CN102296022B - 光生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光生物反应器，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。这种组装式反应器便于移动，通过液体流动避免了清洗死角和侧壁承压过大，降低了制作成本，节约了培养液搅拌能耗。

Description

光生物反应器
技术领域
本发明涉及光合微生物培养技术领域，尤指一种使用组装式光生物反应器培养光合微生物的光合微生物培养方法和系统、光生物反应器及容器。
背景技术
光合微生物，尤其是微藻和蓝细菌(简称藻类)的生长繁殖主要依靠简单的矿物质。藻类通过光合作用，利用光能(如太阳光和人工照明)将水和二氧化碳转化成色素、蛋白质、脂肪酸、糖类及次生代谢物等高价值有机化合物。藻类因具有极高的光及营养利用效率表现出比高等植物更强的生长潜力。
通过利用分子生物学、代谢工程、功能基因组研究等方面的最新突破，可以将藻类这一极好的基因表达载体应用于生产营养保健方面的重组蛋白和其它生物活性物质。由于藻类具有快速从周围环境中吸收C02、氮、磷等营养物质并将其转化为有机化合物(如储存在细胞中的蛋白)的能力，它还可以用于去除或回收废水及和火电站富含CO2的烟气中的营养废弃物。藻类作为生物净化过程的副产物还可作为生产生物燃料(如生物柴油，酒精和甲烷)、动物饲料添加剂和有机肥料的原料。虽然藻类在气、液态可再生生物能源、高附加值产品和环境生物净化方面的应用是科学的、符合环境要求的，但藻类应用的经济可行性是由供藻类生长、繁殖的工业规模的光反应器的培养效率和成本效益决定的。
当前工业规模的光反应器一般为开放式跑道池，多建成1000～5000m2环形的浅池(水深15～30cm)，用浆轮使培养液循环流动。这种生产模式的优点在于其结构和维护相对简单，但它在藻类户外生长生产力因素的控制方面有许多不足。因为缺乏温度控制、光程长及混合不均匀，使得开放式跑道池的总体生产率低，由于培养藻类的开放式跑道池直接与空气接触而易于染菌，常导致培养失败。
开放式跑道池的缺陷推动了封闭式培养系统的发展，用透明的管或容器制成并用泵或气泡实现培养液混合的管式光生物反应器出现了。但管式反应器的气体交换罐是一个很大的“暗区或暗体积”(通常占总培养体积的10～15％)；且管式反应器中易于积累光合作用过程中生成的氧，从而抑制光合作用及生物量生产潜力；此外，管式光生物反应器一般用泵来实现微藻藻液的混合及循环，泵的使用会造成微藻细胞的严重损伤。同时，管式反应器的应用也受到其高成本及维护费用的限制，仅用于生产小批量、高附加值特种产品。
因此，板式反应器越来越多的受到关注，板式反应器克服了管式反应器的暗区、通气等问题，并能减小对微藻细胞的破坏。
申请号为CN200920160301.5，名称为《一种光生物反应器》的专利申请提供了一种光生物反应器，包括曝气系统，用于控制所述箱体中培养液的温度的控温系统，反应器控制系统和至少一个反应器单元；其反应器单元包括箱体及其支撑框架，箱体为适于容纳液体的盒体，其顶部是开放式开口，内腔整体贯通；该箱体纵向相对的两长侧面是整体结构，至少一个长侧面是透明的；在横向相对的短侧面上设有进料口、取样口、排液口；该箱体的两长侧面外侧以支撑框架支撑，支撑框架沿箱体纵向均匀布设，支撑框架的高不小于箱体的高；支撑框架呈梯形，垂直地面，以箱体的横向中垂面两侧对称设置，每侧呈直角三角形，直角三角形的垂直边为支撑框架立柱，两支撑框架立柱间固夹箱体，定位，两直角三角形底边为一根支撑杆件相连接，底边位于支撑面上。该反应器结构简单，便于整体收获，运行费用低，是一种可连续培养微藻的反应器。
但上述板式反应器也存在着以下不足之处：
板式生物光反应器大规模应用时，易采用较大的容积，但容积增大会增加反应器的制作难度和成本；板式反应器大都采用粘合方式连接，因此，反应器制作效率低，特别是随着反应器的容积增大，反应器成本非线性倍增。且由于粘连后的板式反应器，不便运输，只能在使用地点组装粘合，一旦粘合好后，不易移动，否则容易造成反应器粘合部分开裂。
现有常用的板式反应器为玻璃材质，较大的反应器不仅为运输带来了困难，而且随着反应器的增大，高度增加，水压逐渐增大，使侧壁所承受的压力也越来越大，对侧壁材料的承压能力也提出了较高的要求，要求反应器材料具有足够的刚性，这很大程度上限制了反应器的高度。
