CN106467888B - 栅板式光生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种栅板式光生物反应器，包括支撑板和由支撑板支撑的多个栅板，所述多个栅板沿水平方向延伸并且在竖直方向上以相互间隔开的方式叠置，每个栅板具有用于放置培养目标光合微生物的培养液的上表面和与所述上表面相反的下表面，每个栅板具有与所述支撑板相连的连接侧，与所述连接侧相反的自由侧，以及与所述连接侧相邻的两个端部侧，在所述两个端部侧和所述自由侧处包括从相应栅板的上表面伸出的围堰部，其中，所述自由侧及端部侧的围堰部的最小竖直高度不大于10cm。此外，本发明还涉及一种运用上述栅板式光生物反应器培养光合微生物的方法。

Description

栅板式光生物反应器

技术领域

本发明涉及光生物反应器领域，具体涉及一种栅板式光生物反应器。

背景技术

光合微生物是一类以光为唯一或主要能量来源而生活的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素、可进行光合作用的微生物。这类微生物有着重要的生物利用价值，特别是微藻，富含蛋白质，可作为水产饵料或畜禽饲料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖等，这些物质往往是具有极高经济价值的生物活性物质，可以用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。其中，通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化成液体燃料、如生物柴油被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。

微藻大量培养已有几十年历史，目前的工业化微藻培养为液体浸没式，即以大量培养液作为微藻生长的介质，将藻种浸没在培养液内进行培养。浸没式培养又主要包括开放式培养池与密闭式光生物反应器(photo-bioreactor，PBR)两种形式。

开放式培养池的优点在于建造和运行的成本较低，然而，液体表面下部藻细胞受光度弱，池底细胞往往难以接受到充分光照，而且，开放池占地面积大，在培养时还需使用大功率的搅拌装置和曝气设备。此外，开放式培养池受外部自然环境影响很大，易受到细菌体和病虫害的污染，直接影响藻的生长和生物质增殖。

与此相比，密闭式PBR一般是采用透光材料(如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等)制成光径小的容器。如卧式或立式玻璃管、平板式玻璃水槽等现有光生物反应器，其培养体系的光照面积/体积比较大，细胞光照较充分，光合微生物细胞培养密度较开放式培养池更高，环境条件可控性强，更不易受外部环境污染。但是密闭式PBR同样也需要循环\搅拌装置、曝气装置，而单位空间体积的有效培养面积较小。而且，该类PBR通常其本体的造价较昂贵，运行维护成本高，难于规模化培养，无法达到理想的产业化目标，这些是实现微藻规模化产业最直接的制约因素，也是微藻产品成本无法达到大众化消费目标的原因。同时，这些传统的浸没式培养方式，由于必须使用搅拌、曝气、循环机械等，因此无法供一些特殊藻类的高效培养，如发菜、葛仙米及地皮菜。

另外，密闭式光生物反应器若采用玻璃材质，由于玻璃容器通常采用吹制工艺，要制作大型的、适于规模化生产的玻璃容器，目前存在很大的技术难度，即使是中小型试验用的玻璃管，其造价也相当高，而在连接组装过程中，还要借助许多连接组件，如专用的连接胶套，连接头，U形弯管等，还会经常出现玻璃管或连接组件的破损，维护起来也有困难。

前述的开放式、封闭式由于培养液在不停的循环和流动，因此，一旦培养液的局部被污染，则很快在全部的培养液范围内产生爆发性的污染；而固态的培养方式，经常是通过顶部的供液装置给多孔质材料表面供液，故同样无法避免污染源的快速传播。

另外，还有一类固态培养的光生物反应器，将藻种附着在能够吸附并释放水分的多孔质材料表面，通过慢慢向多孔质材料供应培养液，供附着其上的藻种生长。然而这种固态培养方法，往往在很大程度上要依赖多孔质材料的保水性能以及藻种附着特性，若材质保水性差，则需要不停地供水，耗费能量；而若藻种附着性差，藻种易脱离，则无法使藻种正常生长。这些多孔材质往往是不透光材料，会吸附较多光能，藻种对光的利用效率不高，其多孔性还会让藻种进入其内堵塞孔道，给后续供液、收获、清洁及消毒带来困难。而且，该固态培养方式往往非常不适用于体积较大的藻类，如发菜、葛仙米及地皮菜等的培养。

