CN203923169U - 一种气升式光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种气升式光生物反应器，包括带有排液口和进气口的底座、带有进液口和排气口的上盖、外筒、导流筒和气体分布器，所述外筒和导流筒采用软体薄膜材料制成，所述气体分布器设置在外筒和导流筒之间的环隙处。本实用新型的软体气升式光生物反应器采用软体薄膜材料，解决了导流筒的塌陷问题，液体环流循环效果好，使藻类在较温和条件下有效地循环流动，充分接受光照，适合藻类的培养；造价明显低于同类反应器，具有很高的实用性。
Description
技术领域
本实用新型属于光生物反应器领域，具体涉及一种用于藻类及其它光合生物细胞悬浮培养的软体气升式光生物反应器。
背景技术
微藻规模化培养的核心是光生物反应器，目前光生物反应器主要有开放式培养和封闭式培养两种方式。代表性的开放式反应器有跑道式培养池、圆形培养池，其主要优点是构建简单、成本低廉及操作简便；其缺点是光能利用率低，受外界环境因素的影响大，易被污染，水分蒸发大，占地面积大，不易生产大宗化学品。封闭式光生物反应器有多种形式，如柱式、管式和板式。相比于开放式培养，封闭式培养不容易受污染，节约水资源，培养密度高，收获成本低。
柱式光生物反应器包括鼓泡塔式光生物反应器和气升式光生物反应器，其特点是气体通过底部的气体分布器进入光生物反应器，起到混合搅拌、补加CO2、脱除溶解氧的作用。气升式光生物反应器具有占地面积小、剪切力小、液体循环有序、混合均匀等优点，人们开发了各种类型的气升式光生物反应器，专利文献ZL99217362.0、ZL99213569.9、ZL01142298.X、ZL200420009076.2、ZL200510018203.4、ZL98222415.X、ZL201010228703.1等公开了不同类型的光生物反应器。专利文献ZL99213569.9构建了基于内外光源结合的气升式内环流光生物反应器，中国专利ZL200420009076.2在前一专利基础上，针对其结构件的使用稳定性和安全性做了必要的修改。专利文献ZL02294424.9公开了一种由两块平板和边框构成，平板中间有隔流块的气升式反应器。
现有气升式光生物反应器主体多为玻璃、有机玻璃或者不锈钢等硬质材料制成，成本较高，因此，需要降低光生物反应器的投资成本，开发低成本光生物反应器。目前的低成本光生物反应器主要是利用价格低廉的软体透光薄膜材料。专利文献ZL200720023436.8公开了一种工业规模经济型光生物反应器，该反应器采用平板站立箱式设计，由普通透光塑料作为反应器主体，大幅度降低了材料成本。专利文献ZL200820220371.0公开了一种采用透明塑料薄膜作为外壳的鼓泡式光生物反应器，该光生物反应器已成功用于大型藻类种苗如鼠尾藻的高密度培养，但该反应器内藻液难以形成充分的混合，难以保证藻细胞受到特定周期的光照。
气升式光生物反应器可以实现藻液的有序循环，但气升式光生物反应器中液体上升段气体含量高于下降段、密度低于下降段，如采用软体薄膜作为导流筒材料，当采用中心气升时，会导致导流筒发生塌陷，从而影响气升式光生物反应器的液体循环效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种新型的软体气升式光生物反应器，以解决现有气升式光生物反应器的高成本、结构复杂、以及采用塑料薄膜材料时的导流筒塌陷等问题。
本实用新型提供的软体气升式光生物反应器包括带有排液口6和进气口7的底座1、带有进液口8和排气口9的上盖2、外筒3、导流筒4和气体分布器5，其特征在于：所述外筒3和导流筒4采用软体薄膜材料制成，所述气体分布器5设置在外筒3和导流筒4之间的环隙处。外筒3和导流筒4之间的环隙部分为上升段、导流筒4内部为下降段。
优选的，所述的气体分布器5为环形，设置在外筒3和导流筒4之间的环隙处的下端。所述的气体分布器优选多孔材料，材质为不锈钢或塑胶材质。
优选的，所述的软体薄膜材料为软体透光薄膜材料，所述的软体透光薄膜材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物，或至少包括上述两种组分的复合材料。
优选的，所述的气升式光生物反应器的外部设置紧箍装置，防止气升式光生物反应器被水压撑破。
更优选的，根据光生物反应器内的液面高度，在外筒3外侧下半部分设置网格式紧箍罩13，在紧箍罩13上方的外筒3外面设置若干个防膨胀箍14。
优选的，所述的网格式紧箍罩13的直径与外筒直径配合，紧箍罩高度与外筒高度之比为1:2-1:5。所述的网格式紧箍罩13的材质为金属或塑胶材质。
优选的，所述的防膨胀箍14的直径与外筒直径配合。所述的防膨胀箍14的材质为金属或塑胶材质。
优选的，所述的气升式光生物反应器的外筒3的上端和下端分别利用Z型固定套10与上盖2和底座1固定，并用O型圈11密封，用螺钉12紧固。
优选的，所述的气升式光生物反应器的导流筒4的上端端口套装在上端支撑15上，以保持上端端口的形状为圆形，并利用连接件16与上盖2相连，所述上端支撑15为圆形环。所述的连接件16可以是硬质连接，也可以是软连接，其既可以通过粘结、焊接等方式与上盖一体成型，也可以通过在上盖上打孔利用螺栓螺母固定在上盖上。
