CN113136315B - 微藻种群培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微藻培养领域，公开了一种微藻种群培养装置，其中，微藻种群培养装置包括：缸体，为顶端开口的圆柱形中空结构；缸盖；驱动结构；组合棒，包括棒体、第一充气通道、第一灯条；中心柱，包括柱体、第二充气通道、第二灯条；压缩风机，设置在柱体上，与第一充气通道、第二充气通道连通；电源，设置在柱体，分别与驱动结构、第一灯条、第二灯条电连接。通过上述技术方案的设置，实现了：光线分布均匀；充气范围广阔且均匀，配合搅拌的作用，涡状的水流状态和上浮的气泡可以防止微藻细胞沉降，减少附壁和沉底；防止其他外来微藻或生物进入；结构紧凑，方便清洗。

Description

微藻种群培养装置
技术领域
本发明涉及微藻培养领域，具体地涉及一种微藻种群培养装置。
背景技术
微藻能有效利用光能、CO2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，可以通过微藻培养来生产保健食品、食品添加剂、饲料及其他化学品。特别是近年来随着生物能源技术的发展，某些含油微藻因其油脂生产能力高(一般占细胞干重的20-60％)，光合效率高、生长周期短，可在盐碱地、沙漠、海域养殖，具有不与粮争地及不与人争粮的巨大优势，以及可利用工厂废气中的二氧化碳为碳源等特点.世界各国已将其作为解决生物质能资源短缺的一条非常重要的途径，并投入巨大的资金和研究力量进行研究和技术开发。
微藻作为单细胞生物，其比陆生植物有快得多的生长速度，因而光合固碳能力更强。这也是微藻作为最有潜力的能源生物资源，或者说微藻生物能源技术的重要出发点。然而要发挥微藻的这种优势，建立微藻生物能源产业体系，以现代工业工厂化生产方式，大规模、低成本、高效、优质稳定的获得微藻生物量是前提，这也是目前微藻生物能源产业化面临的最大瓶颈。有分析表明，在用含油微藻进行生物柴油炼制中，仅微藻生物量的成本就占整个生物柴油生产成本的40-60％。因此微藻培养技术是关键。
目前的已获得工业化生产应用的微藻培养是开放式培养池形式。开放式培养池主要是利用天然或人工的长方型或长椭园形池塘，加装踏板式搅拌装置来实现培养池中的液体循环，以保证微藻细胞交替受光和空气中的CO2接触。但是，在现有开放式培养池中存在几个问题：1、光照强度不适合。光强是影响微藻光合作用和培养效率的主要因素。光照强度不足、过度或者传递不均是扩大化培养中出现的主要问题。2、微藻大量贴壁、沉底。微藻本身易有贴壁生长的现象。当水体搅动不匀，微藻大量的贴壁和沉底时，起到了遮光的效果，无法达到对光线和营养物质的利用，导致微藻的死亡。3、易受到外界污染。开放式的培养装置，容易让外来微藻或生物进入到培养装置中，引起污染。4、结构不紧凑，难清洗，容易二次污染。现有的管式培养器，为了达到光源的最大化利用，管子细长，占空间大；同时为了加强封闭性，又不易清洗。怎样实现微藻高效培养是现在微藻研究的重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种微藻种群培养装置和微藻培养方法，该发明能够解决现有技术中存在的光照强度不合适、微藻大量贴壁沉底、易受到外界污染、结构不紧凑难清洗的问题。
为了实现上述目的，本发明中第一方面提供了一种微藻种群培养装置，所述微藻种群培养装置包括：
缸体，为顶端开口的圆柱形中空结构；
缸盖，设置在所述缸体的顶端；
驱动结构，安装在所述缸体的缸壁顶端，可沿着所述缸体的缸壁顶端作圆周运动；
