CN105969661B - 柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法，所述光生反应器包括柱式反应器及金字塔管式反应器；所述金字塔管式反应器包括自下而上依次累加的至少两层反应环，以及分别从所述反应环不同位置引出的分层入流汇流管与分层出流汇流管，所述分层入流汇流管、分层出流汇流管分别通过总入流汇流管、总出流汇流管与所述柱式反应器的出流口、入流口连接。本发明中，金字塔管式反应器可以有效消除管道之间的光遮蔽效应，并具有管程短，阻力小，循环流动快的优势，同时耦合柱式反应器可兼顾气体交换，消除了传统管式反应器溶解氧不易释放的缺陷。通过内外结合供光，可进一步强化光合作用；此外，大尺度循环也有助于强化传质过程。

Description

柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法
技术领域
本发明属于生物化工领域，涉及一种柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法。
背景技术
微藻能够通过光合作用将CO2和水转化为我们生活需要的各种有机化合物(如色素、蛋白质、氨基酸、维生素和脂肪酸、多糖等)。由于藻类具有高效光利用率，以及从周围环境中快速高效吸收营养素(如CO2、氮、磷等)并转化成有机化合物的能力，使藻类成为拥有未来解决食品农业、能源危机的巨大经济潜力。同时，藻类养殖对于CO2固定、污水处理等改善生态环境方面具有重大意义。尽管藻类具备了较高的环境与经济价值，但要实现微藻产业的经济性利用，目前仍受限于藻类养殖的核心装置—光生物反应器的设计研发。
目前，微藻培养主要有开放式和封闭式两种光生物反应器。开放式光生物反应器构建简单、成本低廉及操作简便，但存在易受污染、培养条件不稳定、占地面积大等缺点。与开放式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器克服了开放式光生物反应器的上述缺陷，可以控制各个生长参数。但由于封闭式光生物反应器类型多，存在不同的缺陷，如圆柱式光生物反应器容易发生光照不足、存在流动死区等问题；而管式光生物反应器容易出现溶解氧过高、气液混合不均以及光抑制和温度过高的问题；这些会导致培养的生物浓度和产出率较低。
在所有微藻培养过程中，光能利用率是影响微藻高密度培养的关键因素。光合自养模式下，封闭式管道光生物反应器因比表面积大、光能利用率高、不易污染、更好的流速调控等优点而广泛应用于微藻的工业化培养。但其传统栅栏式构型流程长、流动阻力大，溶解氧过高不易排出，容易造成管道内培养温度上升形成培养条件不稳定，此外存在管道之间的光遮蔽效应。
因此，如何提供一种新型结构的光生反应器，以提升光照利用率以及流动性能，克服常规管式及柱式反应器的诸多缺点，促进微藻固碳及培养效率的提升，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法，用于解决现有技术中光生反应器光照利用率不高、流动扩散性能及传质传热性能差、无法使藻液高效进行光合作用的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柱式耦合金字塔管式光生反应器，包括柱式反应器及金字塔管式反应器；所述金字塔管式反应器包括：
自下而上依次累加的至少两层反应环；其中，位于下层的反应环的周长大于位于上层的反应环的周长；
分别从所述反应环不同位置引出的分层入流汇流管与分层出流汇流管；所述分层入流汇流管通过总入流汇流管与所述柱式反应器的出流口连接，所述分层出流汇流管通过总出流汇流管与所述柱式反应器的入流口连接。
可选地，至少有两层反应环共用一条分层入流汇流管及一条分层出流汇流管。
可选地，所述金字塔管式反应器包括至少5层反应环，每2～5层反应环共用一条分层入流汇流管及一条分层出流汇流管。
可选地，所述分层入流汇流管与分层出流汇流管将所述反应环划分为长度相同的两段。
可选地，所述反应环为圆环、椭圆形环或多边形环。
可选地，所述反应环为多边形环，所述分层入流汇流管与分层出流汇流管从多边形环的一对对角分别引出。
可选地，所述金字塔管式反应器的底角为15°-75°。
可选地，所述金字塔管式反应器采用透明材质。
可选地，所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设有作为内部光源的人工光源。
可选地，所述人工光源包括支撑柱及设于所述支撑柱表面的LED灯带。
