用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明藻類培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光合生物反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)光合生物技術(shù)產(chǎn)品工業(yè)化的最重要環(huán)節(jié)。它是連接分子生 物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)上游技術(shù)和光合生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的橋梁，也是生物科學(xué)，生物化學(xué)，計(jì)算 機(jī)科學(xué)和工程等多種學(xué)科的交叉學(xué)科產(chǎn)物。光合生物反應(yīng)器與已有的各種生物反應(yīng)器的根 本區(qū)別在于它需要滿足光合生物對(duì)光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期的要求。光合生物反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng) 域廣泛，主要為藍(lán)藻，微藻、植物細(xì)胞和組織的培養(yǎng)、大藻的細(xì)胞育種和育苗等。在研究、開 發(fā)和生產(chǎn)中均需使用不同的光合生物反應(yīng)器，在反應(yīng)體積擴(kuò)大后，光的供給往往受到限制， 尤其當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到較高時(shí)，提高反應(yīng)器的受光面積體積比成為光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的重要 參數(shù)之一。從培養(yǎng)對(duì)象考慮要求反應(yīng)器內(nèi)混合均勻，剪切力小，氣體供給定量和均勻，密封 性能好，接種、加（排）料和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)不易染菌等等。盡管考慮了上述需要注意的技術(shù)問(wèn) 題，然而，現(xiàn)有的反應(yīng)器培養(yǎng)藻類的質(zhì)量和效率仍然很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)，用以提高藻類培 養(yǎng)的質(zhì)量和效率，該系統(tǒng)包括：
[0004] 反應(yīng)器，其內(nèi)部密封盛放有藻類和用于培養(yǎng)藻類的培養(yǎng)液；
[0005] 供氣系統(tǒng)，與反應(yīng)器連通，用于為反應(yīng)器提供藻類光合生物反應(yīng)所需的氣體；
[0006] 氣體質(zhì)量測(cè)量裝置，與供氣系統(tǒng)連接，用于測(cè)量供氣系統(tǒng)的供氣量；
[0007] 培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置，與反應(yīng)器連通，用于為反應(yīng)器補(bǔ)充藻類培養(yǎng)液；
[0008] 堿液補(bǔ)充裝置，與反應(yīng)器連通，用于為反應(yīng)器補(bǔ)充堿液；
[0009] 測(cè)量?jī)x表，與反應(yīng)器連接，用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)的各參數(shù)值；
[0010] 控制裝置，與供氣系統(tǒng)、氣體質(zhì)量測(cè)量裝置、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置、堿液補(bǔ)充裝置和測(cè) 量?jī)x表連接，用于根據(jù)測(cè)量?jī)x表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的各參數(shù)值，控制供氣系統(tǒng)、氣體質(zhì)量測(cè)量裝置、 培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置和堿液補(bǔ)充裝置工作。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量?jī)x表包括：溶氧儀，用于測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)二氧化碳的溶解程 度；
[0012] 控制裝置具體用于根據(jù)溶氧儀的測(cè)量結(jié)果，控制供氣系統(tǒng)為反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充二氧化 碳?xì)怏w。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量?jī)x表，包括：pH儀表，用于測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)的pH值；
[0014] 控制裝置具體用于當(dāng)pH儀表監(jiān)測(cè)到反應(yīng)器內(nèi)的pH值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制堿液補(bǔ) 充裝置為反應(yīng)器補(bǔ)充堿液。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量?jī)x表，包括：光濁度計(jì)，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)藻類的密度；
[0016] 控制裝置具體用于根據(jù)光濁度計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，控制培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置為反應(yīng)器補(bǔ)充 藻類培養(yǎng)液，或控制藻類培養(yǎng)結(jié)束。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，上述用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括：培養(yǎng)液栗，其 一端與反應(yīng)器連通，另一端與培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置連通；
[0018] 控制裝置具體用于根據(jù)測(cè)量?jī)x表的測(cè)量結(jié)果，控制培養(yǎng)液栗的速度，為反應(yīng)器補(bǔ) 充相應(yīng)流量的培養(yǎng)液。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，上述用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括：堿液栗，其一 端與反應(yīng)器連通，另一端與堿液補(bǔ)充裝置連通；
[0020] 控制裝置具體用于根據(jù)測(cè)量?jī)x表的測(cè)量結(jié)果，控制堿液栗的速度，為反應(yīng)器補(bǔ)充 相應(yīng)流量的堿液。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，上述用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括：氣體混合過(guò) 濾裝置，其一端與反應(yīng)器連通，另一端與供氣系統(tǒng)連通。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)包括：氮?dú)夤庋b置；
[0023] 氣體質(zhì)量測(cè)量裝置包括：氮?dú)鈿怏w質(zhì)量流量計(jì)，用于測(cè)量氮?dú)夤庋b置的供氣 量；
[0024] 控制裝置具體用于根據(jù)氮?dú)鈿怏w質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量，控制氮?dú)夤庋b置，為反應(yīng) 器補(bǔ)充相應(yīng)流量的氮?dú)狻?br>[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)包括：氧氣供氣裝置；
[0026] 氣體質(zhì)量測(cè)量裝置包括：氧氣氣體質(zhì)量流量計(jì)，用于測(cè)量氧氣供氣裝置的供氣 量；
