CN102876561B - 一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 - Google Patents
一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102876561B CN102876561B CN201110197276.XA CN201110197276A CN102876561B CN 102876561 B CN102876561 B CN 102876561B CN 201110197276 A CN201110197276 A CN 201110197276A CN 102876561 B CN102876561 B CN 102876561B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light source
- rod type
- type light
- algae
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本发明涉及微藻培养领域，具体地，本发明涉及一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器。所述反应器包括罐体(1)、导流筒(2)、气体分布器(3)、顶盖(5)和内光源，所述内光源为分段发光的棒状光源(6)；所述的棒状光源(6)与微藻培养液的流动方向平行；所述的棒状光源(6)由发光段(7)和非发光段(8)连续交替组成，用于在其周围形成连续交替的光区和暗区。本发明的优点在于：能够充分发挥藻细胞的“闪光效应”，提高微藻规模培养的光能利用率，液体混合好，气液传质强度高，剪切力低。
Description
技术领域
本发明涉及微藻培养领域，具体地，本发明涉及一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器。
背景技术
微藻细胞富含氨基酸、蛋白质、维生素、不饱和脂肪酸等多种高附加值的生物物质，已经成为人类食品、医药、染料、精细化工领域的重要材料来源。目前，随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基于生物质的生物炼制引起了人们的高度重视，微藻作为重要的可再生能源能够提供大量的生物质(油脂、淀粉、纤维素)，在生物炼制领域，具有广阔的应用前景。
微藻规模化培养的核心是光生物反应器，目前主要有开放式培养和封闭式培养两种方式。开放式培养是开发最早、应用最为普遍的一种方式，目前世界各国、特别是中国仍然将其作为微藻工业化培养的主要方式(Borowitzka L.T.，BioresourceTechnology，1991，38：251～252；Terry K.L and Raymond.，Enzyme and MicrobialTechnology，1985，7：474～487)。代表的反应器有跑道式培养池、圆形培养池。该培养方式的主要优点是构建简单、成本低廉及操作简便。缺点是光能利用率低，受外界环境因素的影响大，易被污染，水分蒸发大。
封闭式光生物反应器有多种形式，如柱式、管式和板式。相比于开放式培养，封闭式培养不容易受污染，节约水资源，培养密度高，收获成本低，缺点是投资成本高(Pulz O.，Applied Microbiology and Biotechnology，2001，57：287～293；Lee Y-K.，Journal of Applied Phycology，2001，13：307～315；Tsygankov A.A.，AppliedBiochemistry and Microbiology，2001，37(4)：333～341)。为了克服封闭式培养成本高的缺陷，一方面需要降低培养所需的材料、能耗成本；另一方面需要大幅度提高产率。虽然封闭式培养的产率要高于开放式培养，但是微藻的光能利用率还很低。设法提高微藻细胞对光能的利用率是提高产率、降低成本的重要途径。
微藻的光合作用过程可分为两个阶段，称为光反应和暗反应。在光反应阶段，微藻细胞接受光量子并转换为化学能；在暗反应阶段，微藻细胞利用化学能合成细胞组份。在暗反应阶段，微藻细胞不需要光照甚至光照反而有害。因此，对单个微藻细胞而言，持续的光照意味着光量子的浪费。
另一方面，在规模培养的光生物反应器内以及通常的细胞密度下，光线在培养液内传播时会迅速衰减，光的穿透距离为几毫米，在高细胞密度下只有1mm左右。光生物反应器内事实上可分为靠近光照面内壁面的光区与之外的暗区两部分。如果微藻细胞以特定频率(通常高于1Hz的频率)在光生物反应器的光区与暗区频繁置换时，会产生“闪光效应”，光能的利用率会得到很大提高(Janssen M，Slenders P，Tramper J，et al.，Enzyme Microbial Technology，2001，29：298～305；Matthijs H.C.P，Balke H，Mur L.R，et al.，Biotechnology and Bioengineering，1996，50：98～107)。即，当微藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间来回穿梭，就可使得接受过光照的微藻细胞及时进入暗区进行暗反应，同时使得完成了暗反应的微藻细胞回到光区再次接受光照，这样就使得进入光生物反应器的光量子被充分利用。因此通过使微藻细胞在光区与暗区之间高频率来回穿梭，可以提高总体的光能利用率和微藻细胞的产量。
然而，在常规的气升式光生物反应器中，藻细胞长时间处于光区或暗区，无法实现在光区与暗区之间的穿梭，藻细胞长时间位于光区会产生光抑制甚至是光损伤(即光照过量)；而距光区较远的藻细胞却长时间处于光限制状态(即光照不足)，使得光能利用率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述反应器包括罐体1、导流筒2、气体分布器3、顶盖5和内光源，其特征在于，所述内光源为棒状光源6；
所述的棒状光源6与微藻培养液的流动方向平行；
所述的棒状光源6由发光段7和非发光段8连续交替组成，用于在其周围形成连续交替的光区和暗区；
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述棒状光源的发光段的长度为5mm-50mm，非发光段的长度为10mm-50mm。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述棒状光源的截面可以是圆形或方形，优选圆形。所述棒状光源的实现方式包括但不限于用多个点光源在棒或管上排布实现，和/或将外部光源的光导入分段发光的导光管或光棒。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述多个点光源在棒或管上排布的实现方式下可以采用发光二极管(LED)，优选聚光型LED；此时棒状光源需要置入透明的内光源套管，内光源套管固定在顶盖上。其中，LED沿硬质圆管轴向分成多圈规则排布，每一圈占据的发光段的长度是5mm-10mm。所述的硬质圆管优选铝质圆管，其不仅起到支撑体的作用，同时起到散热的作用。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述的将外部光源的光导入分段发光的导光管的实现方式下可采用市售的导光管，此时棒状光源可直接浸没入培养液，上端直接固定在顶盖上。其中棒状光源的发光段的实现可以通过在导光管上打磨掉原始导光管的反光面而使光透出，在其周围形成连续交替的光区和暗区。