可选地，所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设有光导纤维光分布器。
可选地，所述光导纤维光分布器包括导光柱及连接于所述导光柱顶部的采光器；所述采光器突出于最上层的反应环之上，用于采集外部光线；所述导光柱用于对所述采光器采集的光线进行重新分配。
可选地，所述采光器顶部开口，且顶部开口面积大于其底部面积。
可选地，所述柱式耦合金字塔管式光生反应器还包括外部光源，所述外部光源包括自然光及人工光源中的至少一种。
可选地，所述柱式反应器的出流口与所述总入流汇流管之间设置有循环泵，用于将所述柱式反应器内的液体抽至所述金字塔管式反应器。
可选地，所述总入流汇流管还与第一气体供应管路连接；所述第一气体供应管路用于向所述总入流汇流管供应气体，使得所述总入流汇流管内的液体在气流及循环泵的作用下流动至各层反应环中，并与气体充分混合，最终通过所述总出流汇流管回流至所述柱式反应器。
可选地，所述第一气体供应管路包括空气压缩机、CO2储气装置及混合室，其中，所述空气压缩机提供的空气与所述CO2储气装置提供的CO2气体经过所述混合室混合后供应至所述总入流汇流管。
可选地，所述柱式反应器底部设有气体分布器；所述气体分布器与第二气体供应管路连接，用以对所述柱式反应器内的液体进行鼓泡并提供反应气体。
可选地，所述第二气体供应管路包括空气压缩机，用以向所述气体分布器供应气体。
可选地，所述柱式反应器至少有一部分采用透明材质。
可选地，所述柱式反应器为圆柱状或多边形柱状。
可选地，所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器还连接有配气系统、温控系统、循环系统、监测系统或尾气分析系统。
本发明还提供一种光生反应器的应用，所述光生反应器采用上述任意一项所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器。
可选地，所述应用是利用所述光生反应器进行微藻培养及CO2固定。
本发明还提供一种培养方法，包括如下步骤：
将含有CO2的气体输送至金字塔管式反应器的总入流汇流管；
利用气流及循环泵的推动作用，使所述总入流汇流管中的藻液流动至分层入流汇流管，并进一步流动至金字塔管式反应器的各层反应环中，与所述气体充分混合；
采用自然光光源及人造光源中的至少一种作为光源，使藻液在光照条件下于所述反应环中进行光合作用。
可选地，还包括利用循环泵将柱式反应器内的藻液抽至所述总入流汇流管的步骤。
可选地，还包括利用分层出流汇流管汇集至少一层所述反应环内的藻液，并利用总出流汇流管将所有分层出流汇流管内的藻液汇流，输送至柱式反应器。
可选地，还包括在所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设置人工光源作为内部光源。
可选地，还包括在所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设置光导纤维光分布器作为内部光源。
可选地，还包括利用设置于所述柱式反应器底部的气体分布器对藻液进行鼓泡的步骤，以提供反应气体并防止藻液沉积。
可选地，采用空气压缩机将空气分为两路，一路空气与CO2混合后输送至所述总入流汇流管，另一路空气输送至所述气体分布器。
如上所述，本发明的柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法，具有以下有益效果：本发明构建了“金字塔”结构的管式光生反应器为主、柱式反应器为辅的反应系统。首先，金字塔管式反应器可以有效消除管道之间的光遮蔽效应，且可以根据不同地理位置的日照角度、时间、强度等对金字塔进行结构优化，可实现自然光的合理利用；第二，在金字塔内部布置人工光源或光导纤维光分布器可实现内外结合供光，进一步强化光合作用；第三，金字塔管式反应器的进出流设计成对角分层汇流，可体现其管程短，阻力小，循环流动快的优势，同时耦合柱式反应器可兼顾气体交换，消除了传统管式反应器溶解氧不易释放的缺陷。此外，大尺度循环也有助于强化传质过程。本发明突破了传统管式光生反应器的构型，可以保障微藻养殖过程中光能获得的最大化，将有助于促进微藻固碳及培养效率的提升。
附图说明
图1显示为本发明的的柱式耦合金字塔管式光生反应器的立体结构示意图。
图2显示为所述金字塔管式反应器的侧视图。
图3显示为所述反应环为圆环的示意图。
图4显示为所述反应环为椭圆形环的示意图。
图5显示为所述反应环为正四边形环的示意图。
