CN101914431A - 一种全塑模块化光生物反应器系统培养微藻的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全塑模块化光生物反应器系统以及利用该系统培养微藻的方法，所述的反应器罐体由模块化设计的全塑闭合扣件、密封件、支撑管和筒形塑料薄膜组成，通过上下两组闭合扣件采用八角锁扣方式固定塑料薄膜，形成封闭的反应器罐体。若干个反应器罐体通过供气管线、进出水管线、人工光源以及其他辅助设施任意组合成光生物反应器系统，实现微藻的全天候高密度培养。本发明提供的装置与方法可广泛应用于实验室以及生产中的微藻培养。

Description

一种全塑模块化光生物反应器系统培养微藻的装置与方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域中用于藻类培养的生物反应器系统，特别是涉及一种全塑模块化光生物反应器系统及其使用方法。
背景技术
微藻用途广泛，它是许多水产养殖对象的重要饵料生物；它可以用来提取高附加值的生物活性物质或直接供人们食用；它是新能源开发中备受关注的生物柴油项目的重要研究对象；它还可用来进行污水处理和水环境修复。微藻在各领域所发挥的重要作用使得微藻规模化培养技术得到了广泛关注。
相比于开放式养殖，封闭式光生物反应器养殖由于可控制环境条件，培养的微藻产率相对较高，生物污染也容易控制。但由于构建传统的光生物反应器成本较高，实用化的光生物反应器亟待开发。现有的用于微藻培养的光生物反应器一般采用有机玻璃作为罐体，其透光和导热性能一般，而且易于损坏，成本偏高；也有采用塑料薄膜作为罐体，但是必须在薄膜外用铁丝网架支撑，而且必须放置在固定底座上防止反应器单元倒伏，使用不便，组装和移动都比较困难。
因此，如何对反应器罐体进行优化设计，使得反应器便于组装、使用和运输，实现反应器系统的全塑化和模块化，将是光生物反应器系统走向产业化的核心问题。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种全塑模块化光生物反应器系统及使用方法，使得反应器系统便于组装、使用和运输，实现全塑化和模块化，并实现微藻大量、快速、经济、高效的培养，在短期内培养出大量高密度的藻液，并能通过半连续培养的方式持续在相当长时间提供高密度藻液，适用于微藻培养的产业化需求。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种全塑模块化光生物反应器系统，包括反应器罐体、支撑钢架、进气管路、进出水管路、进水口、串联口、出水阀和排空阀，其特征在于，所述的反应器罐体包括吊环、密封件A、密封件B、第一闭合扣件A、第二闭合扣件A、第一闭合扣件B、第二闭合扣件B、筒式塑料薄膜、支撑管、反应器气阀、曝气管、反应器水阀、连接管、反应器进水口、排气口和空气过滤器；所述的第一闭合扣件B与第一闭合扣件A上下连接组成反应器罐体上部闭合扣件组，所述的第二闭合扣件A与所述的第二闭合扣件B上下连接组成反应器罐体下部闭合扣件组；所述的筒式塑料薄膜通过所述的上部闭合扣件组合下部闭合扣件组进行固定；所述的支撑管在由所述的塑料薄膜、上部闭合扣件组合下部闭合扣件组构成的密封空间中；所述的支撑管的上端与所述的密封件A相连，并在连接处与所述的上部闭合扣件组密封；所述的支撑管的下端与所述的密封件B相连，并在连接处与所述的下部闭合扣件组密封；所述的进气管路通过所述的反应器气阀从所述的密封件A的一侧开口插入并与所述的支撑管内曝气管连接；所述的支撑管顶部设有循环出水口，底部设有循环进水口；所述的排气口设置在所述的上部闭合扣件组上方，与所述的空气过滤器连接；所述的反应器进水口设置在所述的下部闭合扣件组下方通过所述的反应器水阀和连接管与所述的进出水管路连接。
所述的全塑模块化光生物反应器系统的塑料薄膜通过所述的上部闭合扣件组合下部闭合扣件组采用八角锁扣方式进行固定。
所述的全塑模块化光生物反应器系统的支撑管通过螺口分别与所述的密封件A和密封件B相连。
