CN101613661A - 光生物反应器缓冲/收集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光生物反应器的缓冲/收集系统。该光生物反应缓冲/收集系统旨在提供一整套控制多样、拆卸方便、便于放大的高效率培养微藻的解决方案。所述缓冲/收集系统为锥形底部的透明圆桶，连接管路用于循环培养和取样，检测装置从缓冲/收集系统侧部接入，二氧化碳监测器同时检测管路内和桶体内的二氧化碳含量；所述液位计可以方便读取液体含量；气体交换系统中气体进入方式有两种，一种是从管路上直接进入循环系统，另一种是从桶底进入，实现气升培养。该光生物反应器通过磁力泵实现培养体系的循环，通过气阀调节各个光反应管的通气量，操作简便、传质效率高，十分适于微藻快速大量培养。

Description

光生物反应器缓冲/收集系统
技术领域
本发明涉及光生物领域，特别涉及一种光生物反应器的缓冲/收集系统。
背景技术
微藻的高密度培养是实现微藻资源开发利用的关键，而构建适合于微藻生长的光生物反应器则是实现微藻高密度培养的重要课题。目前，在微藻培养中应用最广泛的是开放池培养系统，它具有技术简单、投资低廉等特点，在螺旋藻、小球藻和盐藻的大规模培养中取得了良好的效果。至今封闭式光生物反应器尚处于试验阶段，种类和形式多种多样，还无定型的商业产品。目前设计使用的封闭式光生物反应器主要包括管式反应器、平板式反应器和柱式反应器等形式。处于试验研究阶段的封闭式光生物反应器主要是管道式光生物反应器。
管式光生物反应器由一系列透明直管构成，材料为塑料或玻璃，考虑到光线的穿透性，用于捕获日光的管路直径通常不超过0.1米，微藻培养液循环于贮水箱和管道阵列之间。贮水箱作为缓冲容器，连接在长管的两个末端，上面还有二氧化碳进气口、补料口和氧气释放口，培养液循环依靠水泵或者气升方式。
管式光生物反应器已经得到了广泛应用。比如在以色列、日本、巴西、意大利、德国、美国都有广泛的研究和应用，我国的玻璃管道式光生物反应器用于微藻培养的历史也有30多年的时间。
管式光生物反应器虽具有较大的面积体积比，受光面积大，光能利用率较高的优点，但也都存在一定不足。首先，管式反应器的缓冲储水部分会形成黑暗区域，通常占总容积的10～15％，微藻在该暗区将吸收氧气释放二氧化碳，不再进行光合作用，反而开始呼吸作用，因此微藻生物量往往只能达到理论最大值的85～90％；其次，培养液中会积累高浓度的氧分子，进而抑制光合作用；再次，管式反应器中泵的叶轮会产生剪切力，对微藻细胞构成伤害。
发明内容
本发明是为了克服光生物反应器中收集器现有技术的不足，提供一套控制简单、拆卸方便、高效率培养微藻的解决方案。
本发明通过下述技术方案实现：
一种光生物反应器缓冲/收集系统，其特征在于，包括桶体、检测装置、气体交换系统和动力循环装置，所述缓冲/收集系统为透明圆桶，在缓冲/收集系统底部延伸出循环管路，通过磁力泵与循环管路相连，所述检测装置在缓冲/收集系统侧部，所述气体交换系统分为两个部分，一是与管连接，二是在桶体内部。
所述缓冲/收集系统的底部为倒圆锥型。
所述缓冲/收集系统的顶盖直接扣在与缓冲/收集系统上。
所述检测装置包括温度检测器、pH检测器、二氧化碳和溶氧检测器。
所述循环管路由缓冲/收集系统底部延伸并交汇于三通，成一根管路，循环管路在三通前各接有阀门。
所述底部延伸的循环管路通过三通继续向前延伸。
所述磁力泵向上接有阀门，再向上接转子流量计，然后向前接有三通，三通向上接有气体阀门，三通向前留有接口，用于接光反应器。
所述气体交换系统包括管路通气和桶体通气两个部分。气体进入方式有两种，一种是从管路上直接进入循环系统，另一种是从桶底进入，实现气升培养。
本发明具有下述技术效果：
1.本发明的光生物反应器缓冲/收集系统通过双管路的通气系统可以更大效率吸收
二氧化碳和及时排出氧气，并使桶体具有气升反应器、收集器、排气系统等多重功用。
2.采用的磁力泵可有效避免剪切力对微藻的伤害。
3.在光反应管前端安有液体流量计和阀门，调节培养液的流动速率，保证营养分布均匀。
4.透明的桶体避免了正常光照下形成黑暗区域而导致的呼吸作用，同时有利于观察培养和收集情况。
5.检测系统可以方便连接控制系统，便于实现二氧化碳的自动控制，有利于工业放大培养时采用。
附图说明
图1为本发明光生物反应器的整体结构示意图。
图2为局部图。
附图标记：1-桶盖；2-桶身；3-底面倒圆锥体；4-液位计；5-进料口；6-排气口；7-二氧化碳监测器；8-二氧化碳监测器；9-溶氧监测器；10-pH监测器；11-温度监测器；12-二氧化碳监测器；13-总阀门；14-三通；15-取样阀门；16-磁力泵；17-液体流量调节阀门；18-转子流量计；19-三通；20-管路二氧化碳进气阀门；21-桶体二氧化碳进气阀门；22-桶体进气管道；23-二氧化碳出口；24-回流入口；25-法兰；26-气体管路；27-液体管路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明详细说明。
本发明光生物反应器的缓冲/收集系统包括：桶体、检测装置、气体交换装置和动力循环装置组成。其中桶体使用透光性很好的有机玻璃制作，包括圆形桶盖1、圆柱型桶身2和倒圆锥型桶底3；其中桶盖1直接扣在桶身上2，便于拆装和清洗，桶盖上有进料口5、排气口6、气体管路26和液体管路27，气体管路26上有阀门21，气体管路26向下直接延伸到桶身底部，气体管路末端有二氧化碳气体出口23，液体管路27向右有二氧化碳监测器7，液体管路27也向下直接延伸到桶身底部；在桶身侧壁中下部留有pH监测器口10、温度监测器口11、溶氧监测器口9和二氧化碳监测器口12，通身左侧面有液位计4，液位计为带刻度液位计；倒圆锥型桶底与通身通过法兰25连接，底部向下接有总阀门13，阀门下方接有三通14，三通向下是阀门15。三通14向右接有磁力泵16，磁力泵向上接有液体流量调节阀门17，调节阀门17上部连接转子流量计18，转子流量计18向右接有三通19，三通19向上为气体阀门20，三通19向右有二氧化碳监测器8。
连续运行时，将配制的培养液由桶盖1上的进料口5注入，关闭取样阀门15和二氧化碳进入阀门20，打开总阀门13和调节阀门17，培养液由系统底部流出，通过磁力泵16打至转子流量计18，之后进入管式光反应器；从管式光反应器回流时，液体进入桶盖1上的液体管路27，从而进入桶底；液体循环开始后，同时打开气体阀门20和21，从阀门20进入的气体要小于阀门21，这样有利于减少反应中产生的过量氧气对藻体的伤害，从阀门20进入的二氧化碳随物流进入反应器循环，从阀门21进入的二氧化碳通过底部的小出气口进入桶底；使用流速调节阀17和转子流量计18控制管路内培养液的流速保持一个合适的范围(0-1000L/min)；二氧化碳监测器7、8的探头连接到培养液进出光反应器的两端，二氧化碳监测器12、温度检测器11、pH检测器10和溶氧检测器9的探头都从桶身的侧面进入桶内，在线检测二氧化碳含量、温度、pH值和溶氧情况。

