CN100338205C - 微藻培养的光生物反应器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微藻生物技术领域，具体是一种微藻培养光生物反应器装置，包括凹陷的固定底座、支撑网架、透明塑料袋、物料进出管道、经济微藻，凹陷的固定底座安装在光生物反应器基部。本发明利用固定底座中央凹陷，增加光生物反应器抗倒伏性能，同时可有效地实现封闭条件下的微藻培养中水体搅拌，保障了体系内部的培养液消毒充分和营养分布均匀一致，避免了光反应器内存在的死角问题，气体交换(解析氧气和补偿二氧化碳)充分，降低了细胞贴壁生长，大大提高了微藻培养效率，为微藻资源有效开发利用带来了可能性。

Description

微藻培养的光生物反应器装置
技术领域
本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种微藻培养中可有效搅拌，避免藻液存在死角的光生物反应器装置，用于培养微藻生产相关产品或提供水产养殖饵料。
背景技术
微藻作为生物圈中第一生产力的重要组成部分，是水生态系统中水产动物整个生长过程(或特定发育阶段)的唯一饵料或饵料生物的饵料。同时，微藻接近植物种类的50％，在种质、生态分布、遗传信息、生化组成、代谢途径等方面具有出多样性、复杂性和特殊性，进一步决定了其潜在的营养和药学价值，人类可能从中开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分。
自然界并没有可以大量直接收集的微藻，开发微藻资源需要通过工程培养生产原料。国际上，微藻规模化人工培养目前主要有开放池和封闭光生物反应器二类方式：
开放式培养(如循环跑道池)相对简单、投资低。但该方式培养微藻的产率低，并存在严重的生物污染，任何来自于水源、空气、肥料、仪器、以及操作等的天敌生物(如原生动物)以及其它藻类都极易侵入污染，常常导致整个培养彻底失败，直接限制了影响微藻培养和资源开发。只有极少数能在极端环境中生长的微藻(如在高pH环境中快速生长的螺旋藻和在高盐度中成为优势种的盐藻)可以利用该方式培养成功。
封闭式光生物反应器培养微藻的产率相对高，相对而言易于控制生物污染。但构建光生物反应器成本相对较高，大大限制了封闭式光生物反应器在生产上的应用。近年来，利用铁丝网等围成桶状支撑网架2，将聚乙烯透明塑料袋放入中央，通过物料(水、营养液、气体等)进出管道5一起构成了简易光生物反应器，如图1(A)～图1(B)所示，图中1为微藻藻液，3为藻液上平面，4为皱折所形成的死角区，6为气泡，7为不能有效搅拌的底部外周区域所形成的死角区。该简易光生物反应器可大幅度地减少投资，达到微藻资源开发经济可行的目的。但是，这种封闭式的聚乙烯透明塑料袋光生物反应器存在系列问题，比如：存在处于静止状态的“死角区”(主要包括透明塑料袋在底部不可避免的大量皱折所形成的死角区4，和不能有效搅拌的底部外周区域所形成的死角区7)，导致光生物反应器底部四周藻液不能充分流动，因此进一步导致消毒不完全，营养分布不均匀一致，细胞在死角区4、7贴壁严重并逐渐沉淀贮存甚至死亡，氧气解析和二氧化碳交换补偿也受到影响，综合结果降低了微藻培养效率。同时，这种柱状光生物反应器也极易向侧向倾斜，而发生倒伏。上述缺陷大大降低了这类封闭式光生物反应器在微藻资源开发中的应用。
因此，构建新型光生物反应器装置克服上述弊端，成为封闭培养开发微藻资源的关键核心技术。
发明内容
针对封闭式聚乙烯透明塑料袋光生物反应器培养中出现的上述问题，通过不断实验，我们成功地构建了一种新型微藻培养的光生物反应器装置。
本发明解决上述技术问题所采取的方案是：
1、在光生物反应器基部增加一个固定底座，固定底座的中央凹陷。凹陷由紧密相连的2部分组成：位于上端的为呈圆柱体，柱高一般在5cm(通常在3～20cm范围内)，直径一般在10～150cm范围内；位于下端的为倒立圆锥体，锥尖向下位于正中央，锥体高通常在5～90cm范围内，锥底大小同上端的圆柱体大小相同。
2、利用铁丝网等对折，拴牢形成光生物反应器的圆筒形支撑网架，支撑网架高在40cm到200cm范围内，周长和底座上端的圆柱体周长相同，以便于支撑网架能够放入到固定底座凹陷的圆柱体内，圆柱体四周筑成固定台阶对框架起稳定作用，增加其抗倒伏性的目的。
3、将透明塑料袋下端口封闭成尖状，其角度和腰边长需要依据固定底座圆锥体的大小和倾斜角度进行计算设计确定。目的避免光生物反应器底部区域的塑料皱折死角，达到降低了死角区的目的。
4、将压缩过滤气体通入藻液，带动光生物反应器内液体处于流动状态，通气管开口放置到光生物反应器锥型尖底，达到减少光生物反应器底部的死角区，同时充分增加了气体(氧气和二氧化碳等)交换率的目的。
5、通过上述死角区的避免和液体充分搅动，进一步实现避免细胞贴壁生长，更有效保障体系内部的培养液消毒充分，以及营养分布均匀一致等多重目的。最终大大提高了微藻培养效率。
6、以上述新型装置为基本单元，每个单元可以单独构成光生物反应器，也可以将2个以上单元通过管道连接在一起相成光生物反应器组。
本发明培养的经济微藻包括来自于淡水微藻、成水和海水等环境中的微藻，如：扁藻、小球藻、金藻、栅藻、红球藻、紫球藻、雪藻或硅藻等其它微藻。培养的经济微藻用于水产养殖饵料和进行特殊生物活性成分开发。
本发明透明塑料袋可以有聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯等材料制成，包括任何直径、厚薄、色泽和透光的塑料材料。
本发明物料分别包括水和藻液等液体，空气和二氧化碳等气体，无机和有机矿物质营养物质，以及用于水消毒的物质和消毒后的中和物质等。
本发明微藻光生物反应器装置可以是单独的培养单元，也可以是2个以上的培养单元装置相互连接在一起的光生物反应器组。
本发明的优点是：
本发明利用固定底座中央凹陷，增加光生物反应器抗倒伏性能，同时可有效地实现封闭条件下的微藻培养中水体搅拌，保障了体系内部的培养液消毒充分和营养分布均匀一致，避免了光反应器内存在的死角问题，气体交换(解析氧气和补偿二氧化碳)充分，降低了细胞贴壁生长，大大提高了微藻培养效率，为微藻资源有效开发利用带来了可能性。
附图说明
图1(A)为现有技术中光生物反应器外观示意图。
图1(B)为图1(A)光生物反应器纵切面示意图。
图2为本发明光生物反应器基部的固定底座示意图。
图3为本发明光生物反应器结构示意图。
图4(A)为本发明尖底状光生物反应器外观示意图。
图4(B)为图4(A)尖底状光生物反应器纵切面示意图。
【主要部分代表符号】
1微藻藻液；2支撑网架；3藻液上平面；4为皱折所形成的死角区；5物料进出管道；6气泡；7为不能有效搅拌的底部外周区域所形成的死角区；8固定底座；81凹陷的圆锥体锥尖部；82凹陷的圆锥体锥底部分；83凹陷的圆柱体部分；9固体、液体和气体的上料管道；10卸料管道；11透明塑料袋。
具体实施方式
实施例1
如图2～3所示，利用砂石和水泥等垒一个固定底座8，固定底座8中央凹陷：凹陷的下端部分为倒立的正圆锥体，包括凹陷的圆锥体锥尖部81和凹陷的圆锥体锥底部分82，圆锥底周长150.7cm，直径48cm，圆锥边长33.9cm，锥高24cm，锥尖呈90度角；凹陷的上部为圆柱体部分83，柱体高5cm，周长同圆锥底周长(150.7cm)。
将长150cm、宽120cm的铁丝网对折围成圆筒状，以细线绳栓牢，作为固定支撑网架2，围成的圆筒状支撑网架高120cm、直径48cm、周长150cm。
取厚度10丝、宽为75cm的聚乙烯双层透明塑料筒，每隔200cm裁剪1次，用封口机将其封为塑料袋，其中一端从中间向2侧等腰封口，腰边长为33.9cm，另一端可以直线封口，也可以按照上述方法封口。
如图4(A)～图4(B)所示，将圆筒状支撑网架2放入正圆锥底座内，将封口的聚乙烯塑料袋11(尖端向下)放入圆筒状支撑网架2内，然后在上端剪出一小口，插入物料(水、气)进出管道(含管道开口位于最底部的圆锥尖内)，灌入培养液，接种微藻藻种，即可进行通气微藻培养。
本发明物料进出管道包括固体、液体和气体的上料管道9和卸料管道10。在光生物反应器内，上料管道9开口接近固体底座8的尖底部，以便于压缩过滤气体充分搅拌藻液，避免死角。而卸料管道10在光生物反应器内开口位于塑料袋的上部，比藻液1液面至少高3cm以上，以便于释放气体的排出。
上述新型装置培养微藻的效果明显好于传统光生物反应器，通常效率提高50％到1倍。

