專利名稱：一種氣升式光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微藻封閉養(yǎng)殖用光生物反應(yīng)器一一種氣升式光生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
藻類屬于微型植物，微藻能夠利用簡(jiǎn)單的礦物質(zhì)營養(yǎng)素，在光合作用(日光和人
工照明)的情況下，將(A和水轉(zhuǎn)化為我們生活需要的各種有機(jī)化合物(如色素、蛋白質(zhì)、
氨基酸、維生素和脂肪酸、多糖和礦物質(zhì)等人體必需的營養(yǎng)成份)。由于藻類具有高效光利
用率，以及從周圍環(huán)境中快速高效吸收營養(yǎng)素(如0)2、氮、磷等)并轉(zhuǎn)化成有機(jī)化合物的能
力，使藻類成為擁有未來解決食品、能源危機(jī)的巨大經(jīng)濟(jì)潛力。藻類養(yǎng)殖對(duì)于C02減排、污水
處理以及清潔生物能源利用方面的重要作用、以及在改善生態(tài)環(huán)境的重大意義，使藻種改
良實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究、微藻的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)與工業(yè)化養(yǎng)殖，以及微藻的綜合利用技術(shù)推廣研究，
成為目前最熱門的科研與應(yīng)用領(lǐng)域之一。盡管藻類具備了較高的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但要實(shí)
現(xiàn)藻類產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性利用，目前仍受限于工業(yè)規(guī)?；孱愷B(yǎng)殖的光生物反應(yīng)器的研制。 當(dāng)前，藻類的培養(yǎng)主要有開放式和封閉式兩種光生物反應(yīng)器，開放式生物反應(yīng)器
由于不具備溫度控制能力、生產(chǎn)受季節(jié)影響，且生產(chǎn)過程容易受到各種異生物的污染而證
明并不是最有效的方式。為此，人們開始研究各種封閉式光生物反應(yīng)器，如管道式、平板式、
柱狀氣升式、浮式薄膜袋等光生物反應(yīng)器。由于這些光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不同，其實(shí)際使用效
果差異很大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)藻類的養(yǎng)殖產(chǎn)量與養(yǎng)殖效果的影響就更加明顯。 已有公告號(hào)CN2384948Y，以及康瑞娟等發(fā)表在"化學(xué)反應(yīng)工程與工藝2002，
17(1)"上的"用于微藻培養(yǎng)的氣升式光生物反應(yīng)器"的論文。公開技術(shù)構(gòu)建的基于內(nèi)外光
源結(jié)合的氣升式內(nèi)環(huán)流光生物反應(yīng)器，該產(chǎn)品主要由罐體、氣體提升管、內(nèi)光源密封管、熱
交換裝置、氣體分布器、內(nèi)外光源等部分組成。其核心技術(shù)是采用日光燈管作為內(nèi)外光源；
采用氣體分布器使通入的混合氣體形成細(xì)小的氣泡，提高氣液的傳質(zhì)面積與效果；采用熱
交換裝置加熱或冷卻培養(yǎng)液溫度。公告號(hào)CN2748464Y在前一專利技術(shù)基礎(chǔ)上，僅針對(duì)其結(jié)
構(gòu)件的使用穩(wěn)定性和安全性做了必要的修改。技術(shù)上主要存在的問題是內(nèi)光源密封管采用
一段或兩段凸環(huán)玻璃制品制造，再加O形橡膠圈密封的結(jié)構(gòu)形式，密封管加工制造與裝配
過程復(fù)雜，成本高；采用氣體分布器的結(jié)構(gòu)只能對(duì)氣體這一種注入介質(zhì)起到分布作用，而且
無法防止培養(yǎng)液倒流入分布器，氣體分布器使用過程中，分布器孔受到微藻滋生容易被堵
塞，影響長期使用效果；另外，采用在罐體內(nèi)加裝熱交換裝置的辦法，也會(huì)由于加熱器表面
溫度高使部分培養(yǎng)物受到傷害而死亡，影響產(chǎn)量；再者，由于其內(nèi)部支持構(gòu)件較多，不利于
