CN204097469U - 微藻固定化培养装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种微藻固定化培养装置，涉及微藻培养技术领域，能够解决微藻培养面光合作用效率低、规模化养殖受限。本培养装置包括立柱和转轴，转轴为轴向竖直方向设置，立柱固定在所述转轴上，立柱随转轴作旋转运动，立柱的外圆周面为培养面，立柱上方设有培养基分布器。本实用新型能够更好的利用空间，增加微藻的培养面积，培养面上的微藻均匀接受太阳直射光，能够提高整个养殖装置的光合作用效率，立柱上方设置的培养基分布器为培养面提供微藻所需的培养基，不受培养基水体容积的限制，容易实现规模化工艺布置。
Description
技术领域
本实用新型涉及微藻养殖技术领域，尤其涉及一种微藻固定化培养装置。
背景技术
微藻可以通过光合作用，利用太阳能、二氧化碳和水，进一步合成油脂、淀粉、碳水化合物及多种高附加值的生物活性物质，且微藻的生长周期短、其生物积累能力远高于陆生植物，故微藻是一种潜在可再生能源的生产原料。目前，一般采用开放池微藻培养系统和光生物反应器培养系统，均是将大量的微藻细胞分散于大量的培养基水体中，即悬浮培养。此种微藻培养环境为大水体培养，使微藻培养光合作用效率的提高和规模产业化培养受到限制。
另外，现有技术中，微藻培养还采用竖直板式结构或水平旋转的微藻培养装置。
竖直板式结构的微藻培养装置是将微藻固定在培养面表层，通过补充培养基来维持微藻细胞的高效生长，由于此种微藻培养装置的培养面是固定的，当光照太强时，部分微藻培养面由于接受过强的直射光，而影响相应微藻的生长速度，甚至致使其死亡；另外，随着太阳光照角度的变化，有时培养面上的光照过多，有时培养面上就会有阴影遮挡，造成光损失，使得培养面受光不均匀，使光合作用的效率较低。
水平旋转的培养装置是将部分培养面浸入到大水体中的培养基中，另一部分培养面裸露到空气中接受光照，其培养面可绕水平转轴运动。由于转轴为水平设置，并采用部分表面浸入到水体中的培养基供给方式，其培养面的直径就会受到水体的限制，并对水体的容积有要求，从而限制了微藻的规模化养殖。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种微藻固定化培养装置，能够解决微藻培养光合作用效率低、规模化养殖受限的问题。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：一种微藻固定化培养装置，包括立柱和转轴，所述转轴为轴向竖直方向设置，所述立柱固定在所述转轴上，所述立柱随所述转轴作旋转运动，所述立柱的外圆周面为培养面，所述立柱上方设有培养基分布器。
进一步的，所述培养基分布器设在立柱的上端面上。
进一步的，所述培养面上设有丝状结构，所述丝状结构的一端固定在所述培养面上，另一端为倾斜向下的自由端。
进一步的，所述丝状结构为致密型丝状结构或松散型丝状结构。
进一步的，沿所述转轴的轴向设有通孔，所述通孔内设有培养基输送管，所述培养基输送管与所述培养基分布器连接。
进一步的，所述立柱与所述转轴均至少设有两个，各所述转轴上的所述培养基输送管为各自独立的输送管道，或各所述培养基输送管道为相互间连通的输送管道。
进一步的，所述转轴连接有驱动装置。
进一步的，所述转轴与所述驱动转轴之间连接有传动装置，所述转轴的上端与所述立柱固接，所述转轴的下端与所述传动装置连接。
进一步的，所述立柱与所述转轴均至少设有两个，各所述转轴为各自独立旋转运动设置，或各所述转轴通过传动装置联动设置。
进一步的，所述传动装置为链条传动装置，皮带传动装置，或齿轮传动装置。