优选的，所述上端支撑15的直径与导流筒4直径之比为0.8-1.5：1。
优选的，所述气升式光生物反应器的导流筒4的下端利用下端支撑17固定并保持形状，所述的导流筒下端支撑17为一同心圆环，包括下端支撑外环171、下端支撑内环172，内环和外环之间用下端支撑横梁173固定；导流筒下端端口套装在下端支撑内环172上，以保持下端端口形状为圆形。利用下端支撑外环171对导流筒4进行横向定位，可使外筒3和导流筒4保持同轴。
所述下端支撑内环172的直径与导流筒4直径之比为0.8-1.5：1，下端支撑外环171直径与外筒3内径配合。
所述的气体分布器5安装于导流筒4下端支撑内环172和下端支撑外环171之间，固定在下端支撑横梁173上，并通过进气口7与外界气源相连。
所述的气升式光生物反应器的外筒3的高径比为(1-10)：1。
所述的气升式光生物反应器的导流筒4与外筒3的直径比为(0.1-0.9)：1，导流筒4的高度与外筒3的高度比为(0.4-0.8)：1。
所述的气升式光生物反应器的导流筒4上端与顶盖2的距离与外筒3的直径比为(0.5-2.5)：1，导流筒4下端与底座1的距离与外筒3的直径比为(0.2-1)：1。
所述的气升式光生物反应器使用方法为：按照附图1所示组装光生物反应器，将光生物反应器悬挂于一外部横梁上，底座距离地面10-20mm，关闭排液口7的阀门，通过进液口10加入藻液，通过位于底座下端的进气口8和气体分布器5通入气体，所述气体一般为含1-10％(v/v)CO2的空气-二氧化碳混合气，其中CO2的含量取决于待培养藻种的特性，以补充培养过程中所需的CO2，并利用气体的提升力带动导流筒外环隙间藻液提升，使藻液在导流筒内外不断循环。待藻细胞密度稳定时，打开排液口7阀门放出藻液。
所述的气升式光生物反应器其直径、高度可根据需要进行设计；可单独使用，也可将多个光生物反应器串联或并联。
本实用新型通过在光生物反应器内设置导流筒，使得光生物反应器内液体环流循环效果好，使藻类在较温和条件下有效地循环流动，充分接受光照，提高光能利用率，进而提高藻产量。
本实用新型采用软体塑料薄膜作为光生物反应器主体和导流筒材料，使得光生物反应器成本与硬体光生物反应器相比大幅下降。
本实用新型将气体分布器安装在外筒和导流筒之间，利用液体上升段和下降段压差使得导流筒膨胀，避免了软体导流筒的塌陷问题，改善了气升式光生物反应器的液体循环效果。
本实用新型导流筒通过简易圆环悬挂在外筒上盖上，下端通过一个同心圆环支撑，保持形状，并进行横向定位，使得外筒和导流筒同轴，光生物反应器附件较少，安装简单。
本实用新型的气升式光生物反应器工作时，由气体分布器释放气泡，气泡上升带动导流筒外环隙中的液体向上流动，而导流筒内的液体向下流动，从而形成内降外升的液体循环。由于导流筒外环隙中的液体的气含率高，而导流筒内的液体气含率低，使得导流筒内流体的密度高于导流筒外环隙中流体的密度，导致导流筒内部的压力高于导流筒外部环隙的压力，使得由软体薄膜材料制成的导流筒壁受到的是径向向外的压力，从而避免了导流筒的塌陷。
本实用新型的气升式光生物反应器与已有气升式光生物反应器相比，采用软体薄膜材料，解决了导流筒的塌陷问题，液体环流循环效果好，使藻类在较温和条件下有效地循环流动，充分接受光照，适合藻类的培养；造价明显低于同类反应器，具有很高的实用性。
附图说明
图1、本实用新型的气升式光生物反应器结构示意图；
图2、Z型固定套及安装示意图；
图3、导流筒上端支撑安装示意图；
图4、导流筒下端支撑安装示意图；
图5、气体分布器安装示意图；
图6、导流筒安装示意图。
附图标识：
1、底座；2.上盖；3、外筒；4、导流筒；5、气体分布器；6、Z型固定套；7、排液口；8、进气口；9、排气口；10、进液口；11、O型圈；12、螺栓与螺母；13、网格式固定罩；14、防膨胀环；15、导流筒上端支撑；16、连接件；17、导流筒下端支撑；171、下端支撑外环；172、下端支撑内环；173、下端支撑横梁。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的气升式光生物反应器，包括带有排液口6和进气口7的底座1、带有进液口8和排气口9的上盖2、外筒3、导流筒4和气体分布器5，其特征在于：外筒3和导流筒4采用软体薄膜材料制成，气体分布器5设置在外筒3和导流筒4之间的环隙处，外筒3和导流筒4之间的环隙部分为上升段、导流筒4内部为下降段。
光生物反应器外筒3和导流筒4采用聚乙烯透光薄膜材料，有效容积为70升；外筒3直径为22cm、高度180cm，导流筒4直径16cm、高度150cm，与上盖2和底座1距离均为15cm，导流筒上端支撑15直径和导流筒下端支撑内环172直径与导流筒直径相同；气体分布器为环形塑胶膜管气体分布器(管径13mm，环内径140mm)，布置在导流筒和外筒之间，固定在导流筒下端支撑17上。
参见图2，所述的气升式光生物反应器的外筒3的上端和下端分别利用Z型固定套10与上盖2和底座1固定，并用O型圈11密封，用螺钉12紧固。
参见图3，所述的气升式光生物反应器的导流筒4的上端端口套装在上端支撑15上，以保持上端端口的形状为圆形，并利用连接件16与上盖2相连，所述上端支撑15为圆形环。所述的连接件16通过在上盖上打孔利用螺栓螺母固定在上盖上。