组合棒，包括棒体、第一充气通道、第一灯条，所述棒体的顶端与所述驱动结构固定连接，所述棒体与所述缸体的内壁贴合，所述第一充气通道从所述棒体的顶面贯通至底端，所述第一灯条包围在所述棒体侧壁上；
中心柱，包括柱体、第二充气通道、第二灯条，所述柱体设置在所述缸体内的圆心处，所述第二充气通道从所述柱体的顶面贯通至底端，所述第二灯条包围在所述棒柱体的侧壁上；
压缩风机，设置在所述柱体上，与所述第一充气通道、第二充气通道连通；
电源，设置在所述柱体，分别与所述驱动结构、第一灯条、第二灯条电连接。
通过上述技术方案的设置，所述驱动结构能够带动组合棒沿缸体的缸壁顶端作圆周运动，配合中心柱，实现了：1、在缸体中心以及缸体缸壁两个方位的布光，使得光线分布得均匀，有利于所有微藻的繁殖生长；2、在缸体中心以及缸体缸壁两个方位对缸体中的营养液进行充气以及沿着缸体的缸壁进行搅拌，充气范围广阔且均匀，配合搅拌的作用，涡状的水流状态和上浮的气泡可以防止微藻细胞沉降，减少附壁和沉底；使营养液的营养物质分布均匀，防止代谢产物在局部浓度过高；能使培养液温度上下一致；有效降低气体传导阻力，有利于光合作用放出氧气和补充二氧化碳；防止水表面产生菌膜；3、缸盖和缸体能够的形成封闭空间，防止其他外来微藻或生物进入；4、结构紧凑，方便清洗。
进一步地，所述驱动结构包括：
环形齿条，设置在所述缸体的缸壁顶端；
导向滑动钳，以夹持姿态安装在所述缸体的缸壁上，其顶端具有齿轮安装空间；
导向限位块，设置在所述导向滑动钳靠近所述缸体缸壁的侧面上；
环形导向槽，对应所述导向限位块设置在所述缸体缸壁上，所述导向限位块可移动地嵌入所述环形导向槽之中；
齿轮，设置在所述齿轮安装空间中，与所述环形齿条啮合；
驱动电机，与所述导向滑动钳固定连接，其输出轴与所述齿轮固定连接。
进一步地，所述柱体上设置有旋转接头安装座，所述旋转接头安装座的上表面设置有电旋转接头，所述电源通过导线分别与所述驱动结构、第一灯条电连接，所述电旋转接头设置在所述导线之间；
所述电旋转接头为沿其轴线贯通的结构，其中心设置有气旋转接头，所述压缩风机通过管路与所述第一充气通道连通，所述气旋转接头设置在所述管路中间。
进一步地，所述第一灯条沿所述驱动结构旋转方向的侧边设置有挡板，所述挡板靠近所述灯条的侧面形成有反光材料。
进一步地，所述压缩风机上设置有进风管，所述进风管穿过所述缸体的底部延伸至缸体外。
进一步地，所述进风管上设置有空气滤清器。
进一步地，所述第一灯条和所述第二灯条中同时设置有白光灯、红外光灯、紫外线灯。
进一步地，所述棒体与缸体的内底壁之间具有间隙。
进一步地，所述缸体侧壁的底部具有第一出液口和第二出液口，所述第一出液口位于所述第二出液口的上方。
本发明第二方面提供一种微藻培养方法，包括所述的微藻种群培养装置，其方法包括：
通过驱动结构持续带动组合棒沿所述缸体侧壁作圆周运动，并配合中心柱，实现对缸体内的微藻均匀布光速、多方位充气、匀速搅拌。
通过上述技术方案的设置，使用该方法能够实现：1、在缸体中心以及缸体缸壁两个方位的布光，使得光线分布得均匀，有利于所有微藻的繁殖生长；2、在缸体中心以及缸体缸壁两个方位对缸体中的营养液进行充气以及沿着缸体的缸壁进行搅拌，充气范围广阔且均匀，配合搅拌的作用，涡状的水流状态和上浮的气泡可以防止微藻细胞沉降，减少附壁和沉底；使营养液的营养物质分布均匀，防止代谢产物在局部浓度过高；能使培养液温度上下一致；有效降低气体传导阻力，有利于光合作用放出氧气和补充二氧化碳；防止水表面产生菌膜；3、缸盖和缸体能够的形成封闭空间，防止其他外来微藻或生物进入；4、结构紧凑，方便清洗。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明微藻种群培养装置一种具体实施例的外部结构示意图；
