專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋管式光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光生物反應(yīng)器，特別涉及一種螺旋管式光生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
鹽藻是一種單細(xì)胞綠藻，能在適宜條件下積累大量的β-胡蘿卜素，含量最高可超過(guò)干重的10％，是β-胡蘿卜素最好的天然資源。目前生產(chǎn)天然β-胡蘿卜素主要是大面積培養(yǎng)鹽藻進(jìn)行生產(chǎn)，但開(kāi)放式養(yǎng)殖鹽藻受地質(zhì)、氣候、自然光照、鹽度、天敵等等環(huán)境因素的嚴(yán)格限制，可控性較差，產(chǎn)量及養(yǎng)殖效率低，如在養(yǎng)殖期間如遇到下雨，滲透壓急劇變化常造成細(xì)胞破裂，可能導(dǎo)致β-胡蘿卜素合成消失；另一方面，開(kāi)放式養(yǎng)殖方式還需占用大面積的土地和水域資源。利用光生物反應(yīng)器培養(yǎng)鹽藻可以解決開(kāi)放式養(yǎng)殖方式存在的上述缺點(diǎn)及不足之處，現(xiàn)有的光生物反應(yīng)器有如專(zhuān)利號(hào)01227307.4的中國(guó)實(shí)用新型公開(kāi)的“一種適用于大型海藻種苗培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器”及專(zhuān)利號(hào)02236339.4的中國(guó)實(shí)用新型公開(kāi)的“反應(yīng)器”，這類(lèi)光生物反應(yīng)器存在的主要問(wèn)題是培養(yǎng)罐和光合區(qū)域沒(méi)有分開(kāi)，造成外置光源的光路長(zhǎng)，藻細(xì)胞間相互遮光作用嚴(yán)重，導(dǎo)致光利用率低，光合效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，光利用率高，生產(chǎn)可控性好，對(duì)土地和水域資源占用率低的適用于微藻培育的螺旋管式光生物反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本螺旋管式光生物反應(yīng)器包括螺旋管、光源、藻液儲(chǔ)罐、藻液輸送泵，所述螺旋管環(huán)繞于光源周?chē)菪芘c藻液儲(chǔ)罐及藻液輸送泵連接構(gòu)成封閉循環(huán)回路。
所述螺旋管采用透光材料較好的材料制成，如玻璃或有機(jī)玻璃等；本發(fā)明人在試驗(yàn)了有機(jī)玻璃反應(yīng)器培養(yǎng)鹽藻后，發(fā)現(xiàn)鹽藻在有機(jī)玻璃制成的培養(yǎng)容器里，貼壁現(xiàn)象嚴(yán)重，使得光利用率急劇下降，而在普通玻璃容器里，只發(fā)生輕微貼壁現(xiàn)象，又考慮到光照射反應(yīng)器會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，所以采用普通耐高溫玻璃作為螺旋管的材料。
所述光源采用日光燈管，其光照強(qiáng)度能提供鹽藻生長(zhǎng)所需的光能，當(dāng)需要較強(qiáng)光照時(shí)，可以選用功率較高的日光燈管或者增加日光燈管數(shù)量；一般來(lái)說(shuō)，在一根螺旋管內(nèi)設(shè)置有一根日光燈管；對(duì)于內(nèi)徑較大的螺旋管，亦可在一根螺旋管內(nèi)設(shè)置多根日光燈管，以提供較強(qiáng)的光照效果。
所述螺旋管及光源的數(shù)量根據(jù)生產(chǎn)需要可為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)螺旋管之間可為串聯(lián)或并聯(lián)的連接關(guān)系。
所述藻液儲(chǔ)罐的頂部設(shè)置有藻液入口、取樣口和通氣口，所述藻液儲(chǔ)罐的底部設(shè)置有藻液輸出口。
所述藻液儲(chǔ)罐外設(shè)置有加熱器對(duì)藻液儲(chǔ)罐內(nèi)藻液溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；所述加熱器為紅外燈，紅外燈與藻液儲(chǔ)罐相對(duì)設(shè)置，可對(duì)罐內(nèi)藻液進(jìn)行加熱和保溫。
所述藻液儲(chǔ)罐的通氣口與氣泵相連接，可由氣泵通入空氣，使微藻與空氣中的二氧化碳相接觸，獲得藻類(lèi)光合作用所需的碳源。
所述藻液輸送泵為蠕動(dòng)泵；采用蠕動(dòng)泵的主要原因是由于無(wú)細(xì)胞壁的微藻細(xì)胞比較脆弱，對(duì)剪切力非常敏感，離心泵等能產(chǎn)生較強(qiáng)剪切力的流體輸送設(shè)備均不適用于藻液的循環(huán)；蠕動(dòng)泵是通過(guò)壓差來(lái)進(jìn)行流體輸送的設(shè)備，其輸送方式溫和，不傷害藻細(xì)胞，可作為微藻培養(yǎng)的輸送設(shè)備。
本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(1)本螺旋管式光生物反應(yīng)器采用了培養(yǎng)罐和光合區(qū)域分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，并在光合區(qū)域采用了螺旋管狀設(shè)計(jì)，大大減少了光照路徑，提高了光合作用效率；(2)利用本螺旋管式光生物反應(yīng)器進(jìn)行微藻的培育效果好，與室外自然條件同體積培養(yǎng)進(jìn)行了對(duì)照試驗(yàn)表明，本光生物反應(yīng)器的藻細(xì)胞生物量比對(duì)照高出50mg/L；β-胡蘿卜素產(chǎn)量高出10mg/L，具有較高的比表面積，達(dá)到了62m-1，遠(yuǎn)高于開(kāi)放池培養(yǎng)的不到10m-1。(3)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，光利用率高，生產(chǎn)可控性好，對(duì)土地和水域資源占用率低，解決了目前微生物發(fā)酵法和鹽藻開(kāi)放式培養(yǎng)法生產(chǎn)天然β-胡蘿卜素存在的問(wèn)題，可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效率。


圖1是本實(shí)用新型螺旋管式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示螺旋管式光生物反應(yīng)器中的螺旋管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)如圖1～圖2所示，由圖1可見(jiàn)，本螺旋管式光生物反應(yīng)器包括螺旋管2、日光燈管1、藻液儲(chǔ)罐6、紅外燈4、蠕動(dòng)泵7、氣泵3、閥門(mén)8，螺旋管2的具體形狀如圖2所示，環(huán)繞于日光燈管1周?chē)?，螺旋?一端通過(guò)密閉橡膠管與藻液儲(chǔ)罐6相連接，藻液儲(chǔ)罐6的頂部設(shè)置有藻液入口、取樣口5和通氣口，藻液入口與螺旋管2相連接，通氣口與氣泵3相連接，取樣口5用于取樣，藻液儲(chǔ)罐6底部設(shè)有藻液輸出口，藻液輸出口通過(guò)密閉橡膠管與蠕動(dòng)泵7相連接，蠕動(dòng)泵7通過(guò)閥門(mén)8與螺旋管2的另一端通過(guò)密閉橡膠管相連接構(gòu)成封閉循環(huán)回路；藻液儲(chǔ)罐6外設(shè)置有紅外燈4對(duì)罐內(nèi)藻液進(jìn)行加熱和保溫。
本螺旋管式光生物反應(yīng)器的作用過(guò)程是將接種好的培養(yǎng)液裝入藻液儲(chǔ)罐6內(nèi)，開(kāi)啟電源，通過(guò)紅外燈4調(diào)節(jié)所需溫度，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵7，調(diào)節(jié)藻液流速至要求的流量，藻液通過(guò)蠕動(dòng)泵7被輸送到螺旋管光照區(qū)，接受光合作用所需的光照，釋放氧氣，流過(guò)螺旋管2后，進(jìn)入藻液儲(chǔ)罐6，在氣泵3的作用下攪拌并與空氣中的二氧化碳充分接觸，以提供藻類(lèi)光合作用所需之碳源。如果是連續(xù)培養(yǎng)，則收獲通過(guò)螺旋管2的藻液，同時(shí)向藻液儲(chǔ)罐6內(nèi)添加與收獲藻液等量的新鮮培養(yǎng)液。
實(shí)施例2本螺旋管式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)除下述特征外同實(shí)施例1所述螺旋管、日光燈管分別有16根，每根日光燈管位于螺旋管內(nèi)作為一個(gè)光照單元，將這16個(gè)光照單元分為4排，每排4個(gè)光照單元，每個(gè)光照單元固定在支撐架上，每個(gè)光照單元的螺旋管之間通過(guò)密閉橡膠管串聯(lián)連接。藻液依次流過(guò)16個(gè)光照單元后返回藻液儲(chǔ)罐，由于流經(jīng)的光照面積較大，所以藻液的光合作用效果更好。
