CN103184139A - 光反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一光反应装置，包括：顶端敞开的培养池，在该培养池中形成有供培养液在其中循环流动的循环通道，循环通道的一部分通道由至少一个流体通道构成，每个流体通道由底壁、连接在底壁上的两个相对侧壁形成，并且至少一个侧壁为透明或半透明材料制成。在使用本发明培养光合微生物时，培养液整体温度不高，不至于培养物由于温度过高而致死，而且培养液的受光面积增加，产量提高。

Description

光反应装置
技术领域
本发明涉及一种光反应装置。
背景技术
光生物反应器是指能用于光合微生物及具有光合能力的组织或细胞培养的一类装置，与一般的生物反应器有相似的结构，有光、温度、溶解氧、CO2、pH和营养物质等培养条件的调节与控制系统。光生物反应器有较高的光能利用效率，在最佳状态下可达到18％，而植物和森林仅能利用入射光能的0.2％，并且可以进行全天候的连续或半连续培养，因此能实现光合生物的高密度培养并获得较高的单位面积或体积生物量产量。
藻类尤其是单细胞微藻能有效地利用光能、CO2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物、油以及多种高附加值生物活性物质，故目前光生物反应器主要用于微藻的大量和高密度培养。随着人类对微藻的认识不断加深，用于微藻高密度大量培养的光生物反应器受到国内外学者和企业的高度重视，开发和研制新型高效、低能耗、适合于产业化生产的光生物反应器，已成为藻类生物技术和微藻生物技术的一个重要组成部分。
图1为透明或非透明材料搭砌成的池子，池子中间有一道隔流墙，在池的一端装有搅拌桨，由于搅拌池中的培养液，使培养物悬浮，其中通过种子管路和培养基管路向培养池中提供种子和培养基。图1技术缺点是培养物受光面积有限，产量低。
图2为使用多片透明或半透明的硬质或软质材料制成的板式光反应器，多片材料中部具有一定的空间，其中布有曝气装置，用于培养物的搅拌和提供培养物所需气体营养源。外部加有框架，用于加固。用于培养物的光反应。图2技术缺点是温度易受外界环境影响，难以控制，容易超过培养物的耐受温度；即使人工控温，能耗较大；同时曝气兼有搅拌功能，能耗较大。反应器清洗困难，不易于大规模的生产应用。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光反应装置、以及光合微生物培养系统，在使用本发明培养光合微生物时，培养液整体温度不高，不至于培养物由于温度过高而致死，而且培养液的受光面积增加，产量提高。
为实现上述目的，本发明提供了一光反应装置，包括：顶端敞开的培养池，在该培养池中形成有供培养液在其中循环流动的循环通道，循环通道的一部分通道由至少一个流体通道构成，每个流体通道由底壁、连接在底壁上的两个相对侧壁形成，并且至少一个侧壁为透明或半透明材料制成。
优选地，在培养池中还设有由循环通道环绕的隔流槽，并且隔流槽构成循环通道的通道侧壁的一部分，其中，隔流槽为顶端敞开底端封闭的中空容器，其由底壁、连接在底壁上并围成一圈的四个侧壁构成，四个侧壁中的至少一个侧壁由透明或半透明材料制成。
优选地，隔流槽的横截面为上宽下窄的梯形结构，四个侧壁中的两个侧壁构成梯形结构的两个侧边，另两个侧壁中的每个与隔流槽的底壁夹角大于等于90°。
优选地，培养池的两端分别为带弧状的第一和第二池体，培养池的中间为将这两个池体连通的两个连接通道，这两个连接通道中的每个构成流体通道，并且这两个连接通道的侧壁均由透明或半透明材料制成。