综上所述，现有的光生物反应器大致存在如下一些技术问题：①、开放式跑道池占地大，培养密度低，培养液循环能耗高，易受外界污染；②、密闭式的透光容器造价高，尤其玻璃容器，受限于玻璃加工工艺的特殊性，无法一次成型，制造成本、安装及维护成本都非常高，且同样存在细胞密度低，空间利用度不足，能耗高的问题。③、无论是开放式跑道池还是密闭式透光容器，都需要消耗大量培养液和能量，收获时培养液浓度低，需经过繁琐的分离、过滤和干燥处理程序的技术缺陷，无法降低微藻产品成本。④固态培养光生物反应器，对于材质本身的依赖性很大、光利用效率低，其适用性也比较受局限，其供液装置是一种耗能装置，故无法更进一步降低培养成本。⑤现有的光生物反应器均不利于污染源的有效隔离与控制。

为此，本发明人希望能够提供一种造价成本低廉、单位空间体积有效培养面积更大、光能利用效率高、培养能耗低、适用性广、收获程序简化及适于藻大规模产业化培养的光生物反应器，以便整体降低微藻的生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种产率高，能耗少、适用性广、适于规模化培养的光生物反应器。

为此目的，提供了一种栅板式光生物反应器，包括支撑板和由支撑板支撑的多个栅板，所述多个栅板沿水平方向延伸并且在竖直方向上以相互间隔开的方式叠置，每个栅板具有用于放置培养目标光合微生物的培养液的上表面和与所述上表面相反的下表面，每个栅板具有与所述支撑板相连的连接侧，与所述连接侧相反的自由侧，以及与所述连接侧相邻的两个端部侧，在所述两个端部侧和所述自由侧处包括从相应栅板的上表面伸出的围堰部，其中，所述自由侧及端部侧的围堰部的最小高度不大于10cm。

借助上述特征，可使本发明的栅板式光生物反应器在培养微藻的时候，培养液的厚度不超过10cm，因而可在不搅拌的情况下，处于培养液最底层的光合微生物依然可以接收到充分的光照。

根据一个可行实施例，在各栅板的端部侧，围堰部可在竖直方向上延伸至相邻的栅板从而形成连接到支撑板的整个端壁，以增加整体结构的机械强度，防止栅板塌陷。

根据一个可行实施例，所述支撑板是竖直放置的一体式支撑板，或由多个竖直放置的平板沿高度方向叠置连接到一起而构成。

根据一个可行实施例，所述支撑板是由多个子板件构成，所述多个子板件中的一个或多个或所有子板件与竖直方向成角度地放置。

根据一个可行实施例，所述多个子板件被一体地形成或者分别单独形成然后连接到一起。

根据一个可行实施例，所述多个子板件包括平板或弧形板。

根据一个可行实施例，所述自由侧处的围堰部相对于相应栅板的上表面成大于90度的倾角。

根据一个可行实施例，所述自由侧处的围堰部高出相应栅板的上表面1mm-10cm。

根据一个可行实施例，所述自由侧处的围堰部高出相应栅板的上表面1mm-5mm、10mm-30mm或30mm-100mm。

根据一个可行实施例，所述自由侧处的围堰部是附接到栅板的胶条，较佳为透明胶条。

根据一个可行实施例，各栅板从所述支撑板伸出的距离为10mm至60mm。

根据一个可行实施例，各栅板从所述支撑板伸出的距离相等或不同，和/或相邻两个栅板之间的间隔相同或不同。

根据一个可行实施例，所述支撑板与各栅板一体地形成，或者各栅板被单独形成然后附接到所述支撑板。

根据一个可行实施例，在所述栅板的其中一个端部侧或两个端部侧处包括从相应栅板的下表面延伸的肋，所述肋被连接到所述支撑板。

根据一个可行实施例，所述栅板从所述支撑板的一侧伸出，或者分别从所述支撑板的两侧伸出。

根据一个可行实施例，所述支撑板包括贯穿支撑板的厚度方向的开口。

根据一个可行实施例，在所述支撑板的顶端和底端之一或两者处设有连接结构，用于悬挂固定或用于与另一个栅板式光生物反应器的相应连接结构相连接。

根据一个可行实施例，所述连接结构是钩状部。

根据一个可行实施例，所述支撑板与各栅板由相同或不同材料制成。

根据一个可行实施例，所述栅板由塑料或玻璃制成。

根据一个可行实施例，所述栅板由下述材料之一制成：GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)，玻璃。