板式光生物反应器一般都存在棱角，棱角处存在处于静止状态的死角，导致清洗、消毒不完全，反应器局部培养液搅动不充分，营养分布不均匀，细胞在死角区贴壁、沉降严重甚至死亡，从而降低了培养效率，且随着高度的增加清洗会越来越困难。由于光合微生物，尤其是微藻培养过程中，减小反应器内径即降低培养过程的光程可以增加培养物的产量，但是随着板式生物光反应器内径的减少，特别是当高度在0.5米以上时，清洗越来越困难。
板式生物光反应器通气搅拌能耗较大。
可见板式反应器还存在有清洗死角、侧壁压力、反应器高度受限、组装移动不方便等若干问题，从而导致光合微生物培养的成本高、效率低，这些都限制了板式反应器的大规模应用。
另外，专利文件(公开号WO 2008/151376A1)公开了一种薄膜袋反应器，但是，该薄膜袋反应器存在如下缺点：
a、反应器的结构单元尺寸确定后无法调整；
b、制作工艺较为复杂，每个薄膜袋单元侧面呈波浪状，需要烫接或其他辅助工艺；
c、由于反应器宽度较小，同时波浪状侧壁导致内部贯通性较差，有死角，清洗很不方便；
d、由于该反应器侧面是主要受光面，反应器摆放形式(方向)受到限制；
e、反应器较深，侧板上的应力分布不均，材料上部力学性能利用率低。同时，水压对薄膜壁的材料性能要求较高。材料成本随之升高。
发明内容
本发明实施例提供一种光生物反应器，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。
本发明实施例提供一种光合微生物培养方法、系统及光生物反应器，用以解决现有技术中存在板式光生物反应器存在清洗的死角、且反应器高度受到材料限制、组装移动不方便等问题。
一种光生物反应器，其特征在于，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。
根据本发明的一个优选实施例，所述容器由薄板制成，并且每个所述容器的一端为开口端，另一端为封闭端，在上下相邻的两层容器中，光生物培养液从上层容器的封闭端流向开口端，并从开口端流入下层容器的封闭端。
根据本发明的另一个优选实施例，所述容器的封闭端具有封闭挡板和位于封闭挡板内侧、容器的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板。
本发明的上述容器，所述容器的内底面与水平面成预定倾斜角度，使容器内底面在封闭端的高度高于在开口端高度；其中所述倾斜角度大于等于0°小于90°；
优选的，所述容器的倾斜角度为0°～10°。
本发明的上述容器，所述侧挡板高度等于或小于与所述容器的高度；所述封闭挡板的高度等于或小于所述容器高度的两倍；
优选的，所述封闭挡板的高度等于侧挡板的高度与容器的高度之和，且侧挡板高度与容器高度相同。
本发明的上述容器，所述容器的导流槽截面为长方形、正方形、梯形、半圆形、半椭圆形或上述形状的组合。
一种光生物反应器，包括：若干上述的容器；
所述若干容器层叠交错组合，上一层的容器的开口端对应下一层的容器的封闭端放置；其中，上一层容器开口端的外侧面与下一层容器的侧挡板的侧面接合；形成具有流体连通性的光生物反应器。
本发明的上述光生物反应器，还包括：至少一个立柱；
所述立柱，设置于组装后的所述若干容器容器的侧壁外侧和/或封闭挡板外侧，用于维持组装后的光生物反应器的稳定。
本发明的上述光生物反应器，还包括：与每个所述立柱连接的至少一个支撑板；不同立柱上的处于相同高度处的支撑板组成一个支撑板组，通过所述支撑板组将所述若干容器分为若干容器组；
每个所述支撑板组，用于支撑位于自身上方的一组组装后的容器组。
一种光合微生物培养方法，采用上述的光生物反应器，包括：
通过液体提升装置将光生物培养液从光生物培养液池中提升至最顶端的容器的封闭端；
光生物培养液从该容器的封闭端沿容器上的容器向开口端流动，从所述开口端流入下一层的容器封闭端；依次向再下一层的容器流动，从最下层的容器的开口端流入光生物培养液池中，实现光生物培养液的搅动。
本发明的上述方法，还包括：
通过选用具有不同倾斜角度的容器，调节光生物培养液的流动速度。
本发明的上述方法，还包括：
在所述光生物培养液池中补充光合微生物生长所需要的营养物质，以及清除有害物质。
本发明的上述方法，通过在培养池中设置的通气装置为光生物培养液提供光合作用所需的二氧化碳气体；和/或通过在培养池中设置的过滤装置清除光生物培养液中的有害物质。
一种光合微生物培养系统，包括：光生物培养液池、液体提升装置和至少一个上述的光生物反应器；
所述光生物培养液池，用于存放收集的光生物培养液；
所述液体提升装置，用于将光生物培养液从光生物培养液池中提升至所述光生物反应器最顶端的容器的封闭端；