本实施例提供的微藻固定化培养装置，该装置的培养面(立柱)可绕竖直安装的转轴作旋转运动，使得培养面上的微藻都能交替的接受太阳直射光，不至于使得部分培养面上的微藻由于接受过多的太阳直射光而损伤微藻，也不会存在固定的背光培养面，从而避免了部分培养面由于无法接受太阳光直射而影响微藻的生长，提高了整个养殖装置的采光均匀性，从而提高了微藻培养的光合作用效率，进而提高了微藻的产量；此外，采用竖直设置的立柱，可使其直径范围不受限制，能够更好的利用空间，以增加微藻的培养面积，且立柱上方设置的培养基分布器为培养面提供微藻所需的培养基，避免现有技术中需将部分培养面浸入大水体的培养基中，对培养基的容积无要求，由于不受水体容积的限制，很容易的实现微藻的规模化养殖。
附图说明
图1为本实施例1，微藻固定化培养装置的结构示意图；
图2为本实施例2，设有丝状结构的微藻固定化培养装置的结构示意图；
图3为本实施例3，具有多个立柱状培养面的微藻固定化培养装置的结构示意图。
1、立柱，2、丝状结构，3、转轴，4、第一齿轮，5、齿条，
6、培养基输送管，7、培养基分布器，8、培养基储液罐，
9、培养基主输送管道，10、碳源补给口，11、第二齿轮，
12、驱动电机。
具体实施方式
为了提高微藻培养面的光合作用效率，实现规模化培养，本实施例提供了一种微藻固体化培养装置，该培养装置中的立柱竖直放置，可绕竖直放置的转轴旋转，并在立柱的上端设有培养基分布器。转轴旋转带动立柱上的培养面旋转，使得培养面上的微藻阴阳交替接受太阳直射光，提高了整个养殖装置的光合作用效率；竖直设置的立柱，可使其直径范围不受限制，能够更好的利用空间，以增加微藻的培养面积；培养基分布器的设置，不仅可以为整个立柱的培养面提供培养基，还可以使整个培养装置脱离大水体的培养环境，使微藻的规模化培养可实现性增强。
下面结合附图对本实施例微藻固定化培养装置进行详细描述。
实施例1
本实施例是一种微藻固定化培养装置，如图1所示，包括立柱1和转轴3，转轴3为竖直放置，立柱1随转轴3也为竖直放置，立柱1固定在转轴3上，立柱1随转轴3作旋转运动，立柱1的外圆周面为微藻培养面，立柱1的上方设有培养基分布器7。
本实施例微藻固定化培养装置的工作原理：立柱1绕转轴3旋转，同时培养基分布器7在重力作用下，自上而下为立柱1整个培养面上的微藻细胞提供所需的培养基。
随着立柱1的旋转，其外圆周上的培养面将连续交替接受太阳直射光，也就是说，没有绝对意义上的向光面和背光面，如果立柱1以匀速旋转，其上的培养面的各部位将接受相同量的太阳直射光，极大的提高了整个装置的采光均匀性，从而提高了光合作用效率，进而提高了微藻的产量；立柱1为竖直安装，此种结构不仅简单，拆装方便，并且其直径尺寸不受限制，可大可小，实用性较强，即可根据实际需求增大立柱的直径尺寸，从而增大培养面积；另外，将培养基分布器设在立柱1的上方位置处，不仅为微藻提供所需培养基，还可以使整个装置脱离大水体的培养基环境，由于不受大水体培养环境的制约，使微藻的规模化培养更容易实现。
其中，培养基分布器7可设在立柱1的上端面上，或与立柱1脱离设在立柱的上方位置处。不论哪种设置方式，均能方便的为微藻提供培养基。将培养基分布器7直接设在立柱1的上端面时，结构紧凑；将培养基分布器7与立柱1脱离，并设在立柱1的上方位置处时，安装及位置调节方便。
实施例2
本实施例是在实施例1的微藻固定化培养装置的结构基础上的另一具体实施例。
为了进一步提高立柱1上培养面的利用率、增加分光程度，提高光合作用效率，在立柱1的培养面上设有丝状结构2，如图2所示。丝状结构的一端为固定端固定在立柱的外圆周面上，另一端为向下倾斜的自由端，此种设置即使当立柱处于静止状态也可以在重力的作用下，使丝状结构上的培养基自上而下由其固定端流向其自由端，从而保证整个丝状结构上的培养面都能得到培养基。当然，丝状结构自由端也可以与其固定端处于同一水平面，或略高于固定端，即相对于丝状结构的固定端而言，其自由端水平或略向上倾斜，在立柱随转轴的旋转运动过程中，由于离心力的作用，培养面的培养基同样可以在丝状结构的固定端甩向其自由端，使整个丝状结构均能得到培养基。很明显，丝状结构的设置增大了整个培养装置的培养面积，从而进一步提高整个培养装置的光合作用效率。