根据一个可行实施例，所述栅板式光生物反应器在竖直方向上的高度为1-10m，栅板沿背离支撑板的延伸方向上的宽度为10-300mm。

本发明还提供了一种利用上述的栅板式光生物反应器对光合微生物进行培养的方法，其中，所述方法是使培养液在培养周期内以薄层和静态的状态被容纳于各栅板的上表面，其中所述培养液的厚度不大于10cm。

采用本发明的栅板式光生物反应器，实现了结构高度集成化，培养表面积最大化，能够充分利用竖直方向上的空间，使单位空间体积内的光生物的培养体积优化，具有显著的比表面积优势；各层栅板上的培养液被摊薄成静态的液体膜层，并以其一个表面直接与环境接触，故可以充分与空气中CO₂接触和吸收的同时，还充分接收外部的光照，使培养液最底层的光合微生物也可以接收到光源，减少遮挡；结构的集成化有利于反应器的固定、以及提高空间利用效率。运用本发明培养微藻过程中，不需要大量的水体，无需输送机械或搅拌操作，节省了输送和搅拌能耗，又能很好地获得光照，有效控制局部污染源的爆发性扩散；在收获时，由于培养液量少，降低了所培养的光生物与培养液分离难度，缩短了收获周期，能够获得显著的经济效益。本发明的光生物反应器开创了一种薄层、静态的培养方式，是一种介于浸没式培养与固态式培养之间的全新培养模式，更可应用于体积和形态千差万别的各种藻类的养殖。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的栅板式光生物反应器的正视图；

图2是根据本发明第二实施例的栅板式光生物反应器的正视图；

图3是根据本发明第三实施例的栅板式光生物反应器的正视图；

图4是根据本发明第四实施例的栅板式光生物反应器的正视图；

图5是是第四实施例的栅板式光生物反应器的立体图；

图6是根据本发明第五实施例的栅板式光生物反应器的立体图；

图7是根据本发明第六实施例的栅板式光生物反应器的立体图；

图8是根据本发明第七实施例的栅板式光生物反应器的立体图；

图9是与根据本发明的栅板式光生物反应器形成对比的卧管式管道光生物反应器的立体图；

图10是在200m²的占地面积内采用图9中的反应器进行光生物培养的空间布局示意图；以及

图11是在200m²的占地面积内采用图1的栅板式光生物反应器进行光生物培养的空间布局示意图。

具体实施方式

本发明提供的光生物反应器总体上是一种多层栅板式光生物培养结构，主要包括支撑板和由支撑板支撑的多个栅板，各栅板沿水平方向延伸并且在竖直方向上以相互间隔开的方式叠置，每个栅板具有用于放置培养目标光生物的培养液的上表面和相反的下表面，每个栅板具有与所述支撑板相连的连接侧，与所述连接侧相反的自由侧，以及与所述连接侧相邻的两个端部侧，在所述两个端部侧和所述自由侧处包括从相应栅板向上延伸的围堰部。

各栅板的上表面、位于栅板连接侧的支撑板、以及位于栅板其它三个侧面的围堰部形成用于盛纳培养光生物的培养液的空间。

图1-5给出了本发明的栅板式光生物反应器的多个具体实施例。但是，本领域内的技术人员应理解，图中示出的实施例仅仅用来说明本发明的原理，而不意于限制本发明的范围。本发明的保护范围仅由权利要求限定。

为了便于理解，在本发明的所有附图中，结构或功能相同或类似的构件用相同的参考标记表示。贯穿本文，栅板式光生物反应器限定出位于竖直方向上的高度，栅板式光生物反应器的“宽度方向”是栅板从支撑板伸出的方向，即图1中的箭头方向W所示，栅板式光生物反应器的“长度方向”是指与竖直方向和宽度方向同时垂直的方向，即垂直于附图纸页的方向，如图5中的L所示。

图1示出了根据本发明的第一实施例的栅板式光生物反应器100。

栅板式光生物反应器100包括竖直放置的平板式支撑板40和从所述支撑板40的一侧伸出的多个栅板20，所述多个栅板20在水平方向上延伸并且在竖直方向上相互间隔开。各栅板20具有用于培养光生物的上表面22和相反的下表面26。

