述自由側處的圍堰部高出相應柵板的上表面1mm-10cm。

根據(jù)一個可行實施例，所述自由側處的圍堰部高出相應柵板的上表面1mm-5mm、10mm-30mm或30mm-100mm。

根據(jù)一個可行實施例，所述自由側處的圍堰部是附接到柵板的膠條，較佳為透明膠條。

根據(jù)一個可行實施例，各柵板從所述支撐板伸出的距離為10mm至60mm。

根據(jù)一個可行實施例，各柵板從所述支撐板伸出的距離相等或不同，和/或相鄰兩個柵板之間的間隔相同或不同。

根據(jù)一個可行實施例，所述支撐板與各柵板一體地形成，或者各柵板被單獨形成然后附接到所述支撐板。

根據(jù)一個可行實施例，在所述柵板的其中一個端部側或兩個端部側處包括從相應柵板的下表面延伸的肋，所述肋被連接到所述支撐板。

根據(jù)一個可行實施例，所述柵板從所述支撐板的一側伸出，或者分別從所述支撐板的兩側伸出。

根據(jù)一個可行實施例，所述支撐板包括貫穿支撐板的厚度方向的開口。

根據(jù)一個可行實施例，在所述支撐板的頂端和底端之一或兩者處設有連接結構，用于懸掛固定或用于與另一個柵板式光生物反應器的相應連接結構相連接。

根據(jù)一個可行實施例，所述連接結構是鉤狀部。

根據(jù)一個可行實施例，所述支撐板與各柵板由相同或不同材料制成。

根據(jù)一個可行實施例，所述柵板由塑料或玻璃制成。

根據(jù)一個可行實施例，所述柵板由下述材料之一制成：GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)，玻璃。

根據(jù)一個可行實施例，所述柵板式光生物反應器在豎直方向上的高度為1-10m，柵板沿背離支撐板的延伸方向上的寬度為10-300mm。

本發(fā)明還提供了一種利用上述的柵板式光生物反應器對光合微生物進 行培養(yǎng)的方法，其中，所述方法是使培養(yǎng)液在培養(yǎng)周期內(nèi)以薄層和靜態(tài)的狀態(tài)被容納于各柵板的上表面，其中所述培養(yǎng)液的厚度不大于10cm。

采用本發(fā)明的柵板式光生物反應器，實現(xiàn)了結構高度集成化，培養(yǎng)表面積最大化，能夠充分利用豎直方向上的空間，使單位空間體積內(nèi)的光生物的培養(yǎng)體積優(yōu)化，具有顯著的比表面積優(yōu)勢；各層柵板上的培養(yǎng)液被攤薄成靜態(tài)的液體膜層，并以其一個表面直接與環(huán)境接觸，故可以充分與空氣中CO₂接觸和吸收的同時，還充分接收外部的光照，使培養(yǎng)液最底層的光合微生物也可以接收到光源，減少遮擋；結構的集成化有利于反應器的固定、以及提高空間利用效率。運用本發(fā)明培養(yǎng)微藻過程中，不需要大量的水體，無需輸送機械或攪拌操作，節(jié)省了輸送和攪拌能耗，又能很好地獲得光照，有效控制局部污染源的爆發(fā)性擴散；在收獲時，由于培養(yǎng)液量少，降低了所培養(yǎng)的光生物與培養(yǎng)液分離難度，縮短了收獲周期，能夠獲得顯著的經(jīng)濟效益。本發(fā)明的光生物反應器開創(chuàng)了一種薄層、靜態(tài)的培養(yǎng)方式，是一種介于浸沒式培養(yǎng)與固態(tài)式培養(yǎng)之間的全新培養(yǎng)模式，更可應用于體積和形態(tài)千差萬別的各種藻類的養(yǎng)殖。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的柵板式光生物反應器的正視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的柵板式光生物反應器的正視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的柵板式光生物反應器的正視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的柵板式光生物反應器的正視圖；

圖5是是第四實施例的柵板式光生物反應器的立體圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的柵板式光生物反應器的立體圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的柵板式光生物反應器的立體圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的柵板式光生物反應器的立體圖；

