一種軟體板式光生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)器領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種內(nèi)部增強(qiáng)、多流道并聯(lián)的軟體板式光生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們開(kāi)始尋找新的替代能源。作為一種能有效地利用光能將h20、CO2和無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為有機(jī)資源的光能自養(yǎng)型單細(xì)胞生物，微藻具有油脂含量高、生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是一種最有前途的生物能源原料。此外，微藻還含有人類所必需的蛋白質(zhì)、碳水化合物、多不飽和脂肪酸以及其它生物活性物質(zhì)。
[0003]微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提條件是進(jìn)行規(guī)?；囵B(yǎng)，從而獲得充足的生物質(zhì)原料。微藻大規(guī)模培養(yǎng)可以分為開(kāi)放式和封閉式。開(kāi)放式微藻培養(yǎng)是指各種開(kāi)放池，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已應(yīng)用于商業(yè)化微藻大規(guī)模培養(yǎng)中(Borowitzka L.T., B1resourceTechnology, 1991，38:251-252)，它具有技術(shù)簡(jiǎn)單、投資低廉等特點(diǎn)，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的大規(guī)模培養(yǎng)中取得了良好的效果。但它同時(shí)存在培養(yǎng)條件不穩(wěn)定、單位體積產(chǎn)率低、光能利用率低、不易保持純種培養(yǎng)等缺點(diǎn)。
[0004]封閉式培養(yǎng)是指采用多種形式(如柱式、管式和板式)的封閉式光生物反應(yīng)器。與開(kāi)放式培養(yǎng)相比，封閉式培養(yǎng)不容易受污染、節(jié)約水資源、培養(yǎng)密度高、收獲成本低，缺點(diǎn)是投資成本高(Pulz 0., Applied Microb1logy and B1technology, 2001, 57:287-293 ；Lee Y-K., Journal of Applied Phycology, 2001, 13:307-315 ；Tsygankov A.A., AppliedB1chemistry and Microb1logy, 2001, 37 (4): 333-341)。為了克服封閉式培養(yǎng)成本高的缺陷，一方面需要通過(guò)優(yōu)化光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提高光能利用率，從而大幅度提高產(chǎn)率?’另一方面則需要降低光生物反應(yīng)器的投資成本以及培養(yǎng)所需的材料、能耗成本。
[0005]傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器多采用玻璃或者不銹鋼等材質(zhì)制造，它們穩(wěn)定性以及耐久性高，但成本過(guò)高，難于大規(guī)模應(yīng)用。因此，低成本光生物反應(yīng)器引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視，并且越來(lái)越多的應(yīng)用于微藻的大規(guī)模培養(yǎng)(Tredici M.R.et al, B1technolB1eng, 2009, 102, 100-112.；Bergmann P.et al, Chem Ing Tech, 2013, 85, 202-205 ；ffillson, B., 2009, do1:10.1088/1755-1307/6/9/192015 ；Yoo J.J.et al,B1process B1systEng, 2013，36，729-736)。這類光生物反應(yīng)器多采用軟體透光薄膜材料制成，易于批量制造，建設(shè)施工簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器相比，成本大為降低。
[0006]光生物反應(yīng)器的優(yōu)化則主要是通過(guò)強(qiáng)化培養(yǎng)液的混合，使藻細(xì)胞在光區(qū)與暗區(qū)之間高頻率來(lái)回穿梭，實(shí)現(xiàn)閃光效應(yīng)，從而提高光生物反應(yīng)器的光能利用率和藻細(xì)胞的產(chǎn)量。閃光效應(yīng)是光自養(yǎng)生物普遍存在的一種現(xiàn)象，即，當(dāng)藻細(xì)胞在光生物反應(yīng)器的光區(qū)與暗區(qū)之間來(lái)回穿梭，就可使得接受過(guò)光照的藻細(xì)胞及時(shí)進(jìn)入暗區(qū)進(jìn)行暗反應(yīng)，同時(shí)使得完成了暗反應(yīng)的藻細(xì)胞回到光區(qū)再次接受光照，這樣就使得進(jìn)入光生物反應(yīng)器的光量子被充分利用。如果藻細(xì)胞以特定頻率(通常高于IHz的頻率)在光生物反應(yīng)器的光區(qū)與暗區(qū)頻繁置換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“閃光效應(yīng)”，光能的利用率會(huì)得到很大提高(Janssen M, Slenders P, TramperJ, et al., Enzyme Microbial Technology,2001,29:298 ?305 ;Matthijs H.C.P, BalkeH, Mur L.R,et al., B1technology and B1engineering, 1996, 50:98-107 ；Xue S.Z,SuZ.F, Cong ff, Journal of B1technology, 2011, 151 (3), 271-277)。