图2为图1剖视图；
图3为本发明微藻种群培养装置隐藏缸盖的结构示意图；
图4为图3的A处放大图；
图5为图2的B处放大图。
附图标记说明
1 缸体 33 导向限位块
2 缸盖 34 环形导向槽
3 驱动结构 35 齿轮
41 棒体 36 驱动电机
42 第一充气通道 71 旋转接头安装座
43 第一灯条 81 电旋转接头
51 柱体 72 气旋转接头
52 第二充气通道 44 挡板
53 第二灯条 73 进风管
7 压缩风机 74 空气滤清器
8 电源 91 第一出液口
32 导向滑动钳 92 第二出液口
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
本发明中第一方面提供了一种微藻种群培养装置，如图1-图5所示，所述微藻种群培养装置包括：
缸体1，为顶端开口的圆柱形中空结构；
缸盖2，设置在所述缸体1的顶端；
驱动结构3，安装在所述缸体1的缸壁顶端，可沿着所述缸体1的缸壁顶端作圆周运动；
组合棒，包括棒体41、第一充气通道42、第一灯条43，所述棒体41的顶端与所述驱动结构3固定连接，所述棒体41与所述缸体1的内壁贴合，所述第一充气通道42从所述棒体41的顶面贯通至底端，所述第一灯条43包围在所述棒体41侧壁上；优选地，所述组合棒地面的夹角呈60°～90°；
中心柱，包括柱体51、第二充气通道52、第二灯条53，所述柱体51设置在所述缸体1内的圆心处，所述第二充气通道52从所述柱体51的顶面贯通至底端，所述第二灯条53包围在所述棒柱体51的侧壁上；所述中心柱垂直设置；优选地，所述中心柱上具有托盘；
压缩风机7，设置在所述柱体51上，与所述第一充气通道42、第二充气通道52连通；
电源8，设置在所述柱体51，分别与所述驱动结构3、第一灯条43、第二灯条44电连接。
优选地，所述第一灯条43和第二灯条44的光照强度可调。
通过上述技术方案的设置，所述驱动结构3能够带动组合棒沿缸体1的缸壁顶端作圆周运动，配合中心柱，实现了：1、在缸体1中心以及缸体1缸壁两个方位的布光，使得光线分布得均匀，有利于所有微藻的繁殖生长；2、在缸体1中心以及缸体1缸壁两个方位对缸体1中的营养液进行充气以及沿着缸体1的缸壁进行搅拌，充气范围广阔且均匀，配合搅拌的作用，涡状的水流状态和上浮的气泡可以防止微藻细胞沉降，减少附壁和沉底；使营养液的营养物质分布均匀，防止代谢产物在局部浓度过高；能使培养液温度上下一致；有效降低气体传导阻力，有利于光合作用放出氧气和补充二氧化碳；防止水表面产生菌膜；3、缸盖2和缸体1能够的形成封闭空间，防止其他外来微藻或生物进入；4、结构紧凑，方便清洗。
为了能够带动组合棒沿着缸体1的内壁作圆周运动，在优选的情况下，所述驱动结构3包括:
环形齿条，设置在所述缸体1的缸壁顶端；
导向滑动钳32，以夹持姿态安装在所述缸体1的缸壁上，其顶端具有齿轮安装空间；
导向限位块33，设置在所述导向滑动钳32靠近所述缸体1缸壁的侧面上；
环形导向槽34，对应所述导向限位块33设置在所述缸体1缸壁上，所述导向限位块33可移动地嵌入所述环形导向槽34之中；
齿轮35，设置在所述齿轮安装空间中，与所述环形齿条啮合；
驱动电机36，与所述导向滑动钳32固定连接，其输出轴与所述齿轮35固定连接。
