CN214193264U - 一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，包括若干组反应单元、以及循环单元；反应单元包括前后两排透明管道；循环单元包括缓冲罐以及循环泵；缓冲罐包括罐体、盖体、加热夹套；加热夹套内还设置有加热装置；罐体内设有pH传感器和温度传感器；罐体的底部设置有排料总管，排料总管与循环泵的进口连通，循环泵的出口管线分为进料支路，进料支路与反应单元的进料口连通；每个进料支路上均设置有采料管线；每个反应单元的出料口通过出料管道与循环总管连通；循环总管与缓冲罐连通；排料总管上还设置排料支管；盖体上设置有呼吸阀、接种口、二氧化碳管线、营养盐补充管线以及浊度测试管线；浊度测试管线连通有浊度检测装置。
Description
技术领域
本实用新型属于微藻培养技术领域，尤其涉及一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器。
背景技术
微藻是一类光合自养微生物，少数几种藻类同时也能营异养代谢。藻类细胞中含有丰富的营养物质，已经被广泛开发为保健食品、医药、美妆产品等，例如藻油DHA作为膳食营养补充剂被强制添加到婴幼儿奶粉中。但是，目前微藻的产能有限，限制其更广泛的应用。其中，微藻养殖密度低、活性物质含量少是产能不足的主要原因。在传统的微藻培养过程中，由于受到温度、光照、营养盐等因素的影响，藻细胞浓度不能达到较高的水平，例如光自养条件下，规模化培养小球藻的密度仅有1克(干基)/升。异养培养是在对藻种进行驯化的基础上，在自养培养基中添加葡萄糖等有机碳源，在无菌条件下进行发酵生产，据文献报道异养培养的小球藻密度可达50克(干基)/升。然而，由于没有光照作用，藻细胞中的活性物质含量降低，异养培养的小球藻中类胡萝卜素含量仅有自养培养条件下的50%，多不饱和脂肪酸含量同样大幅度降低。如何在实现高密度培养的同时，提高活性物质的含量，也即在整个培养过程中提高目标产品的产率是微藻产业发展的瓶颈。在规模化生产雨生红球藻时，部分企业采用了两阶段培养的模式，即首先在发酵罐中异养培养提高藻细胞密度，其次将培养液稀释在管道反应器中进行光照培养进而诱导虾青素的合成，该方法存在较多弊端，其一是培养液倒罐极易发生污染，其二高密度的藻细胞重新稀释增加了后续采收的成本等。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，本实用新型的管道式光生物反应器可以实现微藻的自养培养、异养培养和兼养培养，并可以有效解决上述现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，包括设置在管架不同高度上的若干组反应单元、以及循环单元；每个所述反应单元均包括前后两排透明管道，前排所述透明管道和后排所述透明管道的数量相同且交错设置，两者通过弯管依次连通形成螺旋形的管道；
所述循环单元包括缓冲罐以及循环泵；缓冲罐包括罐体、与罐体可拆卸地连接的盖体、以及设置在罐体外部的加热夹套；所述加热夹套上设置有加热介质的进口和出口，所述加热夹套内还设置有加热装置；所述罐体内设有pH传感器和温度传感器；所述罐体的底部设置有排料总管，所述排料总管与所述循环泵的进口连通，所述循环泵的出口管线分为若干个与反应单元个数相同数量的进料支路，所述进料支路与所述反应单元的进料口连通；每个所述进料支路上均设置有采料管线；每个所述反应单元的出料口通过出料管道与循环总管连通；所述循环总管与所述缓冲罐连通；所述排料总管上还设置有用于对缓冲罐排料的排料支管；
所述盖体上设置有呼吸阀、接种口、用于补充二氧化碳的二氧化碳管线、用于补充营养盐的营养盐补充管线以及浊度测试管线；所述浊度测试管线位于罐体外的一端连通有浊度检测装置。
进一步地，所述浊度检测装置包括隔膜泵、浊度检测盒；所述浊度测试管线与所述隔膜泵的进口连通，所述隔膜泵出口与所述浊度检测盒连通，所述浊度检测盒内设置有浊度传感器；所述浊度检测盒与所述循环总管之间设置有返料管线。