所述的将外部光源的光导入分段发光的光棒的实现方式下优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的侧发光光棒。此时棒状光源可直接浸没入培养液，上端直接固定在顶盖上。其中棒状光源的发光段的实现可以通过在光棒上打磨掉原始光棒的光滑表面而使光透出。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述反应器进一步包括导流筒2，通过设置在反应器底面的导流筒支柱和反应器侧面支撑架分别对导流筒2在轴向和径向进行固定，用于在罐体内形成培养液的循环；
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述光反应器罐体的高径比为1～15∶1，导流筒的直径(内径)与罐体直径(内径)之比为0.5～0.85∶1；所述光反应器罐体的罐体直径(内径)为50～200cm。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述棒状光源的数量按照下述原则计算：光反应器内单位培养液体积的总光能为1～15kw/m3。其中，每个棒状光源发出的光能用常规方法测量。
根据本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述罐体还可以设置夹套、视窗、传感器插口，所述顶盖上除了安装内光源棒或其套管外，还可以设置排气口、传感器插口等，所述罐体、导流筒、顶盖的材质可以选用任意对藻细胞无害又可加工成型的材质，如玻璃钢、不锈钢；所述气体分布器可以采用通常的气升式反应器的气体分布器材质，优选不锈钢多孔烧结板。
所述气升式光生物反应器的通气量(比)采用一般的气升式反应器的通气量，优选1％～3％(v/v)。
本发明的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器的优点在于：能够充分发挥藻细胞的“闪光效应”，提高微藻规模培养的光能利用率，提高单位照光面积的产量，照光面积大，液体混合好，气液传质强度高，剪切力低、操作简便。
附图说明
图1为本发明的气升式光生物反应器结构示意图；
图2为本发明的发光段与非发光段交替布置的分段发光的棒状光源结构示意图；
图3为微藻随培养液在气升式光生物反应器内运动时交替穿过光区和暗区自然形成闪光效应示意图。
附图标识
1、罐体 2、导流筒 3、气体分布器
4、内光源套管 5、顶盖 6、棒状光源
7、发光段 8、非发光段 9、光区
10、暗区
具体实施方式
下面结合附图对本发明的反应器进行进一步的说明。
如图1所示，气升式光生物反应器包括罐体1、导流筒2、顶盖3、棒状光源6，罐底中心设置气体分布器3，棒状光源6固定在顶盖5上并浸没入培养液中。棒状光源6浸没入培养液的部分为发光段7与非发光段8交替布置的分段发光的棒状光源，在反应液中形成交替分布的光区9和暗区10，如图2所示。当棒状光源6采用多个点光源在棒或管上排布的实现方式时，在该棒状光源6的外部还需要设置内光源套管4。
在本发明中，在气升式光生物反应器内设置多个内光源，内光源为发光段与非发光段交替布置的分段发光的棒状光源，因此在内光源棒的周围自然形成交替的光区和暗区。当培养液在气升作用下在反应器内循环流动时，流动方向与内光源棒的方向平行，使得藻细胞交替穿过光区和暗区，实现闪光效应。分段发光的棒状光源可以用多个点光源(如发光二极管)在棒或管上排布实现，也可以将外部光源的光导入、通过分段发光的导光管或光棒(如PMMA材质的侧发光光棒)实现。
实施例1
气升式光生物反应器罐体用不锈钢制成，内径600mm，从法兰到罐体底部的高为1125mm；导流筒用不锈钢制成，内径400mm，高为700mm，下沿距罐体底部的距离为125mm；罐底内壁面上固定有四个导流筒支柱，同时在罐体内壁面上装有3个支撑架，用以径向固定导流筒；内光源玻璃套管用硬质硅硼玻璃制作，外径40mm，内径33mm，总数量37个，采用ZL200420009076.2专利的方法固定在顶盖上并与顶盖密封；气体分布器的外壳用不锈钢制成，通气面为直径108mm的不锈钢烧结多孔板，平均孔径为80μm。反应器总容积300L，有效容积(装液量)为200L。每个内光源玻璃套管内放置1根棒状光源，棒状光源由LED沿铝质圆管轴向分成多圈规则排布形成，棒状光源上交替布置发光段与非发光段。每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的双芯3528型、最大功率为0.12W的发光二极管贴片(实际功率可调)10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。用光强测定仪(英国Hansatech公司生产)实际测量每个棒状光源发出的光能为5.79W，进入培养液的总光能为214.23W。
在该反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。装液量为200L，接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，通气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到2.75g/L，体积产率为0.55g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。装液量为200L，接种密度为0.098g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，通气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.0g/L，体积产率为0.2g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。装液量为200升，接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，通气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.6g/L，体积产率为0.32g/L.d。
实施例2
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度50mm，由5圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的双芯3528型、最大功率为0.12W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度50mm。每根棒状光源设置8个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为5.56，进入培养液的总光能为205.72W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到2.35g/L，体积产率为0.47g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.098g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.85g/L，体积产率为0.17g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.25g/L，体积产率为0.25g/L.d。
实施例3
