內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器及光生物培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱?袋式光生物反應(yīng)器及光生物培養(yǎng)系統(tǒng)。內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱?袋式光生物反應(yīng)器，由塑料薄膜制成，所述光生物反應(yīng)器形成有至少一個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元，聯(lián)柱式反應(yīng)單元內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置，上部設(shè)置有透氣裝置；所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元由豎向壓合線和斜向壓合線分割成多個(gè)相互連通的腔室，所述斜向壓合線將聯(lián)柱式反應(yīng)單元的底部形成多個(gè)圓錐形區(qū)域，所述圓錐形區(qū)域的底部設(shè)置有用于注入和排出光生物培養(yǎng)液的液體進(jìn)出口。本實(shí)用新型中曝氣裝置噴射出的氣體能夠使特定區(qū)域的藻液進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，不僅能夠使光生物培養(yǎng)液中的培養(yǎng)物與反應(yīng)氣體充分反應(yīng)，而且能夠使光生物培養(yǎng)液被氣體充分地?cái)嚢?，從而提高光生物的受光效率?br>【專利說(shuō)明】
內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器及光生物培養(yǎng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及微藻培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器及光生物培養(yǎng)系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微藻可以利用光能和C02合成蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等有機(jī)組分，在地球的碳素循環(huán)和能量循環(huán)中發(fā)揮重要作用。某些種類的微藻富含多不飽和脂肪酸、活性多糖和天然色素等高值生物活性物質(zhì)，因此成為食品、飼料、燃料和醫(yī)藥等領(lǐng)域的重要材料來(lái)源。
[0003]目前，在全球范圍內(nèi)，微藻生物技術(shù)已經(jīng)迅速形成了一條規(guī)模巨大的完整產(chǎn)業(yè)鏈， 其中的規(guī)模培養(yǎng)是重要環(huán)節(jié)。為養(yǎng)殖微藻，研究者實(shí)用新型了多種開放或密閉的反應(yīng)器。管道光反應(yīng)器因具有比表面積大、容積比大、不易污染、物料交換效率高、易于工藝放大等優(yōu)點(diǎn)，培養(yǎng)微藻的生物質(zhì)產(chǎn)率更高，有效生物成分的積累也更容易控制，因而廣泛用于微藻的工業(yè)化培養(yǎng)。
[0004]但是，管式反應(yīng)器價(jià)格昂貴，此外在光和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給方面存在一些弊端。一方面，反應(yīng)器中藻細(xì)胞的二氧化碳和氧氣的交換速率往往受到管道長(zhǎng)度的限制，過(guò)長(zhǎng)的管道可能導(dǎo)致微藻生長(zhǎng)出現(xiàn)二氧化碳供應(yīng)不足和氧過(guò)量富集的氧化脅迫;另一方面，為擴(kuò)大規(guī)模通常會(huì)提高管道半徑，而這一操作會(huì)大大降低反應(yīng)器中的光透過(guò)性，導(dǎo)致微藻生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)光限制。
[0005]此外，通常采用栗送的方式實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液進(jìn)出和在管道內(nèi)的流動(dòng)，培養(yǎng)液栗送量大、 能耗高，且水栗的機(jī)械剪切易對(duì)藻細(xì)胞產(chǎn)生損傷。與之相比，柱式反應(yīng)器中采用氣升式曝氣裝置，上升的氣泡流一方面使培養(yǎng)液能夠混合良好并使藻細(xì)胞保持良好懸浮，另一方面強(qiáng)化了氣泡中二氧化碳向培養(yǎng)液中的溶解傳遞以及培養(yǎng)液中藻細(xì)胞光合生長(zhǎng)產(chǎn)生的氧氣向氣泡的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)碳排氧;但是這種柱式管道反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用于微藻規(guī)模培養(yǎng)時(shí)仍然存在一些問(wèn)題，比如:傳統(tǒng)的柱式反應(yīng)器同樣制作成本昂貴;傳統(tǒng)的柱式反應(yīng)器需要通入較大流量的混合氣體使藻液混合均勻。這個(gè)既導(dǎo)致氣體的浪費(fèi)，也使得藻細(xì)胞所受剪切力過(guò)大，導(dǎo)致藻細(xì)胞容易破碎和貼壁。此外，這也使得供氣裝置需要更高的供氣參數(shù)(或更多供氣設(shè)備)以滿足大批量柱式反應(yīng)器生產(chǎn)所需。