图6显示为所述反应环为菱形环的示意图。
图7显示为本发明的的柱式耦合金字塔管式光生反应器采用人工光源作为内部光源时的立体结构示意图。
图8显示为本发明的培养方法的操作流程图。
图9显示为本发明的培养方法所采用的光生反应器的管路连接图。
元件标号说明
1 柱式反应器
101 柱式反应器的出流口
102 柱式反应器的入流口
2 金字塔管式反应器
201 反应环
202 分层入流汇流管
203 分层出流汇流管
204 总入流汇流管
205 总出流汇流管
3 光导纤维光分布器
301 导光柱
302 采光器
4 人工光源
5 循环泵
6 空气压缩机
7 CO2储气装置
8 混合室
9 自然光光源
V1、V2、V3、V4 阀门
F1 流量计
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种柱式耦合金字塔管式光生反应器，请参阅图1，显示为所述光生反应器的立体结构示意图，包括柱式反应器1及金字塔管式反应器2。图2显示为所述金字塔管式反应器的侧视图。
具体的，所述柱式反应器1可以为但不限于圆柱状或多边形柱状，且至少有一部分采用透明材质，例如有机玻璃，以利于光线透入柱式反应器内部被利用。
具体的，所述金字塔管式反应器2包括：
自下而上依次累加的至少两层反应环201；其中，位于下层的反应环的周长大于位于上层的反应环的周长；
分别从所述反应环201不同位置引出的分层入流汇流管202与分层出流汇流管203；所述分层入流汇流管通202过总入流汇流管204与所述柱式反应器1的出流口101连接，所述分层出流汇流管203通过总出流汇流管205与所述柱式反应器1的入流口102连接。
具体的，至少有两层反应环201共用一条分层入流汇流管202及一条分层出流汇流管203。优选的，所述金字塔管式反应器包括至少5层反应环，每2～5层反应环共用一条分层入流汇流管及一条分层出流汇流管。
具体的，所述反应环201包括但不限于圆环、椭圆形环或多边形环。请参阅图3-图6，其中，图3显示为所述反应环为圆环的示意图，图4显示为所述反应环为椭圆形环的示意图，图5显示为所述反应环为正四边形环的示意图，图6显示为所述反应环为菱形环的示意图。在其它实施例中，所述反应环201也可以为其它形状，此处不应过分限制本发明的保护范围。
具体的，所述分层入流汇流管202与分层出流汇流管203分别从所述反应环201不同位置引出，优选为将所述反应环201划分为长度相同的两段，这样对称的引出有利于提高液体流动的均匀性及液体循环流动的速度。对于多边形环，所述分层入流汇流管202与分层出流汇流管203优选为从多边形环的一对对角分别引出。
作为示例，本实施例中所述金字塔管式反应器总高约为2m，反应环201的管径为60mm，反应环201共15层，每3层对角边缘处汇流一次与所述柱式反应器1进行连接，液体容积可达800升。
具体的，所述金字塔管式反应器2的底角为15°-75°，优选为30°-50°。
具体的，所述金字塔管式反应器采用透明材质，例如有机玻璃，使得光线能够透过反应环管壁，为管内的液体提供光照条件。
本实施例中，可采用人工光源及自然光源中的至少一种作为光生反应器的外部光源。
本发明中，金字塔管式反应器2可以有效消除管道之间的光遮蔽效应，且可以根据不同地理位置的日照角度、时间、强度等对金字塔进行结构优化，实现自然光的合理利用。
具体的，所述金字塔管式反应器2的各个反应环201所围成的空间内可进一步设有内部光源，从而实现内外结合高效供光布光，强化光能利用率。
作为示例，如图1所示，所述内部光源采用光导纤维光分布器3。光导纤维光分布器3可以将外部光源的光引入到金字塔管式反应器2内部并重新分布，提高光能利用率。
作为示例，所述光导纤维光分布器3包括导光柱301及连接于所述导光柱301顶部的采光器302；所述采光器302突出于最上层的反应环之上，用于采集外部光线；所述导光柱301用于对所述采光器302采集的光线进行重新分配。本实施例中，所述采光器302顶部开口，且顶部开口面积大于其底部面积，有利于收集更多的外部光线。
在另一实施例中，所述内部光源也可采用人工光源。请参阅图7，显示为所述金字塔管式反应器2的各个反应环201所围成的空间内设有人工光源4的示意图。作为示例，所述人工光源4包括支撑柱及设于所述支撑柱表面的LED灯带。
作为示例，所述柱式反应器1的出流口101与所述总入流汇流管204之间设置有循环泵，用于将所述柱式反应器1内的液体抽至所述金字塔管式反应器2。