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度10mm，由1圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的双芯3528型、最大功率为0.12W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度30mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布20圈共200个LED。实测每个棒状光源发出的光能为2.75W，进入培养液的总光能为101.75W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.9g/L，体积产率为0.38g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.098g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.65g/L，体积产率为0.13g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.2g/L，体积产率为0.24g/L.d。
实施例4
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的双芯3528型、最大功率为0.12W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为2.81W，进入培养液的总光能为103.97W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.7g/L，体积产率为0.34g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.099g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.7g/L，体积产率为0.14g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.05g/L，体积产率为0.21g/L.d。
实施例5
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的双芯3528型、最大功率为0.12W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为7.43W，进入培养液的总光能为274.91W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到3.1g/L，体积产率为0.62g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.098g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.2g/L，体积产率为0.24g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.8g/L，体积产率为0.36g/L.d。
实施例6
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的三芯5050型、最大功率为0.18W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为10.86W，进入培养液的总光能为401.82W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到3.4g/L，体积产率为0.68g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.45g/L，体积产率为0.29g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到2.05g/L，体积产率为0.41g/L.d。
实施例7
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的三芯5050型、最大功率为0.18W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为10.86W，进入培养液的总光能为401.82W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为4L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到3.85g/L，体积产率为0.77g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为4L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.65g/L，体积产率为0.33g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.098g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为4L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到2.8g/L，体积产率为0.56g/L.d。
实施例8
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的由LED制作的分段交替发光的棒状光源。棒状光源每个发光段长度20mm，由2圈LED构成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生产的三芯5050型、功率为0.18W的发光二极管贴片10个；每个非发光段长度20mm。每根棒状光源设置20个发光段，共排布40圈共400个LED。实测每个棒状光源发出的光能为10.86W，进入培养液的总光能为401.82W。
在该气升式光生物反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为6L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到4.1g/L，体积产率为0.82g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为6L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.75g/L，体积产率为0.35g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为6L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到3.05g/L，体积产率为0.61g/L.d。
实施例9
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为直接固定在顶盖上分段交替发光的PMMA材质的侧发光光棒，每个发光段长度20mm，每个非发光段的长度为20mm。实测每个棒状光源发出的光能为5.22W，进入培养液的总光能为193.14W。
在该反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基，装液量为200升，接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到2.25g/L，体积产率为0.45g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基，装液量为200升，接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.9g/L，体积产率为0.18g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基，装液量为200升，接种密度为0.099g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.4g/L，体积产率为0.28g/L.d。