所述的全塑模块化光生物反应器系统除支撑钢架和吊环外无金属部件，采用的塑料薄膜为透明的筒形塑料薄膜；所述的密封件A、密封件B、出水阀、排空阀、反应器气阀和反应器水阀均采用PVC材料；所述的第一和第二闭合扣件A、第一和第二闭合扣件B采用PP材料。
所述的全塑模块化光生物反应器系统采用立式悬挂的方式。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明专利与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明专利设计结构简单，组装方便；各塑料组件使用专业模具生产，尺寸统一，便于批量生产，易于清洗、更换和维护；通过支撑管形成的气池带升，能使反应器中液体有效循环流动，充分接受光照；可以将多个反应器罐体根据光源和空间条件自由组合，通过供气管线、进出水管线、人工光源以及其他辅助设施任意组合成光生物反应器系统；成本低廉，能满足不同规模藻类的培养。
附图说明
图1是光生物反应器系统结构示意图；
图2是闭合扣件A示意图；
图3是闭合扣件B示意图；
图4是闭合扣件A和闭合扣件B扣合示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明专利。应理解，这些实施例仅用于说明本发明专利而不用于限制本发明专利的范围。此外应理解，在阅读了本发明专利讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明专利作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明专利的实施方式涉及一种全塑模块化光生物反应器系统，如图1、2、3所示，包括若干个反应器罐体、支撑钢架25、进气管路19、进出水管路21、进水口24、串联口20、出水阀23和排空阀22，所述的反应器罐体包括吊环1、密封件A2、密封件B13、第一闭合扣件A6，第二闭合扣件A 11、第一闭合扣件B5，第二闭合扣件B 12、筒式塑料薄膜9、支撑管8、反应器气阀17、曝气管3、反应器水阀16、连接管15、反应器进水口14、排气口4和空气过滤器18；所述的第一闭合扣件B5与第一闭合扣件A6上下连接组成上部闭合扣件组，所述的第二闭合扣件A11与所述的第二闭合扣件B12上下连接组成下部闭合扣件组；所述的塑料薄膜9通过所述的上部闭合扣件组合下部闭合扣件组进行固定；所述的支撑管8在由所述的塑料薄膜9、上部闭合扣件组合下部闭合扣件组构成的密封空间中，其中，闭合扣件A如图2所示，闭合扣件B如图3所示。通过两组闭合扣件、两个密封件、支撑管和塑料薄膜组成反应器罐体，由于采用模块化设计，各组件使用专业模具生产，尺寸统一，整体质量轻，组装和运输方便，同时便于批量生产，易于清洗、更换和维护。所述的支撑管8的上端与所述的密封件A2相连，并在连接处与所述的上部闭合扣件组密封；所述的支撑管8的下端与所述的密封件B13相连，并在连接处与所述的下部闭合扣件组密封；所述的进气管路19通过所述的反应器气阀17从所述的密封件A2的一侧开口插入并与所述的支撑管8内曝气管3连接，所述的反应器气阀17采用塑料即插即用气阀，便于安装；所述的支撑管8顶部设有循环出水口7，底部设有循环进水口10，这种设计使得支撑管8既能用于加强反应器强度，又能作为导水管形成气池带动反应器内液体匀速循环；所述的排气口4设置在所述的上部闭合扣件组上方，与所述的空气过滤器18连接，方便反应器罐体气体排出，并避免意外的污染；所述的反应器进水口14设置在所述的下部闭合扣件组下方通过所述的反应器水阀16和连接管15与所述的进出水管路连接。所述的反应器罐体配有吊环1、曝气管3、反应器进水口14和排气口4，能通过支撑钢架25、进气管路19和进出水管路21随意与物料供给、控光和控温装置进行组合，形成所述的可自行设计培养规模，自行调整和优化环境参数的全塑模块化光生物反应器系统。本发明专利可广泛运用于各类实验和生产需求。
所述的全塑模块化光生物反应器系统的塑料薄膜9通过所述的上部闭合扣件组合下部闭合扣件组采用八角锁扣方式进行固定(如图4所示)，从而形成封闭的反应器。