参见图4和图6，所述气升式光生物反应器的导流筒4的下端利用下端支撑17固定并保持形状，所述的导流筒下端支撑17为一同心圆环，包括下端支撑外环171、下端支撑内环172，内环和外环之间用下端支撑横梁173固定。导流筒下端端口套装在下端支撑内环172上，以保持下端端口形状为圆形，利用下端支撑外环171对导流筒进行横向定位，使外筒3和导流筒4保持同轴。
参见图5，所述的气体分布器安装于导流筒4下端支撑内环172和下端支撑外环171之间，固定在下端支撑横梁173上，并通过进气口7与外界气源相连。
光生物反应器具体工作方式为：按照附图1所示组装光生物反应器，将其悬挂于一外部横梁上，底座距离地面约15mm，关闭排液口7阀门，通过进液口加入藻液，通过气体分布器通入空气二氧化碳混合气，以补充培养过程中所需的CO2，并利用气体的提升力带动导流筒内藻液提升，使藻液在导流筒内外不断循环。
在自然光条件下培养栅藻。培养为BG-11培养基，以CO2为碳源，温度为25℃，通入含5％(v/v)CO2的空气二氧化碳混合气，气量为2L/min，接种密度为0.1g/L干重。培养三天后，藻细胞终密度达到1.38g/L，体积产率为0.42g/L.d。
对比例1
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的光生物反应器，所不同的是光生物反应器内部没有导流筒，气体分布器设置在底座中心，从光生物反应器底部中心补气。在该光生物反应器中培养栅藻，接种密度为0.1g/L干重。培养三天后，藻细胞终密度达到1.10g/L，体积产率为0.33g/L.d。
显然，实施例1中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例2
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是导流筒4直径14cm。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.30g/L，体积产率为0.40g/L.d。
实施例2中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例3
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是导流筒4高度为130cm，导流筒4上端距上盖40cm，导流筒下端距底座10cm。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.25g/L，体积产率为0.38g/L.d。
实施例3中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例4
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的气升式光生物反应器，所不同的是通入气体的流量是4L/min。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.42g/L，体积产率为0.44g/Ld。
实施例4中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例5
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是气体分布器为不锈钢材质环形气体分布器。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.33g/L，体积产率为0.41g/L.d。
实施例5中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例6
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是导流筒上端支撑15直径和导流筒下端支撑17内环直径与导流筒直径之比为0.8:1。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.27g/L，体积产率为0.39g/L.d。
实施例6中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例1中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例7
在自然光条件下进行微藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是培养的微藻为小球藻。接种密度为0.05g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到0.92g/L，体积产率为0.29g/L.d。
对比例2
在自然光条件下进行微藻的培养，其他条件同实施例7的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器，所不同的是光生物反应器内部没有导流筒，气体分布器设置在底座中心，从光生物反应器底部中心补气。接种密度为0.05g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到0.74g/L，体积产率为0.23g/L.d。
