CN205576121U

CN205576121U - 内循环联柱-袋式光生物反应器及光生物培养系统

Info

Publication number: CN205576121U
Application number: CN201620423217.8U
Authority: CN
Inventors: 彭小伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2026-05-10

Abstract

本实用新型涉及一种内循环联柱‑袋式光生物反应器及光生物培养系统。内循环联柱‑袋式光生物反应器，由塑料薄膜制成，所述光生物反应器形成有至少一个联柱式反应单元，联柱式反应单元内设置有曝气装置，上部设置有透气装置；所述联柱式反应单元由竖向压合线和斜向压合线分割成多个相互连通的腔室，所述斜向压合线将联柱式反应单元的底部形成多个圆锥形区域，所述圆锥形区域的底部设置有用于注入和排出光生物培养液的液体进出口。本实用新型中曝气装置喷射出的气体能够使特定区域的藻液进行内循环，不仅能够使光生物培养液中的培养物与反应气体充分反应，而且能够使光生物培养液被气体充分地搅拌，从而提高光生物的受光效率。

Description

内循环联柱-袋式光生物反应器及光生物培养系统

技术领域

本实用新型涉及微藻培养相关技术设备领域，具体的说，是涉及一种内循环联柱-袋式光生物反应器及光生物培养系统。

背景技术

微藻可以利用光能和CO₂合成蛋白质、脂肪和碳水化合物等有机组分，在地球的碳素循环和能量循环中发挥重要作用。某些种类的微藻富含多不饱和脂肪酸、活性多糖和天然色素等高值生物活性物质，因此成为食品、饲料、燃料和医药等领域的重要材料来源。

目前，在全球范围内，微藻生物技术已经迅速形成了一条规模巨大的完整产业链，其中的规模培养是重要环节。为养殖微藻，研究者实用新型了多种开放或密闭的反应器。管道光反应器因具有比表面积大、容积比大、不易污染、物料交换效率高、易于工艺放大等优点，培养微藻的生物质产率更高，有效生物成分的积累也更容易控制，因而广泛用于微藻的工业化培养。

但是，管式反应器价格昂贵，此外在光和营养物质供给方面存在一些弊端。一方面，反应器中藻细胞的二氧化碳和氧气的交换速率往往受到管道长度的限制，过长的管道可能导致微藻生长出现二氧化碳供应不足和氧过量富集的氧化胁迫；另一方面，为扩大规模通常会提高管道半径，而这一操作会大大降低反应器中的光透过性，导致微藻生长过程中出现光限制。

此外，通常采用泵送的方式实现培养液进出和在管道内的流动，培养液泵送量大、能耗高，且水泵的机械剪切易对藻细胞产生损伤。与之相比，柱式反应器中采用气升式曝气装置，上升的气泡流一方面使培养液能够混合良好并使藻细胞保持良好悬浮，另一方面强化了气泡中二氧化碳向培养液中的溶解传递以及培养液中藻细胞光合生长产生的氧气向气泡的传递，从而实现了补碳排氧；但是这种柱式管道反应器在实际应用于微藻规模培养时仍然存在一些问题，比如：传统的柱式反应器同样制作成本昂贵；传统的柱式反应器需要通入较大流量的混合气体使藻液混合均匀。这个既导致气体的浪费，也使得藻细胞所受剪切力过大，导致藻细胞容易破碎和贴壁。此外，这也使得供气装置需要更高的供气参数(或更多供气设备)以满足大批量柱式反应器生产所需。

综上所述，有必要设计一种新的装置，来解决上述一个或多个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能增强反应液内循环的联柱-袋式光生物反应器。本装置不但价格低廉，且能减少二氧化碳供应，及时去除培养液中的分子氧；同时，降低培养过程的能耗，提高反应器中的气体分布均匀度，保证藻细胞充分搅动，以及降低反应器的运行成本。

为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

内循环联柱-袋式光生物反应器，由塑料薄膜制成，所述光生物反应器形成有至少一个联柱式反应单元，所述联柱式反应单元内设置有曝气装置；所述联柱式反应单元的上部设置有透气装置；