[0007]通過(guò)一定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以強(qiáng)化培養(yǎng)液的混合，其中在光生物反應(yīng)器內(nèi)加入靜態(tài)混合器或者擋板，不僅可以強(qiáng)化培養(yǎng)液的混合，也可以實(shí)現(xiàn)微藻細(xì)胞的閃光效應(yīng)。中國(guó)專利CN201010193837.4提供了一種具有特定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的板式光生物反應(yīng)器，其通過(guò)在生物反應(yīng)器內(nèi)壁的光照面和無(wú)光面沿著培養(yǎng)液流動(dòng)方向設(shè)置擋板使藻液呈螺旋形流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞在光生物反應(yīng)器的光區(qū)與暗區(qū)之間的來(lái)回穿梭，發(fā)揮藻細(xì)胞的“閃光效應(yīng)”，從而提高微藻規(guī)模培養(yǎng)的光能利用率和提高微藻細(xì)胞的產(chǎn)量。但用軟體材料制作多個(gè)流道的此種光生物反應(yīng)器時(shí)，存在著受力集中部位，使得反應(yīng)器容易破裂，降低了光生物反應(yīng)器的使用壽命，而且各個(gè)流道培養(yǎng)液入口距離反應(yīng)器培養(yǎng)液入口的距離不同(如CN201010193837.4說(shuō)明書(shū)附圖3所示)，導(dǎo)致各個(gè)流道內(nèi)培養(yǎng)液流速和流動(dòng)狀況有差異，使得光生物反應(yīng)器內(nèi)部分流道光能利用率較低，從而影響了微藻培養(yǎng)時(shí)光生物反應(yīng)器整體的光能利用率和微藻細(xì)胞的產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種內(nèi)部增強(qiáng)的、多流道并聯(lián)的、各流道流速一致的軟體板式光生物反應(yīng)器，以解決專利CN201010193837.4所述的軟體板式光生物反應(yīng)器存在的容易破裂、不同流道內(nèi)培養(yǎng)液流速有差異等問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的軟體板式光生物反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，除了具備CN201010193837.4所述的板式光生物反應(yīng)器特征外，即一個(gè)流道或者至少二個(gè)相互并聯(lián)的流道，所述每一流道包括:
[0010]-至少2塊上擋板3，設(shè)置于光照面的內(nèi)壁面上；
[0011]-至少2塊下?lián)醢?，設(shè)置于無(wú)光面的內(nèi)壁面上；
[0012]其中，上擋板和下?lián)醢宓拈L(zhǎng)度方向與培養(yǎng)液流動(dòng)方向的夾角大小為20?70度，且?jiàn)A角方向相反；
[0013]還包括:反應(yīng)器培養(yǎng)液入口 1、反應(yīng)器培養(yǎng)液出口 2、主體薄膜5、筋板6、拉帶7，
[0014]所述流道之間由筋板6分隔，所述筋板6為軟體板式光生物反應(yīng)器整體成型中光照面和無(wú)光面的主體薄膜5被直接粘結(jié)或焊接形成的粘結(jié)縫或焊接縫，起分隔板作用。
[0015]所述的反應(yīng)器培養(yǎng)液入口 I和反應(yīng)器培養(yǎng)液出口 2分別成對(duì)角設(shè)置于軟體板式光生物反應(yīng)器上流道培養(yǎng)液入口 8 一端和流道培養(yǎng)液出口 9 一端，反應(yīng)器培養(yǎng)液入口 I與流道培養(yǎng)液入口 8形成反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10，反應(yīng)器培養(yǎng)液出口 2與流道培養(yǎng)液出口 9形成反應(yīng)器培養(yǎng)液出口腔11 ；
[0016]所述反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10和/或反應(yīng)器培養(yǎng)液出口腔11內(nèi)設(shè)有一拉帶7，所述拉帶7為一軟體薄膜，其上下邊緣被直接粘結(jié)或焊接在光生物反應(yīng)器內(nèi)壁上。
[0017]所述軟體板式光生物反應(yīng)器主體薄膜5上筋板6部位的材料厚度大于等于其他部位的材料厚度。所述主體薄膜5上筋板6部位的材料厚度優(yōu)選是其它部位材料厚度的1.1-3倍。
[0018]所述的反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10在充滿培養(yǎng)液時(shí)，沿垂直于流道培養(yǎng)液入口 8延長(zhǎng)線方向的截面積順培養(yǎng)液流動(dòng)方向逐漸減小，最大處和最小處的截面積比值為2:1-5:1。
[0019]所述的反應(yīng)器培養(yǎng)液出口腔11在充滿培養(yǎng)液時(shí)，沿垂直于流道培養(yǎng)液出口 9延長(zhǎng)線方向的截面積順培養(yǎng)液流動(dòng)方向逐漸增大，最大處和最小處的截面積比值為2:1-5:1。
[0020]所述反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10的截面積順培養(yǎng)液流動(dòng)方向逐漸減小，避免了在中國(guó)專利CN201010193837.4中沒(méi)有變徑的方案中入口腔的兩端的液體線速度和壓力差異過(guò)大(靠近反應(yīng)器培養(yǎng)液入口 I的一端處的液體線速度和壓力很高，遠(yuǎn)離反應(yīng)器培養(yǎng)液入口I的一端處的液體線速度和壓力很低)、各個(gè)流道內(nèi)的流速不一致、部分流道光能利用率較低的問(wèn)題，使得本發(fā)明的光反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10內(nèi)培養(yǎng)液的線速度和壓力更均勻，也使得本發(fā)明的光反應(yīng)器的各個(gè)并聯(lián)的流道內(nèi)的培養(yǎng)液流速更均衡，培養(yǎng)液入口腔10內(nèi)培養(yǎng)液的線速度更接近各個(gè)并聯(lián)的流道內(nèi)的培養(yǎng)液流速?gòu)亩鴾p少(培養(yǎng)液從光反應(yīng)器培養(yǎng)液入口腔10進(jìn)入各個(gè)并聯(lián)的流道時(shí))流道培養(yǎng)液入口 8處流場(chǎng)的擾動(dòng)和流動(dòng)阻力