作为示例，所述总入流汇流管204还与第一气体供应管路连接；所述第一气体供应管路用于向所述总入流汇流管204供应气体，使得所述总入流汇流管204内的液体在气流及循环泵的作用下流动至各层反应环201中，并与气体充分混合，最终通过所述总出流汇流管205回流至所述柱式反应器1。
作为示例，所述第一气体供应管路包括空气压缩机、CO2储气装置及混合室，其中，所述空气压缩机提供的空气与所述CO2储气装置提供的CO2气体经过所述混合室混合后供应至所述总入流汇流管。
作为示例，所述柱式反应器1底部设有气体分布器；所述气体分布器与第二气体供应管路连接，用以对所述柱式反应器内的液体进行鼓泡并提供反应气体。
作为示例，所述第二气体供应管路包括空气压缩机，用以向所述气体分布器供应气体。
本实施例中，所述第二气体供应管路与第二气体供应管路可以共用一个空气压缩机。
进一步的，所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器还连接有配气系统、温控系统、循环系统、监测系统或尾气分析系统，其具体设计可由本领域技术人员根据实际情况进行灵活调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。
本发明的柱式耦合金字塔管式光生反应器构建了“金字塔”结构的管式光生反应器为主、柱式反应器为辅的反应系统。首先，金字塔管式反应器可以有效消除管道之间的光遮蔽效应，且可以根据不同地理位置的日照角度、时间、强度等对金字塔进行结构优化，可实现自然光的合理利用；第二，在金字塔内部布置人工光源或光导纤维光分布器可实现内外结合供光，进一步强化光合作用；第三，金字塔管式反应器的进出流设计成对角分层汇流，可体现其管程短，阻力小，循环流动快的优势，同时耦合柱式反应器可兼顾气体交换，消除了传统管式反应器溶解氧不易释放的缺陷。此外，大尺度循环也有助于强化传质过程。
实施例二
本发明还提供一种光生反应器的应用，所述光生反应器采用实施例一种所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器。
具体的，所述应用也可以是生物、化工、环境等领域的微生物培养、化学反应容器、环境污染物的生物净化等。
作为示例，所述应用是利用所述光生反应器进行微藻培养及CO2固定。
实施例三
本发明还提供一种培养方法，请参阅图8，显示为该培养方法的操作流程图，包括如下步骤：
S1：将含有CO2的气体输送至金字塔管式反应器的总入流汇流管；
S2：利用气流及循环泵的推动作用，使所述总入流汇流管中的藻液流动至分层入流汇流管，并进一步流动至金字塔管式反应器的各层反应环中，与所述气体充分混合；
S3：采用自然光光源及人造光源中的至少一种作为光源，使藻液在光照条件下于所述反应环中进行光合作用。
作为示例，请参阅图9，显示为本发明的培养方法所采用的光生反应器的管路连接图。如图所示，所述光生反应器与循环泵5、空气压缩机6、CO2储气装置7及混合室8连接，其中，空气压缩机6将空气分为两路，一路空气与CO2经混合室8混合后输入进金字塔管式反应器2的总入流汇流管204，另一路空气输入进设于柱式反应器1底部的气体分布器(未图示)；循环泵5将所述柱式反应器1内的藻液抽取至所述金字塔管式反应器2，使得藻液能够在光生反应器的柱式反应器1与金字塔管式反应器2之间不断循环。图9中还示出了阀门V1、V2、V3、V4及流量计F1，所述阀门用于对气路或液路进行开启或关闭，所述流量计用于调控气体的流量。
具体的，首先在所述柱式反应器1内加入藻液及培养液，打开相关的配气系统、温控系统、循环系统、监测系统、尾气分析系统等，将5％(v/v)CO2与空气压缩机的一路空气在混合室混合后按照一定气量通入所述金字塔管式反应器2的总入流汇流管204，另一路空气通过气体分布器进入柱式反应器1底部进行鼓泡流动及微藻培养与CO2固定。气体分布器的进气不仅可以防止藻液沉积，还提供了反应气体，起到了一举多得的作用。
本实施例中，空气压缩机6输入的另一路空气并未与额外的CO2混合，但空气中本身存在的CO2也可以作为反应气体与微藻在光作用下进行反应，只是效率没有额外加入CO2的情况高。在另一实施例中，也可以将空气与额外的CO2混合后分为两路，分别输入进金字塔管式反应器2的总入流汇流管204及设于所述柱式反应器1底部的气体分布器。
进一步的，本发明的培养方法还包括利用分层出流汇流管203汇集至少一层反应环201内的藻液，并利用总出流汇流管205将所有分层出流汇流管203内的藻液汇流，输送至柱式反应器1。
