一種光合反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微生物培養(yǎng)技術(shù)，更具體的說，涉及一種采用氣壓驅(qū)動(dòng)的光合反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在地球上所有能夠進(jìn)行光合作用的綠色生物中，光合微生物尤其是藻類和光合細(xì)菌等具有超強(qiáng)的光能轉(zhuǎn)化效率(15-18%)。而且能夠利用簡(jiǎn)單的無機(jī)鹽類，在適宜的溫度、水氣環(huán)境條件下，短期內(nèi)生產(chǎn)出大量的生物質(zhì)。其生物產(chǎn)量約占到全部生物總量的三分之二。象作為人們主食的小麥、水稻、馬玲薯等碳3作物光能轉(zhuǎn)化率只有1%，具有較高效率的碳四作物如甘蔗、玉米也不過3_5%。因此這些光合微生物成為人們利用太陽(yáng)能來制造食品、飼料、能源、水產(chǎn)餌料、藥品和含有各種生物活性物質(zhì)健康產(chǎn)品的巨大潛力所在。
[0003]為了能夠進(jìn)行高光效、高密度、高產(chǎn)量、高質(zhì)量的生物產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)，從20世紀(jì)九十年代以來，國(guó)內(nèi)外都把研發(fā)封閉式生物反應(yīng)器作為藻類和光合細(xì)菌等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要裝備，封閉型系統(tǒng)具有培養(yǎng)參數(shù)可控、受外界因素干擾小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到更加廣泛的關(guān)注。開放式設(shè)備容易浸染雜藻、雜菌、昆蟲，嚴(yán)重限制了開放型培養(yǎng)系統(tǒng)的使用，封閉式生物反應(yīng)器可以較好的解決。
[0004]當(dāng)前封閉式生物反應(yīng)器有管道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌罐發(fā)酵式、薄膜袋平放、斜放、吊立式等類型，并申請(qǐng)獲得了大量有關(guān)專利。從實(shí)際應(yīng)用來看，以管道式光生物反應(yīng)器發(fā)展最快，因其可靠性、延續(xù)伸展性、容易規(guī)?；a(chǎn)和成本較低最有發(fā)展前景。然而，制約管道式發(fā)展的瓶頸技術(shù)如:活性氧的排除問題、動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞易于造成損傷的剪切力問題、管道較難清洗和不能完全封閉式運(yùn)轉(zhuǎn)等難題一直沒有得到根本上的解決。
[0005]在光合作用的過程當(dāng)中、細(xì)胞依靠體內(nèi)的核酮糖-1，5_二磷酸羧化酶/加氧酶(簡(jiǎn)稱Rubisco)和NADPH合成有機(jī)物(Calvin循環(huán))產(chǎn)生大量活性氧分子、若不及時(shí)清除這些氧分子將會(huì)對(duì)細(xì)胞的光合器官造成傷害。而且Rubisco的催化作用也受到嚴(yán)重影響，因?yàn)槠湟子诤脱踅Y(jié)合導(dǎo)致固碳效果降低，最終導(dǎo)致光合效率大大下降。因此，現(xiàn)有的光合反應(yīng)器中需要設(shè)置專門的排氣或者排氧裝置，例如，中國(guó)CN 102365356A號(hào)專利公開了一種適用于特別是藻類的光合微生物培養(yǎng)的光合反應(yīng)器，包括至少一個(gè)光合反應(yīng)管、至少一個(gè)返回管、至少一個(gè)用于循環(huán)液體培養(yǎng)介質(zhì)的裝置、至少一個(gè)氣體注射裝置以及定位在反應(yīng)器的頂部?jī)?nèi)的至少一個(gè)排氣裝置其中氣體注射裝置的放置和/或反應(yīng)管或返回管的構(gòu)造被設(shè)計(jì)成使得經(jīng)由注射裝置注射的氣體通過在反應(yīng)管內(nèi)沿著低到高的流動(dòng)方向循環(huán)而再次升高到排氣裝置，使得注射氣體和液體培養(yǎng)介質(zhì)在反應(yīng)通道的大致水平的反應(yīng)區(qū)段內(nèi)形成氣體/液體兩相流動(dòng)。