优选地，隔流槽分别设在第一和第二池体中，这两个连接通道位于隔流槽的一侧或两侧。
优选地，培养池的池壁围成一个封闭池圈，流体通道形成在隔流槽的一侧或两侧。
优选地，流体通道为至少两个，每个流体通道为独立通道，每相邻两个流体通道之间按设定距离平行排列，并且所有流体通道的所有侧壁均由透明或半透明材料制成。
优选地，本发明还包括用于搅拌培养液的搅拌桨、以及气体营养液提供装置，搅拌桨和气体营养液提供装置设于培养池中。
优选地，培养池由PE材料制成。
本发明的有益技术效果在于：
1、利用本发明装置进行光合微生物培养时(例如微藻培养时)培养液整体温度不高，不至于培养物由于温度过高而致死。因为池体部分(培养池所包围的区域)表面积较大，水分蒸发量较大，可以维持其温度，在流体通道温度升高的液体到其他部分(循环通道中不具有流体通道的部分)与温度不高的液体混合，进行热交换，达到降温目的。
2、相对于传统跑道池，本发明光反应装置中，由于采用了流体通道，并且流体通道顶部敞开底端封闭，构成流体通道的所有侧壁中的至少一个侧壁是由透明或半透明材料制成的，这使得培养液的受光面积增加，产量提高。
3、相对于平板式反应器，本发明使用机械搅拌，即采用由电机驱动的搅拌浆，从而不需鼓风机提供大量气体进行搅拌，能耗降低。
4、培养结束后，本发明装置易清洗；而且本发明装置容易规模应用。
附图说明
图1是现有技术的光反应装置的一个实施例，示出了培养池平面图；
图2是现有技术平板式光反应器的透视图；
图3是本发明光反应装置的一个实施例；
图4是图3中流体通道的立体示意图；
图5是图3中隔流槽的立体示意图；
图6是本发明光反应装置的另一实施例。
具体实施方式
以下参见附图描述本发明的具体实施方式。
[本发明光反应装置的实施例1]
参见图3-5描述本发明光反应装置的一个实施例，其包括顶部敞开的培养池。培养池的两端分别为带弧状的第一和第二池体5、7，培养池的中间为将这两个池体5和7连通的两个连接通道1、2。如图4中示出的，这两个连接通道1和2各自由底壁c、连接在底壁c上的两个相对侧壁a和b形成，其中至少一个侧壁(优选为两个侧壁)由透明或半透明材料制成，而底壁c可以由任何材料制成。在搅拌浆的搅动下，培养液从第一池体5开始，依次经连接通道2、第二池体7、连接通道1后再回到第一池体5以构成循环流动，培养液循环流动所经过的区域一起构成了循环通道。显然在该实施例中，这两个连接通道1和2均构成了循环通道的一部分，此处每个连接通道1和2可称之为流体通道。应该理解，流体通道的底壁c可以是独立于培养池池底的、用于与培养池池底固定连接(例如粘接)的底板；也可以是培养池池底本身的一部分，即流体通道由池底、以及固定在池底上的两个相对侧壁构成。
继续参见图3，第一池体5和第二池体7中还设有隔流槽4，隔流槽4可以在任意位置，其将循环流动的培养液隔离成往返两个方向，即，隔流槽4与第一池体5之间的区域、以及隔流槽4与第二池体7之间的区域均构成循环通道的一部分。这两个连接通道1、2可以在隔流槽4的两侧也可以在隔流槽4的一侧。根据培养液的循环路径可知，隔流槽4由循环通道环绕并且构成循环通道的通道侧壁的一部分。在具体实施时，隔流槽4可以单体使用、也可多个横向、纵向联用。本发明光反应装置内部具有一定的深度，可盛装一定体积的液体(培养液)，显然，连接通道1、2与第一和第二池体5、7部分的深度可以相同，也可以不同。
