專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
微藻是一類系統(tǒng)發(fā)生各異、個(gè)體較小、通常為單細(xì)胞或群體的、能進(jìn)行光合作用的水生(或陸生、氣生、共生)低等植物，是自然界起源最早、分布最廣、種類和數(shù)量最多的生物質(zhì)資源。微藻具有獨(dú)特的生物學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用在生物制藥、營養(yǎng)品、保健品、污水處理、天然食品加工、生物餌料、生物肥料和可再生能源生產(chǎn)等方面，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。許多微藻富含高附加值的生物活性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖、維生素、胡蘿卜素、 多不高飽和脂肪酸(EPA、DHA、AA)、葉黃素等，成為人類未來開發(fā)的重要生物資源之一。(1) 蛋白質(zhì)，部分藍(lán)藻(螺旋藻)和綠藻(小球藻)的蛋白質(zhì)含量高，且氨基酸組成合理，含有人體必需的8種氨基酸，可作為單細(xì)胞蛋白的重要來源；(2)多糖，微藻多糖廣泛存在于微藻細(xì)胞內(nèi)，具有抗腫瘤、抗病毒、抗輻射損傷、抗突變、抗衰老、抗凝血、降血脂及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫能力等廣泛的生理功能，目前研究較多的微藻多糖有節(jié)旋藻(螺旋藻)多糖、小球藻多糖、紫球藻多糖等；C3)色素，主要有類胡蘿卜素(胡蘿卜素類、葉黃素類)和藻膽素(藻紅膽素、藻藍(lán)膽素)。胡蘿卜素是維生素A合成的前體，有抗氧化、抗突變、抗衰老、預(yù)防癌癥、增加免疫力等作用，鹽生杜氏藻(Dimaliella salina)中β-胡蘿卜素含量占干重的10%以上。葉黃素類色素及富含藻株主要有堇菜黃素(Eustigmatophyceae)、 蟲下青素(Haematococcus pluvialis)、玉米黃素(Nannochloropsis gaditana)、葉黃素 (Scenedesmus almeriensis、Muriellopsis sp·)、巖藻黃素(Bacillariophyceae)等。藻藍(lán)膽素(螺旋藻)可用作光敏劑，用于癌癥的光動(dòng)態(tài)治療，高純度的藻藍(lán)蛋白可以作為生物大分子的熒光分子探針；(4)多不高飽和脂肪酸(PUFA)，具有獨(dú)特的生理功能，有預(yù)防和治療心血管疾病、癌癥，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)、視覺系統(tǒng)的功能，可提高人體的免疫機(jī)能調(diào)節(jié)能力，防止記憶力減退。某些微藻種類富含PUFA，如柯氏隱甲藻(二十二碳六烯酸)、硅藻和真眼點(diǎn)藻(二十碳五烯酸)、螺旋藻(Y -亞麻酸)、缺刻緣綠藻(花生四烯酸)等。微藻具有如此重要的開發(fā)利用價(jià)值，但其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻較緩慢。目前市面上可供選擇微藻生物產(chǎn)品種類非常貧乏，主要集中在螺旋藻、鹽藻、雨生紅球藻、柯氏隱甲藻和小球藻等藻株生產(chǎn)的產(chǎn)品中，突破微藻的低成本高密度培養(yǎng)技術(shù)，是將微藻生物產(chǎn)品推向市場的關(guān)鍵。微藻可通過類似于微生物發(fā)酵的方式，在透明的培養(yǎng)裝置——光生物反應(yīng)器中進(jìn)行規(guī)?；囵B(yǎng)，因此一種高效的光生物反應(yīng)器是快速實(shí)現(xiàn)微藻規(guī)?；囵B(yǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。用于微藻培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器主要有敞開式和封閉式兩種類型。敞開式光生物反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、容易放大和成本低等優(yōu)點(diǎn)，已普遍應(yīng)用于商業(yè)化微藻大規(guī)模培養(yǎng)中。 但它也存在諸多缺點(diǎn)，如比表面積小、光能和CO2利用率低、易污染、環(huán)境條件(溫度、光照、 PH等)控制能力差等，目前僅有少數(shù)幾種微藻(小球藻、鹽藻、螺旋藻等)能夠采用敞開式光生物反應(yīng)器進(jìn)行培養(yǎng)，而對(duì)于培養(yǎng)條件要求溫和、種群競爭能力較弱的微藻，則只能采用封閉式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)。