光源50设置于所述多个栅板20的背离支撑板40的一侧，用于为在上表面22上培养的光生物提供所需的光照。在本发明的优选实施例中，光源50包括多个光源50，在水平方向上分别设置于相邻的两个栅板20之间。光源50可以采用人工光源，也可以使用太阳光。

另外，每个栅板20包括被连接到支撑板40的连接侧32，与连接侧相反的自由侧34，以及与连接侧相邻的位于长度方向L上的两个端部侧33和35(见图5和图6)，在栅板20的自由侧34和两个端部侧33和35设置有防止培养光生物的培养液流出的围堰部24(两个端部侧33和35的围堰部未示出)。

围堰部24从栅板20的侧边缘向上竖直或倾斜地伸出，优选地，围堰部24与栅板20的上表面22成大于90度的角度或形成圆角，既起到阻挡培养液流出的目的，还避免产生收获死角或清洁死角，从而能够更高效地收获所培养的光生物。优选地，围堰部24高出栅板20的上表面22的距离为1mm-10cm，更优选1mm-5mm。

图2示出了根据本发明的第二实施例的栅板式光生物反应器100。第二实施例的栅板式光生物反应器100不同于第一实施例的栅板式光生物反应器100仅在于，在平板式支撑板40的两侧上对称地设置有多个栅板20。

在本第一和第二实施例中，支撑板40被提供为竖直放置的一件式平板。然而，这不是必须的，竖直平板支撑板40可以不是一件式平板，而是多个分别形成的平板竖直放置拼接而成的形式；支撑板40也可以不采用竖直平板形式，任何能够支撑栅板20的支撑板形式都可以采用。

例如，图3中示出的第三实施例与在图1和2中示出的第一和第二实施例的不同点在于支撑板40不是竖直板结构。

在图3的栅板式光生物反应器100中，支撑板40包括互相连接的多个子板件，这些子板件中的至少一个或多个或者所有都与竖直方向成角度地放置，例如最上面的子板件42竖直放置，其余的所有子板件44成“Z”字连接。这些子板件可以被提供为一体形成的多个部分，或者可以被提供为单独形成之后彼此连接到一起的多个部件。

栅板20可以全部设置于支撑板40的一侧，如图1和3所示；或者，栅板20被分开设置于支撑板40的两侧，如图2所示。栅板20可被连接到支撑板40的两个相邻部分之间的连接处，也可以连接到某一部分的任意位置，取决于栅板20之间的间距要求。

在图4示出的本发明的第四实施例中，在栅板式光生物反应器100的支撑板40的顶端和底端还设置有用于与另一个栅板式光生物反应器100的相应连接结构相连接的连接结构46。

作为一个例子，图4中的连接结构46被提供为钩状部，以与另一个栅板式光生物反应器100的相应钩状部相连接。当然，根据本发明的原理，任何能够实现此功能的结构都可以被采用。

在顶端提供连接结构46，便于光生物反应器100的悬挂固定；如图所示，在顶端和底端都包括连接结构46，使得多个光生物反应器能够在设置方向上串联连接。

这种固定方式，减少了对结构机械强度的要求。对于自支撑结构而言，可以将支撑板和栅板做得比较薄，使单位高度可分布更多的栅板，也因更薄故可增大透光度。

图5示出了图4的第四实施例的立体图，其中光源50未示出。

图6示出了本发明的第五实施例。第五实施例的栅板式光生物反应器100还包括设置于支撑板40的贯穿开口48。贯穿开口48用于使光源50的光更好地穿过、而非透射支撑板40，而到达支撑板40另一侧的栅板20的上表面22，从而更高效地利用光源50，减少光到达另一侧光生物培养液时的光损耗。

在支撑板40的强度足够的情况下，可以具有任何数量、形状和尺寸的贯穿开口48。另外，开口48也可以不贯穿支撑板40。

在前文描述的图示实施例中，在每个栅板20上的自由侧34和两个端部侧33和35处都设有具有相同高度的围堰部24，而在相应的图示中只示出了自由侧34处的围堰部24，两端部侧33和35的围堰部24未示出。