物料混合，造成微藻附著影響生長，并且會(huì)遮擋光線穿透力而影響總體光合作用效果。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種氣升式光生物反應(yīng)器，以克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)及其長期使用性能上的諸多不足。 本發(fā)明是對(duì)已有柱狀氣升式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與功能的改進(jìn)，通過采用一種新型營養(yǎng)素分配器裝置和溫控模式，使反應(yīng)器罐體內(nèi)注料均勻分布而且無堵塞，溫控器設(shè)置在反應(yīng)器罐體外進(jìn)行溫度控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多介質(zhì)營養(yǎng)素(如培養(yǎng)液等)的穩(wěn)定性更高、更合理的處理，對(duì)罐體內(nèi)培養(yǎng)物的損傷更小。 本發(fā)明的技術(shù)方案包括反應(yīng)器罐體內(nèi)的內(nèi)光源裝置，反應(yīng)器罐體壁上的接種口與排料口 ，以及反應(yīng)器罐體頂部的封蓋上的測(cè)量口 、排氣口及底部的下封蓋和溫控器，其特征是還包括固定在下封蓋中心通孔上的分配器裝置，并經(jīng)由其中的多個(gè)分配通道與反應(yīng)器罐體的內(nèi)腔室相通，加料管道經(jīng)由注料孔進(jìn)入各分配通道中。 分配器裝置是階梯圓臺(tái)形，各分配通道的出口設(shè)置在圓臺(tái)側(cè)面或者頂部上。[0009] 考慮到培養(yǎng)物倒流入分配通道堵塞分配通道的可能情況，所述的分配器裝置的階梯圓臺(tái)形外面有一相蓋合的密封蓋，密封蓋其上的對(duì)應(yīng)各分配通道的環(huán)形腔室內(nèi)設(shè)置有單向閥，環(huán)形腔室間由0形密封圈隔離。 分配器裝置由階梯圓臺(tái)與相應(yīng)的密封蓋、單向閥、o形密封圈組成，分配通道與密
封蓋配裝后，在階梯處形成數(shù)個(gè)環(huán)形腔室，環(huán)形腔室間由O形密封圈隔離；在密封蓋的側(cè)面或者頂面上安裝有單向閥，單向閥能允許營養(yǎng)素注入并防止培養(yǎng)液倒流入分配通道；其中注料孔，分配通道與環(huán)形腔室連通，呈T形或L形，分配器裝置和密封蓋由下封蓋壓緊在反應(yīng)器罐體上。 溫控器主要設(shè)置在反應(yīng)器罐體外進(jìn)行溫度控制。溫控器通過加熱或冷卻營養(yǎng)素注入時(shí)的溫度，控制培養(yǎng)基的溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)培養(yǎng)基的溫度高于設(shè)定的溫度值時(shí)，溫控器通過降低注入的營養(yǎng)素的溫度，達(dá)到降低培養(yǎng)基溫度的目的；當(dāng)培養(yǎng)基溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，溫控器通過加熱提高注入的包括混合氣體在內(nèi)的各營養(yǎng)素的溫度，達(dá)到升高培養(yǎng)基溫度的目的。由于加熱和冷卻過程針對(duì)的是無機(jī)介質(zhì)，利用小溫差物料混合來調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的溫度，溫度變化柔和，對(duì)藻類生物培養(yǎng)過程影響小。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多介質(zhì)營養(yǎng)素在培養(yǎng)液內(nèi)的均勻分配與混合，在分布口加裝單向閥，防止培養(yǎng)液倒流入分配通道注料孔堵塞通道的情況；設(shè)計(jì)的內(nèi)光源密封罩加工更簡(jiǎn)便、拆裝清理更方便；培養(yǎng)基的溫度控制采用外置溫控器，通過調(diào)節(jié)無機(jī)營養(yǎng)素的加料溫度實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基溫度在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)變化，減少了加熱棒局部高溫區(qū)造成培養(yǎng)物死亡的可能性。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)合理，營養(yǎng)素注入控制與培養(yǎng)基溫度控制更加方便可靠，內(nèi)光源光照度可控范圍更寬，適用于實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)規(guī)模化微藻養(yǎng)殖及其它光合生物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，具有較好的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用和工業(yè)過程放大前景。