本实施例中，丝状结构2是将软质或硬质材料加工成的细丝分散的设置在立柱1上的培养面上。丝状结构2的丝状长度可以为微米量级至厘米量级，根据微藻细胞的大小和结构特性对丝状结构2的丝状长度进行设置。例如，当微藻细胞为微米量级的球状细胞时，采用细而短的微米量级的致密型丝状结构；当微藻细胞为毫米量级的丝状藻类时，采用毫米量级至厘米量级的长丝状的松散型丝状结构，以最大程度满足微藻细胞固定化生长的要求。
丝状结构2的设置不仅增加了培养面的粗糙度，还增加了微藻细胞在培养面的附着能力；微藻细胞除了在立柱1的培养面进行种植，还可以在丝状结构2上种植微藻细胞，故丝状结构2的设置进一步增加了培养面的利用率；丝状结构2的设置在很大程度上增加了培养面，有效的将相应方向的直射太阳光进行分光，以消减相应方向的直射光辐射程度，丝状结构2的设置可以将直射光辐射分减至原来的1/20-1/50，甚至分减至更弱。而现有技术中的板式培养面只能将直射辐射分减至原来的1/5至1/10，而沿水平转轴旋转的筒状培养面只能将直射光辐射分减至最大1/3，由此可知，本实施例能更好的保持微藻细胞的光学活性，并获得更高的光能转化效率。
本实施例中，为了方便的给立柱1上的微藻细胞提供培养基，沿转轴3的轴向设有通孔，通孔内设有培养基输送管6，培养基输送管6与培养基分布器7连接，培养基分布器7的培养基直接由培养基输送管6提供，此种结构设置具有结构简单、功能容易实现的特点。
本实施例中，转轴3的上端与立柱1固接，转轴3的下端与驱动电机12(图2中未示出)连接。或转轴3连接有第一齿轮4，第一齿轮4通过齿条5连接有第二齿轮11(图2中未示出)，第二齿轮11与驱动电机12连接，其中，第一齿轮4为被动齿轮，第二齿轮11为主动齿轮，此种情况下，驱动电机12驱动第二齿轮11转动，第二齿轮11通过齿条5带动第一齿轮4转动，第一齿轮4带动转轴3旋转，转轴3带动立柱3旋转运动。驱动电机的设置可以实现对立柱3培养面的自动旋转，实现培养面的均匀分光，从而提高整个培养装置的光合作用效率。
本实施例中的传动装置采用了齿轮传动装置，除此之外，传动装置还可以采用链条传动或皮带传动等能够实现本实施例中动力传动功能的传动结构均可。
当传动装置为链条传动装置时，包括主动链轮、被动链轮和链条；转轴一端与立柱固接，转轴另一端与被动链轮固接，驱动装置的输出轴与主动链轮连接，链条连接主动链轮和被动链轮。
当传动装置为皮带传动装置时，包括主动带轮、被动带轮和传送带；转轴的一端与滚动固接，转轴另一端与被动带轮固接，驱动转轴的输出轴与主动带轮连接，传动带连接主动带轮和被动带轮。
实施例3
本实施例是在实施例2的微藻固定化培养装置的结构基础上的另一具体实施例。
本实施例中，如图3所示，将立柱1与转轴3均至少设有两个，各转轴3依次由传动装置(具体所采用的传动装置见实施例2，在此不再赘述)串联连接，如此设置，只需一个驱动电机12就可以同时带动所有立柱1旋转，同时实现各培养面的均匀分光。当然，除此之外，各立柱1的旋转也可以均相互独立连接驱动电机，或手动转动，实现各自独立的旋转运动。
另外，本实施例中，各培养基输送管6为相互间连通的输送管道，如图3所示，各培养基输送管6由同一个培养基储液罐8提供培养基，并连接到同一个培养基主输送管道9上，同时为各培养基输送管6输送培养基，然后通过各培养基分布器7将培养基均匀的分散到立柱1培养面的微藻细胞上，由于重力作用，培养基可以顺着立柱1外圆周的培养面自上而下流遍整个培养面，立柱外圆周面上的丝状结构上的培养基在重力或/和离心力的作用下，自其固定端流向其自由端，以满足整个培养面上微藻细胞的营养供给。此外，各转轴上的培养基输送管6也可为各自独立的输送管道，各自独立的为相应的立柱1培养面上的微藻提供培养基。
