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Abstract

本发明公开了一种微藻培养装置，包括封闭式反应器组件、两个负压储液罐、控制电柜、简易空气净化装置、以及辅助水泵。本发明要点在于通过两个负压储液罐轮换储液达到负压高效驱动目的的微藻培养装置，该装置不仅克服了传统开放式培养无法无菌培养的缺陷，相比于其他方式驱动的封闭式培养装置更具有培养过程剪切力小而培养液扰动效果更佳，对藻细胞伤害小，能获得更高密度藻液，且能耗低等优点。

Description

一种微藻培养装置
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种微藻培养装置。
背景技术
微藻是一类体型微小、结构简单的光合自养微生物，可利用阳光、CO2以及其它营养物进行增殖快速生长并可在细胞内合成大量有机物。微藻对CO2的转化效率是陆地高等植物的10~50倍，因此对地球生态环境中的能量转化和碳循环具有重大的意义。同时微藻生物质中含有丰富的油脂、碳氢化合物和其他高附加值的生物活性物质，在制备液体燃料，生产医药、食品和动物饲料，以及CO2固定等方面具有广阔的应用前景。尽管有诸多优势，微藻的大规模培养仍是阻碍微藻产业化的主要原因之一。
微藻大规模培养主要分为开放式和封闭式培养，前者以跑道池居多，具有结构简单、建造和运行成本低、操作简单以及易管理维护等优点，但存在如占地面积大、水耗高、培养条件控制难、易被其他微生物污染、对环境气候要求较高以及光遮蔽效应等诸多缺陷。目前仅有少数能耐受能力强的藻种 ，如小球藻、 盐藻和螺旋藻等可进行开放式培养，大多数藻种只适合在调控适宜的封闭式光生物反应器下培养。
封闭式光生物反应器分为有管道式、平板式、叠加式、柱状气升式和搅拌式发酵罐以及浮式薄膜袋等类型。其中管道式光生物反应器有较高的比表面积，且水力循环系统简单，应用最为广泛，然而传统的管道式光生物反应器在光能和空间利用率、溶解氧的排放、微藻贴壁以及管道清洗方面均存在一定问题。近年来开展了大量的针对管道式反应器的改进研究，如CN 105505765A公开了一种微藻培养系统，该培养系统包括培养液水箱、第一水泵、第一光生物反应器、第二水泵、曝气罐、管式光生物反应器及管式离心机，具有培养效率高、质量高且培养条件易控等特点，然而该培养系统的缺点是工艺复杂，且能耗大。为了节省能耗，缪坚人申请了专利《一种工业化生产用光合生物反应器系统》（CN 1475558A），公开了一种封闭式管道微藻工业化生产光合生物反应器系统，该系统有效解决了微藻培养过程中贴壁问题，且能有效排除管道中蓄积的溶解氧，同时能耗低，仅有输液泵动力消耗，然而该反应器系统中的动力系统产生的剪切力会对藻细胞有一定程度的损伤。
所以如何设计一种微藻培养装置，如何解决传统开放式培养无法无菌培养的缺陷和动力系统产生的剪切力对藻细胞的损伤的问题。是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术的上述不足，提出了一种微藻培养装置，包括封闭式反应器组件、通过封闭式反应器组件上的管路连接的负压储液罐、通过负压储液罐上端管路连接的控制电柜、通过控制电柜上的气路电磁阀连接的简易空气净化装置、以及连接在封闭式反应器组件一端的辅助水泵；所述负压储液罐包括负压储液罐和负压储液罐，且下方均设计为锥底；所述负压储液罐上端设置有气路管，其中包括第一管路、第二管路、第三管路、以及第四管路；所述负压储液罐下端设置连接有单向逆止阀，其中与两个负压储液罐连接的向上逆止管路并接为第五管路，以及与两个负压储液罐连接的向下逆止管路并接为第六管路；所述封闭式反应器组件上设置有第七管路和第八管路，且分别与所述第五管路和第六管路相连；所述第一管路和第三管路分别连接控制电柜中的第一气泵的进气口和第一气路电磁阀，所述第二管路和第四管路分别连接控制电柜中的第二气泵的进气口和第二气路电磁阀。