中國(guó)CN2744690A號(hào)專利公開了一種植物性藻類及微生物光合反應(yīng)器，包括:一光合反應(yīng)管路，其為一透光管路;一加壓輸液部件，其入口端連通于該透光管路的出口端；以及一排氧及調(diào)節(jié)部件，其包括一中空的噴射排氧裝置和一中空的液面調(diào)節(jié)裝置，該噴射排氧裝置包括相組接的一排氧筒和一集液筒，該排氧筒設(shè)有一進(jìn)液口、一上排氣口和一中空管壁，該進(jìn)液口連通于該加壓輸液部件的出口端，該上排氣口位于該排氧筒的頂端，該中空管壁自該上排氣口向下延伸且相對(duì)地位于該進(jìn)液口的內(nèi)側(cè)，該液面調(diào)節(jié)裝置包括一調(diào)節(jié)筒，該調(diào)節(jié)筒連通于該集液筒，該透光管路的入口端連通于該調(diào)節(jié)筒。
[0006]專門的排氧排氣設(shè)備不僅大大增加了光合反應(yīng)器的復(fù)雜程度，維護(hù)和清洗變得更為難度，而且使用的動(dòng)力系統(tǒng)，如離心栗、隔膜栗、蠕動(dòng)栗、風(fēng)囊栗等，仍然存在對(duì)細(xì)胞不同程度的損傷。例如，CN 1511941A公開了一種封閉管道式光合反應(yīng)器，包括受光反應(yīng)管道，藻液儲(chǔ)液瓶和反應(yīng)器動(dòng)力系統(tǒng)，其動(dòng)力系統(tǒng)采用風(fēng)囊栗，按藻液儲(chǔ)液瓶、受光反應(yīng)管道的吸入管、風(fēng)囊栗、受光反應(yīng)管道的回流管，再到藻液儲(chǔ)液瓶的順序連接，其吸入管的輸入端與藻液儲(chǔ)液瓶連接，形成藻液循環(huán)回路，在吸入管上連接有通氣側(cè)管。雖然該專利使用剪切力較小的風(fēng)囊栗作為動(dòng)力，但是對(duì)于耐受力較差的微生物仍然存在較大影響。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種光合反應(yīng)器，包括用于容納光合微生物培養(yǎng)液的光合反應(yīng)管，所述光合反應(yīng)管的一端通過第一貯液管與空氣源連接，所述光合反應(yīng)管的另一端通過第二貯液管和真空栗連接，所述空氣源與所述第一貯液管密封連接，所述真空栗與所述第二貯液管密封連接。
[0008]在本實(shí)用新型提供的光合反應(yīng)器中，所述光合反應(yīng)管中設(shè)置有至少一個(gè)止回閥；所述第一貯液管與所述第二貯液管通過回流管相連通，所述回流管上設(shè)置有電磁閥；所述第二貯液管上設(shè)置有排氣閥。
[0009]在本實(shí)用新型提供的光合反應(yīng)器中，所述光合反應(yīng)管為用透明管道制造并成一定斜角度的多層盤管，盤管直徑20mm?300mm，盤管總長(zhǎng)Im?2000m ；所述光合反應(yīng)管中最大液位差0.1m?9.5m。
[0010]在本實(shí)用新型提供的光合反應(yīng)器中，所述光合反應(yīng)管與所述第一貯液管的連接位置為所述光合反應(yīng)管在豎直方向的最底端，該連接位置設(shè)置有用于排出雜物的排污閥。
[0011]實(shí)施本實(shí)用新型，具有如下有益效果:本實(shí)用新型是根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，采用真空栗驅(qū)動(dòng)空氣流動(dòng)和氧氣排出，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖液的往返式流動(dòng)和整體循環(huán)流動(dòng)，并對(duì)管內(nèi)氣體的排出和外部氣體的進(jìn)入交換能夠進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，具有耗能極低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)組裝等特點(diǎn)，為光合微生物大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)裝備制造提供借鑒。