專利名稱：光生物反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光生物反應領域，特別涉及一種微藻培養(yǎng)光生物反應器裝置。
背景技術：
利用光生物反應器生產(chǎn)微藻是國內(nèi)外競相研究的熱點，多年來人們嘗試過各種設計方 案。自上世紀50年代起，人們就開始研究使用封閉式光生物反應器進行微藻培養(yǎng)，50 80年代這一領域的發(fā)展非常緩慢，1983年Pirt S. J.等建立了光反應器的設計和操作理 論及計算機控制裝置，以后在以色列、意大利、西班牙、日本、美國、法國、新加坡、加 拿大等國都開展了研究工作。為減少光程以增大單個細胞接受到的光能、充分混合以保證 最適光強有效供給、增強氣體交換，目前設計使用的封閉式光生物反應器主要包括管式反 應器、平板式反應器和柱式反應器等三種基礎形式。
管式光生物反應器已經(jīng)得到了廣泛應用。日本的Watanabe和Saiki報道了一種錐體 螺旋管式反應器，每天12小時室內(nèi)照射，可產(chǎn)小球藻(Chlorella sp.)0.68 gDW/L/day 或21.5 gDW/m2/day;巴西阿爾梅里亞的Molina等報道用水平管式反應器室外培養(yǎng)三角 褐指藻(Phaeodactylum tricornut咖)，產(chǎn)量為1. 9 gDW/L/day或32 gDW/m2/day;意大 利的Carlozzi報道使用其自己設計的波形管式反應器室外培養(yǎng)鈍頂節(jié)旋藻(Arthrospira platensis)，最高產(chǎn)量可達2. 7 gDW/L/day;巴西阿爾梅里亞的Hall等報道用圓筒型螺 旋管式反應器室外培養(yǎng)三角褐指藻(P. tricornutum)，產(chǎn)量為1. 4 gDW/L/day; Sanchez 等利用平行直管培養(yǎng)三角褐指藻的產(chǎn)量為1.48gDW/L/day; Degen等通過閃光影響，產(chǎn)綠 球藻(Chlorella)為0. 11 gDW/L/day; Richmond和Cheng-Wu優(yōu)化了光路距離，平均可以 獲取微擬球藻(Nannochloropsis sp.)0.24 gDW/L/day或12.1 gDW/m2/day; Grobbelaar 和Kurano使用多隔間反應器培養(yǎng)水生集胞藻(Synechocystis aquatilis)，產(chǎn)量高達67. 7 gDW/m2/day;據(jù)Pula報道，2000年在德國沃爾夫斯堡建成一套緊密垂直排布、水平流動 的大型管式光生物反應器，玻璃管直徑為4厘米，總長50萬米，總體積700立方米，占地面積1萬平米，年產(chǎn)小球藻干重130 150噸；我國已有1000升的玻璃管道式光生物反 應器用于小球藻大規(guī)模培養(yǎng)。
管式光生物反應器有一定不足。首先，管式反應器的緩沖儲水部分會形成黑暗區(qū)域， 通常占總容積的10 15%，微藻在該暗區(qū)將吸收氧氣釋放二氧化碳，不再進行光合作用， 反而開始呼吸作用，因此微藻生物量往往只能達到理論最大值的85 90%;其次，培養(yǎng)液 中會積累高濃度的氧分子，進而抑制光合作用；再次，管式反應器中泵的葉輪會產(chǎn)生剪切 力，對微藻細胞構成傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服管式光生物反應器現(xiàn)有技術的不足，提供一整套制作簡單、拆卸方 便、高效率培養(yǎng)微藻的解決方案。
本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)
一種光生物反應器，其特征在于，包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測裝置、反應區(qū)域、氣體 交換裝置，還可設有支撐架，所述緩沖/收集系統(tǒng)為透明圓桶，在緩沖/收集系統(tǒng)側壁和底 部分別延伸出循環(huán)管路，所述檢測裝置通過緩沖/收集系統(tǒng)頂蓋浸入緩沖/收集系統(tǒng)內(nèi)部， 所述反應區(qū)域為多根透明光反應管，通過蠕動泵與循環(huán)管路相連，所述氣體交換裝置與反 應區(qū)域相連。