[0006]綜上所述，有必要設(shè)計(jì)一種新的裝置，來(lái)解決上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能增強(qiáng)反應(yīng)液內(nèi)循環(huán)的聯(lián)柱_袋式光生物反應(yīng)器。本裝置不但價(jià)格低廉，且能減少二氧化碳供應(yīng)，及時(shí)去除培養(yǎng)液中的分子氧；同時(shí)，降低培養(yǎng)過(guò)程的能耗，提高反應(yīng)器中的氣體分布均勻度，保證藻細(xì)胞充分?jǐn)噭?dòng)，以及降低反應(yīng)器的運(yùn)行成本。
[0008]為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，由塑料薄膜制成，所述光生物反應(yīng)器形成有至少一個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元，所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置;所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元的上部設(shè)置有透氣裝置；
[0010]所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元由多條豎向壓合線和多條斜向壓合線分割成多個(gè)相互連通的腔室，所述斜向壓合線將聯(lián)柱式反應(yīng)單元的底部形成多個(gè)圓錐形區(qū)域，所述圓錐形區(qū)域的底部設(shè)置有用于注入和排出光生物培養(yǎng)液的液體進(jìn)出口。
[0011]作為其中之一優(yōu)選的技術(shù)方案，所述光生物反應(yīng)器由兩片塑料薄膜制成，兩片所述塑料薄膜的上部邊緣、下部邊緣及兩側(cè)邊緣通過(guò)熱合的方式對(duì)應(yīng)密封。通過(guò)使光生物反應(yīng)器的前側(cè)塑料薄膜和后側(cè)塑料薄膜相互熱合在一起形成多條壓合線，從而使反應(yīng)器形成多個(gè)腔室。
[0012]作為另一優(yōu)選的技術(shù)方案，所述光生物反應(yīng)器由一片塑料薄膜制成，所述塑料薄膜折疊成兩層，并且折疊后形成的開放側(cè)邊緣和/或下部邊緣通過(guò)熱合的方式密封。
[0013]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述光生物反應(yīng)器由一體式筒狀塑料薄膜制成，所述筒狀塑料薄膜的開放側(cè)邊緣通過(guò)熱合的方式密封。
[0014]作為優(yōu)選，所述透氣裝置為形成于所述光生物反應(yīng)器上的透氣縫或透氣孔。
[0015]作為優(yōu)選，所述光生物反應(yīng)器的上部設(shè)置有懸掛用的懸掛部件。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組件。
[0016]作為優(yōu)選，所述光生物反應(yīng)器底部相鄰兩條斜向壓合線形成的角度范圍為60? 120°。[〇〇17]其中，所述塑料薄膜可以采用聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚氨酯薄膜。
[0018]本發(fā)明了還提供了一種光生物培養(yǎng)系統(tǒng)，所述光生物培養(yǎng)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)以上所述的聯(lián)柱式反應(yīng)單元，以及與所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元的液體進(jìn)出口相連通的輸送管道。
[0019]光生物培養(yǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式有兩種:
[0020](1)同一反應(yīng)器中，擴(kuò)大反應(yīng)器內(nèi)聯(lián)柱式反應(yīng)單元的數(shù)量，將輸送管道與所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元的液體進(jìn)出口相連通；
[0021](2)不同反應(yīng)器中，每個(gè)反應(yīng)器中具有至少一個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元，通過(guò)輸送管道將不同反應(yīng)器相連通。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有至少以下有益效果:[〇〇23]在注入液體后，反應(yīng)器內(nèi)將形成多個(gè)相互連通的圓錐底部柱狀液體區(qū)域，在通氣過(guò)程中，由于不同壓合線對(duì)氣流的阻隔和引導(dǎo)，會(huì)使液體在反應(yīng)器內(nèi)部形成一個(gè)個(gè)內(nèi)循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，這使得C02、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳質(zhì)效果好;剪切力小，細(xì)胞不容易損傷，不容易形成貼壁；由于透氣裝置的存在，氧氣不易存留，不會(huì)形成氧抑制；可根據(jù)需要“制成”不同孔徑的聯(lián)柱，滿足微藻在不同階段對(duì)光的需求;極易實(shí)現(xiàn)規(guī)模放大且價(jià)格低廉，特別適合一次性培養(yǎng)容易污染且附加值高的藻?！靖綀D說(shuō)明】
