專利名稱：光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光生物培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種薄膜式的光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
目前，微藻工業(yè)生產(chǎn)仍普遍采用開放池式培養(yǎng)系統(tǒng)，這種方式的優(yōu)點是投入少，操作簡便、易于生產(chǎn)，但存在下列不足(1)易受外界環(huán)境影響，難以保持較適宜的溫度與光照；( 會受到灰塵、昆蟲及雜菌的污染，不易保持高質(zhì)量的單藻培養(yǎng)；(3)水分易蒸發(fā)；(4) 光照面積與培養(yǎng)體積之比低，光能及(X)2利用率不高，無法實現(xiàn)高密度培養(yǎng)；(5)重金屬等有害物質(zhì)易于藻體內(nèi)積累；(6)藻液濃度普遍較低，以至收獲費用高；(7)占地面積大。由于上述原因造成微藻生產(chǎn)的高成本與低效率。因此，較為高效且易于生產(chǎn)條件控制的封閉式光生物反應(yīng)系統(tǒng)便成為微藻養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢。目前應(yīng)用較多的封閉式光生物反應(yīng)器有密閉管道式反應(yīng)器、板式反應(yīng)器和薄膜式反應(yīng)器等。如圖1所示，即為現(xiàn)有技術(shù)中常見的薄膜式反應(yīng)器的平面結(jié)構(gòu)示意圖。其整體為一種透明薄膜袋式結(jié)構(gòu)，是目前國內(nèi)外使用較多的一種塑料袋式生物光反應(yīng)器。材料為透明的塑料薄膜，圖中A為進液口，B為出液口。培養(yǎng)過程為營養(yǎng)液從進液口注入，依靠重力依次下降，從出液口排出?，F(xiàn)有技術(shù)的薄膜式反應(yīng)器采用密封結(jié)構(gòu)，清洗不方便，其在培養(yǎng)微藻的過程中需要循環(huán)液體，為了保證液體不停地流動，需要動力設(shè)備不間斷地把培養(yǎng)液送往注水口，動力消耗比較大。且由于其培養(yǎng)液具有上下層疊的分布特點，由于各層之間的隔離，設(shè)置在底層的曝氣設(shè)備不能很好的為上層培養(yǎng)液提供反應(yīng)氣體，其曝氣效果不好。和管式反應(yīng)器一樣， 曝氣氣體與養(yǎng)殖液很容易出現(xiàn)分層，導(dǎo)致出現(xiàn)(X)2的利用率不高，氧氣很難分離，不利于微藻生產(chǎn)；且由于該光生物反應(yīng)器具有橫向分層隔離，微藻會沉積到橫向隔離帶上，給微藻收獲和光生物反應(yīng)器的清洗帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在薄膜式反應(yīng)器動力消耗大、曝氣效果不佳的問題。一種光生物反應(yīng)器，包括至少一片柔性薄膜和曝氣裝置；所述至少一片柔性薄膜通過密封形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置有用于懸掛所述光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置有用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口 ；所述曝氣裝置設(shè)置在所述液柱的底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。一種光生物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括若干上述的光生物反應(yīng)器和與所述光生物反應(yīng)器的液體出入口相連的輸送管道；所述輸送管道，用于向所述光生物反應(yīng)器中注入光生物培養(yǎng)液和/或收集所述光生物反應(yīng)器中的光生物培養(yǎng)液；所述光生物反應(yīng)器通過懸掛部件懸掛放置，用于盛放光生物培養(yǎng)液，培養(yǎng)光合微生物。一種光生物培養(yǎng)方法，采用上述的光生物反應(yīng)器，包括將光生物培養(yǎng)液盛放在由柔性薄膜形成的具有流體連通性袋狀容器結(jié)構(gòu)的光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)；當(dāng)需要對培養(yǎng)完成的光生物進行收獲時，將形成袋狀容器結(jié)構(gòu)的兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開，使兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣打開， 將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集；或?qū)⑿纬纱鼱钊萜鹘Y(jié)構(gòu)的一體式筒狀薄膜或一片柔性薄膜密封形成的筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開，使桶狀柔性薄膜的下部邊緣打開，將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集。一種光生物反應(yīng)器制備方法，包括將至少一片柔性薄膜進行密封，形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；在袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；在袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置用于懸掛所述光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口；在所述光生物反應(yīng)器中位于所述液柱的底部設(shè)置曝氣裝置，提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明實施例提供的光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法，通過該光生物反應(yīng)器包括至少一片柔性薄膜和曝氣裝置；所述至少一片柔性薄膜通過密封形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置有用于懸掛所述光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置有用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口 ；所述曝氣裝置設(shè)置在所述液柱的底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。該光生物反應(yīng)器懸掛放置，不需要循環(huán)培養(yǎng)液，節(jié)約了能耗；通過豎直的隔離帶形成液柱，培養(yǎng)液不再上下分層，且在液柱的底部曝氣，能夠獲得很好的曝氣效果，采用豎直方向的線狀隔離帶形成液柱，可以避免現(xiàn)有技術(shù)中光生物培養(yǎng)液中的光生物體沉積在橫向隔離帶上的情況發(fā)生，解決了清洗困難的問題且便于收獲。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中薄膜式反應(yīng)器的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中線狀隔離的效果示意圖；圖3為本發(fā)明實施例一中光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例二中光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例三中光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明實施例四中光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例中光生物培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中光生物反應(yīng)器制備方法的流程圖。
具體實施例方式為了克服現(xiàn)有技術(shù)中薄膜式反應(yīng)器存在清洗困難、動力消耗大、曝氣效果不佳的問題，本發(fā)明實施例提供一種薄膜式的光生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括至少一片柔性薄膜和曝氣裝置。其中，至少一片柔性薄膜通過密封形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物(例如微藻) 培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置有用于懸掛光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置有用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口。曝氣裝置設(shè)置在光生物反應(yīng)器中的液柱的底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。上述形成光生物反應(yīng)器柔性薄膜為兩片時，兩片柔性薄膜的下部及兩側(cè)邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過將兩片柔性薄膜下部及兩側(cè)邊緣熱合的方式密封?；蛏鲜鲂纬晒馍锓磻?yīng)器的柔性薄膜為一片且密封形成筒狀薄膜或上述柔性薄膜為一體式筒狀薄膜，所述筒狀薄膜的下部邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過熱合的方式密封。其中一片柔性薄膜形成筒狀可以采用卷曲并將卷曲后重合的邊緣熱合密封或通過密封夾密封，上述一體式筒狀薄膜是指選用的薄膜為筒狀薄膜不需要卷曲密封。上述光生物反應(yīng)器中的線狀隔離帶，具體可以通過設(shè)置立柱或熱合的方式形成。 具體包括立柱在袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處相對設(shè)置，用于夾緊袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的柔性薄膜形成線狀隔離帶；一般位于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距小于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)柔性薄膜之間液柱的厚度?；蛏鲜鼍€狀隔離帶通過將袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜上的選定位置熱合的方式形成。如圖2所示為通過線狀隔離帶實現(xiàn)豎直線狀隔離的效果示意圖，圖2中10為柔性薄膜、20為曝氣裝置、30為線狀隔離帶。還可以將多個光生物反應(yīng)器設(shè)置成一個光生物培養(yǎng)系統(tǒng)。下面通過具體的實施例進行詳細說明。實施例一本發(fā)明實施例一提供的光生物反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括柔性薄膜11、線狀隔離帶12、曝氣裝置13、液體出入口 14、以及有懸掛桿15和懸掛索16組成的懸掛構(gòu)件。上述柔性薄膜11可以是聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜、聚氨酯PU薄膜等任何透明或半透明的薄膜；且袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的薄膜中至少一側(cè)是透明或半透明的材料； 上述柔性薄膜11的密封邊緣通過熱合的方式密封或通過密封夾密封。即可以將兩片柔性薄膜11的下部及兩側(cè)邊緣熱合密封或?qū)⑵湎虏考皟蓚?cè)邊緣用密封夾夾緊，形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)。也可以用一片柔性薄膜密封為筒狀薄膜，或直接選用筒狀柔性材料制作的不用密封的一體式的筒狀薄膜，且筒狀薄膜至少有一半表面積為透明或半透明材料，此時只需密封筒狀薄膜的下部邊緣即可形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)。柔性薄膜11之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶12，用于在盛放光生物培養(yǎng)液后，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱。線狀隔離帶12可以通過熱合的方式形成，實現(xiàn)將光生物反應(yīng)器分割為具有流體連通性的若干區(qū)域，在盛放培養(yǎng)液后即可形成底部連通的液柱。曝氣裝置13設(shè)置在光生物反應(yīng)器中的液柱的底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體，使氣體能夠自下向上曝氣，曝氣效果較佳。例如曝氣裝置13可以是一個開有若干微孔通氣管，如圖4中所示，位于底部的通氣管上開有若干微孔，保證曝氣氣泡均勻，合適壓強力的壓縮空氣從通氣管兩端通入。袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置有用于懸掛光生物反應(yīng)器的懸掛部件，圖1中為由懸掛桿 15和懸掛索16組成的懸掛部件。在實際應(yīng)用中還可以只有懸掛桿15即可。懸掛桿15可以是一根強度合適的鋼管或者其它任何材料直徑合適的直桿，從反應(yīng)器的上部穿過，懸掛桿15的兩端有懸掛索16，以便可以懸掛在合適的地方。袋狀容器結(jié)構(gòu)下部設(shè)置有用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口 14。培養(yǎng)液及藻種可以從上部開口加入，也可以從下部排水口注入。例如圖4中的光生物反應(yīng)器可以為寬1000毫米，高1200毫米的類似袋子式的反應(yīng)器。利用熱合將反應(yīng)器分割，中間每個熱合焊縫寬5毫米左右，間距為55毫米，保證裝滿光生物培養(yǎng)液后每個液柱最大直徑不超過45毫米。底部用夾子夾緊，下端底部50毫米區(qū)域內(nèi)布置曝氣裝置。曝氣裝置可以直接選用微孔空氣曝氣管，也可以采用塑料管、有機玻璃管在上面打孔(孔徑0. 2-0. 4毫米)制成。當(dāng)然這些參數(shù)只是舉例說明，實際應(yīng)用中可以根據(jù)需要設(shè)定。實施例二 本發(fā)明實施例二提供的光生物反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括柔性薄膜21、線狀隔離帶22、曝氣裝置23、液體出入口 24、以及由懸掛桿25和懸掛索沈組成的懸掛構(gòu)件。其與實施例一中提供的光生物反應(yīng)器的不同之處在于其曝氣裝置23為一個直的通氣管，其出入口均位于底部。而實施例一中曝氣裝置23為U管通氣管，其出入口均位于光生物反應(yīng)器的上部。柔性薄膜21之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶22。與實施例一中不同的是線狀隔離帶22可以通過設(shè)置的立柱(位置線狀隔離帶22對應(yīng)，圖中未示出)形成。具體包括立柱設(shè)置在袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處相對設(shè)置，用于夾緊兩側(cè)的柔性薄膜21形成線狀隔離帶22。一般位于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距小于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)柔性薄膜之間液柱的厚度，優(yōu)選的，袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距為0 1mm。液柱的寬度可以通過調(diào)整立柱的位置來進行調(diào)整。例如，設(shè)置位于柔性薄膜同側(cè)的立柱的間距為^mm,以保證裝入培養(yǎng)液后，液柱的直徑不大于45mm。光生物反應(yīng)器的其余結(jié)構(gòu)與實施例一相同，此處不再贅述。實施例三本發(fā)明實施例三提供的光生物反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括柔性薄膜31、線狀隔離帶32、曝氣裝置33、液體出入口 34、以及由懸掛孔35構(gòu)成的懸掛構(gòu)件。其與實施例一中提供的光生物反應(yīng)器的不同之處在于其懸掛構(gòu)件為懸掛孔35。通過懸掛孔35直接實現(xiàn)反應(yīng)器的懸掛。如圖中所示柔性薄膜31上部為尖角形，在尖角處設(shè)置了一個懸掛孔。光生物反應(yīng)器的其余結(jié)構(gòu)與實施例一相同，此處不再贅述。實施例四本發(fā)明實施例四提供的光生物反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括柔性薄膜41、線狀隔離帶42、曝氣裝置43、液體出入口 44、以及由懸掛孔45構(gòu)成的懸掛構(gòu)件。其曝氣裝置43雖然也是U管通氣管，其出入口均位于光生物反應(yīng)器的上部，與實施例三中提供的光生物反應(yīng)器的不同之處在于其U型通氣管的出入端均直接由反應(yīng)器的上方通下來。其與實施例一中提供的光生物反應(yīng)器的不同之處還在于其懸掛構(gòu)件為懸掛孔45。 通過懸掛孔45直接實現(xiàn)反應(yīng)器的懸掛。如圖中所示柔性薄膜41上部設(shè)置了一排懸掛孔 45，通過這一排懸掛孔45實現(xiàn)反應(yīng)器的平穩(wěn)懸掛。光生物反應(yīng)器的其余結(jié)構(gòu)與實施例一相同，此處不再贅述。實施例五本發(fā)明實施例五提供一種光生物培養(yǎng)方法，使用上述實施例一至四提供的光生物反應(yīng)器培養(yǎng)光生物。該方法主要針對采用密封夾對柔性薄膜進行密封的光生物反應(yīng)器。該方法包括將光生物培養(yǎng)液盛放在由柔性薄膜形成的具有流體連通性袋狀容器結(jié)構(gòu)的光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)。當(dāng)需要對培養(yǎng)完成的光生物進行收獲時，將形成袋狀容器結(jié)構(gòu)的兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開，使兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣打開， 將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集；或?qū)⑿纬纱鼱钊萜鹘Y(jié)構(gòu)的一體式筒狀薄膜或形成袋狀容器結(jié)構(gòu)的一片柔性薄膜密封形成的筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開，使筒狀柔性薄膜的下部邊緣打開，將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集。也就是說，當(dāng)上述光生物反應(yīng)器中的光合微生物培養(yǎng)完成時，對于由密封夾夾緊兩片柔性薄膜的下部和兩側(cè)邊緣形成的光生物反應(yīng)器，可以打開兩片柔性薄膜的下部和/ 或兩側(cè)邊緣的密封夾，直接將將光生物反應(yīng)器中的光生物培養(yǎng)液收集到收集池或其他收集裝置中。當(dāng)兩邊柔性薄膜的下部和兩側(cè)邊緣均為密封夾密封時，可以僅打開下部或兩側(cè)的邊緣的密封夾，也可以將密封夾都打開進行收獲。當(dāng)兩片柔性薄膜為一體式筒狀薄膜時，只能打開下部邊緣的密封夾進行收獲。當(dāng)光生物培養(yǎng)完成時，上述采用密封夾密封的光生物反應(yīng)器可以進行分拆清洗。 即在兩片柔性薄膜的下部和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開的情況下，清洗所述兩片柔性薄膜中間的部分；或在一體式筒狀薄膜或一片柔性薄膜密封形成的筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開的情況下，清洗筒狀柔性薄膜中間的部分。也就是說，在清洗時，也可以將兩片柔性薄膜由密封夾夾緊的下部和兩側(cè)邊緣的密封夾打開，直接清洗兩片柔性薄膜的中間部分。這種收獲方式在重力的作用下直接收獲，實現(xiàn)方便且節(jié)約能耗。這種清洗方式，不僅清洗方便且不會存在清洗死角，避免了清洗困難和清洗不干凈的現(xiàn)象發(fā)生。
上述實施例一至四中的提供的各種光生物反應(yīng)器，可以組合成包含兩個或兩個以上光生物反應(yīng)器的光生物培養(yǎng)系統(tǒng)，以實施例一所示的光生物反應(yīng)器為例，所組成的光生物培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括若干光生物反應(yīng)器1和與光生物反應(yīng)器的液體出入口相連的輸送管道2。輸送管道，用于向光生物反應(yīng)器中注入光生物培養(yǎng)液和/或收集光生物反應(yīng)器中的光生物培養(yǎng)液。光生物反應(yīng)器通過懸掛部件懸掛放置，用于盛放光生物培養(yǎng)液，培養(yǎng)光合微生物。上述通過管道將若干光生物反應(yīng)器連接起來，可以統(tǒng)一進行加注培養(yǎng)液，接種，排空等工藝操作，實現(xiàn)光生物的批量化生產(chǎn)和管理。制備上述實施例中提供的各種光生物反應(yīng)器的方法流程，如圖8所示，執(zhí)行步驟如下步驟SlOl 將至少一片柔性薄膜進行密封，形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)。上述將至少一片柔性薄膜進行密封，具體包括通過密封夾夾緊的方式或通過將兩片柔性薄膜邊緣熱合的方式，將兩片柔性薄膜的下部及兩側(cè)邊緣密封?；?qū)⒂梢黄嵝员∧っ芊庑纬傻耐矤畋∧せ蜻x用的一體式筒狀薄膜，將筒狀薄膜的下部邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過熱合的方式密封。步驟S102 在袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱。在袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，具體包括在袋狀容器結(jié)構(gòu)外部兩側(cè)的對應(yīng)位置處設(shè)置位置相對的立柱，通過立柱夾緊袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的柔性薄膜形成袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部的線狀隔離帶；或通過將袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜熱合的方式，在柔性薄膜的選定位置處形成線狀隔離帶。位于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距小于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的柔性薄膜之間液柱的厚度。步驟S103 在袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置用于懸掛光生物反應(yīng)器的懸掛部件。懸掛部件可以是設(shè)置在柔性薄膜上部的懸掛孔、懸掛桿或由懸掛桿和懸掛索組成的懸掛部件。具體參見上述的實施例的具體描述。步驟S104 在兩片柔性薄膜下部設(shè)置用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入步驟S105 在光生物反應(yīng)器中位于液柱的底部設(shè)置曝氣裝置，提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。對于使用密封夾夾緊的薄膜式反應(yīng)器，在光合微生物(例如微藻)培養(yǎng)成熟收獲時，若采用使微藻下沉收集的方式，則可將底部密封夾打開放出沉淀在底部的微藻進行收獲；若采用使微藻上浮收集的方式，則直接取出頂部的微藻進行收獲，大大降低了收獲成本。培養(yǎng)結(jié)束時，可以將密封夾和立柱等去除，方便了清洗、避免了清洗死角。即當(dāng)需要對上述采用密封夾方式密封的光生物反應(yīng)器進行收獲和/或清洗時，將兩片柔性薄膜的下部和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開，使兩片柔性薄膜的下部和/或兩側(cè)打開，收獲光生物和 /或清洗兩片柔性薄膜中間的部分；或?qū)⒁惑w式筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開，使筒狀柔性薄膜的下部打開，收獲光生物和/或清洗筒狀柔性薄膜中間的部分。上述光生物反應(yīng)器的制備方法中，步驟S101-105的順序可以調(diào)整，不限制先制備哪個部件，只要能夠制備出反應(yīng)器即可。本發(fā)明實施例提供的上述光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法， 通過豎直的隔離帶形成液柱，培養(yǎng)液不再上下分層，避免了現(xiàn)有薄膜式反應(yīng)器培養(yǎng)液橫向運動上下分層所導(dǎo)致的曝氣效果不佳的問題；本發(fā)明的光生物反應(yīng)器在液柱的底部曝氣， 能夠獲得很好的曝氣效果，通過具體的流體軟件模擬分析，上述光生物反應(yīng)器的攪動效果比現(xiàn)有的反應(yīng)器的攪動效果更好。相對于管道式反應(yīng)器、板式反應(yīng)器和現(xiàn)有的薄膜反應(yīng)器， 其(X)2利用率得到了提高，反應(yīng)器中培養(yǎng)液的溶氧量提高，更有利于光生物的生長。且由于豎向液柱隔離避免了像現(xiàn)有技術(shù)中橫向隔離時，光生物培養(yǎng)液中的光生物沉積到橫向隔離帶上的可能性，從而易于清洗和收獲。且上述光生物反應(yīng)器采用不循環(huán)液體的培養(yǎng)方式，只需將光生物反應(yīng)器懸掛放置，不存在培養(yǎng)液輸送阻力大的缺點，由于不需要循環(huán)培養(yǎng)液，節(jié)約了能耗，降低了培養(yǎng)成本；其屬于開放式系統(tǒng)，也不存在溶氧過高影響微藻生長的缺點。當(dāng)微藻培養(yǎng)收獲后，可以將設(shè)置的立柱、使用的密封夾等拆卸下來，對反應(yīng)器進行清洗，直接清洗片狀柔性薄膜，方便快捷，清洗效果好。且由于方便拆裝，降低了運輸安裝成本。本發(fā)明提供的薄膜式光生物反應(yīng)器，通過合理設(shè)計，使得該反應(yīng)器(1)具有高光照表面積與體積之比；( 具有較高的氣體交換效率；C3)具有適合的循環(huán)方式；(4)改善了光的傳播途徑、分配和質(zhì)量；( 防止有害代謝產(chǎn)物的積累。多個反應(yīng)器可以通過管道組合，是一種適于批量產(chǎn)業(yè)化管理光生物反應(yīng)器，且通過形成液柱的方式避免一般塑料袋式反應(yīng)器光程長、不利于高密度培養(yǎng)的缺點，使被培養(yǎng)的光生物能夠獲得更佳的光照效果，更好的完成光合反應(yīng)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光生物反應(yīng)器，其特征在于，包括至少一片柔性薄膜和曝氣裝置；所述至少一片柔性薄膜通過密封形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；所述袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置有用于懸掛所述光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置有用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口 ；所述曝氣裝置設(shè)置在所述液柱的底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述柔性薄膜為兩片時，兩片柔性薄膜的下部及兩側(cè)邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過熱合的方式密封，所述兩片柔性薄膜由密封夾夾緊的下部和兩側(cè)邊緣的密封夾在收獲或清洗時打開；或所述柔性薄膜為一片柔性薄膜且密封形成筒狀薄膜或所述柔性薄膜為一體式筒狀薄膜時，所述筒狀薄膜的下部邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過熱合的方式密封，所述筒狀柔性薄膜由密封夾夾緊的下部邊緣的密封夾在收獲或清洗時打開。
3.如權(quán)利要求1所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，還包括立柱；所述立柱在所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處相對設(shè)置，用于夾緊所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的柔性薄膜形成線狀隔離帶。
4.如權(quán)利要求3所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，位于所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距小于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)柔性薄膜之間液柱的厚度。
5.如權(quán)利要求4所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，位于所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距為0 1mm。
6.如權(quán)利要求1所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述線狀隔離帶通過將所述袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜上的選定位置熱合的方式形成。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述懸掛部件包括懸掛孔、懸掛桿、或懸掛桿與懸掛索組成的懸掛構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求1-6任一所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述柔性薄膜選用下列材料的薄膜聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯PU薄膜。
9.一種光生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括若干如權(quán)利要求1-8任一所述的光生物反應(yīng)器和與所述光生物反應(yīng)器的液體出入口相連的輸送管道；所述輸送管道，用于向所述光生物反應(yīng)器中注入光生物培養(yǎng)液和/或收集所述光生物反應(yīng)器中的光生物培養(yǎng)液；所述光生物反應(yīng)器通過懸掛部件懸掛放置，用于盛放光生物培養(yǎng)液，培養(yǎng)光合微生物。
10.一種光生物培養(yǎng)方法，采用如權(quán)利要求2所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，包括將光生物培養(yǎng)液盛放在由柔性薄膜形成的具有流體連通性袋狀容器結(jié)構(gòu)的光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)；當(dāng)需要對培養(yǎng)完成的光生物進行收獲時，將形成袋狀容器結(jié)構(gòu)的兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開，使兩片柔性薄膜的下部邊緣和/或兩側(cè)邊緣打開，將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集；或?qū)⑿纬纱鼱钊萜鹘Y(jié)構(gòu)的一體式筒狀薄膜或一片柔性薄膜密封形成的筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開，使筒狀柔性薄膜的下部邊緣打開，將光生物培養(yǎng)液釋放出來進行收集。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括收獲完成后，在兩片柔性薄膜的下部和/或兩側(cè)邊緣的密封夾打開的情況下，清洗所述兩片柔性薄膜中間的部分；或在一體式筒狀薄膜或一片柔性薄膜密封形成的筒狀薄膜的下部邊緣的密封夾打開的情況下，清洗筒狀柔性薄膜中間的部分。
12.一種光生物反應(yīng)器制備方法，其特征在于，包括將至少一片柔性薄膜進行密封，形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)； 在袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；在袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置用于懸掛所述光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口 ；在所述光生物反應(yīng)器中位于所述液柱的底部設(shè)置曝氣裝置，提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一片柔性薄膜進行密封，具體包括通過密封夾夾緊的方式或通過將兩片柔性薄膜邊緣熱合的方式，將所述兩片柔性薄膜的下部及兩側(cè)邊緣密封；或?qū)⒂梢黄嵝员∧っ芊庑纬傻耐矤畋∧せ蜻x用的一體式筒狀薄膜的下部邊緣通過密封夾夾緊的方式或通過熱合的方式密封。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述在袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，具體包括在所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處設(shè)置位置相對的立柱，通過所述立柱夾緊所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的柔性薄膜形成線狀隔離帶；或通過將所述袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜熱合的方式，在所述柔性薄膜的選定位置處形成所述線狀隔離帶。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，位于所述袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)的對應(yīng)位置處的兩個立柱的間距小于袋狀容器結(jié)構(gòu)兩側(cè)柔性薄膜之間液柱的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光生物反應(yīng)器及其制備方法、光生物培養(yǎng)系統(tǒng)和方法，該反應(yīng)器包括至少一片柔性薄膜和曝氣裝置；至少一片柔性薄膜通過密封形成具有流體連通性的袋狀容器結(jié)構(gòu)；袋狀容器結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩側(cè)的柔性薄膜之間設(shè)置若干豎直方向的線狀隔離帶，將光生物培養(yǎng)液分割成若干底部連通的液柱；袋狀容器結(jié)構(gòu)上部設(shè)置用于懸掛光生物反應(yīng)器的懸掛部件，下部設(shè)置用于注入和排除光生物培養(yǎng)液的液體出入口；曝氣裝置設(shè)置在液柱底部，用于提供光生物生長所需的反應(yīng)氣體。該反應(yīng)器不需要循環(huán)培養(yǎng)液，節(jié)約了能耗，且在液柱底部曝氣，曝氣效果好；通過豎直的隔離帶形成液柱，培養(yǎng)液不再上下分層，避免了光生物體沉積在橫向隔離帶上，清洗和收獲方便。
文檔編號C12N1/12GK102373149SQ201010262528
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者朱振旗, 王垚, 陳偉 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司