通过上述技术方案的设置，驱动电机36启动，带动齿轮35旋转，在导向限位块33和导向滑动钳32的限位下，驱动机构3能够沿着所述缸体1的侧壁作圆周运动。
考虑到驱动结构3和组合棒是绕着中心柱进行运动的，为了使导线的通气管路不会因为旋转发生缠绕和干涉，在优选的情况下，所述柱体51上设置有旋转接头安装座71，所述旋转接头安装座71的上表面设置有电旋转接头81，所述电源8通过导线分别与所述驱动结构3、第一灯条43电连接，所述电旋转接头81设置在所述导线之间；需要说明的是，所述电旋转接头也称为电滑环，主要用于传输精密信号、微弱电流、大电流、高电压，360°的连续旋转下，持续传输电力和信号。电旋转接头81的固定端与电源8延伸出的导线连接，电旋转结构82的旋转端与驱动结构3、第一灯条43延伸出的导线连接。
所述电旋转接头81为沿其轴线贯通的结构，其中心设置有气旋转接头72，所述压缩风机7通过管路与所述第一充气通道42连通，所述气旋转接头72设置在所述管路中间。需要说明的是，所述气旋转接头72的固定端与压缩风机7延伸出的管路连通，其气旋转接头72的活动端与第一充气通道42延伸出的管路连通。
优选地，所述导线和管路外套设有硬管，方便驱动结构3带动导线和管理旋转。
通过上述技术方案的设置，可以有效防止导线和管路在360°的连续旋转下，不会发生缠绕和干涉，持续传输电力和信号或者流体；这样子的设置可以有效减少驱动结构3的负载，节约能源。
由于第一灯条43在运动的过程中会刮除缸体1缸壁上的附着物，留在第一灯条43上的附着物会影响第一灯条43光照利用率，为了放置第一灯条43光照能力的下降，在优选的情况下，所述第一灯条43沿所述驱动结构3旋转方向的侧边设置有挡板44，所述挡板44靠近所述灯条43的侧面形成有反光材料。
通过上述技术方案的设置，挡板44远离所述第一灯条43的侧面能够刮除缸壁上的附着物，而反光材料能够将第一灯条43的光线反射入营养液中，由于其靠近灯条43，反光材料不会受到缸壁附着物的影响。
为了给压缩风机7提供进入的气流，在优选的情况下，所述压缩风机7上设置有进风管73，所述进风管73穿过所述缸体1的底部延伸至缸体外。
为了提高进入压缩风机7的气流质量，在优选的情况下，所述进风管73上设置有空气滤清器74。
为了缸体1和缸盖2所形成的空间能与外部进行气流交换的，在优选的情况下，所述缸盖2上设置有出风孔。优选地，所述缸盖2上设置开口、与开口铰接的门板，所述门板的设置方便从外部观察以及及时添加营养液。
优选地，所述第一灯条43和所述第二灯条53中同时设置有白光灯、红外光灯、紫外线灯。所述白光灯、红外光灯、紫外线灯分别与所述电源导线连接，并且在各自导线上设置有开关；所述白光灯、红外光灯能够促进微藻生长，所述紫外光灯能够在微藻培养结束后进行杀菌。
由于缸体1的藻液中会逐渐沉积死亡的藻细胞，为了防止组合棒将缸体1的内底壁中死亡的藻细胞搅动至上层的藻液之中，优选地，所述棒体41与缸体1的内底壁之间具有间隙。
进一步地，所述缸体1侧壁的底部具有第一出液口91和第二出液口92，所述第一出液口91位于所述第二出液口92的上方。所述第一出液口91距离缸体1的内底壁具有一定距离，能够与外接的水泵连接，用于采收藻液，第一出液口91上设置有阀门或者螺纹连接的密封盖，阀门或者密封盖用于在不采收藻液时对第一出液口91的密封。所述第二出液口92用于在清洗、消毒该装置时排出液体，第二出液口92上设置有阀门或者螺纹连接的密封盖，阀门或者密封盖用于在培养微藻细胞时对第二出液口92的密封.