优选地，所述简易空气净化装置包括柜体、设置柜体外部一端的进气口、设置在设置柜体外部另一端的出气口和出气口、以及设置在柜体内部的紫外灭菌灯；所述出气口与所述第三管路连接的第一气路电磁阀相连接，所述出气口与所述第四管路连接的第二气路电磁阀相连接。
优选地，所述封闭式反应器组件为管道式或平板式及其他类型封闭式反应器。
优选地，所述单向逆止阀为电磁阀。
优选地，所述进气口安装有消音器和简易空气初虑器并与大气直接连接，且简易空气初虑器包括棉花塞、空气过滤嘴。
另外，微藻培养装置总容积为0.00001~100m3；系统运行时环境温度为0~60℃，光照强度为0~100000Lux，水力停留时间为0.01~100天；
微藻藻种包括小球藻属、螺旋藻属、颤藻属、筒柱藻属、硅藻、菱形藻、裂壶藻、杜氏藻属、栅藻、微绿球藻、衣藻属、扁藻或空球藻属。
微藻培养基包括BG0-11培养基、F/2培养基、walne培养基、TAP培养基、zarrouk培养基、生活污水或动物粪便废水。
本发明的设计要点在于通过两个负压储液罐轮换储液达到负压高效驱动目的的微藻培养装置，该装置不仅克服了传统开放式培养无法无菌培养的缺陷，相比于其他方式驱动的封闭式培养装置更具有培养过程剪切力小而培养液扰动效果更佳，对藻细胞伤害小，能获得更高密度藻液，且能耗低等优点。
与现有技术相比，本发明在于克服了传统开放式培养无法无菌培养的缺陷，具有培养过程剪切力小而培养液扰动效果更佳，对藻细胞伤害小，能获得更高密度藻液，且能耗低等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的负压储液罐结构示意图；
图3为本发明的简易空气净化装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。
如图1至3所示，本发明提出一种微藻培养装置，包括封闭式反应器组件1、通过封闭式反应器组件1上的管路连接的负压储液罐2、通过负压储液罐2上端管路连接的控制电柜3、通过控制电柜3上的气路电磁阀连接的简易空气净化装置4、以及连接在封闭式反应器组件1一端的辅助水泵5；负压储液罐2包括第一负压储液罐203A和第二负压储液罐203B，且下方均设计为锥底；负压储液罐2上端设置有气路管201，其中包括第一管路601、第二管路602、第三管路603、以及第四管路604；负压储液罐2下端设置连接有单向逆止阀204，其中与第一负压储液罐203A和第二负压储液罐203B连接的向上逆止管路并接为第五管路605，以及与第一负压储液罐203A和第二负压储液罐203B连接的向下逆止管路并接为第六管路606；封闭式反应器组件1上设置有第七管路607和第八管路608，且分别与第五管路605和第六管路606相连；第一管路601和第三管路603分别连接控制电柜3中的第一气泵的进气口和第一气路电磁阀，第二管路602和第四管路604分别连接控制电柜3中的第二气泵的进气口和第二气路电磁阀。
简易空气净化装置4包括柜体403、设置柜体403外部一端的进气口401、设置在设置柜体403外部另一端的第一出气口404和第二出气口405、以及设置在柜体403内部的紫外灭菌灯402；第一出气口404与第三管路603连接的第一气路电磁阀相连接，第二出气口405与第四管路604连接的第二气路电磁阀相连接。
封闭式反应器组件1为管道式或平板式及其他类型封闭式反应器；单向逆止阀204为电磁阀或其他类型阀；进气口401安装有消音器和简易空气初虑器并与大气直接连接，且简易空气初虑器包括棉花塞、空气过滤嘴等；辅助水泵5主要用于向反应器内注培养液和微藻采收。
具体实施培养时，微藻藻种为螺旋藻，培养基为zarrouk培养基。
运行步骤为：
步骤1：微藻的扩培
将长势良好的微藻转入微藻培养基中于光照培养箱中培养，光照强度为3000~4000Lux，温度为30℃，定时通入无菌空气或CO2以混匀微藻，通气量为20L/min，扩培体积与反应器总体积比为0.1，获得光密度值为2的藻液；
步骤2：微藻的转接
