CN203768348U

CN203768348U - 光合微生物培养装置

Info

Publication number: CN203768348U
Application number: CN201320836762.6U
Authority: CN
Inventors: 龚豪; 赵亮
Original assignee: Wuhan Kaidi Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Wuhan Kaidi Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2023-12-18

Abstract

本实用新型公开了一种光合微生物培养装置，包括主体容器，主体容器内部充满营养雾，其顶部覆盖保水透气膜；主体容器内布置有多个光分散部件，光分散部件的上方设有透镜和光线耦合器，光通过透镜聚集到光线耦合器，光线耦合器再将光分为多束光，每一束光入射到一个光分散部件中，并通过光分散部件的表面透射出来，光分散部件透光部分的外表面覆盖多孔吸附材料，光合微生物附着其上生长。本实用新型可在培养光合微生物时提高光照的利用率。

Description

光合微生物培养装置

技术领域

本实用新型涉及微生物培养装置，尤其涉及一种光合微生物培养装置。

背景技术

光合微生物是一类系统发生各异、个体较小、通常为单细胞或群体的、能进行光合作用(少部分为异养生长)的水生(或陆生、气生、共生)低等植物，例如微藻。在地球上存活的光合微生物超过20万种，光合微生物每年固定的CO₂约占全球净光合产量的40％，在能量转化和碳元素循环中起到举足轻重的作用。它在自然界随处可见，容易生长和收获，产量很高。光合微生物种类繁多，它们表现为系统发生的多样性、遗传和表型的多样性、生长方式的多样性、生态多样性、代谢多样性、化学多样性和生物功能多样性，因此，它们的代谢产物也较为丰富，光合微生物能够通过生物转化或后加工形成多种形式的生物能源。如有些光合微生物在光合作用过程中能够通过光水解产生氢气；有些光合微生物在生长繁殖过程中，体内能够积累大量的脂肪酸；有些光合微生物在次生代谢过程中，会产生烃类物质；光合微生物光合作用所产生的生物质通过发酵气化、热解、氢化或热化学液化可分别转变为甲烷气、甲醇、汽油、烃或燃料油。

传统的光合微生物培养采用开放或密闭光反应器。开放式光反应器直接利用太阳光能，构造简单，成本低，操作容易，但容易污染，培养条件也不稳定。封闭式光反应器种类样式多样，较易控制污染，可获得比开放式更高的生物质产量，但是现有技术中封闭式光反应器中光照利用率不高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中封闭式光反应器中光照利用率不高的缺陷，提供一种光照利用率高的光合微生物培养装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种光合微生物培养装置，包括主体容器，主体容器内部充满营养雾，其顶部覆盖保水透气膜；主体容器内布置有多个光分散部件，光分散部件的上方设有透镜和光线耦合器，光通过透镜聚集到光线耦合器，光线耦合器再将光分为多束光，每一束光入射到一个光分散部件中，并通过光分散部件的表面透射出来，光分散部件透光部分的外表面覆盖多孔吸附材料，光合微生物附着其上生长。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，光分散部件接收光照的部分置于主体容器外，其余置于主体容器内。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，光分散部件的至少80%置于主体容器的营养雾内。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，光分散部件为等腰三角形，多个光分散部件并排倒置在主体容器内。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，主体容器上方设有多个喷雾头和一气体入口，气体入口与外部的气体存储罐连接。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，主体容器内部设有在线PH探头，与气体存储罐的电磁阀门连接。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，主体容器底部设有凹槽，与喷雾头连通。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，主体容器外壁设有用以降温的喷水带。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，透镜为菲涅尔透镜。

本实用新型所述的光合微生物培养装置中，主体容器上表面中央设有一个用于释放光合作用产生的氧气的窗口。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的光合微生物培养装置中，主体容器内布置有多个光分散部件，光分散部件的上方设有透镜和光线耦合器，光通过透镜聚集到光线耦合器，光线耦合器再将光分为多束光，每一束光入射到一个光分散部件中，并通过光分散部件的表面透射出来，光分散部件透光部分的外表面覆盖多孔吸附材料，光合微生物附着其上生长，光合微生物通过光分散部件的表面透射出来的光进行光合作用。本实用新型光合微生物培养装置有效提高了光照的利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例光合微生物培养装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例光在光分散部件中的光路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例的光合微生物培养装置，包括主体容器4，主体容器4内部充满营养雾，主体容器4有一定的密闭性，可以较好的控制内部的湿度，水分气体不易扩散，而光合作用产生的氧气不易溶于水，可以释放出主体容器4，为达到上述目的，可采用保水透气膜等。可在主体容器4上表面（如表面中央）设置一个小窗口，用于释放光合作用产生的氧气。

主体容器4内布置有多个光分散部件3，光分散部件3的上方设有透镜2和光线耦合器5，透镜2可选用菲涅尔透镜。光7通过透镜2聚集到光线耦合器5，光线耦合器5再将光分为多束光，每一束光入射到一个光分散部件3中，并通过光分散部件3的表面透射出来，光分散部件3透光部分的外表面覆盖多孔吸附材料（图中未示出），光合微生物附着其上生长。光分散部件3可视为主体容器4中的发光体，将其置于培养雾中，可以提高光照利用率。多孔吸附材料为对各类光合微生物生长无毒害作用的，具有一定保湿能力，且具微细结构的多孔吸附材料，如硅胶、树脂、纤维等，但不限于所列举的上述材料。

光合微生物接种后，可充分吸收到适宜的光照、CO₂与营养，表层细胞迅速生长积累，在多孔吸附材料表面形成厚度0.2mm～2mm的生物膜。通过透镜和光线耦合器的光经光分散部件的传递，将单位辐射过高的光强稀释到最适宜光合微生物生长的强度，有效的提高了光能利用效率。

本实用新型的一个实施例中，光分散部件3接收光照的部分置于主体容器4外，不浸没在主体容器4的营养雾中。光分散部件3的其余置于主体容器4内。本实用新型实施例中，光分散部件3的至少80%置于主体容器4的营养雾内。光分散部件3的透光率至少为80%，光分散部件3的材质可选用玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。

本实用新型中的光分散部件3的接受光线部分可以直接接收太阳光，或/和具有接收光线传递的光线接口，或/和LED光线接口。发射光线的部分为面发光，或多个细小点发光。侧发光光纤、LED点阵均可实现上述要求。光分散部件3的可发光表面积占总表面积的50%以上，优选90%。

本实用新型的一个实施例中，如图1所示，光分散部件3为等腰三角形，多个光分散部件3并排倒置在主体容器内。主体容器4与光分散部件3的发射光线的表面之间，光分散部件3相互之间均留有一定间隙，间隙可以是1～50cm，优选为4cm。该间隙可提供雾气或水性液体流通，使其能够均匀分布。

在本实用新型的另一实施例中，如图2所示，光分散部件3的上半部分为矩形，下半部分为倒置的等腰三角形，由光路图可知，将下半部分设计为倒置的等腰三角形，增大了出射光的面积，提高了光照利用率。

本实用新型的一个实施例中，主体容器4上方设有多个喷雾头1和一气体入口（图中未示出）。气体入口与外部的气体存储罐连接。喷雾头1和气体入口可喷施出雾状营养液与混合气体。本实用新型中的雾状营养液为光合微生物生长所需要的N、P、K与微量元素的混合液。营养液可以是用各种化合物配制的溶液，也可以是生物质电厂灰、污水、污泥等含有混合营养元素有机物的浸出液。不同的光合微生物要求的营养元素的浓度并不相同，实际培养中根据不同的要求配施不同浓度的营养液用以喷雾。本实用新型中的混合气体可以使大气与二氧化碳任意比例混合，或/和烟道气等。熟知的是，也可在营养液中添加无机碳源或/和碳酸氢根及CO₂溶液。

本实用新型实施例中主体容器4内的湿度和PH生长参数可通过调节施入的营养液与CO₂量或相当的无机碳源来实现。光合微生物培养必须保持适宜的PH，可通过调控气体入口通入适量的CO₂来实现。