可选地，在光生物反应器100的长度方向上，即从栅板20的下表面26伸出、例如连接或一体地形成一个或多个肋(图中未示出)，这些肋可与支撑板40相连接。一方面，肋结构能够在一定程度上增强结构的稳定性，防止栅板塌陷，从而能够实现栅板更大的水平方向延伸范围。另一方面，肋既不会影响侧面光源的光照效率，也不减少培养液的比表面积。

在其他一些可行的实施例中，所述两个端部侧33和35处的围堰部24在竖直方向上向上延伸，延伸至高于自由侧34处的围堰部24。所述栅板20的两个端部侧33和35处的围堰部24还被连接到支撑板40，起到增强对各栅板20的支撑的作用。

例如，如图7，从端面看，所述两个端部侧33和35处的围堰部23和25成大致三角形形状，当然可以设计成任何其它形状。在图8中，各栅板20的两个端部侧33和35处的围堰部24在竖直方向上向上延伸至上面的栅板20，从而构成被连接到支撑板40的整个端壁70。由此不但增加了整体结构的机械强度，防止各栅板20塌陷，还能够使支撑板40和栅板20可以做得更薄。

本发明提供的光生物反应器在竖直方向上的高度可为1-10m，长度可为10-300mm。在未示出的一个实施例中，栅板式光生物反应器还包括包围该反应器的透光膜罩，使栅板式光生物反应器处于恒定温度、空气湿度的氛围，还有利于减少培养液中水分的蒸发，给光生物的培养创造最为适宜的生长条件。

上面结合附图描述了根据本发明优选实施例的栅板式光生物反应器100，然而，根据本发明的原理，本领域内的技术人员可以设想：栅板和支撑板可以被一体地形成；栅板和支撑板也可以是单独形成之后连接的形式，连接可以是任何形式的连接。作为一个可行实例，在竖直支撑板上形成有与栅板数量相当的插槽，借助于密封圈、粘接剂等，将栅板组合到支撑板的插槽内。

根据本发明的原理，本领域内的技术人员可以设想：围堰部可以是与栅板一体形成的部分，也可以是单独形成之后附接于栅板上的部件。作为一个例子，围堰部可以是固定在各栅板周围的胶条，优选透明胶条。

根据本发明的原理，本领域内的技术人员可以设想：支撑板可以是规则的竖向延伸的一件式平板，也可以由数块首尾相继连接在一起的折板或弧形板组成。如果支撑板包括非竖直延伸部分(倾斜延伸的折板形式或弧形板形式)，还可以增大一侧的受光面积，这些光的大部分都透过折射到达另一侧栅板上的培养液。此外，这种结构的支撑板还可以收到光源光线在竖向的分量。

根据本发明，栅板20从支撑板伸出的长度为10mm至60mm，围堰部从栅板的上表面高出的距离为1mm-10cm。

根据本发明的原理，本领域内的技术人员还可以优化栅板20之间的竖直间距，使得在单位体积内尽可能多地设置栅板，提高单位空间内的有效培养面积，节省占地，提高光源利用效率。通常，对人工光源装置而言，无论栅板的数量如何，都需要在反应器侧面方向安装LED光墙，为光生物的生长提供光源，在这种情况下，很显然，栅板的竖直间距越小、数量越多，光源的利用率越高。本发明为培养表面最大化，单位空间培养效率最大化，提供了工程上实现的可能性。

根据本发明的原理，栅板和支撑板可由相同的材料制成或者由不同的材料制成。作为光生物反应器的材料可以是塑料，优选透光率高的塑料，GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)等等，可以采用一体注塑成型工艺。热塑性材料还可以用挤出、热成型工艺，也可以浇铸成型。其中，PMMA的透光率甚至可高达92-95％。

与现有技术所述的玻璃制光生物反应器相比，塑料材质通常采用一体注塑成型、或挤出成型等手段，可以一次性成型几米到几十米的包括竖直支撑板、各栅板及围堰部所组成的栅板结构，无需二次加工，因此可以大幅度降低反应器本体的造价，而且无需配备专用连接件，节省了大量连接件的组装操作，安装和运行维护成本也低得多。