圖9是與根據(jù)本發(fā)明的柵板式光生物反應器形成對比的臥管式管道光生物反應器的立體圖；

圖10是在200m²的占地面積內(nèi)采用圖9中的反應器進行光生物培養(yǎng)的空間布局示意圖；以及

圖11是在200m²的占地面積內(nèi)采用圖1的柵板式光生物反應器進行光生物培養(yǎng)的空間布局示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供的光生物反應器總體上是一種多層柵板式光生物培養(yǎng)結構，主要包括支撐板和由支撐板支撐的多個柵板，各柵板沿水平方向延伸并且在豎直方向上以相互間隔開的方式疊置，每個柵板具有用于放置培養(yǎng)目標光生物的培養(yǎng)液的上表面和相反的下表面，每個柵板具有與所述支撐板相連的連接側，與所述連接側相反的自由側，以及與所述連接側相鄰的兩個端部側，在所述兩個端部側和所述自由側處包括從相應柵板向上延伸的圍堰部。

各柵板的上表面、位于柵板連接側的支撐板、以及位于柵板其它三個側面的圍堰部形成用于盛納培養(yǎng)光生物的培養(yǎng)液的空間。

圖1-5給出了本發(fā)明的柵板式光生物反應器的多個具體實施例。但是，本領域內(nèi)的技術人員應理解，圖中示出的實施例僅僅用來說明本發(fā)明的原理，而不意于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護范圍僅由權利要求限定。

為了便于理解，在本發(fā)明的所有附圖中，結構或功能相同或類似的構件用相同的參考標記表示。貫穿本文，柵板式光生物反應器限定出位于豎直方向上的高度，柵板式光生物反應器的“寬度方向”是柵板從支撐板伸出的方向，即圖1中的箭頭方向W所示，柵板式光生物反應器的“長度方向”是指與豎直方向和寬度方向同時垂直的方向，即垂直于附圖紙頁的方向，如圖5中的L所示。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的柵板式光生物反應器100。

柵板式光生物反應器100包括豎直放置的平板式支撐板40和從所述支撐板40的一側伸出的多個柵板20，所述多個柵板20在水平方向上延伸并且在豎直方向上相互間隔開。各柵板20具有用于培養(yǎng)光生物的上表面22和相反的下表面26。

光源50設置于所述多個柵板20的背離支撐板40的一側，用于為在上表面22上培養(yǎng)的光生物提供所需的光照。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，光源50包括多個光源50，在水平方向上分別設置于相鄰的兩個柵板20之間。光源50可以采用人工光源，也可以使用太陽光。

另外，每個柵板20包括被連接到支撐板40的連接側32，與連接側相反的自由側34，以及與連接側相鄰的位于長度方向L上的兩個端部側33 和35(見圖5和圖6)，在柵板20的自由側34和兩個端部側33和35設置有防止培養(yǎng)光生物的培養(yǎng)液流出的圍堰部24(兩個端部側33和35的圍堰部未示出)。

圍堰部24從柵板20的側邊緣向上豎直或傾斜地伸出，優(yōu)選地，圍堰部24與柵板20的上表面22成大于90度的角度或形成圓角，既起到阻擋培養(yǎng)液流出的目的，還避免產(chǎn)生收獲死角或清潔死角，從而能夠更高效地收獲所培養(yǎng)的光生物。優(yōu)選地，圍堰部24高出柵板20的上表面22的距離為1mm-10cm，更優(yōu)選1mm-5mm。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的柵板式光生物反應器100。第二實施例的柵板式光生物反應器100不同于第一實施例的柵板式光生物反應器100僅在于，在平板式支撐板40的兩側上對稱地設置有多個柵板20。

在本第一和第二實施例中，支撐板40被提供為豎直放置的一件式平板。然而，這不是必須的，豎直平板支撐板40可以不是一件式平板，而是多個分別形成的平板豎直放置拼接而成的形式；支撐板40也可以不采用豎直平板形式，任何能夠支撐柵板20的支撐板形式都可以采用。

例如，圖3中示出的第三實施例與在圖1和2中示出的第一和第二實施例的不同點在于支撐板40不是豎直板結構。

在圖3的柵板式光生物反應器100中，支撐板40包括互相連接的多個子板件，這些子板件中的至少一個或多個或者所有都與豎直方向成角度地放置，例如最上面的子板件42豎直放置，其余的所有子板件44成“Z”字連接。這些子板件可以被提供為一體形成的多個部分，或者可以被提供為單獨形成之后彼此連接到一起的多個部件。

柵板20可以全部設置于支撐板40的一側，如圖1和3所示；或者，柵板20被分開設置于支撐板40的兩側，如圖2所示。柵板20可被連接到支撐板40的兩個相鄰部分之間的連接處，也可以連接到某一部分的任意位置，取決于柵板20之間的間距要求。