所述光生物反应器，用于为所述液体提升装置提升上来的光生物培养液提供流动通道，允许光生物培养液从最上层的容器的封闭端沿容器上的容器向开口端流动，从所述开口端流入下一层的容器封闭端；依次向再下一层的容器流动，从最下层的容器的开口端流入光生物培养液池中。
本发明的上述系统，所述光生物培养液池中还包括：
补充光合微生物生长所需要的营养物质的装置；和/或
清除有害物质的装置。
根据本发明的另一个优选实施例，每个容器包括：柔性薄膜；和支撑组件，所述支撑组件支撑所述柔性薄膜，并将所述柔性薄膜约束成容器状，用于在其中盛放光生物培养液。
根据本发明的另一个优选实施例，在任意两个上下相邻的柔性薄膜中，上面一个柔性薄膜倾斜成一个纵向端比另一个纵向端高，下面一个柔性薄膜倾斜成一个纵向端比另一个纵向端低，从而使得液体能够从多个柔性薄膜一层一层地往下流动。
根据本发明的另一个优选实施例，所述支撑组件包括：至少两根弧形管，所述至少两根弧形管支撑所述柔性薄膜，并将所述柔性薄膜约束成弧形槽容器状。
根据本发明的另一个优选实施例，所述支撑组件还包括：支撑网，所述支撑网放置在所述弧形管上，用于限制所述柔性薄膜发生塑性变形。
根据本发明的另一个优选实施例，所述支撑组件还包括：第一支撑板和第二支撑板，所述第一、第二支撑板分别位于所述整体支架的两个纵向端处，所述弧形管的两端固定在所述第一、第二支撑板上，并且所述第一、第二支撑板中的至少一个的高度能够调节，从而能够调节所述柔性薄膜的一个纵向端相对于另一个纵向端的倾斜度。
根据本发明的另一个优选实施例，所述光生物反应器还包括升降装置，用于调节所述第一支撑板和/或第二支撑板的高度。
根据本发明的另一个优选实施例，所述光生物反应器还包括泵，所述泵将光生物培养液池中的光生物培养液泵送到所述光生物反应器的最上面一个柔性薄膜中，光生物培养液沿着倾斜的多个柔性薄膜一层一层地往下流动到最下面的一个柔性薄膜中，并从最下面的一个柔性薄膜流回到所述光生物培养液池中，从而实现循环流动培养。
根据本发明的另一个优选实施例，每个所述容器的弧形管的弧度能够调节，从而改变其上的柔性薄膜的形状。
根据本发明的另一个优选实施例，每个所述容器的弧形管(31a、31b)的弧度能够在0至180度的范围内调节。
根据本发明的另一个优选实施例，任意两个所述容器的弧形管之间的高度方向上的间距能够调节，从而能够改变相邻两个柔性薄膜之间的遮光程度。
根据本发明的另一个优选实施例，任意两个相邻的支撑组件在横向上能够错开，从而能够改变相邻两个柔性薄膜之间的遮光程度。
根据本发明的另一个优选实施例，所述光生物反应器还包括进气管，用于向所述柔性薄膜的光生物培养液中喷射气体，所述气体包含光生物生长所需的反应气体。
根据本发明的另一个优选实施例，所述柔性薄膜选用下列材料的薄膜：聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯PU薄膜。
根据本发明的另一个方面，还提供一种光生物反应系统，包括至少两个如上所述的光生物反应器。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的光合微生物培养方法、系统及光生物反应器，该光生物反应器由若干容器组成，所述容器包括容器，容器的一端为开口端，另一端为封闭端，封闭端具有封闭挡板和位于封闭挡板内侧、容器的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板；所述若干容器层叠交错组合，上一层的容器的开口端对应下一层的容器的封闭端放置；其中，上一层容器开口端的外侧面与下一层容器的侧挡板的侧面接合；形成具有流体连通性的光生物反应器；所述容器，用于使光生物培养液从其封闭端流向开口端，并从开口端流入下一层容器的封闭端，实现光生物培养液的搅动。这种组装式反应器同时体现了现有管式和板式的优点，便于组装、拆分、移动；且通过液体流动避免了清洗死角和侧壁承压过大，降低了制作成本；利用液体自重实现液体自流搅拌，节约了培养液搅拌能耗。
同时，在本发明中，当用柔性薄膜形成容器时，每层柔性薄膜被支撑组件约束成一个单独的培养容器，因此，与现有技术中的袋式容器相比，结构更为简单，仅仅是一张柔性薄膜，这样，清洗起来也甚为方便。而且，在本发明中，支撑组件的形状和位置可以调节，从而能够方便地改变柔性薄膜所形成的培养容器的形状和受光程度，同时，还便于光生物培养液的收获。
附图说明
图1为本发明实施例一中光生物反应器的结构示意图；