进一步地，所述二氧化碳管线与设置在机柜中的二氧化碳压力气源连通；所述营养盐补充管线分别与机柜中的第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵的出口管线连通；第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵的进口管线分别与氮源的存储罐、磷源的存储罐、钙源的存储罐、微量元素的存储罐、维生素的存储罐连通，所述存储罐设置在机柜内。
进一步地，所述盖体的下表面的中心部位设置有第一LED灯；在管架上位于前后两排透明管道之间或者位于透明管道的后侧设置有外部LED光源，所述外部LED光源包含若干组设置在不同高度上的LED灯组，所述LED灯组包括从上往下依次设置在管架上的第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯；所述第一LED灯和所述第二LED灯为白色LED灯管，所述第三LED灯为红色LED灯管，所述第四LED灯为蓝色LED灯管；所述外部LED光源与所述透明管道平行且分别与透明管道一一对应设置；所述第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯的光强范围为0-20000LUX。
进一步地，所述循环总管上还设置有蒸汽管线和冲洗管线；所述循环泵的进口与出口之间设置有循环泵旁路管线。
进一步地，还包括控制单元；所述控制单元包括上位机、PLC控制器、pH传感器、温度传感器、加热装置以及浊度传感器；所述上位机具有人机交互操作界面和控制程序，并与所述PLC控制器之间双向连接；所述PLC控制器的输入端分别与所述pH传感器、浊度传感器、温度传感器的输出端电性连接，所述PLC控制器的输出端分别与二氧化碳管线上设置的进气电磁阀、所述第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵、加热装置、以及所述第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯之间电性连接。
本实用新型的有益结果：
1、本实用新型提供一种可同时实现多种营养模式培养的管道式光生物反应器；本实用新型设置有缓冲罐以及透明管道组成的反应单元，从而构成了培养暗区（缓冲罐内）和光区（管道内），以此提高所需目的产品的产率；也可以通过控制外部LED光源中不同颜色灯光的比例和强度，以此促进藻细胞的生长和活性物质的积累，即能够同时实现藻细胞高密度培养和活性物质的高含量积累。
2、本实用新型在通过pH值反馈补充二氧化碳作为碳源的同时，控制培养液的pH值稳定；通过测定藻液浊度变化，控制通过第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵向缓冲罐中反馈补加不同类型的营养盐；本实用新型能够有效提高营养盐和二氧化碳的利用效率。通过缓冲罐内温度传感器以及加热装置，以此对整个反应器的培养液进行升温和降温。
3、本实用新型对传统管道反应器进行改进，能够实现分段藻液采收、分段反应单元灭菌以及藻种培养。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型A-A向结构示意图；
图3为本实用新型的电气控制原理框图；
附图标记：1-机柜；2-进料口；3-第三LED灯；4-人机交互操作界面；5-第一蠕动泵；6-第二蠕动泵；7-第三蠕动泵；8-第四蠕动泵；9-第五蠕动泵；10-营养盐补充管线；11-二氧化碳管线；12-进气电磁阀；13-呼吸阀；14-接种口；15-第一LED灯；16-加热夹套；17-加热装置；18-pH传感器；19-温度传感器；20-排料支管；21-循环泵；22-排料总管；23-循环泵旁路管线；24-第四LED灯；25-第一LED灯；26-采料管线；27-出料管道；28-循环总管；29-蒸汽管线；30-冲洗管线；31-隔膜泵；32-浊度检测盒；33-返料管线；34-缓冲罐；35-管架；36-透明管道；37-第二LED灯。
具体实施方式
以下将结合附图1-3和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地说明，