所述的全塑模块化光生物反应器系统的支撑管8通过螺口分别与所述的密封件A2和密封件B13相连。
所述的全塑模块化光生物反应器系统除支撑钢架25和吊环1外无金属部件，其中塑料薄膜9为透明的筒形塑料薄膜，反应器的腔体采用透明的塑料薄膜，透光性和导温性好，价格便宜，更换和回收利用方便，便于实现多个反应器罐体的热、冷源和光源共享；所述的密封件A、密封件B、出水阀23、排空阀22、反应器气阀17和反应器水阀16均采用PVC材料，所述的闭合扣件A6，11、闭合扣件B5，12采用PP材料，使得反应器整体耐海水腐蚀，可用于海、淡水目标生物培养。
所述的全塑模块化气生物反应器系统采用立式悬挂的方式，可以通过设置在反应器罐体顶端的吊环1实现，反应器的高度可以自行设定(1m以内)，塑料薄膜外部也不需要支撑网架。
所述的全塑模块化光生物反应器系统培养微藻的方法，其操作步骤是：
A、首次使用时，关闭所述的出水阀(23)和排空阀(22)，打开所述的反应器水阀(16)，配置微藻培养液并在其中加入经过酸活化处理的二氧化氯，使培养液中二氧化氯浓度达到20ppm，从所述的进水口(24)加入上述培养液，经过所述的进出水管路(21)和连接管(15)进入各反应器罐体，使液位达到所述反应器罐体三分之二高度处，所加入的上述培养液在整套系统的管路中存放24小时对整套系统的管路进行消毒，24小时后经所述进气管路(19)和曝气管(3)通入经过滤处理的空气，待水体黄色消失后，通过所述出水阀(23)取样检定余氯浓度，检测到无余氯残留后，进行下步操作；
B、从所述的进水口(24)加入拟培养的采用一级扩增进入指数生长期的微藻藻液，待反应器罐体内液位离罐体顶部3-5厘米时，停止加入藻液并关闭所述的各反应器水阀(16)；从所述的进气管路(19)通入经过滤处理的空气，空气经曝气管(3)通入支撑管(8)中，带动藻液从所述的循环进水口(10)流入，并在所述的支撑管(8)中向上流动，从循环出水口(7)流出，使得反应器罐体内藻液均匀混合；调节人工光源或自然光源至适宜三角褐指藻生长的范围为3000-5000lx或适宜绿色巴夫藻生长的范围为4000-6000lx，调节环境温度至适宜三角褐指藻生长的范围为10-20℃或适宜绿色巴夫藻生长的范围为20-30℃；
C、经过3-7天培养后，从反应器罐体取样在显微镜下对藻细胞进行计数，选择微藻细胞数较高的反应器罐体，打开该反应器水阀(16)以及出水阀(23)，收获相应反应器罐体内藻液，或者分别打开多个反应器罐体的反应器水阀(16)，同时收获各罐体内藻液；
D、如需进行半连续培养，在收获三分之二罐体高度的藻液后，关闭所述的出水阀(23)，使得反应器罐体留有三分之一罐体高度的藻液，再通过所述的进水口(24)加入经消毒处理后不含余氯的培养液至反应器罐体，然后按步骤B和C进行操作。
不难发现，本发明专利设计结构简单，组装方便；各塑料组件使用专业模具生产，尺寸统一，便于批量生产，易于清洗、更换和维护；通过支撑管形成的气池带升，能使反应器中液体有效循环流动，充分接受光照；可以将多个反应器罐体根据光源和空间条件自由组合，通过管道与监控设备和物料供给装置构成不同规模的全塑模块化光生物反应系统；成本低廉，能满足不同规模藻类的培养。

Claims (6)

1.一种全塑模块化光生物反应器系统，包括反应器罐体、支撑钢架(25)、进气管路(19)、进出水管路(21)、进水口(24)、串联口(20)、出水阀(23)和排空阀(22)，其特征在于，所述的反应器罐体包括吊环(1)、密封件A(2)、密封件B(13)、第一闭合扣件A(6)、第二闭合扣件A(11)、第一闭合扣件B(5)、第二闭合扣件B(12)、筒式塑料薄膜(9)、支撑管(8)、反应器气阀(17)、曝气管(3)、反应器水阀(16)、连接管(15)、反应器进水口(14)、排气口(4)和空气过滤器(18)；所述的第一闭合扣件B(5)与第一闭合扣件A(6)上下连接组成反应器罐体上部闭合扣件组，所述的第二闭合扣件A(11)与所述的第二闭合扣件B(12)上下连接组成反应器罐体下部闭合扣件组；所述的筒式塑料薄膜(9)通过所述的上部闭合扣件