本发明第二方面提供一种微藻培养方法，包括所述的微藻种群培养装置，其方法包括：
通过驱动结构3持续带动组合棒沿所述缸体1侧壁作圆周运动，并配合中心柱，实现对缸体1内的微藻均匀布光速、多方位充气、匀速搅拌。
通过上述技术方案的设置，使用该方法能够实现：1、在缸体1中心以及缸体1缸壁两个方位的布光，使得光线分布得均匀，有利于所有微藻的繁殖生长；2、在缸体1中心以及缸体1缸壁两个方位对缸体1中的营养液进行充气以及沿着缸体1的缸壁进行搅拌，充气范围广阔且均匀，配合搅拌的作用，涡状的水流状态和上浮的气泡可以防止微藻细胞沉降，减少附壁和沉底；使营养液的营养物质分布均匀，防止代谢产物在局部浓度过高；能使培养液温度上下一致；有效降低气体传导阻力，有利于光合作用放出氧气和补充二氧化碳；防止水表面产生菌膜；3、缸盖2和缸体1能够的形成封闭空间，防止其他外来微藻或生物进入；4、结构紧凑，方便清洗。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种微藻种群培养装置，其特征在于，包括：
缸体(1)，为顶端开口的圆柱形中空结构；
缸盖(2)，设置在所述缸体(1)的顶端；
驱动结构(3)，包括，
环形齿条，设置在所述缸体(1)的缸壁顶端；
导向滑动钳(32)，以夹持姿态安装在所述缸体(1)的缸壁上，其顶端具有齿轮安装空间；
导向限位块(33)，设置在所述导向滑动钳(32)靠近所述缸体(1)缸壁的侧面上；
环形导向槽(34)，对应所述导向限位块(33)设置在所述缸体(1)缸壁上，所述导向限位块(33)可移动地嵌入所述环形导向槽(34)之中；
齿轮(35)，设置在所述齿轮安装空间中，与所述环形齿条啮合；
驱动电机(36)，与所述导向滑动钳(32)固定连接，其输出轴与所述齿轮(35)固定连接；
组合棒，包括棒体(41)、第一充气通道(42)、第一灯条(43)，所述棒体(41)的顶端与所述驱动结构(3)固定连接，所述棒体(41)与所述缸体(1)的内壁贴合，所述第一充气通道(42)从所述棒体(41)的顶面贯通至底端，所述第一灯条(43)包围在所述棒体(41)侧壁上；
中心柱，包括柱体(51)、第二充气通道(52)、第二灯条(53)，所述柱体(51)设置在所述缸体(1)内的圆心处，所述第二充气通道(52)从所述柱体(51)的顶面贯通至底端，所述第二灯条(53)包围在所述柱体(51)的侧壁上；
压缩风机(7)，设置在所述柱体(51)上，与所述第一充气通道(42)、第二充气通道(52)连通；
电源(8)，设置在所述柱体(51)，分别与所述驱动结构(3)、第一灯条(43)、第二灯条(53)电连接；
所述柱体(51)上设置有旋转接头安装座(71)，所述旋转接头安装座(71)的上表面设置有电旋转接头(81)，所述电源(8)通过导线分别与所述驱动结构(3)、第一灯条(43)电连接，所述电旋转接头(81)设置在所述导线之间；
所述电旋转接头(81)为沿其轴线贯通的结构，其中心设置有气旋转接头(72)，所述压缩风机(7)通过管路与所述第一充气通道(42)连通，所述气旋转接头(72)设置在所述管路中间；
所述第一灯条(43)沿所述驱动结构(3)旋转方向的侧边设置有挡板(44)，所述挡板(44)靠近所述第一灯条(43)的侧面形成有反光材料。
2.根据权利要求1所述的微藻种群培养装置，其特征在于，所述压缩风机(7)上设置有进风管(73)，所述进风管(73)穿过所述缸体(1)的底部延伸至缸体外。
3.根据权利要求2所述的微藻种群培养装置，其特征在于，所述进风管(73)上设置有空气滤清器(74)。
4.根据权利要求1所述的微藻种群培养装置，其特征在于，所述第一灯条(43)和所述第二灯条(53)中同时设置有白光灯、红外光灯、紫外线灯。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的微藻种群培养装置，其特征在于，所述棒体(41)与缸体(1)的内底壁之间具有间隙。
6.根据权利要求5所述的微藻种群培养装置，其特征在于，所述缸体(1)侧壁的底部具有第一出液口(91)和第二出液口(92)，所述第一出液口(91)位于所述第二出液口(92)的上方。
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