與敞開式光生物反應(yīng)器相比，封閉式光生物反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)不易受到灰塵、昆蟲及雜菌等污染，能實(shí)現(xiàn)純種培養(yǎng)；( 培養(yǎng)條件易于控制(溫度、PH) ； (3)培養(yǎng)密度高，且易收獲；(4)適合于絕大多數(shù)微藻的光自養(yǎng)培養(yǎng)；( 有較高比表面積；(6)光能和(X)2利用率較高等優(yōu)點(diǎn)，但封閉式光生物反應(yīng)器的這些優(yōu)越性是以提高投資和操作成本為代價(jià)的。目前科研單位和企業(yè)普遍采用傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器(跑道池、平板式、管道式、垂直柱式、懸袋式等)培養(yǎng)高附加值的經(jīng)濟(jì)微藻，其在技術(shù)上存在諸多缺點(diǎn)(1)多數(shù)科研單位設(shè)計(jì)的光生物反應(yīng)器并不具備規(guī)模放大的能力，某些發(fā)明聲稱可以實(shí)現(xiàn)微藻的規(guī)?；囵B(yǎng)，但它們均缺乏實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)成本核算發(fā)現(xiàn)，其構(gòu)建成本相對(duì)較高；(2)利用傳統(tǒng)的跑道池光生物反應(yīng)器培養(yǎng)高附加值的經(jīng)濟(jì)微藻，其產(chǎn)量相對(duì)較低，且培養(yǎng)的微藻種類有限(小球藻、鹽藻、螺旋藻等)，在培養(yǎng)過程中可能會(huì)滋生人體致病菌，影響產(chǎn)品的質(zhì)量；(3)傳統(tǒng)的封閉式光生物反應(yīng)器同樣存在許多缺點(diǎn)，如管道式光生物反應(yīng)器的氧解析問題、垂直柱式光生物反應(yīng)器的串聯(lián)問題、懸袋式光生物反應(yīng)器透光膜的選擇、平板式光生物反應(yīng)器光徑增大與光衰減之間矛盾的問題等，上述問題限制了傳統(tǒng)封閉式光生物反應(yīng)器在微藻規(guī)?；囵B(yǎng)中的廣泛應(yīng)用。而據(jù)中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局Q011)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前與微藻規(guī)?；囵B(yǎng)相關(guān)的發(fā)明已超過90篇，涉及的光生物反應(yīng)器種類多樣，包括內(nèi)置光源的發(fā)酵罐、平板式光生物反應(yīng)器、柱式光生物反應(yīng)器、管道式光生物反應(yīng)器、袋式光生物反應(yīng)器、開放式光生物反應(yīng)器、組合式光生物反應(yīng)器等。上述光生物反應(yīng)器在設(shè)計(jì)上均存在一定程度的缺陷，影響其在微藻規(guī)?；囵B(yǎng)中的應(yīng)用。其中管道式光生物反應(yīng)器氧解析困難、不易清洗、成本高、溫度控制較困難。柱式光生物反應(yīng)器不存在氧解析和混合問題，但其培養(yǎng)體積較小、不易放大 (縱向和徑向)、比表面積小、且反應(yīng)器中心光線不易穿透，生產(chǎn)效率低。袋式反應(yīng)器存在氧解析困難、透明材料難以反復(fù)使用等缺點(diǎn)，另外其膜透光性差，外加固結(jié)構(gòu)遮光明顯，將其應(yīng)用在規(guī)?；囵B(yǎng)中，還需進(jìn)一步的改進(jìn)。平板反應(yīng)器通過縮短光徑的方式降低光衰減的影響，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)體積的減少；光徑增大，反應(yīng)器光衰減現(xiàn)象嚴(yán)重，反應(yīng)器的串聯(lián)難度大，且投資成本高。內(nèi)置光源的發(fā)酵罐在一定程度上能解決了藻液的光照問題，但它同時(shí)帶來了一系列潛在的負(fù)面影響，如光源被藻液粘附和光源能耗問題等。實(shí)際上，對(duì)于高附加值微藻的培養(yǎng)，封閉式光生物反應(yīng)器是較為理想的選擇。一方面，某些微藻(雨生紅球藻)對(duì)環(huán)境較為敏感，開放式光生物反應(yīng)器無法滿足培養(yǎng)的需要； 另一方面，微藻生物產(chǎn)品通常用在保健品、化妝品、功能食品和藥品中，上述行業(yè)對(duì)原材料的要求較高，而開放式光生物反應(yīng)器易污染細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物和其他雜藻，有些污染物自身對(duì)人體具有致病性，有些污染物會(huì)產(chǎn)生毒素，這在無形中增加了后期培養(yǎng)物檢測和處理的成本。構(gòu)建一種高效的封閉式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)，是推動(dòng)微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑。封閉式光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則(1)構(gòu)建成本低；(2)容易放大，清洗方便，控溫精確；(3)光照和二氧化碳利用率高；(4)藻液循環(huán)狀況好，藻細(xì)胞在光暗區(qū)的轉(zhuǎn)換速度快。本發(fā)明即按照該原則設(shè)計(jì)一種新的光生物反應(yīng)器，通過藻液內(nèi)外循環(huán)實(shí)現(xiàn)微藻的低成本高密度培養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器， 用以實(shí)現(xiàn)高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，包括低位平板光生物、高位平板光生物反應(yīng)器、中位光生物反應(yīng)器及外循環(huán)管，其中 所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)通過所述中位光生物反應(yīng)器連通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的外側(cè)通過所述外循環(huán)管道連通； 所述高位平板光生物反應(yīng)器設(shè)有通氣管路；所述低位平板光生物反應(yīng)器設(shè)置有兩組通氣管路，其中一組位于低位平板光生物反應(yīng)器底部，另一組靠近所述低位平板光生物反應(yīng)器的上表面。較優(yōu)地，所述低位平板光生物反應(yīng)器包括前、后主體透明板，低位底槽，左、右異形法蘭及低位頂部透明板，其中所述前、后主體透明板嵌入所述低位底槽的卡槽中，并用密封膠密封；所述左、右異形法蘭設(shè)置于所述低位底槽的左、右兩側(cè)，所述左、右異形法蘭的法蘭蓋上分別開設(shè)有多個(gè)貫通的管道接口 ；所述低位頂部透明板粘合于低位平板光生物反應(yīng)器的上表明并用密封膠密封，且所述低位頂部透明板上開設(shè)藻液口，用以連通所述中位光生物反應(yīng)器。較優(yōu)地，所述管道接口的內(nèi)側(cè)為螺紋接口，外側(cè)為光滑接口。較優(yōu)地，所述低位平板光生物反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有蛇形冷凝管，所述蛇形冷凝管的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在同一法蘭蓋上。較優(yōu)地，所述高位平板光生物反應(yīng)器包括透明容器、高位底槽及高位底部透明板， 其中所述透明容器由若干透明平板粘合而成，且所述透明容器的側(cè)面設(shè)置有外循環(huán)管接口 ；所述高位底槽支撐所述透明容器，所述高位底部透明板粘合于所述高位底槽上，且所述高位底槽及所述高位底部透明板上均開設(shè)有開設(shè)藻液口，用以連通所述中位光生物反應(yīng)
ο較優(yōu)地，所述中位光生物反應(yīng)器為柱式光生物反應(yīng)器，其中所述低位頂部透明板、 高位底槽及高位底部透明板均開設(shè)有多個(gè)圓孔。較優(yōu)地，所述低位頂部透明板為多孔有機(jī)玻璃板，其中每一小孔內(nèi)部為兩層階梯結(jié)構(gòu)。較優(yōu)地，所述中位光生物反應(yīng)器為短光徑平板光生物反應(yīng)器，其中所述低位頂部透明板、高位底槽及高位底部透明板的中間開設(shè)方槽。較優(yōu)地，包括金屬支撐架，其底面焊接在所述低位底槽上，上表面焊接在所述高位底槽上。較優(yōu)地，所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器上分別設(shè)置有擴(kuò)展與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在綜合分析光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，提出一種新型耦合式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)，其結(jié)合平板光生物反應(yīng)器和垂直管式光生物反應(yīng)器各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)。具體而言，通過優(yōu)化耦合式光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方案，可取得以下技術(shù)效果第一，實(shí)現(xiàn)光生物反應(yīng)器的有效控溫；第二，實(shí)現(xiàn)光生物反應(yīng)器規(guī)模放大；第三，利用氣升方式，解決藻液的循環(huán)；第四，將短光徑光生物反應(yīng)器(管式、平板式)與平板反應(yīng)器進(jìn)行耦合，增大了反應(yīng)器的有效照光面積，提高藻細(xì)胞對(duì)光的利用率。


圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器的示意圖，即耦合式光生物反應(yīng)器類型一 的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1所示耦合式光生物反應(yīng)器的藻液循環(huán)示意圖3A為圖1中柱式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖;3B為圖1中短光徑平板光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖4為圖1中低位底槽的結(jié)構(gòu)示意圖5A為圖4所示低位底槽主視圖5B為圖4所示低位底槽俯視圖5C為圖4所示低位底槽左視圖6為圖1中法蘭蓋結(jié)構(gòu)示意圖7為耦合式光生物反應(yīng)器類型二結(jié)構(gòu)示意圖8A為高位底槽結(jié)構(gòu)示意圖8B為金屬內(nèi)支撐架結(jié)構(gòu)示意圖9為多孔有機(jī)玻璃板結(jié)構(gòu)示意圖10耦合式光生物反應(yīng)器類型一串聯(lián)模式圖11耦合式光生物反應(yīng)器類型二串聯(lián)模式圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)是在傳統(tǒng)的平板反應(yīng)器中引入“柱式光生物反應(yīng)器或短管徑平板光生物反應(yīng)器”，以增加傳統(tǒng)的平板反應(yīng)器的照光面積，提高微藻對(duì)光線的利用效率，用以實(shí)現(xiàn)高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)。以下實(shí)施例為實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，為一種耦合式光生物反應(yīng)器， 以下對(duì)該耦合式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、功能及工作原理進(jìn)行描述。所述耦合式光生物反應(yīng)器包括金屬支撐架、低位平板光生物反應(yīng)器、高位平板光生物反應(yīng)器、外循環(huán)管、柱式光生物反應(yīng)器/短光徑平板光生物反應(yīng)器，以下以柱式光生物反應(yīng)器為例，對(duì)主要部件結(jié)構(gòu)、功能及工作原理描述如下所述金屬支撐架的主要作用是支撐和固定高位平板光生物反應(yīng)器，它的底面和上表面分別焊接在低位高位平板光生物反應(yīng)器和高位平板光生物反應(yīng)器的底槽上，金屬支撐架的材質(zhì)為具有一定剛性的金屬方管或圓管。所述低位平板光生物反應(yīng)器是由前后透明板、低位底槽、蛇形冷凝管、通氣管、異形法蘭、多孔有機(jī)玻璃板(或其它開口透明板)等結(jié)構(gòu)組成。其中低位底槽(圖4)主要用于光生物反應(yīng)器底部的加固，所述低位底槽須由具有一定剛性且不易生銹的金屬材料，或者由塑料模具制成(低位底槽的精細(xì)結(jié)構(gòu)如圖5A-5C所示)。前、后主體透明板嵌入圖4所示低位底槽的卡槽中，并用玻璃膠密封，防止培養(yǎng)液滲出；透明板可由普通玻璃、有機(jī)玻璃、 鋼化玻璃和硼硅玻璃等制成。異型法蘭安裝或焊接在低位底槽的左、右兩側(cè)面，所述異型法蘭的作用主要有(1)方便反應(yīng)器的清洗；(2)法蘭蓋(圖6)可焊接金屬接口，方便冷凝管、 通氣管、外導(dǎo)流管的連接。蛇形冷凝管安裝在低位平板光生物反應(yīng)器內(nèi)部，用于藻液的冷卻；蛇形冷凝管的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在相同法蘭蓋上，可通過螺紋接口進(jìn)行拆卸和安裝； 蛇形冷凝管的材質(zhì)為傳熱快的金屬管(如不銹鋼管、紫銅管和鋁管)。低位平板光生物反應(yīng)器共兩組通氣管路，其中一組位于低位平板反應(yīng)器底部，用于平板反應(yīng)器藻液的混合和二氧化碳的補(bǔ)充；另一組靠近多孔有機(jī)玻璃板下表面。多孔有機(jī)玻璃板(圖9)通過玻璃膠固定在低位平板光生物反應(yīng)器上表面，每一小孔內(nèi)部為兩層階梯結(jié)構(gòu)，防止柱式光生物反應(yīng)器滑落至平板光生物反應(yīng)器中。所述柱式光生物反應(yīng)器/短光徑平板光生物反應(yīng)器為本發(fā)明的核心結(jié)構(gòu)，當(dāng)微藻由低位平板光生物反應(yīng)器進(jìn)入該區(qū)域后，可以接受更充足的光照，并進(jìn)行二氧化碳高效補(bǔ)充，大幅提高了藻細(xì)胞的生長速率。對(duì)于光誘導(dǎo)型生物活性物質(zhì)(如蝦青素等)的生產(chǎn)，其促進(jìn)作用更加明顯。柱式光生物反應(yīng)器可由有機(jī)玻璃管、普通玻璃管和軟性塑料管制成。短光徑平板光生物反應(yīng)器可由普通玻璃、有機(jī)玻璃制成。所述高位平板光生物反應(yīng)器是由透明容器、高位底槽、多孔有機(jī)玻璃板(或其它開口透明板)、通氣管路和外循環(huán)管接口組成，其中透明容器是由若干特定規(guī)格的透明平板，通過粘合劑粘合而成，藻液由“柱式光生物反應(yīng)器/短光徑平板光生物反應(yīng)器”進(jìn)入透明容器后得到充分混合；通氣管路用于加富的壓縮空氣的鼓入，高壓氣體在氣泡快速上升的過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的氣升力，帶動(dòng)培養(yǎng)液向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)藻液的循環(huán)；多孔有機(jī)玻璃板用于柱式光生物反應(yīng)器的固定；高位底槽主要用于光生物反應(yīng)器底部的加固，但其不同于低位平板光生物反應(yīng)器的低位底槽結(jié)構(gòu)，高位底槽具有若干均勻排列的圓孔，藻液可由圓孔進(jìn)入透明容器。外循環(huán)管接口位于高位平板光生物反應(yīng)器的側(cè)面，用于外循環(huán)管的連接。所述外循環(huán)管為一連接高位平板光生物反應(yīng)器和低位光生物反應(yīng)器的管道，當(dāng)藻液通過氣升的方式進(jìn)入高位平板光生物反應(yīng)器后，可在重力的作用下，由外循環(huán)管道返回低位光生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)藻液的循環(huán)。該循環(huán)結(jié)構(gòu)的引入加速了反應(yīng)器中上層藻液和下層藻液之間的循環(huán)，有利于藻細(xì)胞生物量的積累。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖1，為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器的一種較優(yōu)實(shí)施例，其中1 代表低位平板光生物反應(yīng)器，2為柱式光生物反應(yīng)器，3為高位平板光生物反應(yīng)器，4為外循環(huán)管，5為金屬支撐架，11為透明板，12為底槽，13為異形法蘭，14為多孔有機(jī)玻璃板，31為外循環(huán)管連接口，32為通氣管接口，各部件的結(jié)構(gòu)、功能已在前述發(fā)明原理中詳述，在此不
再重復(fù)。藻液在該系統(tǒng)中的循環(huán)方向如圖2中箭頭所示，低位平板光生物反應(yīng)器1中的藻液在氣升力的作用下，沿箭頭方向進(jìn)入柱式光生物反應(yīng)器2，由于柱式光生物反應(yīng)器2的照光面積和光徑較小，藻細(xì)胞可以接受更加充足的光照，在此進(jìn)行生物量的快速積累，藻液而后進(jìn)入高位平板光生物反應(yīng)器3中進(jìn)行充分混合，當(dāng)藻液高度超過外循環(huán)管接口高度時(shí)， 藻液進(jìn)入外循環(huán)管4，然后在重力的作用下返回低位平板光生物反應(yīng)器1中，完成藻液循環(huán)。藻液在低位平板光生物反應(yīng)器1中可進(jìn)行降溫并進(jìn)行二氧化碳的補(bǔ)充。參見圖3A和圖3B，分別為短光徑平板光生物反應(yīng)器和柱式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，在遵循本發(fā)明設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，上述兩種類型(短光徑平板式和柱式)光生物反應(yīng)器均可以實(shí)現(xiàn)高附加值微藻的高密度培養(yǎng)。低位底槽12的立體結(jié)構(gòu)如圖4所示，底槽須由具有一定剛性且不易生銹的金屬材料，或者由塑料模具制成。底槽左右兩端各安裝一個(gè)異形法蘭，圖5A、5B和5C為分別為底槽的主視圖、俯視圖和左視圖，前后平板光生物反應(yīng)器的主體透明板嵌入低位底槽12的卡槽中，并用玻璃膠密封，防止水滲出。參見圖6，為異型法蘭的法蘭蓋，其上具有多個(gè)貫通的接口，朝向反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的接口為螺紋接口，外部接口為光滑接口。螺紋接口方便管路拆卸。其中61為通氣管路接口， 62和63分別為冷凝管的進(jìn)水口和出水口，64為外循環(huán)管的連接口，65為通氣管路接口。實(shí)施例1、耦合式光生物反應(yīng)器類型一的組建為了更好的闡述本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，現(xiàn)將該耦合光生物反應(yīng)器類型一的組裝流程詳述如下(1)利用焊接、切割、折彎等金屬加工手段，或制作塑料技術(shù)，制作反應(yīng)器低位底槽 (如圖4)；(2)利用玻璃膠，將前后主體玻璃板粘合在指定位置；(3)將多孔有機(jī)玻璃板(如圖9)粘合至低位平板光生物反應(yīng)器上表面；(4)將金屬內(nèi)支撐架(如圖8B)固定在如圖1所示位置；(5)按順序安裝高位底槽(如圖8A)和多孔有機(jī)玻璃板；(6)利用玻璃膠將柱式光生物反應(yīng)器安裝在指定位置；(7)制作高位平板光生物反應(yīng)器；(8)安裝各類通氣、冷凝和循環(huán)管路。實(shí)施例2、耦合式光生物反應(yīng)器類型二的組建在遵循本發(fā)明設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，可將柱式光生物反應(yīng)器替換為短光徑的平板光生物反應(yīng)器(具體結(jié)構(gòu)如圖7)，現(xiàn)將該耦合光生物反應(yīng)器類型二的組裝流程詳述如下(1)用焊接、切割、折彎等金屬加工手段，或制作塑料技術(shù)，制作反應(yīng)器低位底槽；(2)將內(nèi)支撐架(如圖8B)固定在金屬低位底槽上，內(nèi)支撐架主要用于支撐短光徑平板光生物反應(yīng)器，利用玻璃膠，將前后主體玻璃板粘合在指定位置；(3)將中部開長槽的有機(jī)玻璃板粘合至低位平板光生物反應(yīng)器上表面，并用玻璃膠密封，以防培養(yǎng)液滲出；(4)安裝短光徑平板光生物反應(yīng)器至圖7中指定位置；(5)將金屬內(nèi)支撐架固定在如圖7所示位置；將中部開槽的高位底槽(如圖8A)粘合在短光徑平板光生物反應(yīng)器上表面；(6)制作高位平板光生物反應(yīng)器；(7)安裝各類通氣、冷凝和循環(huán)管路。實(shí)施例3、耦合式光生物反應(yīng)器的串聯(lián)放大為了追求更大的培養(yǎng)規(guī)膜，本發(fā)明提供該耦合式反應(yīng)器單元的串聯(lián)模型(如圖 10、圖11)。每一反應(yīng)器單元的異型法蘭蓋上增加一個(gè)接口，用于反應(yīng)器下部的串聯(lián)，高位平板光生物反應(yīng)器側(cè)面同樣開具一個(gè)擴(kuò)展口，用于相鄰反應(yīng)器單元的串聯(lián)。如前述，高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)技術(shù)是制約其產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，目前科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)普遍采用跑道池和封閉式光生物反應(yīng)器(平板式、管道式、垂直柱式和懸袋式等)培養(yǎng)高附加值微藻，其生產(chǎn)效率普遍較低，并且上述培養(yǎng)系統(tǒng)存在諸多缺點(diǎn)(1)跑道池光生物反應(yīng)器產(chǎn)量低、光衰減嚴(yán)重、控溫難、CO2的利用率低、循環(huán)差，且培養(yǎng)的微藻種類有限(小球藻、鹽藻、螺旋藻等)，在培養(yǎng)過程中容易受其它生物污染，影響產(chǎn)品的質(zhì)量； (2)傳統(tǒng)的封閉式光生物反應(yīng)器構(gòu)建成本相對(duì)較高，同樣存在許多缺點(diǎn)，如管道式光生物反應(yīng)器的氧解析問題、垂直柱式光生物反應(yīng)器的串聯(lián)問題、懸袋式光生物反應(yīng)器透光膜的選擇、平板式光生物反應(yīng)器光徑增大與光衰減之間矛盾的問題等。而本發(fā)明提出了一種新型耦合式光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方案，通過結(jié)合平板光生物反應(yīng)器和垂直管式光生物反應(yīng)器各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)， 其包括但不僅限于以下技術(shù)效果(1)光生物反應(yīng)器的有效控溫；( 光生物反應(yīng)器規(guī)模放大；C3)利用氣升方式，解決藻液的循環(huán)；(4)將短光徑光生物反應(yīng)器(管式、平板式)與平板反應(yīng)器進(jìn)行耦合，增大了反應(yīng)器的有效照光面積，提高了藻細(xì)胞對(duì)光的利用效率。