所述联柱式反应单元由多条竖向压合线和多条斜向压合线分割成多个相互连通的腔室，所述斜向压合线将联柱式反应单元的底部形成多个圆锥形区域，所述圆锥形区域的底部设置有用于注入和排出光生物培养液的液体进出口。

作为其中之一优选的技术方案，所述光生物反应器由两片塑料薄膜制成，两片所述塑料薄膜的上部边缘、下部边缘及两侧边缘通过热合的方式对应密封。通过使光生物反应器的前侧塑料薄膜和后侧塑料薄膜相互热合在一起形成多条压合线，从而使反应器形成多个腔室。

作为另一优选的技术方案，所述光生物反应器由一片塑料薄膜制成，所述塑料薄膜折叠成两层，并且折叠后形成的开放侧边缘和/或下部边缘通过热合的方式密封。

作为对上述技术方案的改进，所述光生物反应器由一体式筒状塑料薄膜制成，所述筒状塑料薄膜的开放侧边缘通过热合的方式密封。

作为优选，所述透气装置为形成于所述光生物反应器上的透气缝或透气孔。

作为优选，所述光生物反应器的上部设置有悬挂用的悬挂部件。所述悬挂部件包括悬挂孔、悬挂杆或悬挂杆与悬挂索组成的悬挂组件。

作为优选，所述光生物反应器底部相邻两条斜向压合线形成的角度范围为60～120°。

其中，所述塑料薄膜可以采用聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚氨酯薄膜。

本发明了还提供了一种光生物培养系统，所述光生物培养系统包括至少两个以上所述的联柱式反应单元，以及与所述联柱式反应单元的液体进出口相连通的输送管道。

光生物培养系统的实现方式有两种：

(1)同一反应器中，扩大反应器内联柱式反应单元的数量，将输送管道与所述联柱式反应单元的液体进出口相连通；

(2)不同反应器中，每个反应器中具有至少一个联柱式反应单元，通过输送管道将不同反应器相连通。

与现有技术相比，本实用新型具有至少以下有益效果：

在注入液体后，反应器内将形成多个相互连通的圆锥底部柱状液体区域，在通气过程中，由于不同压合线对气流的阻隔和引导，会使液体在反应器内部形成一个个内循环网络，这使得CO₂、营养物质传质效果好；剪切力小，细胞不容易损伤，不容易形成贴壁；由于透气装置的存在，氧气不易存留，不会形成氧抑制；可根据需要“制成”不同孔径的联柱，满足微藻在不同阶段对光的需求；极易实现规模放大且价格低廉，特别适合一次性培养容易污染且附加值高的藻。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3的系统示意图。

其中：1-曝气装置；2-透气孔；3-竖向压合线；4-斜向压合线；5-圆锥形区域；6-液体进出口；7-悬挂部件；8-光生物反应器；9-输送管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

实施例1

如图1所示，内循环联柱-袋式光生物反应器，由塑料薄膜制成，塑料薄膜可以采用聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚氨酯薄膜等任何透明或半透明的薄膜；且反应器两侧的薄膜中至少一侧是透明或半透明的材料；将两块塑料薄膜边缘通过热合的方式密封形成一个袋子；

在上述袋子特定部位进行热合，形成多条竖向压合线3和多条斜向压合线4，将反应器分割成若干相互连通的腔室，在盛放培养液后即可形成相互连通的柱状液体区域；本实施例中，所述光生物反应器形成有两个联柱式反应单元I，参考图1，所述联柱式反应单元I由多条竖向压合线3和多条斜向压合线4分割成多个相互连通的腔室，所述斜向压合线4将联柱式反应单元I的底部形成多个圆锥形区域5，所述圆锥形区域5的底部设置有用于注入和排出光生物培养液的液体进出口6；所述联柱式反应单元I内分别设置有曝气装置1，所述联柱式反应单元I的上部设置有透气孔2，当然透气孔2也可以采用透气缝实现相同功能；