具体可在主体容器4内部设置在线PH探头，与CO₂存储罐的电磁阀门连接。

本实用新型所述的光合微生物培养装置，主体容器底部设有凹槽6，与喷雾头1连通。通过凹槽6收集营养雾累计形成的未完全利用的营养液，以循环利用。

主体容器外壁设有用以降温的喷水带，以确保在阳光直射情况下主体容器4中营养雾的温度不至太高。因为高于30摄氏度时，大部分微藻细胞会出现不可逆的伤害。

本实用新型的一个较佳实施例中，选用一个1m×1m×0.5m的玻璃材质的容器，间距5cm左右设置9个光分散部件，具体的为厚度2mm的PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）板。容器外部设有一个直径30cm的菲涅尔透镜收集光线导入光分散部件。在10万lux光照的阳光下，容器内光分散板发射的光强约为400μmol/m²·s。也可采用LED直接接入光分散部件，可实现24h不间断光源输入。在容器外壁布置2条用以降温的喷水带，确保在阳光直射情况下反应器中藻液温度不至太高。因为高于30摄氏度大部分微藻细胞会出现不可逆的伤害。

光分散板（即光分散部件）表层覆盖一层0.5mm的硅胶，其上涂抹实验室繁育的小球藻细胞。该板顶部与容器上表面留有10cm，设置3个喷雾头与1个CO₂入口，通过外置泵通入配置好的营养液，配方见下表一。容器底部有一凹槽，收集营养雾累计形成的未完全利用的营养液，以循环利用。在容器中央位置布置一个在线PH探头，连接CO₂存储罐的电磁阀门。通过实时检测的PH数值，将小球藻的生长环境保持在7.5～8.0之间。PH低于该范围则自动调低CO₂通入量，PH高于该范围则自动调高CO₂通入量。在容器上表面中央设置一个5cm×5cm的窗口用于释放光合作用产生的O₂。培养4～7天后，在硅胶表面开始形成一层小球藻生物膜，即为光生物膜，15天后生物膜厚度达1mm，即可刮除收获。

表一：营养液配方表

NaNO₃	0.25 g/L
		K₂HPO₄	0.075 g/L
CaCl₂ 2H₂O	0.025 g/L
		EDTA	0.05 g/L
FeSO₄ 7H₂O	0.00498 g/L
		ZnSO₄ 7H₂0	0.00882 g/L
MoO₃	0.00071 g/L
		KH₂PO₄	0.175 g/L
MgSO₄ 7H₂O	0.075 g/L
		NaCl	0.025 g/L
KOH	0.031 g/L
		H₃BO₃	0.01142 g/L
MnCl₂	0.00144 g/L
		CuSO₄ 5H₂O	0.00157 g/L
Co(NO₃)₂ 6H₂O	0.00049 g/L

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种光合微生物培养装置，其特征在于，包括主体容器，主体容器内部充满营养雾，其顶部覆盖保水透气膜；主体容器内布置有多个光分散部件，光分散部件的上方设有透镜和光线耦合器，光通过透镜聚集到光线耦合器，光线耦合器再将光分为多束光，每一束光入射到一个光分散部件中，并通过光分散部件的表面透射出来，光分散部件透光部分的外表面覆盖多孔吸附材料，光合微生物附着其上生长。

2.根据权利要求1所述的光合微生物培养装置，其特征在于，光分散部件接收光照的部分置于主体容器外，其余置于主体容器内。

3.根据权利要求2所述的光合微生物培养装置，其特征在于，光分散部件的至少80%置于主体容器的营养雾内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光合微生物培养装置，其特征在于，光分散部件为等腰三角形，多个光分散部件并排倒置在主体容器内。

5.根据权利要求4所述的光合微生物培养装置，其特征在于，主体容器上方设有多个喷雾头和一气体入口，气体入口与外部的气体存储罐连接。

6.根据权利要求5所述的光合微生物培养装置，其特征在于，主体容器内部设有在线PH探头，与气体存储罐的电磁阀门连接。

7.根据权利要求5所述的光合微生物培养装置，其特征在于，主体容器底部设有凹槽，与喷雾头连通。

8.根据权利要求1所述的光合微生物培养装置，其特征在于，主体容器外壁设有用以降温的喷水带。

9.根据权利要求1所述的光合微生物培养装置，其特征在于，透镜为菲涅尔透镜。

10.根据权利要求1所述的光合微生物培养装置，其特征在于，主体容器上表面中央设有一个用于释放光合作用产生的氧气的窗口。