Claims (7)

1、微藻培养的光生物反应器装置，具有支撑网架、透明塑料袋、物料进出管道、经济微藻，其特征在于：在光生物反应器基部增加一个凹陷的固定底座，所述固定底座凹陷的固定底座中央凹陷，包括凹陷的圆锥体部分和凹陷的圆柱体部分，凹陷上部为凹陷的圆柱体部分，凹陷下部为凹陷的圆锥体部分，圆锥体部分倒立，锥尖向下位于正中央。
2、根据权利要求1所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：所述圆锥体部分的锥底直径在10cm到150cm范围内，锥体高在5cm到90cm范围内，圆锥体部分上部的圆柱体部分高在3cm到20cm范围内，圆柱体直径和锥底相同。
3、根据权利要求1所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：所述支撑网架为铁丝网对折后形成圆筒形框架，高度在40cm到200cm范围内，直径大小同固定底座凹陷的圆柱体相同。
4、根据权利要求1所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：所述透明塑料袋为聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯。
5、根据权利要求4所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：所述透明塑料袋下端成尖底状，尖底角度和腰边长依据固定底座中央凹陷的圆锥体大小确定。
6、根据权利要求1所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：所述物料进出管道包括固体、液体和气体的上料和卸料管道，在光生物反应器内，上料管道开口接近固定底座的尖底部，卸料管道在光生物反应器内开口位于塑料袋的上部，比藻液液面至少高3cm以上。
7、根据权利要求1所述微藻培养的光生物反应器装置，其特征在于：微藻光生物反应器装置为单独的培养单元，或者为2个以上的培养单元装置相互连接在一起的光生物反应器组。
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