專利名稱：一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光生物反應(yīng)器裝置，尤其是涉及一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置。
背景技術(shù)：
隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，使人類對開發(fā)新資源的需求也越來越迫切，微藻是制備生物能源的良好原料，開發(fā)和利用微藻將是解決人類能源問題的重要途徑。同時，微藻在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物技術(shù)和環(huán)境凈化等方面也有著很好的應(yīng)用前景。隨著人類對微藻認識的不斷加深，開發(fā)和研制新型高效光生物反應(yīng)器及其高密度培養(yǎng)微藻的應(yīng)用研究已成為微藻生物技術(shù)的一個研究熱點。目前微藻培養(yǎng)主要有開放式和封閉式兩類光生物反應(yīng)器，開放式光生物反應(yīng)器構(gòu)造簡單，成本低廉及操作簡單，但存在容易受外界污染、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等問題。封閉式光生物反應(yīng)器可進行無菌操作，培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可高密度培養(yǎng)，已成為今后發(fā)展趨勢。目前，利用封閉式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)微藻，由于存在光能供給不足、CO2利用率低等問題，一定程度上阻礙了微藻的高密度生長。傳統(tǒng)的封閉式光生物反應(yīng)器造價比較昂貴且在培養(yǎng)微藻時存在以下不足:1)光能利用率低。封閉式光生物反應(yīng)器的采光方式有室外直接采光和人造光源采光兩種方式，室外采光存在光電流低、易受環(huán)境因素影響等問題，不利于微藻長時間培養(yǎng)。人造光源分為內(nèi)置光源和外置光源，內(nèi)置光源增加了光生物反應(yīng)器造價成本，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維修；而外置光源一般為由光源直接進行散射，光能損失大，利用率低；2) CO2利用率不高。微藻進行光合作用生長需要吸收CO2，而CO2氣泡大小則是影響 微藻光合作用的重要因素。目前，普遍使用普通曝氣頭和纖維膜等細化CO2進行供氣，但此方法CO2在藻液中氣泡直徑較大、停留時間過短、溶解度較低，不利微藻吸收轉(zhuǎn)化。目前還沒有解決的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)獨特、維修方便、能夠高效利用光能和固定CO2氣體、解決封閉式光生物反應(yīng)器高密度培養(yǎng)微藻存在光能供給不足、CO2氣體利用率低等問題的一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置。本發(fā)明通過如下方式實現(xiàn):
一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:它包括一外套有光源發(fā)射器的光生物反應(yīng)器，光生物反應(yīng)器底部設(shè)有反應(yīng)器出料口和進氣口、上部設(shè)有進料口和排氣口，上述進氣口依次連有進氣口 CO2氣體的檢測裝置、氣體混合裝置和儲氣罐，所述進料口與蠕動泵連接，排氣口 CO2氣體檢測裝置與排氣口連接，排氣口氣體干燥器位于排氣口 CO2氣體檢測裝置和排氣口之間；
所述氣體混合裝置包括一氣體混合鋼瓶，氣體混合鋼瓶一側(cè)上部與所述進氣口 CO2氣體的檢測裝置之間依次連接有減壓閥、微調(diào)閥和氣體流量計，另一側(cè)下部與所述儲氣罐之間連有止逆閥；