[0027] 控制裝置具體用于根據(jù)氧氣氣體質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量，控制氧氣供氣裝置，為反應(yīng) 器補(bǔ)充相應(yīng)流量的氧氣。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)包括：二氧化碳供氣裝置；
[0029] 氣體質(zhì)量測(cè)量裝置包括：二氧化碳質(zhì)量流量計(jì)，用于測(cè)量二氧化碳供氣裝置的供 氣量；
[0030] 控制裝置具體用于根據(jù)二氧化碳質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量，控制二氧化碳供氣裝置，為 反應(yīng)器補(bǔ)充相應(yīng)流量的二氧化碳?xì)怏w。
[0031]與現(xiàn)有用于培養(yǎng)藻類的生物反應(yīng)器相比較，本發(fā)明實(shí)施提供的用于培養(yǎng)藻類的光 合生物反應(yīng)器系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量?jī)x表實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)的各參數(shù)值，控制裝置根據(jù)測(cè)量?jī)x表 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的各參數(shù)值，控制氣體質(zhì)量測(cè)量裝置、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置、堿液補(bǔ)充裝置工作，使反 應(yīng)器內(nèi)的各參數(shù)值快速達(dá)到藻類的最佳培養(yǎng)條件數(shù)值，從而提高了藻類培養(yǎng)的質(zhì)量和效 率。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中控制裝置控制pH儀表、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置、堿液補(bǔ)充裝置、氣 體質(zhì)量流量裝置的結(jié)果示意圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光濁度計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量藻類密度、測(cè)量C02使用率及底物流加 總量示意圖；
[0036] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中控制裝置控制藻類生長(zhǎng)的結(jié)果示意圖；
[0037] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中光通量及C02使用率結(jié)果示意圖；
[0038] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中控制測(cè)量pH值、溶氧及氧消耗率的結(jié)果示意圖；
[0039] 圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)的控制裝置中 AT-MI0-16E-10DAQ板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì) 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0041] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 1所示，該系統(tǒng)包括：
[0042] 反應(yīng)器10,其內(nèi)部密封盛放有藻類和用于培養(yǎng)藻類的培養(yǎng)液；
[0043] 供氣系統(tǒng)20,與反應(yīng)器10連通，用于為反應(yīng)器10提供藻類光合生物反應(yīng)所需的氣 體；
[0044] 氣體質(zhì)量測(cè)量裝置30,與供氣系統(tǒng)20連接，用于測(cè)量供氣系統(tǒng)20的供氣量；
[0045] 培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置40,與反應(yīng)器10連通，用于為反應(yīng)器10補(bǔ)充藻類培養(yǎng)液；
[0046] 堿液補(bǔ)充裝置50,與反應(yīng)器10連通，用于為反應(yīng)器10補(bǔ)充堿液；
[0047] 測(cè)量?jī)x表60,與反應(yīng)器10連接，用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器10內(nèi)的各參數(shù)值；
[0048] 控制裝置70,與供氣系統(tǒng)20、氣體質(zhì)量測(cè)量裝置30、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置40、堿液補(bǔ)充 裝置50、測(cè)量?jī)x表60連接，用于根據(jù)測(cè)量?jī)x表60的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制供氣系統(tǒng)20、氣體質(zhì)量 測(cè)量裝置30、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置40和堿液補(bǔ)充裝置50工作，使反應(yīng)器10內(nèi)的各參數(shù)值達(dá)到 藻類的最佳培養(yǎng)條件數(shù)值。
[0049] 本發(fā)明實(shí)施例提供的用于培養(yǎng)藻類的光合生物反應(yīng)器系統(tǒng)，工作時(shí)，通過(guò)測(cè)量?jī)x 表60實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器10內(nèi)的各參數(shù)值，控制裝置70根據(jù)測(cè)量?jī)x表60的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的各參 數(shù)值，控制氣體質(zhì)量測(cè)量裝置30、培養(yǎng)液補(bǔ)充裝置40和堿液補(bǔ)充裝置50工作，使反應(yīng)器10 內(nèi)的各參數(shù)值快速達(dá)到藻類的最佳培養(yǎng)條件數(shù)值，從而提高了藻類培養(yǎng)的質(zhì)量和效率。
[0050] 在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量?jī)x表60包括：溶氧儀61，與反應(yīng)器10連接，用于測(cè)量反應(yīng) 器10內(nèi)二氧化碳的溶解程度；
[0051] 控制裝置70具體用于根據(jù)溶氧儀61的測(cè)量結(jié)果，控制供氣系統(tǒng)20為反應(yīng)器10 內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳?xì)怏w。
[0052] 具體實(shí)施時(shí)，當(dāng)溶氧儀61測(cè)量到通過(guò)供氣系統(tǒng)20進(jìn)入到反應(yīng)器10內(nèi)的二氧化 碳，有部分未溶解到培養(yǎng)液中，那么，就控制供氣系統(tǒng)20為反應(yīng)器10內(nèi)補(bǔ)充相應(yīng)量的二氧 化碳?xì)怏w。這樣的設(shè)計(jì)，提高了藻類培養(yǎng)的精度和效率。
[0053] 在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量?jī)x表60,包括：pH儀表62,與反應(yīng)器10連接，用于測(cè)量反應(yīng) 器10內(nèi)的pH值；
[0054] 控制裝置70具體用于當(dāng)pH儀表62監(jiān)測(cè)到反應(yīng)器10內(nèi)的pH值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控 制堿液補(bǔ)充裝置50為反應(yīng)器10補(bǔ)充堿液。
[0055] 具體實(shí)施時(shí)，當(dāng)pH儀表62監(jiān)測(cè)到反應(yīng)器10內(nèi)的pH值低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制裝置70 就根據(jù)pH儀表62檢測(cè)到的pH值，控制堿液補(bǔ)充裝置50為反應(yīng)器10補(bǔ)充堿液，以調(diào)節(jié)反 應(yīng)器10內(nèi)的酸堿度，達(dá)