半密閉的立柱式光反應(yīng)器及具有該反應(yīng)器的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種半密閉的立柱式光反應(yīng)器及具有該反應(yīng)器的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻可以利用光能和C02合成蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等有機(jī)組分，在地球的碳素循環(huán)和能量循環(huán)中發(fā)揮重要作用。某些種類(lèi)的微藻富含多不飽和脂肪酸、活性多糖和天然色素等高值生物活性物質(zhì)，因此成為食品、飼料、燃料和醫(yī)藥等領(lǐng)域的重要材料來(lái)源。
[0003]目前，在全球范圍內(nèi)，微藻生物技術(shù)已經(jīng)迅速形成了一條規(guī)模巨大的完整產(chǎn)業(yè)鏈，其中的規(guī)模培養(yǎng)是重要環(huán)節(jié)。為承載微藻的生長(zhǎng)，研究者發(fā)明了跑道式培養(yǎng)池、圓池、管道式光生物反應(yīng)器、平板式光反應(yīng)器等多種開(kāi)放或密閉的反應(yīng)器。不同反應(yīng)器在比表面積、容積比、物料交換速率、密閉程度、制造成本等方面區(qū)別明顯，從而對(duì)微藻培養(yǎng)過(guò)程中對(duì)光能、二氧化碳和其他營(yíng)養(yǎng)的利用速率，單位占地面積的微藻培養(yǎng)體積，以及是否易于產(chǎn)生污染等多方面產(chǎn)生影響。管道光反應(yīng)器具有比表面積大、容積比大、不易污染、物料交換效率高、易于工藝放大等優(yōu)點(diǎn)，培養(yǎng)微藻的生物質(zhì)產(chǎn)率更高，有效生物成分的積累也更容易控制，因而廣泛用于微藻的工業(yè)化培養(yǎng)。
[0004]由于大多數(shù)微藻屬于光合自養(yǎng)生物，適宜的光照、碳供應(yīng)和其他營(yíng)養(yǎng)元素是其生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的水平式和螺管式管道光反應(yīng)器系統(tǒng)中，在光和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給方面存在一些弊端。一方面，水平式和螺管式管道光反應(yīng)器系統(tǒng)中通常采用儲(chǔ)液罐集中通氣的方式供碳，但是這一方式下的反應(yīng)器中藻細(xì)胞的二氧化碳和氧氣的交換速率往往受到管道長(zhǎng)度的限制，過(guò)長(zhǎng)的管道可能導(dǎo)致微藻生長(zhǎng)出現(xiàn)二氧化碳供應(yīng)不足和氧過(guò)量富集的氧化脅迫；另一方面，為擴(kuò)大規(guī)模通常會(huì)提高管道半徑，而這一操作會(huì)大大降低反應(yīng)器中的光透過(guò)性，導(dǎo)致微藻生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)光限制。
[0005]此外，為提高物料交換速率和保持藻細(xì)胞的均勻懸浮，通常采用栗送的方式實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液進(jìn)出和在管道內(nèi)的流動(dòng)，培養(yǎng)液栗送量大、能耗高，且水栗的機(jī)械剪切易對(duì)藻細(xì)胞產(chǎn)生損傷。與之相比，立柱式管道反應(yīng)器中采用氣升式曝氣裝置，上升的氣泡流一方面使培養(yǎng)液能夠混合良好并使藻細(xì)胞保持良好懸浮，另一方面強(qiáng)化了氣泡中二氧化碳向培養(yǎng)液中的溶解傳遞以及培養(yǎng)液中藻細(xì)胞光合生長(zhǎng)產(chǎn)生的氧氣向氣泡的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)碳排氧；但是這種立柱式管道反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用于微藻規(guī)模培養(yǎng)時(shí)仍然存在一些問(wèn)題，比如:
[0006]1、傳統(tǒng)的立柱式反應(yīng)器均使用從頂端插入一根通氣管及(或)曝氣元件來(lái)曝氣，藻細(xì)胞容易粘附在這些部件之上結(jié)疤而導(dǎo)致難于清洗的問(wèn)題；
[0007]2、反應(yīng)器頂端通氣由于通氣分布不均，導(dǎo)致反應(yīng)器底部存有死角，從而發(fā)生細(xì)胞沉降現(xiàn)象。
[0008]綜上所述，有必要設(shè)計(jì)一種新的裝置，來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半密閉的立柱式光反應(yīng)器。本裝置能提高二氧化碳供應(yīng)，及時(shí)去除培養(yǎng)液中的分子氧；同時(shí)，降低培養(yǎng)過(guò)程的能耗，簡(jiǎn)化反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以降低操作和反應(yīng)器清洗難度，提高反應(yīng)器中的氣體分布均勻度，保證藻細(xì)胞充分?jǐn)噭?dòng)，以及降低反應(yīng)器的制造和運(yùn)行成本。
[0010]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]—種半密閉的立柱式光反應(yīng)器，包括:
[0012]中間透明柱體，中間透明柱體的底端與底蓋密封連接，頂端放置有頂蓋；
[0013]所述底蓋與通氣支管連通；