采用本发明的栅板式光生物反应器，当围堰部高出栅板上表面的距离为1-5mm时，由于培养液深度非常浅，其能够直接以较大的表面积与空气接触而吸收CO₂和放出氧气，在光合微生物的整个培养周期中，即使不搅拌、不设置曝气装置，仍然可以使绝大部分细胞都能够接收所需的光源和CO₂，并轻易排出对光合作用有抑制效果的O₂。因而，省去了搅拌培养液的装置和曝气装置，节省搅拌、循环及气体导入装置的能耗。另一方面，在收获时，由于培养液量少，降低了所培养的光生物与培养液分离难度，缩短了收获周期，直接关乎最终成本。

这种栅板式光生物反应器，包括分别在水平方向上延伸并且在竖直方向上间隔布置的多个栅板。栅板之间的间距可以很小，实现了结构高度集成化，培养表面积最大化。能够充分利用竖直方向上的空间，使单位空间体积内的光生物的培养体积优化，培养表面积优化，可以充分与空气中CO₂接触的同时，还充分接收外部的光源，减少遮挡。本发明结构的集成化有利于反应器的固定、以及提高单位空间的利用效率。

采用上述栅板式光生物反应器，各栅板及支撑板均为透明度高的材质，在藻的培养之初，由于各层栅板上的藻细胞密度有限，还未形成深绿色生物膜时，光线主要的走向包括(如图1、2和4中带箭头的直线所表示的)：①光源从栅板一侧直接照射在栅板培养液的上表面和下表面；②一部分光透过栅板到达相邻的下层或上层栅板的培养液；③一部分光线透过透明支撑板到达另一侧栅板的上表面、和下表面；④一部分光线透过另一侧栅板到达该相邻的下层或上层栅板的培养液。因而，采用本发明的栅板式光式光生物反应器，受光面积大，光利用效率非常高。如有必要，例如栅板透光率不足或培养后期藻细胞浓度变大时，则可以采用加大光照强度的方式，事实上在培养后期，为了使藻细胞有用的次生代谢物的积累，会相应减少光源需求。

这里，需要指出的是，由于栅板式光生物反应器的比表面积较大，可能会存在培养液蒸发过快的问题，因此，建议准备一培养液滴注装置和精细的液位高度监测器，与本栅板式光生物反应器一起使用，从而可以向各栅板上表面慢慢地加注培养液，使培养液的液膜基本维持在恒定的厚度。

光生物反应器的光照面积是评价光生物反应器培养效率的一个最为关键因素之一。下面针对相同的培养液体积，使本发明栅板式光生物反应器与传统的卧管式光生物反应器二者接受到光照的面积比较，来说明本发明栅板式光生物反应器的优势。

接受光照面积的比较：

传统卧管式光生物反应器，1L体积量藻液，占据直径为50mm的玻璃管道，根据圆柱体表面积计算方式，得到其受光表面积为：0.04m²。

本发明的栅板式光生物反应器，1L体积量藻液，液面厚度3mm，双面受光面积为：0.66m²。可见，相同体积的藻液接受光照面积提高约16.67倍。

为了更进一步说明本发明光生物反应器的优势，下面再以实例的形式说明根据本发明的光生物反应器的优势。

与根据本发明的光生物反应器形成对比的是，在图9中以透视图给出的卧管式管道光生物反应器200，箭头表示培养液进入和流出反应器200。

以200m²的占地面积为例，如图10所示，因为要布置与反应器200配套使用的泵210和曝气池220，所以只能布置4套如图9示的卧管式管道光生物反应器。假设每套卧管式管道光生物反应器的高度为2.5m，总培养体积量4000L，在10天的培养时间内，以生物质产量3g/L计算，共收获干物质12kg。

同样在200m²的占地面积中，如图11所示采用根据本发明的栅板式光生物反应器，不需要如图10所示的附加配套设施，所以可布置50个反应器100。假设反应器100的高度同样为2.5m，栅板20的规格为2.0×0.8m，相邻栅板20之间的间距为10mm，则每个反应器100可层叠的栅板数量为250层，如此每个反应器培养面积400m²，则50个反应器100的总培养面积为400×50＝20000m²。保守估算每天每平米培养生物质量1g/m²/d，同样培养周期10天，则生物质产量为：10d×20000m²×1g/m²/d＝200kg。

由上述对比可知，相同占地面积和占地空间的情况下，采用根据本发明的栅板式光生物反应器所得到的生物质产量大约是采用卧管式管道光生物反应器所得到的生物质产量的16.67倍。