进一步的，除了利用自然光光源9作为外部光源，本发明的培养方法还包括在所述金字塔管式反应器2的各个反应环201所围成的空间内设置人工光源或光导纤维光分布器3作为内部光源，实现内外结合供光，进一步强化光合作用。
需要指出的是，在培养过程中，上述各步骤均可同步进行，而不分先后顺序。
本实施例中在外部自然光源及光导纤维光分布器内部复合供光下进行小球藻的培养，温度为25℃，培养7天后，体积产率为0.92g/Ld，CO2固定效率达33％，相比传统管式反应器具有更高的微藻培养及固碳效率，对微藻经济发展、CO2减排等具有重要的意义。
综上所述，本发明的柱式耦合金字塔管式光生反应器、应用及培养方法构建了“金字塔”结构的管式光生反应器为主、柱式反应器为辅的反应系统。首先，金字塔管式反应器可以有效消除管道之间的光遮蔽效应，且可以根据不同地理位置的日照角度、时间、强度等对金字塔进行结构优化，可实现自然光的合理利用；第二，在金字塔内部布置人工光源或光导纤维光分布器可实现内外结合供光，进一步强化光合作用；第三，金字塔管式反应器的进出流设计成对角分层汇流，可体现其管程短，阻力小，循环流动快的优势，同时耦合柱式反应器可兼顾气体交换，消除了传统管式反应器溶解氧不易释放的缺陷。此外，大尺度循环也有助于强化传质过程。本发明突破了传统管式光生反应器的构型，可以保障微藻养殖过程中光能获得的最大化，将有助于促进微藻固碳及培养效率的提升。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (29)

1.一种柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：包括柱式反应器及金字塔管式反应器；所述金字塔管式反应器包括：
自下而上依次累加的至少两层反应环；其中，位于下层的反应环的周长大于位于上层的反应环的周长；
分别从所述反应环不同位置引出的分层入流汇流管与分层出流汇流管；所述分层入流汇流管通过总入流汇流管与所述柱式反应器的出流口连接，所述分层出流汇流管通过总出流汇流管与所述柱式反应器的入流口连接；所述分层入流汇流管与分层出流汇流管将所述反应环划分为长度相同的两段，形成对角分层汇流，使液体流动时的管程短及阻力小，提高液体流动的均匀性及流动速度。
2.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：至少有两层反应环共用一条分层入流汇流管及一条分层出流汇流管。
3.根据权利要求2所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述金字塔管式反应器包括至少5层反应环，每2～5层反应环共用一条分层入流汇流管及一条分层出流汇流管。
4.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述反应环为圆环、椭圆形环或多边形环。
5.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述反应环为多边形环，所述分层入流汇流管与分层出流汇流管从多边形环的一对对角分别引出。
6.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述金字塔管式反应器的底角为15°-75°。
7.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述金字塔管式反应器采用透明材质。
8.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设有作为内部光源的人工光源。
9.根据权利要求8所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述人工光源包括支撑柱及设于所述支撑柱表面的LED灯带。
10.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设有光导纤维光分布器。
11.根据权利要求10所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述光导纤维光分布器包括导光柱及连接于所述导光柱顶部的采光器；所述采光器突出于最上层的反应环之上，用于采集外部光线；所述导光柱用于对所述采光器采集的光线进行重新分配。
12.根据权利要求11所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述采光器顶部开口，且顶部开口面积大于其底部面积。