为了给各立柱1的培养面的微藻细胞提供所需的碳源，可以在培养基主输送管道9设有碳源补给口10，碳源补给系统通过碳源补给口10为各立柱1上的培养面源源不断的提供微藻细胞所需的培养基和碳源。此外，碳源补给口10也可以设在各培养基输送管6上。
本实施例的工作原理：将多个立柱1进行合理的排布，以防止相邻立柱1之间的光照遮挡。培养过程中，首先将微藻种子均匀接种在立柱1和丝状结构2的表面；在培养基贮液罐8内装入适合相应微藻生长的培养基，开启循环泵并调节水泵流速，通过培养基输送主管道9将培养基和碳源提供给每个培养立柱单体；通过单体培养基输送管6，将培养基输送至培养立柱的上部；通过培养基分布器7将培养基均匀的分散在立柱表面微藻细胞固定化生长的附着材料上，以保持培养表面湿润，从而使微藻细胞润湿并为微藻生长提供营养成分；根据不同季节和每日不同时刻的太阳福射角差异，精确得出光照分布情况，实现每天定时启动和调整驱动电机12，通过齿轮传动装置带动立柱1转动，实现立柱1整个外圆周面(培养面)的均匀受光，从而提高光合作用效率，多个立柱同时培养微藻，进一步增强了微藻规模化培养可实现性。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种微藻固定化培养装置，其特征在于，包括立柱和转轴，所述转轴为轴向竖直方向设置，所述立柱固定在所述转轴上，所述立柱随所述转轴作旋转运动，所述立柱的外圆周面为培养面，所述立柱的上方设有培养基分布器。
2.根据权利要求1所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述培养基分布器设在立柱的上端面上。
3.根据权利要求1所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述培养面上设有丝状结构，所述丝状结构的一端固定在所述培养面上，另一端为倾斜向下的自由端。
4.根据权利要求3所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述丝状结构为致密型丝状结构或松散型丝状结构。
5.根据权利要求1所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，沿所述转轴的轴向设有通孔，所述通孔内设有培养基输送管，所述培养基输送管与所述培养基分布器连接。
6.根据权利要求5所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述立柱与所述转轴均至少设有两个，各所述转轴上的所述培养基输送管为各自独立的输送管道，或各所述培养基输送管道为相互间连通的输送管道。
7.根据权利要求1所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述转轴连接有驱动装置。
8.根据权利要求7所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述转轴与所述驱动转轴之间连接有传动装置，所述转轴的上端与所述立柱固接，所述转轴的下端与所述传动装置连接。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述立柱与所述转轴均至少设有两个，各所述转轴为各自独立旋转运动设置，或各所述转轴通过传动装置联动设置。
10.根据权利要求9所述的微藻固定化培养装置，其特征在于，所述传动装置为链条传动装置，皮带传动装置，或齿轮传动装置。
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