配制相应体积微藻培养基，灭菌后通过辅助水泵5将培养基注入封闭式反应器体系1中，以同样方式将步骤1扩培所得的微藻加入反应器中；
步骤3：微藻培养装置的运行
启动第一管路连接的第一气泵，关闭第一气路电磁阀，同时打开第二气路电磁阀，此时第一负压储液罐203A液位开始上升，通过控制电柜3中的控制电器使第一负压储液罐203A液位上升至浮球液位开关202处时，关闭第一气泵，启动第二气泵，同时打开第一气路电磁阀关闭第二气路电磁阀，此时第一负压储液罐203A液位下降，而负压储液罐203B中液位开始上升，当负压储液罐203B液位上升至浮球液位开关202处时，关闭第二气泵，开启第一气泵，同时打开第二气路电磁阀关闭第一气路电磁阀，依次循环，达到培养液扰动的效果，该运行模式可设置定时启动，启动频率为5次/小时；
步骤4：微藻采收
关闭设备，通过辅助水泵5部分采收微藻后，通过辅助水泵注入新鲜培养基进行连续培养，可达到每天才收到的目的。
上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (3)

1.一种微藻培养装置，其特征在于：包括封闭式反应器组件（1）、通过封闭式反应器组件（1）上的管路连接的负压储液罐（2）、通过负压储液罐（2）上端管路连接的控制电柜（3）、通过控制电柜（3）上的气路电磁阀连接的简易空气净化装置（4）、以及连接在封闭式反应器组件（1）一端的辅助水泵（5）；所述负压储液罐（2）包括第一负压储液罐（203A）和第二负压储液罐（203B），且下方均设计为锥底；所述负压储液罐（2）上端设置有气路管（201），其中包括第一负压储液罐（203A）连通的第一管路（601）、第三管路（603），以及第二负压储液罐（203B）连通的第二管路（602）、第四管路（604）；所述负压储液罐（2）下端设置连接有单向逆止阀（204），其中与第一负压储液罐（203A）和第二（203B）连接的向上逆止管路并接为第五管路（605），以及与第一负压储液罐（203A）和第二负压储液罐（203B）连接的向下逆止管路并接为第六管路（606）；所述封闭式反应器组件（1）上设置有第七管路（607）和第八管路（608），且分别与所述第五管路（605）和第六管路（606）相连；所述第一管路（601）和第三管路（603）分别连接控制电柜（3）中的第一气泵的进气口和第一气路电磁阀，所述第二管路（602）和第四管路（604）分别连接控制电柜（3）中的第二气泵的进气口和第二气路电磁阀；
所述简易空气净化装置（4）包括柜体（403）、设置柜体（403）外部一端的进气口（401）、设置在设置柜体（403）外部另一端的第一出气口（404）和第二出气口（405）、以及设置在柜体（403）内部的紫外灭菌灯（402）；所述第一出气口（404）与所述第三管路（603）连接的第一气路电磁阀相连接，所述第二出气口（405）与所述第四管路（604）连接的第二气路电磁阀相连接；
所述进气口（401）安装有消音器和简易空气初滤器并与大气直接连接，且简易空气初滤器包括棉花塞、空气过滤嘴；
微藻培养装置的运行：
启动第一管路连接的第一气泵，关闭第一气路电磁阀，同时打开第二气路电磁阀，此时第一负压储液罐（203A）液位开始上升，通过控制电柜（3）中的控制电器使第一负压储液罐（203A）液位上升至浮球液位开关（202）处时，关闭第一气泵，启动第二气泵，同时打开第一气路电磁阀关闭第二气路电磁阀，此时第一负压储液罐（203A）液位下降，而负压储液罐（203B）中液位开始上升，当负压储液罐（203B）液位上升至浮球液位开关（20）2处时，关闭第二气泵，开启第一气泵，同时打开第二气路电磁阀关闭第一气路电磁阀，依次循环。
2.如权利要求1所述的微藻培养装置，其特征在于：所述封闭式反应器组件（1）为管道式或平板式反应器。
3.如权利要求1所述的微藻培养装置，其特征在于：所述单向逆止阀（204）为电磁阀。
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