[0013] 下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明單個(gè)光生物反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l.反應(yīng)器罐體，2.下封蓋，3.溫控器，4.分配器裝置，41.分配通道，42.注料孔，43.環(huán)形腔室，44.0形密封圈，45.密封蓋，46.單向閥；5.密封罩，6.接種口 ， 7.內(nèi)光源裝置 71.內(nèi)光源，72.支架，73.通氣口，74.亮度調(diào)節(jié)器 75.絕緣板8.測(cè)量口，9.排氣口，IO.封蓋，ll.排料口，12.加料管道。具體實(shí)施例 如圖l所示，本發(fā)明包括反應(yīng)器罐體l內(nèi)的內(nèi)光源裝置7，反應(yīng)器罐體1壁上的接 種口 6與排料口 11，反應(yīng)器罐體1頂部的封蓋10上的測(cè)量口 8、排氣口 9及底部的下封蓋2 和溫控器3，其特征是還包括固定在下封蓋2中心通孔上的分配器裝置4，并經(jīng)由分配通道 41與反應(yīng)器罐體1的內(nèi)腔室相通，加料管道12內(nèi)的營養(yǎng)素經(jīng)由注料孔42進(jìn)入分配通道41 中。 所述的分配器裝置4是階梯圓臺(tái)形，各分配通道41的出口設(shè)置在階梯形圓臺(tái)側(cè)面 或頂部上。 所述的分配器裝置4的階梯形圓臺(tái)外面有一互相蓋合的密封蓋45，其上的對(duì)應(yīng)各 分配通道41的環(huán)形腔室43內(nèi)設(shè)置有8單向閥46。 圖1中所述的階梯圓臺(tái)形分配器裝置4由分配通道41、 0形密封圈44、密封蓋45 和單向閥46組成，分配通道41的入口有四個(gè)包括混合氣體在內(nèi)的營養(yǎng)素注料孔42，分配 通道41與密封蓋45配裝時(shí)形成環(huán)形腔室43，環(huán)形腔室43之間由0形密封圈44隔離，密 封蓋45的側(cè)面有若干分布口 (也可在其頂部開孔)，用于安裝單向閥46。分配通道41呈 T型或L型通道，與對(duì)應(yīng)的環(huán)形腔室43連通，各注料孔42分別與經(jīng)溫控器3調(diào)整好的不同 營養(yǎng)素如(A、空氣、含氮或含磷物質(zhì)等營養(yǎng)素加料管道12連接。分別從對(duì)應(yīng)注料孔42注 料時(shí)，通過調(diào)節(jié)其加料速度控制加料總量，當(dāng)加料壓力大于反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)基壓力時(shí)，單向閥 46開啟，各種營養(yǎng)素均勻分散地從其中的單向閥46加入到培養(yǎng)基中，并在氣體鼓泡情況 下，加速營養(yǎng)素的混合與擴(kuò)散；當(dāng)營養(yǎng)素停止注料時(shí)，單向閥46關(guān)閉，防止培養(yǎng)基倒流入分 配器裝置4，堵塞分配通道。顯然采用氣分配器裝置4能夠強(qiáng)化各種介質(zhì)的混合和強(qiáng)化培養(yǎng) 液的擾動(dòng)，又不堵塞分配通道。 溫控器3設(shè)置在反應(yīng)器罐體1外進(jìn)行溫度控制。 反應(yīng)器罐體1由玻璃、有機(jī)玻璃或聚乙烯透明材料制成(當(dāng)不需要外光源時(shí)，可選 用陶瓷等非透明材料制造)，中間開孔的下封蓋2與封蓋10設(shè)有卡口與反應(yīng)器罐體1連接。 下封蓋2壓緊分配器裝置4并壓緊與反應(yīng)器罐體1底部密封墊片(圖中省略)，保證反應(yīng)器 罐體1底部的密封安裝要求。下封蓋2中間開孔，使分配器裝置4固定其中，反應(yīng)器罐體1 底部的注料口 42與反應(yīng)器罐體1外部營養(yǎng)素加料管道12連接。 所述的封蓋10上設(shè)有多個(gè)測(cè)量口 8，分別用于對(duì)反應(yīng)器罐體1中培養(yǎng)基pH值、溫 度、溶氧等數(shù)據(jù)的測(cè)量；排氣口 9用于不溶性或溢出氣體的排放；封蓋10中間開孔，用于密 封罩5與內(nèi)光源裝置7的安裝固定。 