参见图5，隔流槽4为顶端敞开而底端封闭的中空容器，其由底壁d、连接在底壁d上并围成一圈的四个侧壁e、f、g、h构成，这四个侧壁中的至少一个侧壁(优选地所有侧壁)由透明或半透明材料制成，而底壁d可以由任何材料制成。其中底壁d可以是培养池池底的一部分，本实施例中底壁d可以是第一和第二池体5和7的池底本身的一部分，也可以是独立于培养池池底并且用以固定在池底上的底板。从图5还可看出，隔流槽4的横截面为上宽下窄的梯形结构，隔流槽4的四个侧壁中的两个侧壁e、f构成梯形结构的两个侧边，另两个侧壁g、h中的每个与隔流槽4的底壁d的夹角大于等于90°。由于隔流槽4构成了循环通道的通道侧壁的一部分，因此隔流槽的敞开顶部高于培养池中培养液液面。
进一步，图3中还示出，本发明装置包括：设置在第一池体5中搅拌浆3、设在第二池体7中的气体营养源提供装置6。作为一种优选方式，第一池体、第二池体可以由PE(聚乙烯)板制成。
[本发明光反应装置的实施例2]
参见图6所示，示出了另一培养池15，该培养池的池壁围成一个封闭池圈，在封闭池圈中设有隔流槽4，隔流槽4结构与前述实施例1中描述的隔离槽结构相同，只是尺寸有变化而已。隔流槽4将培养池划分为供培养液往返流动的两个区域。在图6中，培养液(优选为藻液)沿箭头方向围绕隔流槽4循环流动。在隔流槽4的一侧(图6中隔流槽4的下方区域)形成有5个通道101、102、103、104、105，这5个通道是由间隔设置的5个侧壁将隔流槽4与池壁之间的区域划分而成的；这5个侧壁中至少一个(优选为所有侧壁)由透明或半透明材料制成。上述的5个通道构成了供培养液循环流动的循环通道的一部分。结合图4和图6，显然可以理解，这5个通道与前述的连接通道具有相同的构思，即二者均是流体通道均由底壁、连接在底壁上的两个相对侧壁组成，并且两个相对侧壁中的至少一个侧壁是由透明或半透明材料组成，而底壁可以是池底本身的一部分也可以是固定在池底上的底板。只是在图6的这5个通道中，每相邻两个通道之间共用一个侧壁，通道105的一个侧壁是培养池15的池壁本身。除了前述的共用一个侧壁的情形之外，还可以是如下情形：流体通道为至少两个，每个流体通道为独立通道，每相邻两个流体通道之间按设定距离平行排列，并且所有流体通道的所有侧壁均由透明或半透明材料制成。
尽管图6示出的是，构成循环通道的一部分的流体通道(该实施例中示出的是5个通道)形成在隔流槽4的一侧，但显然流体通道可以形成在隔流槽4的两侧。
图6还示出了设于培养池15中的搅拌桨3，其由三相异步电动机带动，并调整到所需要转速。在培养池中还设有曝气管9(相当于气体营养源提供装置)，曝气管9上设有气孔；曝气管9中的气体是由钢瓶8提供的CO2，通过流量计16调整到所需要的流量。再进一步，培养池15中置有上宽下窄的玻璃槽10，将所需要量的藻种和培养基通过泵14和阀门6加进光反应装置中，然后开动搅拌桨3，同时向曝气管通入CO2，使藻液沿顺时针(图6中箭头所示)方向流动，开始进行微藻的培养。
优选地，在图6示出的实施例中，培养池15由PE板制成，长6米，宽2米，高0.4米；在构成5个通道101、102、103、104、105的所有侧壁中，除了池壁之外，其余这5个通道的其余侧壁均是由厚度5mm的玻璃制成的，这5个通道长度为107cm，净宽度(除去侧壁的厚度)为5cm的流体通道，流体通道的底壁与池底PE板用胶将二者粘结密封。曝气管9可以设置为长度为80cm，外径为1cm，管上的气孔的直径为0.3mm。玻璃槽10的尺寸设置为其上底宽32cm，下底宽5cm，长度47cm。
根据以上本发明的光反应装置的两个实施例，显然，本发明的培养池中循环通道的一部分通道由至少一个流体通道构成，进一步在培养池中还设有由循环通道环绕的隔流槽。其中流体通道和隔流槽的所有侧壁中至少一个侧壁是有透明或半透明材料构成的。显然，由于流体通道为循环通道的一部分，所以流通通道的敞开顶端高出流经的培养液液面；同样地，由于隔流槽形成循环通道的通道侧壁的一部分，因此隔流槽的敞开顶端也高出流经的培养液液面。