在所述光生物反應(yīng)器底部中心設(shè)置CO2氣體細化器，細化器的一端與所述進氣口連接，在所述光生物反應(yīng)器筒體中心設(shè)有帶雙葉片的攪拌裝置，在所述光生物反應(yīng)器內(nèi)壁的前后左右固定有防止操液打游現(xiàn)象的擋板；
所述光源發(fā)射器包括圓筒狀的鐵網(wǎng)燈架和安裝在該燈架上的多根節(jié)能日光燈，該日光燈頂端與光強調(diào)節(jié)開關(guān)連接，所述燈架外附反光膜內(nèi)附透光膜；
所述光生物反應(yīng)器主體為普通透明的采用膠塞密封瓶口的玻璃容器。本發(fā)明有如下效果:
I)結(jié)構(gòu)獨特、維修方便:本發(fā)明提供的裝置它包括一外套有光源發(fā)射器的光生物反應(yīng)器，光生物反應(yīng)器底部設(shè)有反應(yīng)器出料口和進氣口、上部設(shè)有進料口和排氣口，上述進氣口依次連有進氣口 CO2氣體的檢測裝置、氣體混合裝置和儲氣罐，所述進料口與蠕動泵連接，排氣口 CO2氣體檢測裝置與排氣口連接，排氣口氣體干燥器位于排氣口 CO2氣體檢測裝置和排氣口之間；該裝置包括光源發(fā)射器、光生物反應(yīng)器、光源發(fā)射器、設(shè)置在光生物反應(yīng)器內(nèi)的攪拌裝置，分別與光生物反應(yīng)器連接的在線檢測進氣口 CO2氣體的檢測裝置和排氣口 CO2氣體的檢測裝置；所述光源發(fā)射器為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，外附反光膜，可按要求調(diào)節(jié)光路距離和光強度，光照均勻，光線多次反射，提高光能利用率，降低反應(yīng)器的光能材質(zhì)要求；在光生物反應(yīng)器底部中心設(shè)置CO2氣體細化器，該細化器與進氣口連接，按實際氣體組成要求，以CO2氣體檢測裝置在線檢測值為準，準確調(diào)節(jié)流量計，將CO2和壓縮空氣輸入氣體混合裝置，混合氣體經(jīng)細化器分散成直徑小于0.1mm的小氣泡，在攪拌葉片的作用下，橫向流通進行充分的光合作用；所述的光源發(fā)射器包括圓形鐵網(wǎng)燈架以及安裝在該燈架上的多根節(jié)能日光燈，該日光燈頂端與光強調(diào)節(jié)開關(guān)連接。光源發(fā)射器為外置光源，不與光生物反應(yīng)器連接，獨立外套于光生物反應(yīng)器周圍，多根節(jié)能日光燈等距離地安裝在圓形鐵網(wǎng)燈架上，該圓形鐵網(wǎng)燈架具有可調(diào)節(jié)性，一 定直徑范圍內(nèi)可進行調(diào)節(jié)，以滿足不同微藻生長階段光生物反應(yīng)器表面入射光強度，當直徑一定時亦可通過光強度調(diào)節(jié)開關(guān)進行光強度調(diào)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)具有維修方便、結(jié)構(gòu)簡單等特點，不僅減小了光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加其靈活度，而且具有較大的光照表面積和體積比。2)提高光能利用率:本發(fā)明提供的裝置圓形鐵網(wǎng)燈架外附反光膜，內(nèi)附透光膜，燈管置于中間，透光膜的安裝與否可根據(jù)藻液溫度進行相應(yīng)調(diào)整。圓形鐵網(wǎng)燈架外附反光膜，使光線多次反射，增加微藻光合作用次數(shù)，提高光能利用率，內(nèi)附透光膜，在不影響透光性能的條件下大幅度阻止光輻射傳遞到藻液，具有調(diào)控溫度的作用，但在培養(yǎng)初期，藻體對光需求量少,可拆卸以維持光生物反應(yīng)器溫度。3)安全可靠:本發(fā)明提供的裝置所述的光生物反應(yīng)器主體為普通透明玻璃容器，簡單易得，使用膠塞密封瓶口，膠塞和瓶口之間由夾套加固，防止漏氣，膠塞上設(shè)有反應(yīng)器進料口和排氣口，在其底端設(shè)有反應(yīng)器出料口和進氣口，所述進料口與蠕動泵連接，所述排氣口 CO2氣體檢測裝置與排氣口連接；在反應(yīng)器筒體中心設(shè)有帶雙葉片的攪拌裝置，并設(shè)置擋板防止藻液打漩現(xiàn)象。