对比实施例1
其他同实施例1的气升式光生物反应器。所用的内光源为分别置入每个内光源玻璃套管的市售通体发光的40W日光灯，每个日光灯发出的光能为4.16W，进入培养液的总光能为153.92W。
在该反应器中培养丝状体淡水蓝藻Anabaena SP.PCC.7120，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.11g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到1.4g/L，体积产率为0.28g/L.d。
在该反应器中培养小球藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.1g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.55g/L，体积产率为0.11g/L.d。
在该反应器中培养栅藻，培养液是以NaNO3为氮源的BG-11培养基。接种密度为0.12g干重/L。通入含CO2体积分数为5％的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，控制培养温度为25±1℃。藻细胞终密度达到0.9g/L，体积产率为0.18g/L.d。
通过实施例和对比实施例的结果看出，通过本发明对光源进行设置能够充分发挥藻细胞的“闪光效应”，提高微藻规模培养的光能利用率，藻细胞终密度和体积产率均得到很大程度的提高。
Claims (6)
1.一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，所述反应器包括罐体(1)、导流筒(2)、气体分布器(3)、顶盖(5)和内光源，其特征在于，所述内光源为分段发光的棒状光源(6)；
所述的棒状光源(6)与微藻培养液的流动方向平行；
所述的棒状光源(6)由发光段(7)和非发光段(8)连续交替组成，用于在其周围形成连续交替的光区和暗区；
所述棒状光源(6)的实现方式包括用多个点光源在棒或管上排布实现，和/或将外部光源的光导入分段发光的导光管或光棒实现。
2.根据权利要求1所述的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，其特征在于，所述棒状光源(6)中发光段(7)长度为5～50mm，非发光段(8)的长度为10～50mm，其截面为方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，其特征在于，所述棒状光源(6)为在硬质圆管上沿径向设置发光二极管，并且在轴向上多层设置组成内光源棒，其中在所述发光二极管的外面套有透明的内光源套管(4)，该内光源套管(4)固定于顶盖(5)上。
4.根据权利要求1所述的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，其特征在于，所述棒状光源(6)为将外部光源的光导入导光管中，形成棒状光源，其中所述导光管为将原始导光管中的部分反光面去掉，将导光管固定于顶盖(5)上直接插入反应器中，用于形成连续交替的光区和暗区；或
所述棒状光源(6)为将外部光源的光导入聚甲基丙烯酸甲酯材质的侧发光光棒，形成棒状光源，其中所述光棒为将原始光棒的部分光滑表面去掉，将光棒固定于顶盖(5)上直接插入反应器中，用于形成连续交替的光区和暗区。
5.根据权利要求1所述的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，其特征在于，
所述反应器罐体(1)的高径比为1～15：1，导流筒(2)与罐体直径的直径之比为0.5～0.85：1；
所述光反应器罐体(1)的罐体直径为50～200cm。
6.根据权利要求1所述的实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器，其特征在于，所述反应器内单位培养液体积的总光能为1kw～15kw/m3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110197276.XA CN102876561B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110197276.XA CN102876561B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102876561A CN102876561A (zh) | 2013-01-16 |
| CN102876561B true CN102876561B (zh) | 2015-06-03 |
Family
ID=47478084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110197276.XA Active CN102876561B (zh) | 2011-07-14 | 2011-07-14 | 一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102876561B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI608095B (zh) * | 2013-03-29 | 2017-12-11 | 映寶生物能源科技有限公司 | 密閉式藻類養殖系統 |
| CN104450492B (zh) * | 2013-09-18 | 2016-09-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种梯度光照的光生物反应器及其应用 |
| CN105400681B (zh) * | 2015-12-25 | 2019-06-07 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种基于led点光源的模块化光反应器及其设计方法 |
| CN108929843B (zh) * | 2018-07-23 | 2024-06-04 | 河南农业大学 | 一种生物质光合细菌制氢装置 |
| CN111676126B (zh) * | 2020-06-28 | 2023-02-10 | 烟台大学 | 一种用于微藻培养的气升式光生物反应器 |
| CN111979097A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-24 | 清华大学 | 一种微藻培养用光生物反应器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2351950Y (zh) * | 1998-09-01 | 1999-12-08 | 中国科学院海洋研究所 | 藻类生物反应器 |
| WO2007011343A1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-01-25 | Greenfuel Technologies Corporation | Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases |
| CN101550394A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-10-07 | 武汉钢铁(集团)公司 | 气升式光生物反应器 |
| CN101613664A (zh) * | 2009-07-16 | 2009-12-30 | 青岛生物能源与过程研究所 | 一种气升式光生物反应器 |