與此類(lèi)似，采用數(shù)量不同的光照單元串聯(lián)形成的螺旋管式光生物反應(yīng)器亦屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
實(shí)施例3本螺旋管式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)除下述特征外同實(shí)施例1所述螺旋管、日光燈管分別有8根，每根日光燈管位于螺旋管內(nèi)作為一個(gè)光照單元，將這8個(gè)光照單元分為2排，每排4個(gè)光照單元，每個(gè)光照單元固定在支撐架上，其中一排的4個(gè)光照單元的螺旋管之間串聯(lián)連接，并通過(guò)密閉橡膠管與藻液儲(chǔ)罐及蠕動(dòng)泵相連接，另一排的4個(gè)光照單元的螺旋管之間串聯(lián)連接，并通過(guò)密閉橡膠管與藻液儲(chǔ)罐及另一蠕動(dòng)泵相連接，亦即兩排光照單元之間是并聯(lián)的關(guān)系。
與此類(lèi)似，采用數(shù)量不同的光照單元并聯(lián)形成的螺旋管式光生物反應(yīng)器也屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于包括螺旋管、光源、藻液儲(chǔ)罐、藻液輸送泵，所述螺旋管環(huán)繞于光源周?chē)?，螺旋管與藻液儲(chǔ)罐及藻液輸送泵連接構(gòu)成封閉循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述螺旋管及光源的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述多個(gè)螺旋管之間可為串聯(lián)或并聯(lián)的連接關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述螺旋管采用透光材料較好的耐高溫玻璃制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述光源為日光燈管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述藻液儲(chǔ)罐的頂部設(shè)置有藻液入口、取樣口和通氣口，所述藻液儲(chǔ)罐的底部設(shè)置有藻液輸出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于包括有氣泵，所述氣泵與藻液儲(chǔ)罐的通氣口相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于包括加熱器，所述加熱器與藻液儲(chǔ)罐相對(duì)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述加熱器為紅外燈。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋管式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述藻液輸送泵為蠕動(dòng)泵。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種螺旋管式光生物反應(yīng)器，包括螺旋管、光源、藻液儲(chǔ)罐、藻液輸送泵，所述螺旋管環(huán)繞于光源周?chē)?，螺旋管與藻液儲(chǔ)罐及藻液輸送泵連接構(gòu)成封閉循環(huán)回路。本螺旋管式光生物反應(yīng)器采用了培養(yǎng)罐和光合區(qū)域分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，并在光合區(qū)域采用了螺旋管狀設(shè)計(jì)，大大減少了光照路徑，提高了光合作用效率；利用本螺旋管式光生物反應(yīng)器進(jìn)行微藻的培養(yǎng)效果好，光利用率高，生產(chǎn)可控性好，對(duì)土地和水域資源占用率低，解決了目前微生物發(fā)酵法和鹽藻開(kāi)放式培養(yǎng)法生產(chǎn)天然β－胡蘿卜素存在的問(wèn)題，可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效率。
文檔編號(hào)C12N1/12GK2688718SQ2004200429
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者姜建國(guó), 黃洋 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)