本实用新型的一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，包括设置在管架35不同高度上的2组反应单元、以及循环单元；每组所述反应单元均包括从上到下设置在管架上的五根前排所述透明管道36和五根后排所述透明管道36的数量相同且两者交错设置，前排所述透明管道36和后排所述透明管道36通过弯管依次连通形成螺旋形的管道；在管架35上位于前排所述透明管道36和后排所述透明管道36之间或者位于透明管道36的后侧设置有外部LED光源，所述外部LED光源包含若干组设置在不同高度上的LED灯组，所述LED灯组包括从上往下依次设置在管架35上的第二LED灯37、第三LED灯3、第四LED灯24；所述所述第二LED灯37为白色LED灯管，所述第三LED灯2为红色LED灯管，所述第四LED灯24为蓝色LED灯管；所述外部LED光源与所述透明管道36平行且分别与透明管道36一一对应设置；第二LED灯37、第三LED灯3、第四LED灯24的光强范围为0-20000LUX。
本反应器中透明管道和弯管均为玻璃管；弯管的外径为60mm，内径为55mm，直管长度1.5米，弯管的弧度为180度，透明管道和弯管的连接处采用耐高温和腐蚀的硅胶套管，厚度5-8mm，外裹不锈钢垫片，并用不锈钢管箍上紧；
所述循环单元包括缓冲罐34以及循环泵21；缓冲罐34包括罐体、与罐体可拆卸地连接的盖体、以及设置在罐体外部的加热夹套16；所述加热夹套16上设置有加热介质的进口和出口，所述加热夹套内还设置有加热装置17；所述罐体内设有pH传感器18和温度传感器19；所述罐体的底部设置有排料总管22，所述排料总管22与所述循环泵21的进口连通，所述循环泵21的出口管线分为若干个与反应单元个数相同数量的进料支路25，所述进料支路25与所述反应单元的进料口2连通；每个所述进料支路25上均设置有采料管线26；每个所述反应单元的出料口通过出料管道27与循环总管28连通；所述循环总管28与所述缓冲罐34连通；所述排料总管22上还设置有用于对缓冲罐34排料的排料支管20；
设计两组反应单元，使从缓冲罐中打出的藻液可以从两个进料口进入透明管道，以降低仅有一个进料口时对进料口处的玻璃管的高压冲击；
所述盖体上设置有呼吸阀13、接种口14、用于补充二氧化碳的二氧化碳管线11、用于补充营养盐的营养盐补充管线10以及浊度测试管线；所述浊度测试管线位于罐体外的一端连通有浊度检测装置。所述浊度检测装置包括隔膜泵31、浊度检测盒32；所述浊度测试管线与所述隔膜泵31的进口连通，所述隔膜泵31出口与所述浊度检测盒32连通，所述浊度检测盒32内设置有浊度传感器；所述浊度检测盒32与所述循环总管28之间设置有返料管线33。所述二氧化碳管线11与设置在机柜1中的二氧化碳压力气源连通；所述营养盐补充管线10分别与机柜1中的第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9的出口管线连通；第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9的进口管线分别与氮源的存储罐、磷源的存储罐、钙源的存储罐、微量元素的存储罐、维生素的存储罐连通，所述存储罐设置在机柜1内。所述盖体的下表面的中心部位设置有第一LED灯15；所述第一LED灯15为白色LED灯管，所述第一LED灯15的光强范围为0-20000LUX。所述循环总管28上还设置有蒸汽管线29和冲洗管线30；所述循环泵21的进口与出口之间设置有循环泵旁路管线23。所述排料支管20、排料总管22、出料管道27、循环总管28、所述循环泵21的出口管线、进料支路25、蒸汽管线29和冲洗管线30等管线上均设置有调节阀门。
本反应器还包括控制单元；所述控制单元包括上位机、PLC控制器、pH传感器18、温度传感器19、加热装置17以及浊度传感器；所述上位机具有人机交互操作界面4和控制程序，并与所述PLC控制器之间双向连接；所述上位机设置在机柜上，用于对第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9、所述第一LED灯15、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯的工作数据进行设定以及存储PLC控制器反馈的pH传感器18、所述温度传感器19、浊度传感器的数据，并将设定好的数据传输至PLC控制器；所述PLC控制器的输入端分别与所述pH传感器18、浊度传感器、温度传感器19的输出端电性连接，所述PLC控制器的输出端分别与二氧化碳管线11上设置的进气电磁阀12、所述第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9、加热装置17、以及所述第一LED灯15、第二LED灯37、第三LED灯3、第四LED灯24之间电性连接。此处PLC的控制原理为现有技术，此处不再赘述。