系統(tǒng)設(shè)有雙葉片攪拌裝置，使氣液兩相充分混合，還有散熱功能，維持恒溫；所述氣體混合裝置包括依次連接的氣體混合鋼瓶、減壓閥、微調(diào)閥、氣體流量計、止逆閥。進氣口 CO2氣體檢測裝置以串聯(lián)的方式連接在氣體流量計和止逆閥之間。氣體混合鋼瓶中的高壓氣體經(jīng)減壓閥適當減壓，起保護CO2氣體檢測裝置的作用，但減壓后氣壓仍高于藻液水壓，保障系統(tǒng)順利運行。4)高效固定CO2和高密度培養(yǎng)微藻:本發(fā)明提供的裝置在光生物反應(yīng)器底部中心設(shè)置CO2氣體細化器,該細化器將CO2氣體分散成直徑小于0.1mm的小氣泡與藻液進行充分混合，細化器的一端與進氣口連接。由于CO2氣泡微小，延長了 CO2在藻液中的停留時間，而在雙葉片的攪拌下CO2氣體隨藻液橫向流通，增大CO2氣體與藻液的接觸面積，并進一步提高CO2氣體在藻液中的停留時間，促進微藻的光合作用，以達到高效固定CO2和高密度培養(yǎng)微藻的目的。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明光源發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，如圖1所示:它包括一外套有光源發(fā)射器10的光生物反應(yīng)器11，光生物反應(yīng)器11底部設(shè)有反應(yīng)器出料口 8和進氣口 24、上部設(shè)有進料口 21和排氣口 22，上述進氣口 24依次連有進氣口 CO2氣體的檢測裝置6、氣體混合裝置和儲氣罐I，所述進料口 21與蠕動泵12連接，排氣 口 CO2氣體檢測裝置7與排氣口22連接，排氣口氣體干燥器23位于排氣口 CO2氣體檢測裝置7和排氣口 22之間。在光生物反應(yīng)器11內(nèi)還設(shè)有自動檢測裝置13。所述氣體混合裝置包括一氣體混合鋼瓶2，氣體混合鋼瓶2 —側(cè)上部與所述進氣口 CO2氣體的檢測裝置6之間依次連接有減壓閥3、微調(diào)閥4和氣體流量計5，另一側(cè)下部與所述儲氣罐I之間連有止逆閥15。在所述光生物反應(yīng)器11底部中心設(shè)置CO2氣體細化器7，細化器7的一端與所述進氣口 24連接，在所述光生物反應(yīng)器11筒體中心設(shè)有帶雙葉片的攪拌裝置14，在所述光生物反應(yīng)器11內(nèi)壁的前后左右固定有防止藻液打漩現(xiàn)象的擋板9。所述光源發(fā)射器10包括圓筒狀的鐵網(wǎng)燈架16和安裝在該燈架上的多根節(jié)能日光燈18，該日光燈18頂端與光強調(diào)節(jié)開關(guān)連接，所述燈架16外附反光膜17內(nèi)附透光膜20。所述光生物反應(yīng)器11主體為普通透明的采用膠塞密封瓶口的玻璃容器。本發(fā)明提供的裝置主要用于微藻的培養(yǎng)，具體操作如下:
O微藻培養(yǎng)之前，將所述裝置所有部件安裝完畢后，關(guān)閉所有閥門，打開進料口 21閥門，用水沖洗光生物反應(yīng)器2-3次，打開出料口 8閥門排盡水后關(guān)閉。將飽和高溫水蒸汽通過進料口 21通入反應(yīng)器內(nèi)部進行高溫蒸汽滅菌。將預(yù)先配好的無菌培養(yǎng)基，通過反應(yīng)器進料口 21泵入反應(yīng)器，接入處于對數(shù)生長期的藻種并關(guān)閉進料口 21閥門。在微藻的培養(yǎng)過程中，根據(jù)微藻的光衰減方程，控制不同微藻濃度下的入射光強度。在培養(yǎng)初期藻細胞密度較低，光衰減程度小，可通過開關(guān)控制和調(diào)節(jié)日光燈18的數(shù)量和光強度，不安裝透光膜20 ;隨著藻細胞密度的增加，藻細胞對光能的吸收和遮擋均增強，相應(yīng)調(diào)節(jié)日光燈數(shù)量和光強度，安裝透光膜20吸收光輻射。