| CN201778022U (zh) * | 2010-03-12 | 2011-03-30 | 江苏大学 | 一种富油微藻培养装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201309929Y (zh) * | 2008-09-19 | 2009-09-16 | 谢仕贤 | 光生物反应器 |
-
2011
- 2011-07-14 CN CN201110197276.XA patent/CN102876561B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2351950Y (zh) * | 1998-09-01 | 1999-12-08 | 中国科学院海洋研究所 | 藻类生物反应器 |
| WO2007011343A1 (en) * | 2005-07-18 | 2007-01-25 | Greenfuel Technologies Corporation | Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases |
| CN101550394A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-10-07 | 武汉钢铁(集团)公司 | 气升式光生物反应器 |
| CN101613664A (zh) * | 2009-07-16 | 2009-12-30 | 青岛生物能源与过程研究所 | 一种气升式光生物反应器 |
| CN201778022U (zh) * | 2010-03-12 | 2011-03-30 | 江苏大学 | 一种富油微藻培养装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 用于微藻培养的气升式光生物反应器;康瑞娟等;《化学反应工程与工艺》;20010331;第17卷(第1期);44-49 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102876561A (zh) | 2013-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102876561B (zh) | 一种实现微藻闪光效应的气升式光生物反应器 | |
| Chiu et al. | The air‐lift photobioreactors with flow patterning for high‐density cultures of microalgae and carbon dioxide removal | |
| Fan et al. | Optimization of carbon dioxide fixation by Chlorella vulgaris cultivated in a membrane‐photobioreactor | |
| Zou et al. | Effect of light-path length in outdoor fiat plate reactors on output rate of cell mass and of EPA in Nannochloropsis sp. | |
| Mohsenpour et al. | Spectral conversion of light for enhanced microalgae growth rates and photosynthetic pigment production | |
| CN102134553B (zh) | 管式光生物反应器、培养微藻细胞的系统和方法 | |
| Ogbonna et al. | Sequential heterotrophic/autotrophic cultivation–an efficient method of producing Chlorella biomass for health food and animal feed | |
| Janssen et al. | Scale-up aspects of photobioreactors: effects of mixing-induced light/dark cycles | |
| KR101148194B1 (ko) | 투명 필름으로 이루어진 광합성 생물 반응기 | |
| CN102382754B (zh) | 一种发挥微藻“闪光效应”的光纤光生物反应器 | |
| Huang et al. | Improvement on light penetrability and microalgae biomass production by periodically pre-harvesting Chlorella vulgaris cells with culture medium recycling | |
| CN101709262A (zh) | 高密度培养微藻的太阳能分光光合生物反应器系统 | |
| CN1317379C (zh) | 微藻规模培养的管道光生物反应器 | |
| CN101899385A (zh) | 提高微藻规模培养的光能利用率的封闭式光生物反应器 | |
| He et al. | Cultivation of Scenedesmus obliquus and Chlorella pyrenoidosa in municipal wastewater using monochromatic and white LED as light sources | |
| CN103602579B (zh) | 一种微藻规模培养的管道式光生物反应器 | |
| Sanchez et al. | Raceway pond design for microalgae culture for biodiesel | |
| Yang et al. | Experimental study on microalgae cultivation in novel photobioreactor of concentric double tubes with aeration pores along tube length direction | |
| CN101906380B (zh) | 饵料微藻的封闭式管道培养装置及微藻管道培养方法 | |
| CN103525686A (zh) | 一种基于空心导光管的复合强化式微藻光生物反应器 | |
| Choi et al. | Optimum conditions for cultivation of Chlorella sp. FC-21 using light emitting diodes | |
| CN201924010U (zh) | 一种高效利用太阳能的规模化平板式光生物反应系统 | |
| CN202022940U (zh) | 一种微藻生物养殖的光生物反应器 | |
| Kubar et al. | Developing a Zigzag-baffled column photobioreactor to increase mass-transfer, CO2 fixation and biomass yield during A. platensis cultivation | |
| Taisir et al. | Cultivation of Nannochloropsis sp. using narrow beam angle light emitting diode in an internally illuminated photobioreactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |