CN1247766C - 一体式的气升式光生物反应器及其用途 - Google Patents

一体式的气升式光生物反应器及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种一体式的气升式光生物反应器，包括一个罐体，提升管，通气管，所有的部件均为耐热玻璃制成；并由外部的日光灯提供光照。该反应器为全玻璃一体式气体提升式光生物反应器，可用于藻类及其它光合生物细胞的悬浮培养。该反应器克服了现有的气升式光生物反应器结构复杂、不便于加工制造；且体积较大、使用时耗时长、不便于实验室使用的缺陷，是一种具有较大的面积体积比、较高的光合效率、混合和传质良好、结构简单、操作简便以及性能稳定的小型实验室用的反应器，用于各种光合细胞的培养时，可以大幅度提高产量，缩短培养周期，降低成本。

Description

一体式的气升式光生物反应器及其用途
技术领域
本发明涉及一种一体式的封闭式光生物反应器及其用途，特别涉及一种实验室规模的一体式的气升式光生物反应器及其用于藻类及其它光合生物细胞的悬浮培养。
技术背景
目前，封闭式光生物反应器尚处于实验研究阶段，种类和形式多种多样，还没有定型的商业产品。实验研究阶段的封闭式光生物反应器主要有管道式和板箱式两种。
管道式光生物反应器一般采用直径较小的透明硬质材料弯曲成不同形状并连接起来形成，有水平放置蛇型管道式反应器、双层排列管道式反应器、多支路并行流管道式反应器、α型管道式反应器、螺旋盘绕管道式反应器等。
板箱式光生物反应器主要有：水平放置的板式光生物反应器、垂直嵌槽板式光生物反应器、多层平行排列板式光生物反应器、倾斜鼓泡板式光生物反应器等。其共同特点是把数个薄板式光生物反应器单元连接在一起，达到一定的培养规模。为了提高受光表面积，板式光生物反应器板面趋向于空间放置。
管道式和板箱式光生物反应器中，培养液的循环采用泵驱动或气升两种方式。由于气升式循环对细胞的剪切作用较小，动力消耗也不大，在提供藻液流动动力的同时，还有助于气体交换，因此大多数选用气升式循环混合方式。
ZL99213569.9号专利报道的气升式光生物反应器由多个部件组装构成，结构复杂，其照光部分由耐热玻璃制做，其它部分为不锈钢结构，耐热玻璃部分和不锈钢部分通过法兰或螺纹连接，不便于加工制造；而且该气升式光生物反应器的体积一般较大，适于规模培养和制备，每次培养藻类均需较长的实验时间，不适于实验室小试使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的气升式光生物反应器结构复杂、不便于加工制造；且体积较大、使用时耗时长、不便于实验室使用的缺陷，从而提供一种具有较大的面积体积比、较高的光合效率、混合和传质良好、结构简单、操作简便以及性能稳定的小型实验室用的一体式的气升式光生物反应器。
本发明的另一目的是提供一种所述的一体式的气升式光生物反应器在藻类及其它光合生物细胞的悬浮培养中的应用。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一体式的气升式光生物反应器，包括一个罐体1，通过支柱5固定于其侧壁上并与罐体同轴的提升管2，提升管内部装有与之同轴的通气管3，并从罐体顶部中心伸出；
所述的罐体在提升管以上部分为扩大段，罐体下端外为与提升管同轴的夹套7，其间通入维持培养液温度的恒温水；
所述的提升管与罐体底部间有一可供培养液循环流动的间隙；
所述的通气管下端为气体分布器6，气体分布器可为单个或多个气体喷嘴，也可是圆形或环形的多孔板；
所有的部件均为耐热玻璃制成；
在罐体顶部还开有用于安装传感器和取样管的测试口4，其为标准磨砂玻璃口或带压帽的螺口；
由外部的日光灯提供光照。
本发明提供的一体式的气升式光生物反应器可用于藻类及其它光合生物细胞的悬浮培养。
本发明提供的一体式的气升式光生物反应器为内环流式，与现有技术相比具有以下优点和特点：
1、该反应器结构简单，加工费用低，操作方便；
2、该反应器为整体式耐热玻璃结构，可对反应器内的培养基进行整体、彻底的蒸汽灭菌，应用于微藻的高密度培养时使用更为可靠、方便；
3、提升管与罐底间适当的距离使培养液形成良好的循环流动，避免了死角，使混合充分，操作更稳定；
4、反应器的罐体上部有扩大段，为气液分离段，既可提高气液传质效率，还可减少培养过程产生的泡沫对操作的影响，并可以排布更多的测试口；
5、气体分布器延伸至罐的底部，使气体分布均匀，同时形成较大的提升力，不仅使培养液形成循环流动，并可使气体分散成小气泡，增大气液接触面积，提高气液传质速率；
6、本发明的一体式的气升式光生物反应器能够较好地满足光合生物的生长要求，大幅度提高光合细胞的产率，缩短培养周期；同时可获得良好的物料混合和较高的气液传质速率，减少了光合作用产生的氧对细胞的伤害；由于采用气升式混合方式，形成的剪切力很低，适合于较低剪切力耐受性的细胞的生长。
附图说明
图1为本发明的一体式的气升式光生物反应器的结构示意图；其中，1罐体，2提升管，3通气管，4测试口，5支柱，6气体分布器，7夹套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的一体式的气升式光生物反应器做进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一体式的气升式光生物反应器，包括一个罐体1，通过支柱5固定于其侧壁上并与罐体同轴的提升管2，提升管内部装有与之同轴的通气管3，并从罐体顶部中心伸出；所述的罐体在提升管以上部分为扩大段，罐体下端外为与提升管同轴的夹套7，其间通入维持培养液温度的恒温水；所述的提升管与罐体底部间有一可供培养液循环流动的间隙；所述的通气管下端为气体分布器6，气体分布器可为单个或多个气体喷嘴，也可是圆形或环形的多孔板；所有的部件均为耐热玻璃制成；在罐体顶部还开有用于安装传感器和取样管的测试口4；由外部的日光灯提供光照。
实施例1
罐体1的直径182mm，提升管2的直径131mm，整个反应器有效容积2.5升。气体分布器6为直径30mm的玻砂烧结多孔板，孔径为80μ。整个反应器由硬质硅硼玻璃制作。罐体四周均匀分布4～8支20W节能型日光灯提供光照。在该反应器中培养单细胞海洋蓝藻Synechococcus.sp.PCC.7002，以Medium A为培养基，从通气管3通入含1％CO2的空气二氧化碳混合气，气量为400ml/min，接种密度为0.13g/L干重。培养5天藻细胞终密度达到2.36g/L。
实施例2、
如实施例1的有效容积为2.5升的气升式光生物反应器。在该反应器进行单细胞海洋蓝藻Synechococcus.sp.PCC.7002的混合营养培养，以Medium A为培养基，添加3g/L的葡萄糖，通入含1％CO2的空气二氧化碳混合气，气量为400ml/min，接种密度为0.13g/L干重。培养5天藻细胞终密度达到3.6g/L。

Claims (7)

1.一种一体式的气升式光生物反应器，包括一个罐体，通过支柱固定于其侧壁上并与罐体同轴的提升管，提升管内部装有与之同轴的通气管，并从罐体顶部中心伸出；
所述的罐体下端外为与提升管同轴的夹套，其间通入维持培养液温度的恒温水；
所述的提升管与罐体底部间有一可供培养液循环流动的间隙；
所述的通气管下端为气体分布器；
所述的一体式的气升式光生物反应器为耐热玻璃制成的反应器。
2.如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征在于，所述的罐体在提升管以上部分为扩大段。
3.如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征在于，所述的一体式的气升式光生物反应器由外部的日光灯提供光照。
4.如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征在于，所述的气体分布器为单个或多个气体喷嘴。
5.如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征在于，所述的气体分布器为圆形或环形的多孔板。
6.如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征在于，所述的罐体的顶部还开有用于安装传感器和取样管的测试口。
7.一种权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器的用途，其特征是，所述反应器用于藻类及其它光合生物细胞的悬浮培养。
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