CN109182102B - 一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，包括无盖容器、底板，无盖容器与底板之间通过竖直的镜面外壳连接，形成一个腔体，在腔体内侧上部设有气体管道，气体管道，所述气体管道上设有充气口，沿气体管道的内环均匀设有柱式光生物反应器，柱式光生物反应器连接气体管道，柱式光生物反应器之间，通过设置在柱式光生物反应器下部的液体管道连接，形成液体流道；在腔体的中心位置设有灯柱，柱式光生物反应器包括玻璃管和设置在玻璃纤维布上的贴壁培养平板，玻璃纤维布悬挂在玻璃管内，在贴壁培养平板上接种藻类细胞，提供了一种结构简单、节省空间、光照利用率高、产率高等优点的光生物反应器。
Description
技术领域
本发明属于微藻培养技术领域，尤其涉及一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器。
背景技术
微藻是一类广泛分布于淡水或咸水水体中的单细胞藻类生物。它具有很强的光合作用能力及快速的繁殖能力，在生长过程中吸收二氧化碳、水体中的氮和磷，同时在细胞内积累油脂、色素、蛋白等有用物质。因此，微藻具有固碳、废水处理、制备生物能源、生产髙附加值产物等价值。在化石燃料日益趋紧及低碳要求日益加强的情况下，将藻类作为生物能源原料的微藻大规模培养的研究将会产生巨大的社会效益。目前国内外微藻的大规模光自养培养仅限于跑道池中，而且实现产业化的也仅有小球藻、螺旋藻、雨生红球藻和盐生杜氏藻。藻类的生产成本高，产量低，产品价格昂贵远远不能满足社会需求。据统计，目前微藻主要用于保健品和动物饲料，全球需求量约20000吨/年，但是生产能力只有9000吨/年，生产成本约20～200美元/公斤。而要实现微藻相关产品的大规模生产，除了要筛选出合适的藻种外，更重要的是要开发出大规模、高效率、低成本的微藻培养装置—光生物反应器。微藻是一类广泛分布于淡水或咸水水体中的单细胞藻类生物。它具有很强的光合作用能力及快速的繁殖能力，在生长过程中吸收二氧化碳、水体中的氮和磷，同时在细胞内积累油脂、色素、蛋白等有用物质。因此，微藻具有固碳、废水处理、制备生物能源、生产髙附加值产物等价值。在化石燃料日益趋紧及低碳要求日益加强的情况下，将藻类作为生物能源原料的微藻大规模培养的研究将会产生巨大的社会效益。目前国内外微藻的大规模光自养培养仅限于跑道池中，而且实现产业化的也仅有小球藻、螺旋藻、雨生红球藻和盐生杜氏藻。藻类的生产成本高，产量低，产品价格昂贵远远不能满足社会需求。据统计，目前微藻主要用于保健品和动物饲料，全球需求量约20000吨/年，但是生产能力只有9000吨/年，生产成本约20～200美元/公斤。而要实现微藻相关产品的大规模生产，除了要筛选出合适的藻种外，更重要的是要开发出大规模、高效率、低成本的微藻培养装置—光生物反应器。
光生物反应器是微藻大规模培养的重要装置，它为微藻提供适宜的温度、光照、PH、营养物质及混合。光生物反应器一般分为封闭式和敞开池二大类。封闭式光生物反应器主要有管道式、柱式及平板式在敞开池中，主要有跑道池和圆池，目前国内外微藻大规模光自养培养主要采用跑道池。最典型是跑道池反应器系统，其突出特点是构造简单，操作方便，成本低廉，但其培养条件难以控制，易受污染，产率较低等缺点越来越为人们所重视。而对于平板式，管道式，圆柱式等封闭式反应器的研究，虽然成本较高，但是有在混合光照和培养条件易于控制等方面的优势，是目前国内外大规模光生物反应器研发的重点方向。一般的光生物反应器比表面积较小，光合作用效率较低，想要获得较高产率的微藻存在巨大困难。
发明内容
本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，目的在于提供一种具备结构简单、节省空间、光照利用率高、产率高等优点的反应器，能够实现便捷、安全、经济地培养微藻。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，包括无盖容器、底板，所述无盖容器与底板之间通过竖直的镜面外壳连接，所述无盖容器的下底部、底板的上部与镜面外壳内侧之间形成一个腔体；在所述腔体内，沿镜面外壳内侧上部设有气体管道，所述气体管通设有水平的管道，该管道一端伸入气体管道内，另一端通过镜面外壳延伸出腔体作为充气口，通过该充气口通入CO2气体。
