CN213866230U - 一种具有在线监测功能的微藻培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有在线监测功能的微藻培养装置。采用的技术方案是，包括培养容器，培养容器的顶部设有进料口，底部设有放料口，培养容器的顶部固定有LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器，培养容器内侧底部固定有气盘，培养容器的顶部设有出气孔，气盘连接有混合气体通气系统。本实用新型中，通过传感器分别对温度、pH值和溶氧量进行在线监测，通气气盘位于容器的底部，在保证培养液溶氧量的同时，使微藻悬浮在培养液种，增加微藻与营养盐的接触，并保证均匀的光照，提高了微藻光合利用效率。

Description

一种具有在线监测功能的微藻培养装置

技术领域

本实用新型涉及微藻培养技术领域，具体为一种具有在线监测功能的微藻培养装置。

背景技术

微藻具有光合作用效率高、生长周期短、营养价值高的特点，还可利用非可耕地和非淡水资源，在规模化培养过程中可吸收大气中的CO₂等特点，广泛应用于食品保健品、饵料饲料、生物能源、生物固碳、生物医药、荒漠化治理、污水处理、转基因产品开发等多个领域。

微藻在诸多领域具有广阔的发展前景，但是高效的微藻培养系统以及培养技术是制约微藻产业化的重要因素。目前，国内外已经设计和制作了很多种类的生物反应器对微藻进行培养，但能真正高效用于微藻大规模培养的光生物反应器并不多。目前研发的光生物反应器对微藻培养条件的实时监测和控制还不够全面，尤其是缺少对营养盐的实时监测。营养盐是微藻生长的基础，其种类、构成以及浓度水平等对微藻的生长、繁殖和代谢都产生影响。

实用新型内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本实用新型提供了一种具有在线监测功能的微藻培养装置。采用的技术方案是，包括培养容器，培养容器的顶部设有进料口，底部设有放料口，培养容器的顶部固定有LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器，培养容器内侧底部固定有气盘，培养容器的顶部设有出气孔，气盘连接有混合气体通气系统。

优选的，所述温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器分别通过数据传输器与PLC自动化控制系统相连接，PLC自动化控制系统具有用于显示温度传感器感应到的藻液温度、显示pH传感器检测到的藻液pH值、显示溶氧传感器检测到的藻液中溶氧量、显示营养盐检测传感器检测到的藻液营养盐浓度的显示模块。

优选的，所述PLC自动化控制系统、LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器和营养盐检测传感器均与配电箱连接。

优选的，所述LED灯管连接有光强调节器。

优选的，所述营养盐检测传感器由分别对氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度检测的三个离子传感器组成。

优选的，所述培养容器的材料为亚克力，气盘的材料为不锈钢。

优选的，所述混合气体通气系统包括空气压缩机、CO2气罐、空气混合器、压力调节器、气体流量计和通气管。

优选的，所述培养容器的顶部固定有盖子，盖子上设有供通气系统的通气管穿过的通气孔，所述LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器均密封地与固定在盖子上的安装孔中。

优选的，所述通气孔和出气孔中覆盖有空气过滤膜。

优选的，培养容器的底部设有支撑架，支撑架采用不锈钢材质。

本实用新型的有益效果：本实用新型中，通过传感器分别对温度、pH值和溶氧量进行在线监测，通气气盘位于培养容器的底部，在保证培养液溶氧量的同时，使微藻悬浮在培养液种，增加微藻与营养盐的接触，并保证均匀的光照，提高了微藻光合利用效率；对营养盐(NH₄ ⁺、 NO₃ ^-和NO₂ ^-)浓度进行在线监测，了解微藻各阶段所需的营养盐浓度，建立合适的营养盐流加模式，能够为微藻高密度培养提供科学依据和可靠数据。

附图说明

图1为本实用新型微藻培养装置的结构示意图；

图2为培养容器盖子的俯视图；

图中：1-培养容器、2-支撑架、3-LED灯管、4-温度传感器、5-溶氧传感器、6-pH传感器、7-营养盐检测传感器、8-气盘、9-放料口、10-出气孔、11-通气孔、12-进料口。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

一种具有在线监测功能的微藻培养装置，包括培养容器1、支撑架2、光源调节系统、温度检测系统、溶氧检测系统、pH检测系统、营养盐在线监测系统、空气/CO₂混合气体通气系统(图中未示出)、PLC自动化控制系统(图中未示出)、配电箱(图中未示出)。培养容器1置于支撑架2上，培养容器底部设有放料口9。

本实施例中，培养容器1为半封闭式结构，由直径50cm高度100cm的亚克力材质柱状容器和直径50cm的盖子组成。盖子上预留有LED灯管3的安装孔、温度传感器4的安装孔、溶氧传感器5的安装孔、pH传感器6的安装孔、营养盐(氨氮、硝态氮和亚硝态氮)检测传感器7的安装孔以及供混合气体通气管穿过的通气孔11。盖子上还设有出气孔10，出气孔10和通气孔11上均覆盖一层空气过滤膜，防止环境中杂菌污染和原生动物侵入。培养容器1由支撑架2支撑，支撑架2采用不锈钢材质，防止锈蚀。