图2为本发明实施例一中容器的结构示意图；
图3为本发明实施例一中带角度的容器的结构示意图；
图4为本发明实施例一中弧形截面的容器的俯视图；
图5为本发明实施例一中图4所示的容器的右视图；
图6为本发明实施例二中光生物反应器的结构示意图；
图7为本发明实施例三中光生物反应器的结构示意图；
图8为本发明实施例三中光生物反应器的截面图；
图9为本发明实施例中光生物培养系统的结构示意图；
图10为本发明实施例中光生物培养方法的流程图；
图11显示根据本发明的一个优选实施例的光生物反应器整体结构示意图；
图12显示根据本发明的一个优选实施例的一个容器的分解示意图；
图13显示弧形管固定在支撑板上的结构示意图；
图14显示调节弧形管的弧度和上下相邻的弧形管之间的间距的示意图；和
图15显示根据本发明的一个优选实施例的循环型光生物反应器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
为了解决现有技术中板式反应器存在的清洗死角导致清洗困难，高度增加时导致侧壁压力大，移动不方便，搅动能耗大等问题，本发明实施例提供一种组装式的光生物反应器，方便组装和运输、通过光生物培养液的流动实现自动搅拌，而且可以消除清洗死角，避免侧壁压力过大。
实施例一
本发明实施例一提供的光生物反应器如图1所示，包括：若干容器110。
其中，容器110的结构如图2所示，容器110的形状像一个一端封闭的水槽，一端为开口端，另一端为封闭端，封闭端具有封闭挡板112和位于封闭挡板112内侧、容器110的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板113。
上述若干容器110层叠交错组合，上一层的容器110的开口端对应下一层的容器110的封闭端放置；具体为上一层容器110开口端的外侧面与下一层容器110的侧挡板113的侧面接合，形成具有流体连通性的光生物反应器。
也就是说，在组装光生物反应器时，先取一个容器110放在最下层，然后将再取一个容器110放置在最下层的容器110上，作为第二层；第二层的容器110的开口端对应第一层的容器110的封闭端放置从而将容器110依次向上交错组合放置，使光生物反应器可以达到任意高度。
上述容器110，用于使光生物培养液从其封闭端流向开口端，并从开口端流入下一层容器110的封闭端，实现光生物培养液的搅动。
图2所示的容器110的内底面是水平的，较佳的，容器110的的内底面还可以设计成具有一定倾斜角度的。如图3所示即为具有一定倾斜角度的容器的结构示意图，其中的内底面与水平面具有1度的倾斜角度，如图中所示内底面与竖直面成91度角。
一般将的内底面与水平面成预定倾斜角度，是为了使内底面在封闭端的高度高于在开口端高度，从而有利于培养液的流动。其中倾斜角度一般大于等于0°小于90°；较佳的，倾斜角度选择0°～10°。
较佳的，上述容器110的侧挡板113高度等于或小于与的高度。封闭挡板112的高度等于或小于高度的两倍。也就是说容器110的封闭挡板112的高度等于或小于侧挡板113的高度与的高度之和。
优选的，容器110的封闭挡板112的高度等于侧挡板113的高度与的高度之和，且侧挡板113高度与高度相同，从而保证上下相邻的容器组装的较好的吻合。
上述容器110的的导流槽截面可以为长方形、正方形、梯形、半圆形、半椭圆形、弧形、U型或上述形状的组合。
如图4所示即为的导流槽截面弧形截面的容器110的俯视图，图5为图4的右视图。弧形截面的可以更好的避免清洗死角，有利于培养液流动。
上述光生物反应器中包含的容器110的数量以要组装的反应器的总体高度来确定，一般以方便使用为原则，基本上以不超过2米为宜。
实施例二
本发明实施例二提供的光生物反应器如图6所示，与实施例一中的光生物反应器不同的是该光生物反应器除了包括若干容器110之外，还包括至少一个立柱120。
立柱120，设置于组装后的若干容器110的侧壁外侧和/或封闭挡板外侧，用于维持组装后的光生物反应器的稳定。立柱120可以不与反应器连接固定，只起到支撑、稳定和导向的作用即可，扩大了立柱120材料的选择范围，降低了成本。
在容器110的层数增加之后，反应器的稳定性相对层数较少时有所减弱，为了保证光生物反应器整体的稳定性，可以在光生物反应器的外围设置立柱120，来保证反应器不会倾倒。
例如：图6所示的光生物反应器设置了五根立柱120，实际使用中可以根据需求选择立柱的数量。
实施例三