另一方面本发明还提供一种光合微生物培养系统，其包括本发明前述任一光反应装置。
综上，本发明取得如下效果：
1、利用本发明装置进行光合微生物培养时(例如微藻培养时)培养液整体温度不高，不至于培养物由于温度过高而致死。因为池体部分(培养池所包围的区域)表面积较大，水分蒸发量较大，可以维持其温度，在流体通道温度升高的液体到其他部分(循环通道中不具有流体通道的部分)与温度不高的液体混合，进行热交换，达到降温目的。
2、相对于传统跑道池，本发明光反应装置中，由于采用了流体通道，并且流体通道顶部敞开底端封闭，构成流体通道的所有侧壁中的至少一个侧壁是由透明或半透明材料制成的，这使得培养液的受光面积增加，产量提高。
3、相对于平板式反应器，本发明使用机械搅拌，即采用由电机驱动的搅拌浆，从而不需鼓风机提供大量气体进行搅拌，能耗降低。
4、培养结束后，本发明装置易清洗；而且本发明装置容易规模应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光反应装置，包括：顶端敞开的培养池，在该培养池中形成有供培养液在其中循环流动的循环通道，其特征在于，
其中，所述循环通道的一部分通道由至少一个流体通道构成，每个流体通道由底壁、连接在所述底壁上的两个相对侧壁形成，并且至少一个所述侧壁为透明或半透明材料制成。
2.根据权利要求1所述的光反应装置，其特征在于，
在所述培养池中还设有由所述循环通道环绕的隔流槽(4)，并且所述隔流槽(4)构成所述循环通道的通道侧壁的一部分，
其中，所述隔流槽(4)为顶端敞开底端封闭的中空容器，其由底壁、连接在所述底壁上并围成一圈的四个侧壁构成，所述四个侧壁中的至少一个侧壁由透明或半透明材料制成。
3.根据权利要求2所述的光反应装置，其特征在于，
所述隔流槽(4)的横截面为上宽下窄的梯形结构，所述四个侧壁中的两个侧壁构成所述梯形结构的两个侧边，另两个侧壁中的每个与所述隔流槽(4)的底壁夹角大于等于90°。
4.根据权利要求2或3所述的光反应装置，其特征在于，
所述培养池的两端分别为带弧状的第一池体(5)和第二池体(7)，所述培养池的中间为将这两个池体连通的两个连接通道(1、2)，
其中，这两个连接通道(1、2)中的每个构成所述流体通道，并且这两个连接通道的侧壁均由透明或半透明材料制成。
5.根据权利要求4所述的光反应装置，其特征在于，
所述隔流槽(4)分别设在所述第一池体(5)和第二池体(7)中，所述两个连接通道(1、2)位于所述隔流槽(4)的一侧或两侧。
6.根据权利要求2或3所述的光反应装置，其特征在于，
所述培养池的池壁围成一个封闭池圈，所述流体通道形成在所述隔流槽(4)的一侧或两侧。
7.根据权利要求6所述的光反应装置，其特征在于，
所述流体通道为至少两个，每个流体通道为独立通道，每相邻两个流体通道之间按设定距离平行排列，并且所有流体通道的所有侧壁均由透明或半透明材料制成。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的光反应装置，其特征在于，
还包括用于搅拌培养液的搅拌桨(3)、以及气体营养液提供装置(6)，所述搅拌桨(3)和气体营养液提供装置(6)设于所述培养池中。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的光反应装置，其特征在于，
所述培养池由PE材料制成。
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