由此， 較好地實(shí)現(xiàn)了高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，包括低位平板光生物、高位平板光生物反應(yīng)器、中位光生物反應(yīng)器及外循環(huán)管，其中所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)通過所述中位光生物反應(yīng)器連通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的外側(cè)通過所述外循環(huán)管道連通；所述高位平板光生物反應(yīng)器設(shè)有通氣管路；所述低位平板光生物反應(yīng)器設(shè)置有兩組通氣管路，其中一組位于低位平板光生物反應(yīng)器底部，另一組靠近所述低位平板光生物反應(yīng)器的上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述低位平板光生物反應(yīng)器包括前、后主體透明板，低位底槽，左、右異形法蘭及低位頂部透明板，其中所述前、后主體透明板嵌入所述低位底槽的卡槽中，并用密封膠密封；所述左、右異形法蘭設(shè)置于所述低位底槽的左、右兩側(cè)，所述左、右異形法蘭的法蘭蓋上分別開設(shè)有多個(gè)貫通的管道接口 ；所述低位頂部透明板粘合于低位平板光生物反應(yīng)器的上表明并用密封膠密封，且所述低位頂部透明板上開設(shè)藻液口，用以連通所述中位光生物反應(yīng)器。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管道接口的內(nèi)側(cè)為螺紋接口，外側(cè)為光滑接口。
4.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述低位平板光生物反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有蛇形冷凝管，所述蛇形冷凝管的進(jìn)水口和出水口設(shè)置在同一法二蓋上ο
5.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述高位平板光生物反應(yīng)器包括透明容器、高位底槽及高位底部透明板，其中所述透明容器由若干透明平板粘合而成，且所述透明容器的側(cè)面設(shè)置有外循環(huán)管接口 ；所述高位底槽支撐所述透明容器，所述高位底部透明板粘合于所述高位底槽上，且所述高位底槽及所述高位底部透明板上均開設(shè)有開設(shè)藻液口，用以連通所述中位光生物反應(yīng)器。
6.如權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述中位光生物反應(yīng)器為柱式光生物反應(yīng)器，其中所述低位頂部透明板、高位底槽及高位底部透明板均開設(shè)有多個(gè)圓孔。
7.如權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述低位頂部透明板為多孔有機(jī)玻璃板，其中每一小孔內(nèi)部為兩層階梯結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述中位光生物反應(yīng)器為短光徑平板光生物反應(yīng)器，其中所述低位頂部透明板、高位底槽及高位底部透明板的中間開設(shè)方槽。
9.如權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于，包括金屬支撐架，其底面焊接在所述低位底槽上，上表面焊接在所述高位底槽上。
10.如權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述的實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，其特征在于， 所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器上分別設(shè)置有擴(kuò)展口。
全文摘要
本發(fā)明公開一種實(shí)現(xiàn)藻液內(nèi)外循環(huán)的光生物反應(yīng)器，包括低位平板光生物、高位平板光生物反應(yīng)器、中位光生物反應(yīng)器及外循環(huán)管，其中所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)通過所述中位光生物反應(yīng)器連通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反應(yīng)器的外側(cè)通過所述外循環(huán)管道連通；所述高位平板光生物反應(yīng)器設(shè)有通氣管路；所述低位平板光生物反應(yīng)器設(shè)置有兩組通氣管路，其中一組位于低位平板光生物反應(yīng)器底部，另一組靠近所述低位平板光生物反應(yīng)器的上表面。本發(fā)明提出一種新型耦合式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)系統(tǒng)，其結(jié)合平板光生物反應(yīng)器和垂直管式光生物反應(yīng)器各自的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)高附加值微藻的低成本高密度培養(yǎng)。
文檔編號(hào)C12R1/89GK102296025SQ20111025149
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者劉敏勝, 吳洪, 張成武, 朱振旗, 李濤, 李愛芬 申請人:暨南大學(xué)