本发明实施例三提供的光生物反应器如图7所示，与实施例二中的光生物反应器不同的是该光生物反应器除了包括若干容器110和若干立柱120，还包括：与每个立柱120连接的至少一个支撑板130。
该生物反应器的截面图如图8所示。其中，不同立柱120上的处于相同高度处的支撑板130组成一个支撑板组，通过支撑板组将若干容器110分为若干容器组；每个支撑板组，用于支撑位于自身上方的一组组装后的容器组。
在容器的层数增加之后，位于反应器的底层的容器110所承受的重量也将增大，为了减轻底层反应器的负荷，可以在光生物反应器的外围立柱120上连接其支撑作用的支撑板130，将容器110分为几组，分别放置在不同层面的支撑板130上，以降低底层容器110的承重。
例如：图7所示的光生物反应器的五根立柱120上各设置两个支撑板130，上边的两组容器放置在支撑板130上，最下层的一组容器不用支撑。
根据上述实施例一、二、三所提供的光生物反应器，可以构建一种光生物培养系统，如图9所示，包括：光生物培养液池7、液体提升装置8(例如泵)和至少两个上述的光生物反应器。
光生物反应器，用于为液体提升装置8提升上来的光生物培养液提供流动通道，允许光生物培养液从最上层的容器的封闭端沿容器上的容器向开口端流动，从开口端流入下一层的容器封闭端；依次向再下一层的容器流动，从最下层的容器的开口端流入光生物培养液池中。
光生物培养液池7，用于存放收集的光生物培养液。
根据需要一组反应器或几组反应器使用一个光生物培养液池。
液体提升装置8，用于将光生物培养液从光生物培养液池7中提升至光生物反应器最顶端的容器的封闭端。
光生物培养液池7中还设置有用于补充光合微生物生长所需要的营养物质的装置，以及清除有害物质的装置。例如：光生物培养液池7中还设置有通气装置，用于为光生物培养液提供光合作用所需的二氧化碳气体。
当光合微生物培养成熟后不需要再循环时，对光生物培养液池7中的培养液进行下游处理，下游处理包括在下游处理车间进行培养液浓缩、过滤、收集、干燥、提取等工艺流程。
上述光生物培养系统，在需要对光生物反应器进行清洗时，可以很方便的将各个容器拆解下来，在拆解后进行清洗，从而不会产生清洗的死角，清洗比较容易。较佳的，可以仅将光生物反应器上需要清洗的部分拆解下来，清洗后在安装回去，而不必针对整个反应器进行清洗。
使用上述实施例一、二、三所提供的光生物反应器实现光合微生物培养的方法流程如图10所示，执行步骤如下：
步骤S101：通过液体提升装置将光生物培养液从光生物培养液池中提升至最顶端的容器的封闭端。
光合微生物的培养液可由如泵、风力装置等各种液体提升装置提升到最上层容器的封闭端。培养液在光生物反应器中的流动速度也可以通过调节流量控制，具体可以通过液体提升装置控制提升量来控制。
较佳的，在光生物培养液池中补充光合微生物生长所需要的营养物质，以及清除有害物质。例如：通过在培养池中设置的通气装置为光生物培养液提供光合作用所需的二氧化碳气体，其中，通气装置可以是曝气装置或其他通气设备。即在光生物培养液池中引入CO2气体为光生物培养液提供碳源。其中，CO2气体可来自电厂、水泥厂、钢厂、化工厂等排放的废气或者钢瓶气。又例如：可以设置过滤装置，实现清除光生物培养液中的有害物质。
光生物培养液的PH值等参数调控也在光生物培养液池中完成。
步骤S102：光生物培养液从该容器的封闭端沿容器向开口端流动。
通过选用具有不同倾斜角度的容器，调节光生物培养液的流动速度。
当培养物对搅拌程度较高时，除了靠采用调节泵流量的方式，也可通过改变容器的方式。即改变容器内底面相对于水平面的倾斜角度，倾斜角度可以选择为0-90度的任意角度，其中以0°～10°效果最佳。一般当培养的光合微生物的培养过程需要的搅拌程度高，选择的倾斜角度也比较大，使得培养液流速增加，从而达到增大搅拌的目的。
步骤S103：从该容器的开口端流入下一层的容器封闭端。
步骤S104：是否是最底层的容器。
如果是，执行步骤S105，否则返回继续执行步骤S102，从而实现培养液依次向下一层的容器流动。
步骤S105：从最底层的容器的开口端流入光生物培养液池中。
也就是说，容器形状类似于一个一端封闭的水槽，光生物培养液从顶层的容器封闭端流入；流经到容器的开口端，利用重力，流入下一层容器封闭端；重复此过程。当培养液流至最底层的容器的开口端之后，流入光生物培养液池。通过重力作用实现了实现光生物培养液的搅动，节约了能耗。
上述光合微生物培养方法还包括：当光合微生物培养完成不需要再循环时进行下游处理。