[0014]所述頂蓋內(nèi)部具有凸筋，凸筋壓在中間透明柱體的上表面，使頂蓋與中間透明柱體形成半封閉結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選的，所述底蓋具有圓錐型或半球型的主體，通氣支管位于底蓋主體的最低點(diǎn)。
[0016]優(yōu)選的，上述立柱式反應(yīng)器還具有進(jìn)出液支管；進(jìn)出液支管與底蓋主體連通。
[0017]優(yōu)選的，上述立柱式反應(yīng)器還具有進(jìn)出液支管；進(jìn)出液支管與底蓋主體連通，通氣支管連接在進(jìn)出液支管上。
[0018]優(yōu)選的，所述通氣支管與通氣止水元件相連接。
[0019]優(yōu)選的，所述通氣止水元件為單向閥、防水透氣膜或其他部件。
[0020]優(yōu)選的，所述頂蓋為不開(kāi)孔的結(jié)構(gòu)，凸筋為多條，分布于頂蓋的內(nèi)頂壁及內(nèi)側(cè)壁上。
[0021]優(yōu)選的，所述底蓋與中間透明柱體為焊接、粘接或通過(guò)密封圈密閉連接。
[0022]在提供上述反應(yīng)器的同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，該微藻培養(yǎng)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)上述的立柱式光反應(yīng)器、儲(chǔ)液罐、輸送栗和供氣系統(tǒng)；
[0023]所述立柱式反應(yīng)器通過(guò)輸液管道并聯(lián)，輸液管道的一端與輸送栗連通，輸送栗的另一端與儲(chǔ)液罐連通；
[0024]所述通氣支管通過(guò)輸氣管道并聯(lián)后與供氣系統(tǒng)相連通。
[0025]優(yōu)選的，所述輸送栗通過(guò)多個(gè)閥門(mén)配合實(shí)現(xiàn)利用一套輸液管道對(duì)立柱式反應(yīng)器的供液和培養(yǎng)液排放。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:
[0027](1)氣體從反應(yīng)器的半球或圓錐形底端通入，上升氣流在反應(yīng)器中無(wú)死角，藻細(xì)胞被上升氣流最大限度的攪拌與混合，大大提高了二氧化碳的吸收和傳質(zhì)效率，同時(shí)避免藻細(xì)胞沉積和粘壁。
[0028](2)頂蓋的半封閉性有利于通入氣體的無(wú)阻礙排出，從而使培養(yǎng)液中藻細(xì)胞光合作用產(chǎn)生的分子氧氣體逸出，避免藻細(xì)胞遭受氧脅迫的抑制；同時(shí)阻擋了雨水、灰塵等環(huán)境污染物進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，降低了培養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
[0029](3)本發(fā)明提供的反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于安裝和拆卸，反應(yīng)器柱體內(nèi)不需要通氣管，既便于清洗，又降低了制造成本。
[0030](4)本發(fā)明的每個(gè)反應(yīng)器單元可以單獨(dú)進(jìn)行藻類(lèi)培養(yǎng)用于科研或生產(chǎn)需要，也可以通過(guò)提高反應(yīng)器單元的數(shù)目擴(kuò)大規(guī)模用于藻類(lèi)的大量培養(yǎng)，規(guī)模放大簡(jiǎn)單易行。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明中立柱式光反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明中半球形主體底蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明中錐形主體底蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明中頂蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是本發(fā)明中微藻培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]其中:1、頂蓋，2、中間透明柱體，3、底蓋，4、通氣支管，5、進(jìn)出液支管，6、儲(chǔ)液罐，7、輸送栗，8、閥門(mén)，9、輸液管道，10、輸氣管道，11、凸筋，12、二氧化碳源，13、鼓風(fēng)機(jī)，14、通氣止水元件。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]實(shí)施例1:一種半密閉的立柱式光反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，包括使用外徑10厘米、壁厚2毫米、長(zhǎng)度為1.5米的玻璃柱作為中間柱體2。中間透明柱體2的底端與底蓋3密封連接，底蓋3使用聚丙烯材料澆注成型，其結(jié)構(gòu)中包括一個(gè)半球形主體，通氣支管4與進(jìn)出液支管5并聯(lián)后連接于底蓋的半球形柱體最低處；作為另一種情況，底蓋3也可以是包括錐形主體，通氣支管4和進(jìn)出液支管5分別與錐形主體相連通的結(jié)構(gòu)。中間透明柱體2的頂端放置有頂蓋1 ;頂蓋1內(nèi)徑為102.5毫米，其內(nèi)側(cè)面和內(nèi)頂面分別由三條高0.8毫米的凸筋11，頂蓋1使用聚丙烯材料澆注成型。凸筋11使頂蓋1與中間透明柱體2形成半封閉結(jié)構(gòu)。頂蓋1可以直接扣在玻璃柱上方，用于遮擋雨水和灰塵，同時(shí)頂蓋1內(nèi)側(cè)的凸筋11可以保證中間透明