实施例7中的光生物反应器的小球藻产率明显高于对比例2中的光生物反应器的小球藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。实施例8
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的有效容积为70升的软体气升式光生物反应器。所不同的是采用的软体气升式光生物反应器有效容积约为32升；外筒3直径为20cm、高度100cm，导流筒4直径15cm、高度70cm，与上盖和底座距离均为15cm。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.40g/L，体积产率为0.43g/L.d。
对比例3
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例8的有效容积为32升的软体气升式光生物反应器。所不同的是光生物反应器内部没有导流筒，气体分布器设置在底座中心，从光生物反应器底部中心补气。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.15g/L，体积产率为0.35g/L.d。
实施例8中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例3中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例9
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的软体气升式光生物反应器。所不同的是由20个实施例1中的软体气升式光生物反应器串连，并配有流体输送装置，储液装置及其他附属设施组成大型培养系统，有效容积为1700L。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.28g/L，体积产率为0.39g/Ld。
对比例4
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例9的光生物反应器系统。所不同的是所不同的是采用的光生物反应器内部没有导流筒，气体分布器设置在底座中心，从光生物反应器底部中心补气。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.06g/L，体积产率为0.32g/Ld。
实施例9中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例4中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
实施例10
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例1的软体气升式光生物反应器。所不同的是由20个实施例1中的软体气升式光生物反应器并联，并配有流体输送装置，储液装置及其他附属设施组成大型培养系统，有效容积为1700L。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.36g/L，体积产率为0.42g/Ld。
对比例5
在自然光条件下进行栅藻的培养，其他条件同实施例10的光生物反应器系统。所不同的是采用的光生物反应器内部没有导流筒，气体分布器设置在底座中心，从光生物反应器底部中心补气。接种密度为0.1g/L干重，培养三天后，藻细胞密度达到1.12g/L，体积产率为0.34g/Ld。
实施例10中的光生物反应器的微藻产率明显高于对比例5中的光生物反应器的微藻产率，即本实用新型的软体气升式光生物反应器可以明显的提高微藻产率。
Claims (13)
1.一种气升式光生物反应器，包括带有排液口和进气口的底座、带有进液口和排气口的上盖、外筒、导流筒和气体分布器，其特征在于：所述外筒和所述导流筒采用软体薄膜材料制成，所述气体分布器设置在外筒和导流筒之间的环隙处。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的气体分布器为环形，设置在外筒和导流筒之间的环隙处的下端。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的软体薄膜材料为软体透光薄膜材料，所述的软体透光薄膜材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物，或至少包括上述两种组分的复合材料。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的气升式光生物反应器的外部设置紧箍装置。
5.根据权利要求1或4所述的反应器，其特征在于，所述外筒外侧下半部分设置网格式紧箍罩，所述紧箍罩上方的外筒外面设置若干个防膨胀箍。