本发明实施例提供的上述光合微生物培养方法、系统及光生物反应器，将反应器分解为若干容器，使反应器可自由拆分，方便清洗；使用多个容器组装的方式，分解了水压，随着高度的增加反应器水压基本不变，降低了对材料物理性质等方面的影响，因此可以使用多种相对廉价的透明材料制作反应器，如塑料透明板材等，降低了反应器制作成本。由于容器拆装方便，便于移动和运输，同时节约组装和运输的时间。且能够利用重力，使得培养液自流，采用开放式的方式，使得培养液流动阻力降到最小，并能通过调节容器内底面的倾斜角度调整搅拌力度，使用方便、实现原理简单且无需搅拌动力，节约搅拌能耗。
该反应器能够借鉴板式反应器的培养原理，最大限度的利用光，也将板式反应器分解为小型反应器，极大的降低反应器制作成本，并且可以使用模具一次成型，提高了反应器的制作效率，同时容器上的每个直角都可以做圆角处理，消除了死角。
通过立柱可以使组装的反应器进一步加固，起到支撑、稳定和导向的作用，通过支撑板还可以进一步优化组装式反应器的承重，从而达到适应大规模培养、降低培养成本、提高光合微生物产量的目的。
实施例四
图11显示根据本发明的一个优选实施例的光生物反应器整体结构示意图。如图11所示，在本发明的一个优选实施例中，光生物反应器包括沿竖直方向(高度方向)上下层叠地安装在整体支架1上的多个容器。为了减轻重量，在本发明的一个优选实施例中，整体支架1采用框架结构。
请继续参见图11，每个容器包括一个柔性薄膜2和一个支撑组件3。柔性薄膜2放置在支撑组件3上，由支撑组件3支撑。如图11所示，支撑组件3具有预定的形状，从而将柔性薄膜2约束成与预定的容器状，用于在其中盛放光生物培养液。
图12显示根据本发明的一个优选实施例的一个容器的分解示意图。如图12所示，在本发明的一个优选实施例中，支撑组件3包括两根弧形管31a、31b和一个支撑网32。
如图12所示，支撑网32放置在两根弧形管31a、31b上，柔性薄膜2放置在支撑网32上。但是，需要说明的是，支撑网32不是必须的，当柔性薄膜2上盛放的液体较少时，完全可以不采用支撑网32。
支撑网32是用于限制柔性薄膜2过度变形，因为，当柔性薄膜2上盛放的液体较多时，柔性薄膜2的强度有限，如果没有支撑网32，柔性薄膜2可能会变形过度，甚至损坏。
如图12所示，柔性薄膜2和支撑网32由于受弧形管31a、31b的弧形形状约束，从而形成了弧形槽状，这样，液体就可以容放在柔性薄膜2所形成的弧形槽状容器中。
在本发明的一个优选实施例中，支撑网32可选用普通刚性钢丝护栏网或柔性丝网。
尽管在图示的优选实施例中，仅采用了两跟弧形管31a、31b，但是，本发明不局限于此，弧形管的数量可以根据需要进行调整，例如，当柔性薄膜的纵向过长时，则需要增加支撑用的弧形管的数量，以防止柔性薄膜因跨度过大而过度变形。
请返回到图11，在本发明的一个优选实施例中，支撑组件3还包括第一支撑板11a和第二支撑板11b。第一支撑板11a安装在整体支架1的一个纵向端(图11所示的左端)处，第二支撑板11b安装在整体支架1的另一个纵向端(图11所示的右端)处。
如图11和图13所示，左端的弧形管31a的两端固定在第一支撑板11a的安装孔中，右端的弧形管31b的两端固定在第二支撑板11b的安装孔中。
如图11和图13所示，第一支撑板11a和第二支撑板11b上可以设置多个不同高度的安装孔，这样能够通过把弧形管31a、31b安装在不同的安装孔中，来调节弧形管31a、31b的高度，或者调节上下相邻的弧形管31a、31b之间在高度方向上的间距。
尽管未图示，在本发明的一个优选实施例中，第一、第二支撑板11a、11b中的至少一个能够沿高度方向上下移动，以便将其上的柔性薄膜2调节成一端高、一端低的倾斜状态。
为了使第一、第二支撑板11a、11b中的至少一个能够沿高度方向上下移动，本发明还包括升降装置6，用于上升或下降第一支撑板11a和/或第二支撑板11b。
在本发明的一个优选实施例中，升降装置6可以选用凸轮装置、滑轮装置及齿轮装置等现有技术中任一种合适的装置。
本发明中，由于柔性薄膜2能够调节到一端高一端低的倾斜位置，因此，在收获光生物培养液时，可以通过升降装置6将各个柔性薄膜2a、2b、2c的两个纵向端调节成不在同一高度(参见图15)，从而使得光生物培养液能够从多个柔性薄膜2a、2b、2c一层一层地往下流动，并最终从最下面一个柔性薄膜2c的一端流出，从而完成收获。
图14显示调节弧形管的弧度和上下相邻的弧形管之间的间距的示意图。如图14所示，下面一个容器的弧形管2b的弧度被调节成大于上面一个容器的弧形管2a的弧度。因此，能够在下面一个容器中盛放更多的培养液。
