CN102533530A - 一种水幕式曝光塔形微藻反应器 - Google Patents

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宋成军
董保成
赵立欣
陈羚
罗娟
万小春
张旭东
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    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明属于微细胞藻类生产领域，特别涉及微藻培养液的曝光装置。目的在于提供一种曝光高效、占地面积少、简单易行且能够大规模培养单细胞藻类的方法，以满足微藻能源生产、环境保护、水产育苗等行业的要求。本方法通过下列技术方案实现：将反应器分为主反应器和辅反应器量两部分，主反应器位于底部，辅反应器位于顶部，主反应器中的藻液被水泵吸入辅反应器，待藻液蓄满辅反应器后，藻液溢出并流入主反应器，此时，藻液沿池壁形成“水幕”，藻液得以充分接受光照。再通过主辅反应器藻液循环设计保证藻液不断形成曝光层。本发明中的反应器藻液曝光效率高、反应器占地面积小、适合开放式和密闭式等多种光生物反应器。

Description

一种水幕式曝光塔形微藻反应器
技术领域
本发明涉及微藻培养系统领域，具体讲，涉及单细胞藻液的一种高效采光装置。
背景技术
在人类社会面临能源资源枯竭的大背景下，一些微藻因其高产油量、油脂累积快以及生产周期短等特点，近年来备受关注，已成为生物能源研究领域新兴的热点之一。我国在该领域的研究尚处于起步阶段。
薇藻原料成本占到生物柴油生产总成本的70％以上。因此，微藻生产过程中，关键环节是促进藻类快速生长，使藻细胞在最短时间内达到最大生产力。目前，藻类生物反应器已成为高效、快速、大量培养藻类的关键设备。
在研究、开发和生产中均需使用不同的光生物反应器，主要可以区分为敞开式和封闭式两大类型。跑道池反应器是最典型和最常用的一种敞开式反应系统，构建简单、成本低廉、操作简单，在微藻产业化培育中已普遍使用，但是该培养器占地面积很大。密闭式反应器，主要包括管式、平板式和柱式这三种形式，具有培养条件易控制，可无菌操作，补碳效果好，藻细胞生长速度快等优势，但是这些优越性是以高投资和操作成本为代价的，大大限制了反应器的放大潜力。同时，两类反应器扩大生产后，当藻细胞密度较高时，光的供给往往受到限制。因此，研制与构建占地少、采光效率高、低成本的光生物反应器的是未来技术的发展方向。
发明内容
本发明克服了现有开放式反应器占地大缺点，以及现有密闭反应器的光路短等缺陷。提供了一种适于规模培养、占地面积小、光能利用率高，成本低的微藻培养反应器及其补光装置，适用于开放式和封闭式光生物反应器。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种水幕式曝光塔形微藻反应器，其特征在于整个反应器包括水泵(1)、主反应器(2)、辅反应器(3)、附加光源(4)和循环水管(5)。这种水幕式曝光塔形微藻反应器，包括：
水泵(1)，视辅反应器的高度选择合适扬程的水泵，保证主反应器中的藻液能泵入辅反应器。
主反应器(2)，可以设计成开放式反应器，为了增加牢固性和采光面积，池底和池壁可以由不同材料制作，底部可以做成砖混结构，池壁可由硬质透光材料构成。主反应器池型可以为圆形或者跑道式；
辅反应器(3)，可以设计成开放式反应器，为了增加反应器牢固性和采光面积，池底和池壁均由硬质透光材料构成。辅反应器池型可以与主反应器池型相同，也可以不同；
附加光源(4)，在光照不足或者需要延长光照时间时，可以在辅反应器内添加内置的辅助光源，光源为普通日光灯管，为市售品，可根据实际需求配备不同长度、数量、功率的日光灯管。
循环水管(5)，藻液通过循环水管泵入辅反应器。所述循环水管以硬聚氯乙烯管制作，承压性高，不易弯折，价格低廉。
主反应器(2)中的藻液在水泵(1)作用下，通过循环水管(5)流入辅反应器内(3)，当藻液蓄满辅反应器(3)后，藻液随即溢出并沿池壁形成含有藻细胞的薄层，犹如“水幕”，可以充分地接受光照，提高曝光效率。另外，主辅反应器藻液循环还达到了藻液均匀搅拌和均匀曝光的效果。
本发明集成了的封闭式与开放式两种培养器的优点，采用塔式结构和循环方式，不仅可节约较多土地，还有效增加光线吸收，提高了光能利用效率。同时，该反应器采用了价格低廉的塑料，结构简单，还可根据光照需要添加内置光源。因此，该反应器占地少、成本低，操作简便，光利用效率高，可用于各种类型的光生物反应器中。
附图说明
图1水幕式曝光塔形微藻反应器侧视图；
图2水幕式曝光塔形微藻反应器俯视图；
附图中主要部分代表符号：
1.水泵；2.主反应器；3.辅反应器；4.附加光源；5.循环水管；6.排液口；7.排液口。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明，未详加说明的按本领域现有技术。本发明要求保护的范围不单限于实施例表示的范围：
实施例1：
一种水幕式曝光塔形微藻反应器，包括：主反应器(2)，池型为倒“梯”形，池底为砖混结构，池壁由有机玻璃制成，下底直径为4m，高50cm，池壁厚0.5cm；辅反应器(3)，池型为“钵”型，池底和池壁均由有机玻璃制成，下底宽4m，高30cm，池壁厚0.2cm，两个反应器为藻细胞提供生长环境和营养；连接水泵(1)和循环水管(5)，水泵扬程为2m，水管由硬质PVC管制成，内径1cm，打开电源，向辅反应器内抽蓄藻液，调节水泵(1)转速，至液面沿池壁缓慢溢出。此时，可以向主反应器内添加藻液至40cm左右。待主辅反应器内的液面稳定后即可以保持运行，直至收获。收获时，打开主辅反应器的排液口(6)，使辅反应器内的藻液通过排液口(6)进入主反应器，主反应器内的藻液再通过排液口(7)进行收集。
实施例2：
一种内置光源水幕式曝光塔形微藻反应器。于辅反应器(3)内壁安装了一套附加光源，其余部分与上述实例相同。当光线不足(例如阴雨天)或者需要增加光照时，打开附加光源，并根据光强需要调整到合适的灯管个数，直至收获。其余步骤与上述实例相同。
光源理论上由任何形式的光源类型均可，但是考虑到节能环保，建议采用纳米节能灯管，从源头提高电光转换和减少光衰减。

Claims (5)

1.一种水幕式曝光塔形微藻反应器，其特征在于整个反应器包括水泵(1)、主反应器(2)、辅反应器(3)、附加光源(4)和循环水管(5)。
2.根据权利要求1所述反应器装置，其特征在于：至少由两部分组装而成，主反应器(2)位于辅反应器(3)下方，呈塔式结构，主辅反应器类型不限。
3.根据权利要求1所述反应器装置，其特征在于主、辅反应器的材质由透明硬质材料构成。
4.根据权利要求1所述反应器装置，其特征在于：主反应器(2)中的藻液在水泵(1)作用下，通过循环水管(5)流入辅反应器(3)，当藻液蓄满辅反应器后，藻液溢出并流入主反应器内，藻液流经辅反应器池壁时，形成了含有藻细胞的薄层，犹如“水幕”，可以充分地接受光照。
5.根据权利要求1所述反应器装置，其特征在于：如果光源不够，可以在辅反应器(3)池壁固定附加光源(4)，从而达到补充光照的目的，附加光源(4)可以是各种形式的光源，包括荧光灯管、节能灯或者LED灯等。
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