Claims (10)

1.一种光生物反应器缓冲/收集系统，其特征在于，包括：桶体、检测装置、气体交换装置和动力循环装置。
2.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，系统为透明圆桶。
3.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，桶体的底部为倒圆锥型。
4.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，桶体的顶盖直接扣在通身上。
5.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，检测装置包括温度检测器、pH检测器、溶氧检测器和二氧化碳监测器。
6.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，在缓冲/收集系统底部延伸出循环管路，溶氧监测器(9)、pH监测器(10)、温度监测器(11)、二氧化碳监测器(12)分别在桶身侧壁中下部。
7.根据权利要求6所述的缓冲/收集系统，其特征在于，所述循环管路由缓冲/收集系统底部延伸并交汇于三通，三通一端成一根循环管路，循环管路在三通前接有阀门，三通另一端为取样口。
8.根据权利要求6所述的缓冲/收集系统，其特征在于，在底部延伸的液体循环管路上装有液体流量计和阀门，调节液体的流动速率。
9.根据权利要求1所述的缓冲/收集系统，其特征在于，所述气体进入方式有两种，一种是从管路上直接进入循环系统，另一种是从桶底进入，实现气升培养。
10.根据权利要求1～9所述的任意一种缓冲/收集系统，其特征在于，动力循环装置为磁力泵，避免液体腐蚀和减少对藻体的剪切力。
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