2)藻種接入后，通過氣體流量計5和微調(diào)閥4調(diào)節(jié)混合氣體成分比和流速，打開進氣口 24，混合氣體經(jīng)CO2細化器7分散成直徑小于0.1mm的小氣泡進入光生物反應(yīng)器11，在攪拌裝置14的攪動下氣泡橫向流通與藻液進行充分混合。根據(jù)不同時期微藻濃度，適當調(diào)節(jié)CO2進氣量和濃度。3)培養(yǎng)6-7天后，打開出料口 8藻液收集管閥門，采樣后利用紫外分光光度計測量，當濃度較大時用收集器進行采收。上述詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等 效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:它包括一外套有光源發(fā)射器(10)的光生物反應(yīng)器(11)，光生物反應(yīng)器(11)底部設(shè)有反應(yīng)器出料口(8)和進氣口(24)、上部設(shè)有進料口(21)和排氣口(22)，上述進氣口(24)依次連有進氣口 CO2氣體的檢測裝置(6)、氣體混合裝置和儲氣罐(I )，所述進料口(21)與蠕動泵(12)連接，排氣口 CO2氣體檢測裝置(7)與排氣口(22)連接，排氣口氣體干燥器(23)位于排氣口 CO2氣體檢測裝置(7)和排氣口(22)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:所述氣體混合裝置包括一氣體混合鋼瓶(2)，氣體混合鋼瓶(2) —側(cè)上部與所述進氣口 CO2氣體的檢測裝置(6)之間依次連接有減壓閥(3)、微調(diào)閥(4)和氣體流量計(5)，另一側(cè)下部與所述儲氣罐(I)之間連有止逆閥(15 )。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:在所述光生物反應(yīng)器(11)底部中心設(shè)置CO2氣體細化器(7)，細化器(7)的一端與所述進氣口(24)連接，在所述光生物反應(yīng)器(11)筒體中心設(shè)有帶雙葉片的攪拌裝置(14)，在所述光生物反應(yīng)器(11)內(nèi)壁的前后左右固定有防止藻液打漩現(xiàn)象的擋板(9)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:所述光源發(fā)射器(10)包括 圓筒狀的鐵網(wǎng)燈架(16)和安裝在該燈架上的多根節(jié)能日光燈(18)，該日光燈(18)頂端與光強調(diào)節(jié)開關(guān)連接，所述燈架(16)外附反光膜(17)內(nèi)附透光膜(20)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于:所述光生物反應(yīng)器(11)主體為普通透明的采用膠塞密封瓶口的玻璃容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光生物反應(yīng)器裝置，尤其是涉及一種高密度培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器裝置，其特征在于它包括一外套有光源發(fā)射器的光生物反應(yīng)器，光生物反應(yīng)器底部設(shè)有反應(yīng)器出料口和進氣口、上部設(shè)有進料口和排氣口，上述進氣口依次連有進氣口CO2氣體的檢測裝置、氣體混合裝置和儲氣罐，所述進料口與蠕動泵連接，排氣口CO2氣體檢測裝置與排氣口連接，排氣口氣體干燥器位于排氣口CO2氣體檢測裝置和排氣口之間；本發(fā)明結(jié)構(gòu)獨特、維修方便、能夠高效利用光能和固定CO2氣體、解決封閉式光生物反應(yīng)器高密度培養(yǎng)微藻存在光能供給不足、CO2氣體利用率低等問題。
文檔編號C12M1/34GK103224879SQ20131017387
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者馬玉龍, 石勛祥, 馬麗萍 申請人:寧夏大學