6.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述导流筒的上端端口套装在上端支撑上，并通过连接件与上盖相连，所述上端支撑为圆形环。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述上端支撑的直径与导流筒直径之比为0.8-1.5：1。
8.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述导流筒的下端通过下端支撑固定并保持形状，所述下端支撑为一同心圆环，包括下端支撑外环和下端支撑内环，所述下端支撑内环和下端支撑外环之间用下端支撑横梁固定；所述导流筒下端端口套装在下端支撑内环上。
9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述下端支撑内环的直径与导流筒直径之比为0.8-1.5：1。
10.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述的气体分布器安装于下端支撑内环和下端支撑外环之间，固定在下端支撑横梁上，并通过进气口与外界气源相连。
11.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的气升式光生物反应器的外筒的高径比为(1-10)：1。
12.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的气升式光生物反应器的导流筒与外筒的直径比为(0.1-0.9)：1，导流筒的高度与外筒的高度比为(0.4-0.8)：1。
13.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的气升式光生物反应器的导流筒上端与顶盖的距离与外筒的直径比为(0.5-2.5)：1，导流筒下端与底座的距离与外筒的直径比为(0.2-1)：1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420323932.5U CN203923169U (zh) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | 一种气升式光生物反应器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| CN203923169U true CN203923169U (zh) | 2014-11-05 |
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ID=51819024
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201420323932.5U Expired - Lifetime CN203923169U (zh) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | 一种气升式光生物反应器 |
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| Country | Link |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104774750A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-15 | 亿利资源集团有限公司 | 用于培养微藻的光反应器 |
| CN108315226A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-07-24 | 郭敬承 | 一种中央气举式高效生物反应器 |
| US11319522B2 (en) * | 2015-05-19 | 2022-05-03 | Zhongzhi He | Photobioreactor used for algae cultivation, and algae cultivation system |
-
2014
- 2014-06-17 CN CN201420323932.5U patent/CN203923169U/zh not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| CN104774750A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-15 | 亿利资源集团有限公司 | 用于培养微藻的光反应器 |
| US11319522B2 (en) * | 2015-05-19 | 2022-05-03 | Zhongzhi He | Photobioreactor used for algae cultivation, and algae cultivation system |
| CN108315226A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-07-24 | 郭敬承 | 一种中央气举式高效生物反应器 |
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