安装时，先将装入玻璃管中的LED灯管3从盖子预留的安装中穿过进入培养容器1；温度传感器4、溶氧传感器5、pH传感器6、营养盐(NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-)检测传感器7分别从盖子上预留的安装孔中穿过进入培养容器1；空气与CO₂混合气体通气系统的通气管从盖子上预留的通气孔11进入，与培养容器底部的气盘8连接。PLC自动化控制系统与温度传感器4、溶氧传感器5、pH传感器6和营养盐检测传感器7连接，显示模块用于显示温度传感器4感应到的藻液温度、显示pH传感器5检测到的藻液pH、显示溶氧传感器6检测到的藻液中溶氧量、显示营养盐检测传感器7检测到的藻液NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-的浓度，进行在线实时监测。配电箱与光源调节系统3、温度传感器4、pH传感器5、溶氧传感器6、营养盐检测传感器7、空气与CO₂混合气体装置和PLC自动化控制器连接，用于给上述装置供电。其中，盖子上预留的安装孔与各传感器和光源调节系统接触的缝隙均有橡胶圈密封固定。温度传感器4、溶氧传感器5、pH传感器6、和营养盐(NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-)检测传感器7，都不可高压灭菌。气盘8材质为不锈钢，可高压灭菌，防止因气盘清洗不干净造成的污染。

所述光源调节系统包括两根LED灯管3、两根玻璃管、变频器(图中未示出)和光强调节器(图中未示出)。LED灯管装入玻璃管后，插入培养液中使用，玻璃管插入培养液的底端封闭，顶端开口，开口端高出培养液液面，起到防水的作用。所述光强调节器与LED灯连接，所述变频器与光强调节器连接。

所述温度检测统，包括温度传感器4和数据传输器(图中未示出)。温度传感器4用于在线监测培养液温度，其数据传输器可对温度数据进行传输。

所述溶氧检测系统，包括溶氧传感器5和数据传输器(图中未示出)。溶氧传感器5用于在线监测培养液溶氧量，其数据传输器可对溶氧数据进行传输。

所述pH检测系统，包括pH传感器6和数据传输器(图中未示出)。pH传感器6用于在线监测培养液pH，其数据传输器可对pH数据进行传输。

所述营养盐在线监测系统，包括营养盐检测传感器7(即三个离子传感器)和数据传输器。三个离子传感器可分别对氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度进行在线监测，在微藻生长的各个阶段对上述3种营养盐吸收不同，可用于研究微藻营养盐吸收机制，其数据传输器可对在线监测的营养盐离子浓度进行数据传输。

所述空气与CO₂混合气体通气系统，包括空气压缩机、CO₂气罐、空气混合器、压力调节器、气体流量计和通气管。所述空气压缩机用于提供空气，所述CO₂气罐用于提供CO₂，所述空气混合器，可将空气和CO₂混合，所述压力调节器可对空气压力和CO₂压力进行调节，所述气体流量计用于混合气体流量控制，所述通气管为硅胶材质，一端连接空气混合器，一端连接气盘8，所述气盘8为不锈钢材质，排布有2μm气孔，置于培养容器底部，可为微藻提供均匀的混合气体。

所述PLC自动化控制系统，接收外部传感器发出的信号和外部键入信息。

所述配电箱，用于光源检测系统、温度检测系统、溶氧检测系统、pH检测系统、营养盐在线监测系统、空气与CO₂混合气体通气系统、PLC自动化控制系统电源控制。

在使用培养容器进行微藻培养时，首先将培养液由盖子上预留的进料口12注入培养容器1内，接入种子液进行培养。培养过程中可对光照进行精准控制，可调范围1000～20000 Lux，满足大部分微藻对光强的需求；对温度、pH值和溶氧量进行在线监测，获取微藻各阶段的温度、pH值和溶氧量数据；对通气量进行控制，通过调节空气与CO₂压力，从而保证培养液溶氧量，使微藻悬浮在培养液种，增加微藻与营养盐的接触，并保证均匀的光照，提高了微藻光合利用效率；对营养盐(NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-)浓度进行在线监测，了解微藻各阶段所需的营养盐(NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-)浓度，建立合适的营养盐流加模式，能够为微藻高密度培养提供科学依据和可靠数据。

上述虽然对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有在线监测功能的微藻培养装置，包括培养容器，培养容器的顶部设有进料口，底部设有放料口，其特征在于：培养容器的顶部固定有LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器，培养容器内侧底部固定有气盘，培养容器的顶部设有出气孔，气盘连接有混合气体通气系统。

2.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器分别通过数据传输器与PLC自动化控制系统相连接，PLC自动化控制系统具有用于显示温度传感器感应到的藻液温度、显示pH传感器检测到的藻液pH值、显示溶氧传感器检测到的藻液中溶氧量、显示营养盐检测传感器检测到的藻液营养盐浓度的显示模块。

3.根据权利要求2所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述PLC自动化控制系统、LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器和营养盐检测传感器均与配电箱连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述LED灯管连接有光强调节器。

5.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述营养盐检测传感器由分别对氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度检测的三个离子传感器组成。

6.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述培养容器的材料为亚克力，气盘的材料为不锈钢。

7.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述混合气体通气系统包括空气压缩机、CO₂气罐、空气混合器、压力调节器、气体流量计和通气管。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述培养容器的顶部固定有盖子，盖子上设有供通气系统的通气管穿过的通气孔，所述LED灯管、温度传感器、溶氧传感器、pH传感器、营养盐检测传感器均密封地与固定在盖子上的安装孔中。

9.根据权利要求8所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：所述通气孔和出气孔中覆盖有空气过滤膜。

10.根据权利要求1所述的一种具有在线监测功能的微藻培养装置，其特征在于：培养容器的底部设有支撑架，支撑架采用不锈钢材质。

Images