组和下部闭合扣件组进行固定；所述的支撑管(8)在由所述的塑料薄膜(9)、上部闭合扣件组和下部闭合扣件组构成的密封空间中；所述的支撑管(8)的上端与所述的密封件A(2)相连，并在连接处与所述的上部闭合扣件组密封；所述的支撑管(8)的下端与所述的密封件B(13)相连，并在连接处与所述的下部闭合扣件组密封；所述的进气管路(19)通过所述的反应器气阀(17)从所述的密封件A(2)的一侧开口插入并与所述的支撑管(8)内曝气管(3)连接；所述的支撑管(8)顶部设有循环出水口(7)，底部设有循环进水口(10)；所述的排气口(4)设置在所述的上部闭合扣件组上方，与所述的空气过滤器(18)连接；所述的反应器进水口(14)设置在所述的下部闭合扣件组下方通过所述的反应器水阀(16)和连接管(15)与所述的进出水管路连接；将至少两个上述反应器罐体，通过供气管线、进出水管线、人工光源与监控设备和物料供给装置构成不同规模的全塑模块化光生物反应系统。
2.根据权利要求1所述的全塑模块化光生物反应器系统，其特征在于，所述的塑料薄膜(9)通过所述的上部闭合扣件组和下部闭合扣件组采用八角锁扣方式进行固定。
3.根据权利要求1所述的全塑模块化光生物反应器系统，其特征在于，所述的支撑管(8)通过螺口分别与所述的密封件A(2)和密封件B(13)相连。
4.根据权利要求1所述的全塑模块化光生物反应器系统，其特征在于，支撑钢架(25)和吊环(1)为金属部件，所述的塑料薄膜(9)为透明的筒形塑料薄膜；所述的密封件A、密封件B、出水阀(23)、排空阀(22)、反应器气阀(17)和反应器水阀(16)均采用PVC材料；所述的第一闭合扣件A(6)、第二闭合扣件A(11)、第一闭合扣件B(5)、第二闭合扣件B(12)采用PP材料。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的全塑模块化光生物反应器系统，其特征在于，所述的全塑模块化光生物反应器系统采用立式悬挂的方式。
6.根据权利要求1所述装置培养微藻的使用方法，其步骤是：
A、首次使用时，关闭所述的出水阀(23)和排空阀(22)，打开所述的反应器水阀(16)，配置微藻培养液并在其中加入经过酸活化处理的二氧化氯，使培养液中二氧化氯浓度达到20ppm，从所述的进水口(24)加入上述培养液，经过所述的进出水管路(21)和连接管(15)进入各反应器罐体，使液位达到所述反应器罐体三分之二高度处，所加入的上述培养液在整套系统的管路中存放24小时对整套系统的管路进行消毒，24小时后经所述进气管路(19)和曝气管(3)通入经过滤处理的空气，待水体黄色消失后，通过所述出水阀(23)取样检定余氯浓度，检测到无余氯残留后，进行下步操作；
B、从所述的进水口(24)加入拟培养的采用一级扩增进入指数生长期的微藻藻液，待反应器罐体内液位离罐体顶部3-5厘米时，停止加入藻液并关闭所述的各反应器水阀(16)；从所述的进气管路(19)通入经过滤处理的空气，空气经曝气管(3)通入支撑管(8)中，带动藻液从所述的循环进水口(10)流入，并在所述的支撑管(8)中向上流动，从循环出水口(7)流出，使得反应器罐体内藻液均匀混合；调节人工光源或自然光源至适宜三角褐指藻生长的范围为3000-5000lx或适宜绿色巴夫藻生长的范围为4000-6000lx，调节环境温度至适宜三角褐指藻生长的范围为10-20℃或适宜绿色巴夫藻生长的范围为20-30℃；
C、经过3-7天培养后，从反应器罐体取样在显微镜下对藻细胞进行计数，选择微藻细胞数较高的反应器罐体，打开该反应器水阀(16)以及出水阀(23)，收获相应反应器罐体内藻液，或者分别打开多个反应器罐体的反应器水阀(16)，同时收获各罐体内藻液；
D、如需进行半连续培养，在收获三分之二罐体高度的藻液后，关闭所述的出水阀(23)，使得反应器罐体留有三分之一罐体高度的藻液，再通过所述的进水口(24)加入经消毒处理后不含余氯的培养液至反应器罐体，然后按步骤B和C进行操作。
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