曝气装置1位于反应单元的中部、竖向压合线的底端处，用于提供光生物生长所需的反应气体；

光生物反应器上部设置有用于悬挂光生物反应器的悬挂部件7，在实际应用中悬挂部件可以是悬挂孔、悬挂杆、或悬挂杆与悬挂索组成。

实施例2

如图2所示，内循环联柱-袋式光生物反应器，为高400毫米、长1000毫米的类似袋子式的反应器，形成有一个联柱式反应单元。在反应器上部距反应器上边缘50毫米处压一条上压合线；利用热合形成的竖向压合线3之间间隔100毫米；不与上压合线相交的竖向压合线底部距离压合上下边线分别为50毫米；与上压合线相交的竖向压合线下端距下压合线距离为100mm；斜向压合线形成角度分别为120°、60°，斜向压合线的相交处连接有液体进出口6。曝气装置1位于位于反应器单元的中部、竖向压合线3的底端处。当然这些参数只是举例说明，实际应用中可以根据需要设定。

实施例3

上述实施例中的光生物反应器，可以通过(1)增加反应器单元数量，将反应器底部的液体进出口通过输送管道相连；(2)将不同反应器通过输送管道相连，形成光生物培养系统。

如图3所示，以实施例2所示的光生物反应器为例，所组成的光生物培养系统包括三个具有联柱式反应单元的光生物反应器8和与光生物反应器8的液体进出口6相连的输送管道9。

输送管道9，用于向光生物反应器中注入光生物培养液和/或收集光生物反应器中的光生物培养液。

光生物反应器8通过悬挂部件悬挂放置，用于盛放光生物培养液，培养光合微生物。

通过输送管道9将若干光生物反应器8连接起来，可以统一进行加注培养液、接种、排空等工艺操作，实现光生物的批量化生产和管理。

本发明实施例提供的上述光生物反应器及光生物培养系统通过具体的流体软件模拟分析，上述光生物反应器的搅动效果比现有的反应器的搅动效果更好。相对于管道式反应器、板式反应器和现有的薄膜反应器，其CO₂利用率得到了提高，培养细胞所受剪切力更小，更有利于光生物的生长。且上述光生物反应器采用内循环液体的培养方式，只需将光生物反应器悬挂放置，不存在培养液输送阻力大的缺点，由于不需要循环培养液，节约了能耗，降低了培养成本；其属于开放式系统，也不存在溶氧过高影响微藻生长的缺点。

本反应器通过控制竖向压合线间距容易控制反应器的光程，避免一般塑料袋式反应器光程长、不利于高密度培养的缺点，使被培养的光生物能够获得更佳的光照效果，更好的完成光合反应。

此外，本反应器极容易进行扩大，且价格低廉，易于推广。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.内循环联柱-袋式光生物反应器，由塑料薄膜制成，其特征在于：所述光生物反应器形成有至少一个联柱式反应单元，所述联柱式反应单元内设置有曝气装置；所述联柱式反应单元的上部设置有透气装置；

2.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器由两片塑料薄膜制成，两片所述塑料薄膜的上部边缘、下部边缘及两侧边缘通过热合的方式对应密封。

3.根据权利要求2所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：通过使光生物反应器的前侧塑料薄膜和后侧塑料薄膜相互热合在一起形成多条压合线，从而使反应器形成多个腔室。

4.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器由一片塑料薄膜制成，所述塑料薄膜折叠成两层，并且折叠后形成的开放侧边缘和/或下部边缘通过热合的方式密封。

5.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器由一体式筒状塑料薄膜制成，所述筒状塑料薄膜的开放侧边缘通过热合的方式密封。

6.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述透气装置为形成于所述光生物反应器上的透气缝或透气孔。

7.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器的上部设置有悬挂用的悬挂部件。

8.根据权利要求7所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述悬挂部件包括悬挂孔、悬挂杆或悬挂杆与悬挂索组成的悬挂组件。

9.根据权利要求1所述的内循环联柱-袋式光生物反应器，其特征在于：所述塑料薄膜为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或聚氨酯薄膜。

10.光生物培养系统，其特征在于：包括至少两个如权利要求1中所述的联柱式反应单元，以及与所述联柱式反应单元的液体进出口相连通的输送管道。