[0024]以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中:
[0025]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的系統(tǒng)示意圖。
[0028]其中:1_曝氣裝置;2-透氣孔;3-豎向壓合線;4-斜向壓合線;5-圓錐形區(qū)域;6-液體進(jìn)出口； 7-懸掛部件;8-光生物反應(yīng)器;9-輸送管道?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。在下面的詳細(xì)描述中，只通過(guò)說(shuō)明的方式描述了本實(shí)用新型的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，由塑料薄膜制成，塑料薄膜可以采用聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚氨酯薄膜等任何透明或半透明的薄膜;且反應(yīng)器兩側(cè)的薄膜中至少一側(cè)是透明或半透明的材料;將兩塊塑料薄膜邊緣通過(guò)熱合的方式密封形成一個(gè)袋子；
[0032]在上述袋子特定部位進(jìn)行熱合，形成多條豎向壓合線3和多條斜向壓合線4,將反應(yīng)器分割成若干相互連通的腔室，在盛放培養(yǎng)液后即可形成相互連通的柱狀液體區(qū)域;本實(shí)施例中，所述光生物反應(yīng)器形成有兩個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元I，參考圖1，所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元 I由多條豎向壓合線3和多條斜向壓合線4分割成多個(gè)相互連通的腔室，所述斜向壓合線4將聯(lián)柱式反應(yīng)單元I的底部形成多個(gè)圓錐形區(qū)域5,所述圓錐形區(qū)域5的底部設(shè)置有用于注入和排出光生物培養(yǎng)液的液體進(jìn)出口 6;所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元I內(nèi)分別設(shè)置有曝氣裝置1，所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元I的上部設(shè)置有透氣孔2,當(dāng)然透氣孔2也可以采用透氣縫實(shí)現(xiàn)相同功能；
[0033]曝氣裝置1位于反應(yīng)單元的中部、豎向壓合線的底端處，用于提供光生物生長(zhǎng)所需的反應(yīng)氣體；
[0034]光生物反應(yīng)器上部設(shè)置有用于懸掛光生物反應(yīng)器的懸掛部件7,在實(shí)際應(yīng)用中懸掛部件可以是懸掛孔、懸掛桿、或懸掛桿與懸掛索組成。
[0035]實(shí)施例2[〇〇36]如圖2所示，內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，為高400毫米、長(zhǎng)1000毫米的類似袋子式的反應(yīng)器，形成有一個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元。在反應(yīng)器上部距反應(yīng)器上邊緣50毫米處壓一條上壓合線；利用熱合形成的豎向壓合線3之間間隔100毫米;不與上壓合線相交的豎向壓合線底部距離壓合上下邊線分別為50毫米;與上壓合線相交的豎向壓合線下端距下壓合線距離為100mm;斜向壓合線形成角度分別為120°、60°，斜向壓合線的相交處連接有液體進(jìn)出口 6。曝氣裝置1位于位于反應(yīng)器單元的中部、豎向壓合線3的底端處。當(dāng)然這些參數(shù)只是舉例說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要設(shè)定。[〇〇37] 實(shí)施例3
[0038]上述實(shí)施例中的光生物反應(yīng)器，可以通過(guò)(1)增加反應(yīng)器單元數(shù)量，將反應(yīng)器底部的液體進(jìn)出口通過(guò)輸送管道相連；(2)將不同反應(yīng)器通過(guò)輸送管道相連，形成光生物培養(yǎng)系統(tǒng)。
[0039]如圖3所示，以實(shí)施例2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)包括三個(gè)具有聯(lián)柱式反應(yīng)單元的光生物反應(yīng)器8和與光生物反應(yīng)器8的液體進(jìn)出口 6相連的輸送管道9。
[0040]輸送管道9,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。[0041 ] 光生物反應(yīng)器8通過(guò)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。
[0042]通過(guò)輸送管道9將若干光生物反應(yīng)器8連接起來(lái)，可以統(tǒng)一進(jìn)行加注培養(yǎng)液、接種、 排空等工藝操作，實(shí)現(xiàn)光生物的批量化生產(chǎn)和管理。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例提供的上述光生物反應(yīng)器及光生物培養(yǎng)系統(tǒng)通過(guò)具體的流體軟件模擬分析，上述光生物反應(yīng)器的攪動(dòng)效果比現(xiàn)有的反應(yīng)器的攪動(dòng)效果更好。相對(duì)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C02利用率得到了提高，培養(yǎng)細(xì)胞所受剪切力更小，更有利于光生物的生長(zhǎng)。且上述光生物反應(yīng)器采用內(nèi)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(diǎn)，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(guò)高影響微藻生長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
[0044]本反應(yīng)器通過(guò)控制豎向壓合線間距容易控制反應(yīng)器的光程，避免一般塑料袋式反應(yīng)器光程長(zhǎng)、不利于高密度培養(yǎng)的缺點(diǎn)，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)。
[0045]此外，本反應(yīng)器極容易進(jìn)行擴(kuò)大，且價(jià)格低廉，易于推廣。
[0046]以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，由塑料薄膜制成，其特征在于:所述光生物反應(yīng)器 形成有至少一個(gè)聯(lián)柱式反應(yīng)單元，所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置;所述聯(lián)柱式反 應(yīng)單元的上部設(shè)置有透氣裝置；所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元由多條豎向壓合線和多條斜向壓合線分割成多個(gè)相互連通的腔 室，所述斜向壓合線將聯(lián)柱式反應(yīng)單元的底部形成多個(gè)圓錐形區(qū)域，所述圓錐形區(qū)域的底 部設(shè)置有用于注入和排出光生物培養(yǎng)液的液體進(jìn)出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述光生物反 應(yīng)器由兩片塑料薄膜制成，兩片所述塑料薄膜的上部邊緣、下部邊緣及兩側(cè)邊緣通過(guò)熱合 的方式對(duì)應(yīng)密封。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:通過(guò)使光生物 反應(yīng)器的前側(cè)塑料薄膜和后側(cè)塑料薄膜相互熱合在一起形成多條壓合線，從而使反應(yīng)器形 成多個(gè)腔室。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述光生物反 應(yīng)器由一片塑料薄膜制成，所述塑料薄膜折疊成兩層，并且折疊后形成的開放側(cè)邊緣和/或 下部邊緣通過(guò)熱合的方式密封。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述光生物反 應(yīng)器由一體式筒狀塑料薄膜制成，所述筒狀塑料薄膜的開放側(cè)邊緣通過(guò)熱合的方式密封。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述透氣裝置 為形成于所述光生物反應(yīng)器上的透氣縫或透氣孔。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述光生物反 應(yīng)器的上部設(shè)置有懸掛用的懸掛部件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(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組件。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)聯(lián)柱-袋式光生物反應(yīng)器，其特征在于:所述塑料薄膜 為聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚氨酯薄膜。10.光生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于:包括至少兩個(gè)如權(quán)利要求1中所述的聯(lián)柱式反應(yīng)單 元，以及與所述聯(lián)柱式反應(yīng)單元的液體進(jìn)出口相連通的輸送管道。
【文檔編號(hào)】C12M1/04GK205576121SQ201620423217
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】彭小偉
【申請(qǐng)人】彭小偉