沿气体管道的内环均匀设有柱式光生物反应器，所述柱式光生物反应器连接气体管道，所述柱式光生物反应器之间，通过设置在柱式光生物反应器下部的液体管道连接，形成液体流道，且在连接相邻柱式光生物反应器的液体管道上设有微孔滤膜；所述液体管道上设有排水口，用于将各个柱式光生物反应器所产生的培养产物进行收集；所述排水口上设有阀门；所述液体管道通过竖直的支柱与底板连接，实现对液体管道的支撑。在所述腔体的中心位置设有灯柱，所述灯柱呈矩形，每个面固定若干荧光灯管，用于为反应器提供充足的光照条件；
所述柱式光生物反应器包括玻璃管、玻璃纤维布和贴壁培养平板；所述玻璃管上端为开口，底部封闭，在玻璃管底部装有气管，所述气管用于连接气体管道，所述玻璃纤维布上部设有带钩的挂件，用于将玻璃纤维布悬挂在玻璃管内，在所述玻璃纤维布上设有贴壁培养平板，贴壁培养平板用于接种藻类细胞；
所述贴壁培养平板为微孔滤膜；
所述无盖容器的下表面和柱式光生物反应器玻璃管管口接触，且在与玻璃管管口接触处设有通孔，用于向各个各柱式光生物反应器进行投放培养基以及将玻璃纤维布的放入、取出；
所述镜面外壳可设置为伸缩式镜面外壳，可以根据需求自动调节伸缩程度；
所述气体管道可以在腔体内同心的设置若干圈；且每一圈的气体管道之间连通，共用同一个充气口；每一圈的液体管道之间也连通，共用一个排水口；可以实现反应系统同时培养更多的微藻，且共用一个充气口、排水口，如此结构设计更为简单，操作更加方便；
所述灯柱可以以底板中心为原点，环状设置在圆柱腔体内，在系统设有多圈反应组时，可以在相邻气体管道之间均匀的设置灯柱，能够360°光照供给微藻培育，便于光照得到充分的利用。
本发明的有益效果：
(1)贴壁培养系统和微孔滤膜装置使微藻能在固定反应区培养，培养产物附于玻璃纤维布上，取出方便，含水量低，便于后续收集及热裂解等利用
(2)新型圆环型柱式光生物反应器内嵌灯管，可以调节灯光强度，360度光照供给微藻培育，便于光照得到充分的利用，也能够根据微藻的生存情况来调节强度。
(3)外围设计采用可伸缩式镜面材料，通过反射作用让光照得到重复利用，使得周身都能够吸收光强，而不锈钢材料防止装置腐蚀氧化。
(4)顶部设计成无盖圆柱体状，将空间最大化，培养液或者污水加入更加便捷，也增大了微藻的生存空间。
(5)圆环状的气体管道设计避免了需要对多个充气口同时充气的麻烦，微孔滤膜的均匀分布，避免微藻随意流动而影响养殖效果
附图说明
图1是本发明装置三维图；
图2是本发明装置内部结构俯视图；
图3是本发明装置无盖容器俯视图
图4是本发明装置的剖视图；
图5是柱式光生物反应器；
图中，1、无盖容器，2、投料口，3、灯柱，4、液体管道，5、支柱，6、底板，7、排水口，8、柱式光生物反应器，9、充气口，10、气体管道，11、伸缩式镜面外壳，12、反应区，13、阀门，14、微孔滤膜，15、玻璃纤维布，16、贴壁培养平板，17、挂钩，18、气管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明所提出的一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，包括无盖容器1、底板6，无盖容器1与底板6之间通过竖直的伸缩式镜面外壳11连接，无盖容器1的下底部、底板6的上部与伸缩式镜面外壳11内侧之间形成一个圆柱形的腔体；在该腔体内，沿伸缩式镜面外壳11内侧上部设有圆环状的气体管道10，该气体管道10可以以底盘的轴心线同心的设置两圈，两圈气体管道10之间通过一根细管道连通，该管道一端伸入气体管道内，另一端通过镜面外壳延伸出腔体作为充气口，通过该充气口9能够实现对两圈气体管道10同时充入CO2，且该管道可以对两圈气体管道10起到支撑作用，本发明中的气体管道10为橡胶材质。
如图2、4所示，沿每一圈气体管道10的内环均匀设有柱式光生物反应器8；如图5所示，柱式光生物反应器8包括玻璃管、玻璃纤维布15和贴壁培养平板16；玻璃管上端为开口，底部呈半圆形，类似于试管状，在半圆形的底部装有玻璃材质的气管18，且气管18与玻璃管为一体设计，通过该气管18与圆环状的气体管道10连接，既能够实现通气又能实现对气体管道10的支撑作用；玻璃纤维布15呈矩形，且玻璃纤维布15上部设有挂钩17，用于将玻璃纤维布15悬挂在玻璃管内，在该玻璃纤维布15上设有贴壁培养平板16，用于接种藻类细胞；在连接相邻柱式光生物反应器8的液体管道4上设有微孔滤膜14，微藻无法透过微孔滤膜14，能够将反应区12等分的区分，就是为了使微藻在整个装置内均匀分布；液体管道4通过竖直的支架与底板连接，实现对液体管道4的支撑。柱式光生物反应器8以及其底部的液体管道4为反应区12。