如图14所示，上面一个容器的弧形管2a与下面一个容器的弧形管2b之间的高度方向上的间距D也能够通过升降装置6或安装在不同高度的安装孔中来调节，当间距D增大时，上下相邻两个柔性薄膜之间相互遮挡就会减少，当间距D减小时，上下相邻两个柔性薄膜之间相互遮挡就会加大，甚至出现上面的柔性薄膜完全覆盖在下面的柔性薄膜上的极端情况。
尽管未图示，在本发明的一个优选实施例中，任意两个相邻的支撑组件在横向上能够错开布置，从而能够改变相邻两个柔性薄膜之间的遮光程度。
如图11所示，在一个优选实施例中，光生物反应器还包括注入管4，用于向柔性薄膜2中注入光生物培养液。注入管4安装和固定在整体支架1上。
在本发明中，为了加快光生物的生长速度，本发明的光生物反应器还包括进气管5，用于向柔性薄膜2的光生物培养液中喷射气体，该气体中包含光生物生长所需的反应气体。这样，不仅可以向光生物培养液中补充反应气体，而且还可以利用喷射的气体充分搅动光生物培养液，从而提高光生物培养液的受光效率。
在本发明的一个优选实施例中，为了降低制造成本，柔性薄膜选用下列材料的薄膜：聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯PU薄膜。
图15显示根据本发明的一个优选实施例的循环型光生物反应器。如图15所示，不妨假设整个反应器包括上下层叠的三层柔性薄膜2a、2b、2c。但是，本发明不局限于此，柔性薄膜层数可以任意选择，例如2层，4层，5层或更多层。
如图15所示，最上面一个柔性薄膜2a的右端倾斜成比左端低，中间的一个柔性薄膜2b倾斜成右端比左端高，最下面一个柔性薄膜2c倾斜成右端比左端低。
如图15所示，反应器还包括光生物培养液池7和泵8。泵8将光生物培养液池7中的光生物培养液泵送到光生物反应器的最上面一个柔性薄膜2a中，如图15中的箭头所示，光生物培养液沿着倾斜的多个柔性薄膜2a、2b、2c一层一层地往下流动到最下面的一个柔性薄膜2c中，并从最下面的一个柔性薄膜2c流回到光生物培养液池7中，从而实现循环流动培养。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (26)

1.一种光生物反应器，其特征在于，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器；
所述容器由薄板制成，并且每个所述容器的一端为开口端，另一端为封闭端，
在上下相邻的两层容器中，光生物培养液从上层容器的封闭端流向开口端，并从开口端流入下层容器的封闭端；
所述容器的导流槽截面为弧形。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，
所述容器的封闭端具有封闭挡板和位于封闭挡板内侧、容器的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板。
3.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述容器的内底面与水平面成预定倾斜角度，使得容器内底面在封闭端的高度高于在开口端高度。
4.根据权利要求3所述的光生物反应器，其特征在于，所述预定倾斜角度大于等于0°小于90°。
5.根据权利要求4所述的光生物反应器，其特征在于，所述预定倾斜角度为0°～10°。
6.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，所述侧挡板高度等于或小于所述容器的高度；所述封闭挡板的高度等于或小于所述容器高度的两倍。
7.根据权利要求6所述的光生物反应器，其特征在于，所述封闭挡板的高度等于侧挡板的高度与容器的高度之和，且侧挡板高度与容器高度相同。
8.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，还包括：至少一个立柱；
所述立柱，设置于组装后的多个容器的侧壁外侧和/或封闭挡板外侧，用于维持组装后的光生物反应器的稳定。
9.根据权利要求8所述的光生物反应器，其特征在于，还包括：与每个所述立柱连接的至少一个支撑板；不同立柱上的处于相同高度处的支撑板组成一个支撑板组，通过所述支撑板组将所述若干容器分为若干容器组；
每个所述支撑板组，用于支撑位于自身上方的一组组装后的容器组。
10.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，还包括：