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為本實(shí)用新型光合反應(yīng)器較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0015]當(dāng)前封閉式光合反應(yīng)器有管道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌罐發(fā)酵式、薄膜袋平放、斜放、吊立式等類型，其中以管道式光合反應(yīng)器最有發(fā)展前景，然而，管道式光合反應(yīng)器具有的活性氧的排除問題、動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞易于造成損傷的剪切力問題、管道較難清洗和不能完全封閉式運(yùn)轉(zhuǎn)等難題一直沒有得到根本上的解決。
[0016]本實(shí)用新型的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，在光合反應(yīng)器的光合反應(yīng)管100兩端分別連接空氣源200和真空栗300，借助真空栗300的抽氣作用，使得從空氣源200進(jìn)入的空氣有規(guī)律的沿著光合反應(yīng)管100流動(dòng)，最后從真空栗300中流出，不斷帶出光合作用產(chǎn)生的氧氣，另外，空氣沿著光合反應(yīng)管100流動(dòng)的過程中充分與微生物培養(yǎng)液接觸，以溶解光合作用必須的二氧化碳，同時(shí)可以起到攪拌培養(yǎng)液的作用，維持高效、連續(xù)、高純度的光合微生物培養(yǎng)。
[0017]圖1示出了本實(shí)用新型光合反應(yīng)器較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，光合反應(yīng)器包括用于容納光合微生物培養(yǎng)液的光合反應(yīng)管100，光合反應(yīng)管100的兩端分別連接空氣源200和真空栗300。為了使得空氣能夠順利進(jìn)入光合反應(yīng)管100并沿著光合反應(yīng)管100持續(xù)流動(dòng)，光合反應(yīng)管100整體上應(yīng)該具有持續(xù)向上的傾斜角，例如螺旋向上的蛇形管。光合反應(yīng)管100中局部位置的向下傾斜和水平設(shè)置也不會(huì)對(duì)空氣的持續(xù)流動(dòng)構(gòu)成影響，因?yàn)榘殡S著空氣在向下傾斜位置和水平位置的積累，在向下傾斜位置和水平位置形成局部位置的無液區(qū)或者無液段，更多的空氣進(jìn)入該無液區(qū)或者無液段后會(huì)繼續(xù)沿著光合反應(yīng)管100持續(xù)流動(dòng)，最終從真空栗300流出，帶出光合反應(yīng)管100中光合微生物光合作用產(chǎn)生的氧氣。
[0018]本實(shí)施例中的光合反應(yīng)管100的一端通過第一貯液管110與空氣源200連接，光合反應(yīng)管100的另一端通過第二貯液管120和真空栗300連接，空氣源200與第一貯液管110密封連接，真空栗300與第二貯液管120密封連接。特別需要說明的是，第一貯液管110、第二貯液管120可以為單獨(dú)設(shè)置的管道，也可以與光合反應(yīng)管100—體成型設(shè)置而作為光合反應(yīng)管100的一部分。光合反應(yīng)管100采用透明材料制造，例如玻璃管、亞克力管、PV、PVC、PC、ABS管等。
[0019]在本實(shí)用新型的另一較佳實(shí)施例中，除具有上述技術(shù)特征外，光合反應(yīng)管100中設(shè)置有至少一個(gè)止回閥400，使得光合反應(yīng)管100中微生物培養(yǎng)液只能單向流動(dòng);第一貯液管110與第二貯液管120通過回流管500相連通，回流管500上設(shè)置有電磁閥510;第二貯液管120上設(shè)置有排氣閥600，排氣閥600直接與大氣連通，或者通過管道與第一貯液管110共同連接同一個(gè)空氣源200。優(yōu)選的，光合反應(yīng)管100為用透明管道