如图4，同一圈的柱式光生物反应器8之间，通过设置在柱式光生物反应器8下部的液体管道4接通，且两圈柱式光生物反应器8之间也用管子连通，形成完整的液体的流道，液体管道4上设有排水口7，排水口7上设有阀门13，用于将各个柱式光生物反应器8产生的培养产物进行收集。
如图2，在圆柱形的腔体的中心位置设有灯柱3，所述灯柱3呈矩形，每个面固定若干荧光灯管；在两圈气体管道10之间也可以在均匀的设置一圈光柱3，可以为微藻的培养提供充足的光照，且竖直的伸缩式镜面外壳11通过镜面外壳反射再利用光线，降低了系统内部的光照死区。
如图3，本发明中的无盖容器1的下表面和柱式光生物反应器8玻璃管管口接触，且在与玻璃管管口接触处设有与玻璃管口大小一样的孔，该孔为投料口2，用于向各个各柱式光生物反应器8进行投放培养基；且可以从该孔中将柱式光生物反应器8中的玻璃纤维布15取出，操作更简单方便。
为了更清楚的解释本发明的装置，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：
本发明所提出的用于微藻培养的圆环型光生物反应器，在进行微藻培养的培养时，先将微藻的细胞接种在玻璃纤维布15上的贴壁培养平板16上，从无盖容器1的孔上先将培养基添加到玻璃管中，再将玻璃纤维布15放入玻璃管中，通过挂钩17悬挂；打开所有的荧光灯管，调节光照强度，镜面外壳反射未完全利用光照，提高光照利用率；且从充气口9通入CO2，CO2气体进入气体管道10中，并通过气管18从柱式光生物反应器8的底部进入每一个柱式光生物反应器8，同时能够促进藻液均匀混合，通过打开排水口7上的阀门13，取样观察，收集产物，本发明主要用于高效培养微藻，光照利用率高、节省空间、产率高等，能够便捷、安全、经济地培养微藻。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器,其特征在于，包括无盖容器(1)、底板(6)，所述无盖容器(1)与底板(6)之间通过竖直的镜面外壳连接，所述无盖容器(1)的下底部、底板(6)的上部与伸缩式镜面外壳(11)内侧之间形成一个腔体；在所述腔体内，沿镜面外壳内侧上部设有气体管道(10)，所述气体管道(10)通过支架进行支撑，所述气体管道(10)上设有充气口(9)；
沿气体管道(10)的内环均匀设有柱式光生物反应器(8)，所述柱式光生物反应器(8)连接气体管道(10)，所述柱式光生物反应器(8)之间，通过设置在柱式光生物反应器(8)下部的液体管道(4)连接，形成液体流道，且在连接相邻柱式光生物反应器(8)的液体管道(4)上设有微孔滤膜(14)；所述液体管道(4)上设有排水口(7)；所述液体管道(4)通过竖直的支柱(5)与底板(6)连接，实现对液体管道(4)的支撑；在所述腔体的中心位置设有灯柱(3)；
所述气体管道(10)在腔体内同心的设置若干圈；且每一圈的气体管道(10)之间连通，共用同一个充气口(9)；每一圈的液体管道(4)之间连通，共用一个排水口(7)；且相邻气体管道(10)之间均匀的设置灯柱(3)；
所述柱式光生物反应器(8)包括玻璃管、玻璃纤维布(15)和贴壁培养平板(16)；所述玻璃管上端为开口，底部封闭，在玻璃管底部装有气管(18)，所述气管(18)用于连接气体管道(10)，所述玻璃纤维布(15)上部设有挂钩(17)，用于将玻璃纤维布(15)悬挂在玻璃管内，在所述玻璃纤维布(15)上设有贴壁培养平板(16)，所述贴壁培养平板(16)用于接种藻类细胞；
所述无盖容器(1)的下表面和柱式光生物反应器(8)玻璃管管口接触，且在与玻璃管管口接触处设有投料口(2)；
柱式光生物反应器(8)以及其底部的液体管道(4)为反应区(12)。
2.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，其特征在于，所述灯柱(3)呈矩形，每个面固定若干荧光灯管。
3.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆环型光生物反应器，其特征在于，所述排水口(7)上设有阀门(13)。
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