所述緩沖/收集系統(tǒng)的底部為倒圓錐型。
所述緩沖/收集系統(tǒng)的頂蓋通過法蘭與緩沖/收集系統(tǒng)相接。 所述檢測裝置包括溫度檢測器、pH檢測器和溶氧檢測器。
所述循環(huán)管路由緩沖/收集系統(tǒng)側壁和底部分別延伸并交匯于三通，成一根管路，兩 根循環(huán)管路在三通前各接有閥門。
所述底部延伸的循環(huán)管路通過三通繼續(xù)向下延伸，并接有閥門。 所述管道泵通過一根一進多出接口及流量計連接反應區(qū)域的多根光反應管。 所述光反應管的兩端封蓋均為半球形，通過法蘭與光反應管相接。 所述氣體交換裝置包括氣泵和光反應管外部的三通。
所述支撐架包括緩沖/收集系統(tǒng)支撐架和光反應管支撐架，其中光反應管支撐架包括 多根不銹鋼的帶孔豎支架和多根不銹鋼的帶圓箍橫支架。
光反應管可以為單管，也可每兩根為一組成u型管狀結構，優(yōu)選為u型管狀結構。
支撐架上的橫支架用螺栓固定于豎支架上，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應不同光照角度，保證各光反應管中的微藻得到足夠光照強度。
本發(fā)明具有下述技術效果
1. 本發(fā)明的管式光生物反應器通過雙管路的緩沖/收集系統(tǒng)實現(xiàn)了培養(yǎng)/收集的連 續(xù)化，透明的緩沖/收集系統(tǒng)避免了正常光照下形成黑暗區(qū)域而導致的呼吸作用，同時 有利于觀察培養(yǎng)和收集情況。
2. 采用的蠕動泵可有效避免剪切力對微藻的傷害。
3. 在光反應管前端安有流量計和閥門，調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的流動速率，保證營養(yǎng)分布均勻。
4. 光反應管兩端的封蓋上均有接頭，可根據(jù)實際情況相互連接，調(diào)整水流方向；法 蘭接口的封蓋在必要時可直接拆卸，便于清洗。
5. 光反應管支撐架上的橫支架由螺栓固定于豎支架的圓孔之間，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié) 高度，以適應不同光照角度。
6. 并聯(lián)多道管路的設計減少了培養(yǎng)液循環(huán)時間，有利于氧氣及時排出。


圖1為本發(fā)明實施例光生物反應器的整體結構示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例光生物反應器的反應區(qū)域結構示意圖。
附圖標記1-緩沖/收集系統(tǒng)；2-管路閥門一；3_管路閥門二； 4_循環(huán)管路；5_蠕動
泵；6-溫度檢測器；7-pH檢測器；8-溶氧檢測器；9-法蘭；10-出口閥門；11-流速控制
閥；12-液體流量計；13-三通；14-封蓋；15-光反應管；16-法蘭；17-—進多出接頭；18-
豎支架；19-橫支架。
具體實施例方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明詳細說明。 本發(fā)明管式光生物反應器的結構主要由緩沖/收集系統(tǒng)、檢測裝置、反應區(qū)域、氣體 交換裝置以及支撐架組成。其中緩沖/收集系統(tǒng)1使用透光性很好的有機玻璃制作，包括
半球型桶蓋、圓柱型桶身和倒圓錐型桶底，均使用法蘭9連接。在桶身側壁中部和桶底分 別延伸出循環(huán)管路4，并交匯于三通，成一根管路，連到蠕動泵5。兩根循環(huán)管路在三通前接有管路閥門2和管路閥門3，底部延伸的循環(huán)管路通過三通繼續(xù)向下延伸，并接有出 口閥門10。檢測裝置包括溫度檢測器6、 pH檢測器7和溶氧檢測器8。循環(huán)管路經(jīng)一進多 出接頭17分成五條管路連至光反應管15，每條管路均安有流速控制閥11和液體流量計 12，進口前連有三通13用于通氣，光反應管通過法蘭16連接封蓋14。光反應管支撐架 包括六根不銹鋼的帶孔豎支架18和多根不銹鋼的帶圓箍橫支架19。
連續(xù)運行時，將配制的培養(yǎng)液由緩沖/收集系統(tǒng)的半球型桶蓋頂部注入，關閉管路閥 門2和出口閥門10，打開管路閥門3，培養(yǎng)液由緩沖/收集系統(tǒng)底部流出，通過蠕動泵5 打至一進多出接頭17，分成五條管路進入光反應管15，從左側一列的五根管流入，從右 側一列的五根管流出，通過相同的一進多出接頭匯聚為一條管路，經(jīng)半球型桶蓋頂部返回 緩沖/收集系統(tǒng)。使用流速控制閥11和液體流量計12控制五條管路內(nèi)培養(yǎng)液的流速保持 一致，使用氣泵將含有二氧化碳的氣體， 一般為空氣，通過三通13打入光反應管，為微 藻提供必要的碳源，溫度檢測器6、 pH檢測器7和溶氧檢測器8的探頭從半球型桶蓋頂部 進入緩沖/收集系統(tǒng)，在線檢測溫度、pH值和溶氧情況。
準備藻體收集時，關閉管路閥門3，打開管路閥門2，使培養(yǎng)液從緩沖/收集系統(tǒng)側壁 流出，由于藻體密度比較大，會逐漸沉降到緩沖/收集系統(tǒng)的倒圓錐型桶底。當藻體積累 到一定量時，暫時停止蠕動泵5，打開出口閥門10，收集藻體。而后關閉管路閥門2和出 口閥門IO，打開管路閥門3，從緩沖/收集系統(tǒng)頂部補充培養(yǎng)液，打開蠕動泵5實現(xiàn)連續(xù) 高密度的微藻培養(yǎng)。
光反應管15每兩根為一組，共五組，支撐架上的橫支架19用螺栓固定于豎支架18 上，可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應不同光照角度，保證五組光反應管中的微藻得到足夠 光照強度。
權利要求
1.一種光生物反應器，包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測裝置、反應區(qū)域、氣體交換裝置。
2. 根據(jù)權利要求1的光生物反應器，其特征在于緩沖/收集系統(tǒng)為透明圓桶。
3. 根據(jù)權利要求1的光生物反應器，其特征在于，反應區(qū)域為多根透明光反應管，通過泵 與循環(huán)管路相連。
4. 根據(jù)權利要求3的光生物反應器，其特征在于，泵為蠕動泵。
5. 根據(jù)權利要求3的光生物反應器，其特征在于，泵通過一根一進多出接口及流量計連接反應區(qū)域的多根光反應管。
6. 根據(jù)權利要求1的光生物反應器，其特征在于，在反應區(qū)域光反應管前端安有流量計和 閥門，調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的流動速率。
7. 根據(jù)權利要求1的光生物反應器，其特征在于，反應區(qū)域光反應管的兩端封蓋均為半球 形，通過法蘭與光反應管相接。
8. 根據(jù)權利要求1的光生物反應器，其特征在于，檢測裝置包括溫度檢測器、pH檢測器和 溶氧檢測器。
9. 根據(jù)權利要求1至8任意一種光生物反應器，其特征在于，光生物反應器包括支撐架。
10. 根據(jù)權利要求9的光生物反應器，其特征在于，支撐架包括緩沖/收集系統(tǒng)支撐架和光反 應管支撐架，其中光反應管支撐架包括多根豎支架和多根橫支架，橫支架固定于豎支架上， 可隨季節(jié)變化調(diào)節(jié)高度，以適應不同光照角度，保證各組光反應管中的微藻得到足夠光照強 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光生物反應器，旨在提供一整套制作簡單、拆卸方便、高效率培養(yǎng)微藻的解決方案。該光生物反應器包括緩沖/收集系統(tǒng)、檢測裝置、反應區(qū)域以及氣體交換裝置，所述緩沖/收集系統(tǒng)為錐形底部的透明圓桶，連接兩條管路分別用于循環(huán)培養(yǎng)和藻體收集，檢測裝置從緩沖/收集系統(tǒng)上部接入；所述反應區(qū)域由多根圓型透明光反應管構成，氣體交換裝置接于反應區(qū)域內(nèi)部。該光生物反應器通過蠕動泵實現(xiàn)培養(yǎng)體系的循環(huán)，通過氣泵和多個氣閥調(diào)節(jié)各個光反應管的通氣量，操作簡便、傳質效率高，十分適于微藻快速大量培養(yǎng)。
文檔編號C12M1/00GK101597567SQ20081011048
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2008年6月5日
發(fā)明者劉敏勝, 悅 石, 馬欣欣 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司