与需要大量水体、需要大量功耗来输送培养液、而且还需要搅拌装置的传统的管道式光生物反应器相比，根据本发明的栅板式光生物反应器为静止培养，不需要大量的水体，培养过程中无需输送或搅拌操作，节省了输送和搅拌动力，又能很好地获得光照。另外，培养液浓度远远高于传统的管道式光生物反应器，因此在收获、浓缩、干燥、水处理等环节，就可以降低大量的光生物-培养液分离的工作量和能耗，从而降低收获时的综合成本，获得显著的经济效益。

由于本发明首次开创了在培养过程采用静态(不用搅拌)、薄层(培养液量少,光利用度高)的培养方式，将光合微生物置于适宜培养液量中进行培养，故非常适用于体积和形态较大的单细胞藻类的培养，包括发菜、葛仙米及地皮菜等等。

Claims (20)

1.一种栅板式光生物反应器，其特征是，所述栅板式光生物反应器包括支撑板和由支撑板支撑的多个栅板，所述多个栅板沿水平方向延伸并且在竖直方向上以相互间隔开的方式叠置，每个栅板具有用于放置培养目标光生物的培养液的上表面和相反的下表面，每个栅板具有与所述支撑板相连的连接侧，与所述连接侧相反的自由侧，以及与所述连接侧相邻的两个端部侧，在所述两个端部侧和所述自由侧处包括从相应栅板伸出的倾斜于相应栅板的上表面向上延伸的围堰部，其中，所述自由侧及端部侧的围堰部的最小高度不大于10cm，所述自由侧处的围堰部相对于相应栅板的上表面成大于90度的倾角，在所述支撑板的顶端和底端之一或两者处设有钩状部，用于悬挂固定或用于与另一个栅板式光生物反应器的相应连接结构相连接，所述栅板式光生物反应器还包括在水平方向上分别设置于相邻的两个栅板之间的光源。

2.根据权利要求1所述的栅板式光生物反应器，其特征是，在各栅板的端部侧，所述围堰部在竖直方向上延伸至相邻的栅板，从而形成被连接到所述支撑板的整体端壁。

3.根据权利要求1所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述支撑板是竖直放置的一体式支撑板，或由多个竖直放置的平板连接到一起而构成。

4.根据权利要求1所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述支撑板是由多个子板件构成，所述多个子板件中的一个或多个或所有子板件与竖直方向成角度地放置。

5.根据权利要求4所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述多个子板件被一体地形成或者分别单独形成然后连接到一起。

6.根据权利要求5所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述多个子板件包括平板或弧板。

7.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述自由侧处的围堰部高出相应栅板的上表面1mm-10cm。

8.根据权利要求7所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述自由侧处的围堰部高出相应栅板的上表面1mm-5mm、10mm-30mm或30mm-100mm。

9.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述自由侧处的围堰部是附接到栅板的透明胶条。

10.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，各栅板从所述支撑板伸出的距离为10mm至60mm。

11.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，各栅板从所述支撑板伸出的距离相等或不同，和/或相邻两个栅板之间的间隔相同或不同。

12.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述支撑板与各栅板一体地形成，或者各栅板被单独形成然后附接到所述支撑板。

13.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，在所述栅板的其中一个端部侧或两个端部侧处包括从相应栅板的下表面延伸的肋，所述肋被连接到所述支撑板。

14.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述栅板从所述支撑板的一侧伸出，或者分别从所述支撑板的两侧伸出。

15.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述支撑板包括贯穿支撑板的厚度延伸的开口。

16.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述支撑板与各栅板由相同或不同材料制成。

17.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述栅板由塑料或玻璃制成。

18.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述栅板由下述材料之一制成：GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)，玻璃。

19.根据权利要求1-6中任一所述的栅板式光生物反应器，其特征是，所述栅板式光生物反应器在竖直方向上的高度为1-10m，在垂直于竖直方向和栅板延背离支撑板延伸方向两者的方向上的宽度为10-300mm。

20.一种利用根据权利要求1-19中任一所述的栅板式光生物反应器对光合微生物进行培养的方法，其中，所述方法是使培养液在培养周期内以薄层和静态的状态被容纳于各所述栅板的上表面，其中所述培养液的厚度不大于10cm。