所述的內(nèi)光源裝置7的密封罩5呈U形結(jié)構(gòu)，由透明材料制成，其長度和內(nèi)徑可根 據(jù)藻類養(yǎng)殖的光程選取適當(dāng)值。密封罩5頂部的折邊與封蓋10配裝；并且可以拆下密封罩 5清除其表面附著物或更換其它尺寸的密封罩5。 所述的內(nèi)光源裝置7由多組照明的內(nèi)光源71、支架72、亮度調(diào)節(jié)器74和絕緣板75 組成，內(nèi)光源71固定在支架72上，支架72與絕緣板75連接，絕緣板75上有便于內(nèi)光源71 散熱的通氣口 73，絕緣板75與上封蓋10連接，并壓緊密封罩5，可確保培養(yǎng)基不外漏；通常 的亮度調(diào)節(jié)器74可以控制內(nèi)光源71的照度值。 本發(fā)明可組合成串聯(lián)或者并聯(lián)養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)特種養(yǎng)殖和大規(guī)模養(yǎng)殖目標(biāo)。 本發(fā)明也不難通過其固定支架調(diào)整，實(shí)現(xiàn)不同安裝角度控制要求。
權(quán)利要求一種氣升式光生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體(1)內(nèi)的內(nèi)光源裝置(7)，反應(yīng)器罐體(1)壁上的接種口(6)與排料口(11)，反應(yīng)器罐體(1)頂部的封蓋(10)上的測(cè)量口(8)、排氣口(9)及底部的下封蓋(2)和溫控器(3)，其特征是還包括固定在下封蓋(2)中心通孔上的分配器裝置(4)，并經(jīng)由分配通道(41)與反應(yīng)器罐體(1)的內(nèi)腔室相通，加料管道(12)內(nèi)的營養(yǎng)素經(jīng)由注料孔(42)進(jìn)入各分配通道(41)中。
2. 如權(quán)利要求l所述的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征是所述的分配器裝置(4)是階梯 圓臺(tái)形，各分配通道(41)的出口設(shè)置在圓臺(tái)側(cè)面或頂部上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征是所述的分配器裝置(4)的 階梯圓臺(tái)形外面有一互相蓋合的密封蓋(45)，密封蓋(45)其上的對(duì)應(yīng)各分配通道(41)的 環(huán)形腔室(43)內(nèi)設(shè)置有單向閥(46)，環(huán)形腔室(43)間由0形密封圈(44)隔離。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征是上述的溫控器(3)設(shè)置在 反應(yīng)器罐體(1)外進(jìn)行溫度控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氣升式光生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體內(nèi)的內(nèi)光源裝置，反應(yīng)器罐體壁上的接種口與排料口，以及反應(yīng)器罐體頂部的封蓋上的測(cè)量口、排氣口及底部的下封蓋和溫控器，其特征是還包括固定在下封蓋中心通孔上的分配器裝置，并憑借其中的多個(gè)分配通道與反應(yīng)器罐體的內(nèi)腔室相通，營養(yǎng)素分別經(jīng)加料管道由注料孔進(jìn)入分配通道中。分配器裝置的階梯形圓臺(tái)外面有一互相蓋合的密封蓋，其上對(duì)應(yīng)各分配通道的環(huán)形腔室內(nèi)設(shè)置有單向閥。實(shí)現(xiàn)了多介質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的均勻分配與混合，可防止培養(yǎng)基倒流入分配通道，結(jié)構(gòu)合理，營養(yǎng)素注入方便可靠，適用于實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)規(guī)?；⒃屦B(yǎng)殖及其它光合生物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，具有較好的工業(yè)放大應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12M1/02GK201442951SQ2009200297
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者吳懷之, 吳美玲, 李森茂, 田亮 申請(qǐng)人:青島生物能源與過程研究