13.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述柱式耦合金字塔管式光生反应器还包括外部光源，所述外部光源包括自然光及人工光源中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述柱式反应器的出流口与所述总入流汇流管之间设置有循环泵，用于将所述柱式反应器内的液体抽至所述金字塔管式反应器。
15.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述总入流汇流管还与第一气体供应管路连接；所述第一气体供应管路用于向所述总入流汇流管供应气体，使得所述总入流汇流管内的液体在气流及循环泵的作用下流动至各层反应环中，并与气体充分混合，最终通过所述总出流汇流管回流至所述柱式反应器。
16.根据权利要求15所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述第一气体供应管路包括空气压缩机、CO2储气装置及混合室，其中，所述空气压缩机提供的空气与所述CO2储气装置提供的CO2气体经过所述混合室混合后供应至所述总入流汇流管。
17.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述柱式反应器底部设有气体分布器；所述气体分布器与第二气体供应管路连接，用以对所述柱式反应器内的液体进行鼓泡并提供反应气体。
18.根据权利要求17所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述第二气体供应管路包括空气压缩机，用以向所述气体分布器供应气体。
19.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述柱式反应器至少有一部分采用透明材质。
20.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述柱式反应器为圆柱状或多边形柱状。
21.根据权利要求1所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器，其特征在于：所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器还连接有配气系统、温控系统、循环系统、监测系统或尾气分析系统。
22.一种柱式耦合金字塔管式光生反应器的应用，其特征在于，所述光生反应器采用如权利要求1-21任意一项所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器进行微藻培养及CO2固定。
23.一种培养方法，其特征在于，包括如下步骤：
将含有CO2的气体输送至采用如权利要求1-21任意一项所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器的总入流汇流管；
利用气流及循环泵的推动作用，使所述总入流汇流管中的藻液流动至分层入流汇流管，并进一步流动至所述的柱式耦合金字塔管式光生反应器的各层反应环中，与所述气体充分混合；
采用自然光光源及人造光源中的至少一种作为光源，使藻液在光照条件下于所述反应环中进行光合作用。
24.根据权利要求23所述的培养方法，其特征在于：还包括利用循环泵将柱式反应器内的藻液抽至所述总入流汇流管的步骤。
25.根据权利要求23所述的培养方法，其特征在于：还包括利用分层出流汇流管汇集至少一层所述反应环内的藻液，并利用总出流汇流管将所有分层出流汇流管内的藻液汇流，输送至柱式反应器。
26.根据权利要求23所述的培养方法，其特征在于：还包括在所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设置人工光源作为内部光源。
27.根据权利要求23所述的培养方法，其特征在于：还包括在所述金字塔管式反应器的各个反应环所围成的空间内设置光导纤维光分布器作为内部光源。
28.根据权利要求24所述的培养方法，其特征在于：还包括利用设置于所述柱式反应器底部的气体分布器对藻液进行鼓泡的步骤，以提供反应气体并防止藻液沉积。
29.根据权利要求28所述的培养方法，其特征在于：采用空气压缩机将空气分为两路，一路空气与CO2混合后输送至所述总入流汇流管，另一路空气输送至所述气体分布器。
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