在圖4示出的本發(fā)明的第四實施例中，在柵板式光生物反應器100的支撐板40的頂端和底端還設置有用于與另一個柵板式光生物反應器100的相應連接結構相連接的連接結構46。

作為一個例子，圖4中的連接結構46被提供為鉤狀部，以與另一個柵板式光生物反應器100的相應鉤狀部相連接。當然，根據(jù)本發(fā)明的原理， 任何能夠實現(xiàn)此功能的結構都可以被采用。

在頂端提供連接結構46，便于光生物反應器100的懸掛固定；如圖所示，在頂端和底端都包括連接結構46，使得多個光生物反應器能夠在設置方向上串聯(lián)連接。

這種固定方式，減少了對結構機械強度的要求。對于自支撐結構而言，可以將支撐板和柵板做得比較薄，使單位高度可分布更多的柵板，也因更薄故可增大透光度。

圖5示出了圖4的第四實施例的立體圖，其中光源50未示出。

圖6示出了本發(fā)明的第五實施例。第五實施例的柵板式光生物反應器100還包括設置于支撐板40的貫穿開口48。貫穿開口48用于使光源50的光更好地穿過、而非透射支撐板40，而到達支撐板40另一側的柵板20的上表面22，從而更高效地利用光源50，減少光到達另一側光生物培養(yǎng)液時的光損耗。

在支撐板40的強度足夠的情況下，可以具有任何數(shù)量、形狀和尺寸的貫穿開口48。另外，開口48也可以不貫穿支撐板40。

在前文描述的圖示實施例中，在每個柵板20上的自由側34和兩個端部側33和35處都設有具有相同高度的圍堰部24，而在相應的圖示中只示出了自由側34處的圍堰部24，兩端部側33和35的圍堰部24未示出。

可選地，在光生物反應器100的長度方向上，即從柵板20的下表面26伸出、例如連接或一體地形成一個或多個肋(圖中未示出)，這些肋可與支撐板40相連接。一方面，肋結構能夠在一定程度上增強結構的穩(wěn)定性，防止柵板塌陷，從而能夠實現(xiàn)柵板更大的水平方向延伸范圍。另一方面，肋既不會影響側面光源的光照效率，也不減少培養(yǎng)液的比表面積。

在其他一些可行的實施例中，所述兩個端部側33和35處的圍堰部24在豎直方向上向上延伸，延伸至高于自由側34處的圍堰部24。所述柵板20的兩個端部側33和35處的圍堰部24還被連接到支撐板40，起到增強對各柵板20的支撐的作用。

例如，如圖7，從端面看，所述兩個端部側33和35處的圍堰部23和25成大致三角形形狀，當然可以設計成任何其它形狀。在圖8中，各柵板20的兩個端部側33和35處的圍堰部24在豎直方向上向上延伸至上面的柵板20，從而構成被連接到支撐板40的整個端壁70。由此不但增加了整體 結構的機械強度，防止各柵板20塌陷，還能夠使支撐板40和柵板20可以做得更薄。

本發(fā)明提供的光生物反應器在豎直方向上的高度可為1-10m，長度可為10-300mm。在未示出的一個實施例中，柵板式光生物反應器還包括包圍該反應器的透光膜罩，使柵板式光生物反應器處于恒定溫度、空氣濕度的氛圍，還有利于減少培養(yǎng)液中水分的蒸發(fā)，給光生物的培養(yǎng)創(chuàng)造最為適宜的生長條件。

上面結合附圖描述了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的柵板式光生物反應器100，然而，根據(jù)本發(fā)明的原理，本領域內(nèi)的技術人員可以設想：柵板和支撐板可以被一體地形成；柵板和支撐板也可以是單獨形成之后連接的形式，連接可以是任何形式的連接。作為一個可行實例，在豎直支撐板上形成有與柵板數(shù)量相當?shù)牟宀?，借助于密封圈、粘接劑等，將柵板組合到支撐板的插槽內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的原理，本領域內(nèi)的技術人員可以設想：圍堰部可以是與柵板一體形成的部分，也可以是單獨形成之后附接于柵板上的部件。作為一個例子，圍堰部可以是固定在各柵板周圍的膠條，優(yōu)選透明膠條。

根據(jù)本發(fā)明的原理，本領域內(nèi)的技術人員可以設想：支撐板可以是規(guī)則的豎向延伸的一件式平板，也可以由數(shù)塊首尾相繼連接在一起的折板或弧形板組成。如果支撐板包括非豎直延伸部分(傾斜延伸的折板形式或弧形板形式)，還可以增大一側的受光面積，這些光的大部分都透過折射到達另一側柵板上的培養(yǎng)液。此外，這種結構的支撐板還可以收到光源光線在豎向的分量。

根據(jù)本發(fā)明，柵板20從支撐板伸出的長度為10mm至60mm，圍堰部從柵板的上表面高出的距離為1mm-10cm。

根據(jù)本發(fā)明的原理，本領域內(nèi)的技術人員還可以優(yōu)化柵板20之間的豎直間距，使得在單位體積內(nèi)盡可能多地設置柵板，提高單位空間內(nèi)的有效培養(yǎng)面積，節(jié)省占地，提高光源利用效率。通常，對人工光源裝置而言，無論柵板的數(shù)量如何，都需要在反應器側面方向安裝LED光墻，為光生物的生長提供光源，在這種情況下，很顯然，柵板的豎直間距越小、數(shù)量越多，光源的利用率越高。本發(fā)明為培養(yǎng)表面最大化，單位空間培養(yǎng)效率最大化，提供了工程上實現(xiàn)的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的原理，柵板和支撐板可由相同的材料制成或者由不同的材料制成。作為光生物反應器的材料可以是塑料，優(yōu)選透光率高的塑料，GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)等等，可以采用一體注塑成型工藝。熱塑性材料還可以用擠出、熱成型工藝，也可以澆鑄成型。其中，PMMA的透光率甚至可高達92-95％。

與現(xiàn)有技術所述的玻璃制光生物反應器相比，塑料材質(zhì)通常采用一體注塑成型、或擠出成型等手段，可以一次性成型幾米到幾十米的包括豎直支撐板、各柵板及圍堰部所組成的柵板結構，無需二次加工，因此可以大幅度降低反應器本體的造價，而且無需配備專用連接件，節(jié)省了大量連接件的組裝操作，安裝和運行維護成本也低得多。

采用本發(fā)明的柵板式光生物反應器，當圍堰部高出柵板上表面的距離為1-5mm時，由于培養(yǎng)液深度非常淺，其能夠直接以較大的表面積與空氣接觸而吸收CO₂和放出氧氣，在光合微生物的整個培養(yǎng)周期中，即使不攪拌、不設置曝氣裝置，仍然可以使絕大部分細胞都能夠接收所需的光源和CO₂，并輕易排出對光合作用有抑制效果的O₂。因而，省去了攪拌培養(yǎng)液的裝置和曝氣裝置，節(jié)省攪拌、循環(huán)及氣體導入裝置的能耗。另一方面，在收獲時，由于培養(yǎng)液量少，降低了所培養(yǎng)的光生物與培養(yǎng)液分離難度，縮短了收獲周期，直接關乎最終成本。

這種柵板式光生物反應器，包括分別在水平方向上延伸并且在豎直方向上間隔布置的多個柵板。柵板之間的間距可以很小，實現(xiàn)了結構高度集成化，培養(yǎng)表面積最大化。能夠充分利用豎直方向上的空間，使單位空間體積內(nèi)的光生物的培養(yǎng)體積優(yōu)化，培養(yǎng)表面積優(yōu)化，可以充分與空氣中CO₂接觸的同時，還充分接收外部的光源，減少遮擋。本發(fā)明結構的集成化有利于反應器的固定、以及提高單位空間的利用效率。

采用上述柵板式光生物反應器，各柵板及支撐板均為透明度高的材質(zhì)，在藻的培養(yǎng)之初，由于各層柵板上的藻細胞密度有限，還未形成深綠色生物膜時，光線主要的走向包括(如圖1、2和4中帶箭頭的直線所表示的)：①光源從柵板一側直接照射在柵板培養(yǎng)液的上表面和下表面；②一部分光透過柵板到達相鄰的下層或上層柵板的培養(yǎng)液；③一部分光線透過透明支撐板到達另一側柵板的上表面、和下表面；④一部分光線透過另一側柵板 到達該相鄰的下層或上層柵板的培養(yǎng)液。因而，采用本發(fā)明的柵板式光式光生物反應器，受光面積大，光利用效率非常高。如有必要，例如柵板透光率不足或培養(yǎng)后期藻細胞濃度變大時，則可以采用加大光照強度的方式，事實上在培養(yǎng)后期，為了使藻細胞有用的次生代謝物的積累，會相應減少光源需求。

這里，需要指出的是，由于柵板式光生物反應器的比表面積較大，可能會存在培養(yǎng)液蒸發(fā)過快的問題，因此，建議準備一培養(yǎng)液滴注裝置和精細的液位高度監(jiān)測器，與本柵板式光生物反應器一起使用，從而可以向各柵板上表面慢慢地加注培養(yǎng)液，使培養(yǎng)液的液膜基本維持在恒定的厚度。

光生物反應器的光照面積是評價光生物反應器培養(yǎng)效率的一個最為關鍵因素之一。下面針對相同的培養(yǎng)液體積，使本發(fā)明柵板式光生物反應器與傳統(tǒng)的臥管式光生物反應器二者接受到光照的面積比較，來說明本發(fā)明柵板式光生物反應器的優(yōu)勢。

接受光照面積的比較：

傳統(tǒng)臥管式光生物反應器，1L體積量藻液，占據(jù)直徑為50mm的玻璃管道，根據(jù)圓柱體表面積計算方式，得到其受光表面積為：0.04m²。

本發(fā)明的柵板式光生物反應器，1L體積量藻液，液面厚度3mm，雙面受光面積為：0.66m²?？梢?，相同體積的藻液接受光照面積提高約16.67倍。

為了更進一步說明本發(fā)明光生物反應器的優(yōu)勢，下面再以實例的形式說明根據(jù)本發(fā)明的光生物反應器的優(yōu)勢。

與根據(jù)本發(fā)明的光生物反應器形成對比的是，在圖9中以透視圖給出的臥管式管道光生物反應器200，箭頭表示培養(yǎng)液進入和流出反應器200。

以200m²的占地面積為例，如圖10所示，因為要布置與反應器200配套使用的泵210和曝氣池220，所以只能布置4套如圖9示的臥管式管道光生物反應器。假設每套臥管式管道光生物反應器的高度為2.5m，總培養(yǎng)體積量4000L，在10天的培養(yǎng)時間內(nèi)，以生物質(zhì)產(chǎn)量3g/L計算，共收獲干物質(zhì)12kg。

同樣在200m²的占地面積中，如圖11所示采用根據(jù)本發(fā)明的柵板式光生物反應器，不需要如圖10所示的附加配套設施，所以可布置50個反應器100。假設反應器100的高度同樣為2.5m，柵板20的規(guī)格為2.0×0.8m， 相鄰柵板20之間的間距為10mm，則每個反應器100可層疊的柵板數(shù)量為250層，如此每個反應器培養(yǎng)面積400m²，則50個反應器100的總培養(yǎng)面積為400×50＝20000m²。保守估算每天每平米培養(yǎng)生物質(zhì)量1g/m²/d，同樣培養(yǎng)周期10天，則生物質(zhì)產(chǎn)量為：10d×20000m²×1g/m²/d＝200kg。

由上述對比可知，相同占地面積和占地空間的情況下，采用根據(jù)本發(fā)明的柵板式光生物反應器所得到的生物質(zhì)產(chǎn)量大約是采用臥管式管道光生物反應器所得到的生物質(zhì)產(chǎn)量的16.67倍。

與需要大量水體、需要大量功耗來輸送培養(yǎng)液、而且還需要攪拌裝置的傳統(tǒng)的管道式光生物反應器相比，根據(jù)本發(fā)明的柵板式光生物反應器為靜止培養(yǎng)，不需要大量的水體，培養(yǎng)過程中無需輸送或攪拌操作，節(jié)省了輸送和攪拌動力，又能很好地獲得光照。另外，培養(yǎng)液濃度遠遠高于傳統(tǒng)的管道式光生物反應器，因此在收獲、濃縮、干燥、水處理等環(huán)節(jié)，就可以降低大量的光生物-培養(yǎng)液分離的工作量和能耗，從而降低收獲時的綜合成本，獲得顯著的經(jīng)濟效益。

由于本發(fā)明首次開創(chuàng)了在培養(yǎng)過程采用靜態(tài)(不用攪拌)、薄層(培養(yǎng)液量少,光利用度高)的培養(yǎng)方式，將光合微生物置于適宜培養(yǎng)液量中進行培養(yǎng)，故非常適用于體積和形態(tài)較大的單細胞藻類的培養(yǎng)，包括發(fā)菜、葛仙米及地皮菜等等。