液体提升装置，将光生物培养液池中的光生物培养液输送到所述光生物反应器的最上层的容器中，然后光生物培养液从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器，并从最下层的容器流回到所述光生物培养液池中，从而实现循环流动培养。
11.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，还包括进气管，用于向所述容器的光生物培养液中喷射气体，所述气体包含光生物生长所需的反应气体。
12.根据权利要求10所述的光生物反应器，其特征在于，所述光生物培养液池中还包括：
补充光合微生物生长所需要的营养物质的装置；和/或
清除有害物质的装置。
13.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，每个容器包括：
柔性薄膜(2)；和
支撑组件(3)，所述支撑组件(3)支撑所述柔性薄膜(2)，并将所述柔性薄膜(2)约束成容器状，用于在其中盛放光生物培养液。
14.根据权利要求13所述的光生物反应器，其特征在于，
在任意两个上下相邻的柔性薄膜(2a、2b)中，上面一个柔性薄膜(2a)倾斜成一个纵向端比另一个纵向端高，下面一个柔性薄膜(2b)倾斜成一个纵向端比另一个纵向端低，从而使得液体能够从多个柔性薄膜(2a、2b、2c)一层一层地往下流动。
15.根据权利要求13所述的光生物反应器，其特征在于，所述支撑组件(3)包括：
至少两根弧形管(31a、31b)，所述至少两根弧形管(31a、31b)支撑所述柔性薄膜(2)，并将所述柔性薄膜(2)约束成弧形槽容器状。
16.根据权利要求15所述的光生物反应器，其特征在于，所述支撑组件(3)还包括：
支撑网(32)，所述支撑网(32)放置在所述弧形管(31a、31b)上，用于限制所述柔性薄膜(2)发生塑性变形。
17.根据权利要求16所述的光生物反应器，其特征在于，所述支撑组件(3)还包括：
第一支撑板(11a)和第二支撑板(11b)，所述第一、第二支撑板(11a、11b)分别位于所述整体支架(1)的两个纵向端处，
所述弧形管(31a、31b)的两端固定在所述第一、第二支撑板(11a、11b)上，并且所述第一、第二支撑板(11a、11b)中的至少一个的高度能够调节，从而能够调节所述柔性薄膜(2)的一个纵向端相对于另一个纵向端的倾斜度。
18.根据权利要求17所述的光生物反应器，其特征在于，所述光生物反应器还包括升降装置(6)，用于调节所述第一支撑板(11a)和/或第二支撑板(11b)的高度。
19.根据权利要求13所述的光生物反应器，其特征在于，还包括：
液体提升装置(8)，所述液体提升装置(8)将光生物培养液池(7)中的光生物培养液输送到所述光生物反应器的最上面一个柔性薄膜(2a)中，光生物培养液沿着倾斜的多个柔性薄膜(2a、2b、2c)一层一层地往下流动到最下面的一个柔性薄膜(2c)中，并从最下面的一个柔性薄膜(2c)流回到所述光生物培养液池(7)中，从而实现循环流动培养。
20.根据权利要求18所述的光生物反应器，其特征在于，每个所述容器的弧形管(31a、31b)的弧度能够调节，从而改变其上的柔性薄膜的形状。
21.根据权利要求20所述的光生物反应器，其特征在于，每个所述容器的弧形管(31a、31b)的弧度能够在0至180度的范围内调节。
22.根据权利要求18所述的光生物反应器，其特征在于，任意两个所述容器的弧形管(31a、31b)之间的高度方向上的间距能够调节，从而能够改变相邻两个柔性薄膜之间的遮光程度。
23.根据权利要求18所述的光生物反应器，其特征在于，任意两个相邻的支撑组件在横向上能够错开，从而能够改变相邻两个柔性薄膜之间的遮光程度。
24.根据权利要求13所述的光生物反应器，其特征在于，还包括进气管(5)，用于向所述柔性薄膜(2)的光生物培养液中喷射气体，所述气体包含光生物生长所需的反应气体。
25.根据权利要求13-24中任一项所述的光生物反应器，其特征在于，所述柔性薄膜选用下列材料的薄膜：聚乙烯PE薄膜、聚氯乙烯PVC薄膜或聚氨酯PU薄膜。
26.一种光生物反应系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-25中任一项所述的光生物反应器。
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