以本实用新型的反应器进行小球藻的自养培养：
①、首次对所述反应器灭菌包括缓冲罐34灭菌和反应单元灭菌；具体步骤为通过蒸汽管线29依次将蒸汽从循环总管28通入缓冲罐34，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，蒸汽以及凝液分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器灭菌操作；
②、进行自养培养基的配置，包括以下步骤：首先通过0.1um超滤膜对自来水过滤得到的超滤水，再从接种口14向缓冲罐34加入230L超滤水以及培养的小球藻所需要BG11培养基的配方加入营养盐母液10L；
③、进行小球藻藻种接种，包括以下步骤：然后利用酒精对接种口14进行消毒，点燃接种环，打开接种口14，将小球藻的种子液从接种环加入缓冲罐34内部，使得混合均匀后培养液中小球藻的密度为0.1克(干基)/升。
④、进行小球藻藻种培养，包括以下步骤：首先通过PLC控制器对第一LED灯15以及外部LED光源的光强进行调控，接种时调节白色LED灯管的光强为2000LUX，一天后增加为10000LUX，两天后增加为15000LUX，第三天后维持20000LUX，且红色LED灯管和蓝色LED灯管处于关闭状态。保持循环泵21运转，使液体在反应单元与缓冲罐34之间不停地循环，控制藻液流速为30cm/s；同时通过人机交互操作界面4设定藻种培养所需的pH值为7.8，当pH值高于设定值时，PLC控制器控制打开进气电磁阀12，向缓冲罐34内补充二氧化碳；当pH值低于设定值时，关闭进气电磁阀12；根据浊度传感器采集到的数值，根据每天浊度值的变化量计算出各类型营养盐的补给量，具体计算方法参考发明人前期的专利CN201110356566.4；利用PLC控制器控制第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9，进而控制缓冲罐34内氮源、磷源、钙源、微量元素、维生素的补给量；当检测微藻的细胞浓度，当连续两天检测微藻的细胞浓度没有变化时完成培养步骤；
⑤、进行藻液采收，包括全部采收或者分段采收；所述全部采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对各个反应单元内的藻液全部进行采收；所述分段采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对反应单元内的藻液进行采收，同时留下至少一个反应单元内的藻液作为种子液；当藻液采收时，藻液流速较慢，可以从蒸汽管线29处通入带压空气增加藻液的采收速度；分段采收后，当下一次培养时，对缓冲罐34和采收完成的反应单元进行清洗和灭菌后，重新在缓冲罐34内完成自养培养基的配置步骤，并在缓冲罐34内完成培养基灭菌步骤后，不需要接种新的藻种，当培养基冷却步骤完成后，即可进入新一轮的微藻培养步骤。
⑥、进行反应器清洗，包括以下步骤：从冲洗管线30接入自来水，依次将自来水从循环总管28通入缓冲罐，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，自来水分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器清洗操作。
经过三天的培养，小球藻密度达到3克/升。计算培养过程中碳源利用率为92%，藻细胞较传统光照培养提高2克/升。营养盐的得率如氮源得率为62%，提高68%。自养培养的对照组为不反馈控制pH值，一直以含5%CO2的混合空气通入，不调控第一LED灯15以及外部LED光源光强的模式，不采用利用浊度反馈控制营养盐补给量的模式，经过三天培养小球藻密度仅为1克/升。碳源利用率为20%，氮源得率为37%。
以本实用新型的反应器进行雨生红球藻的兼养培养：
①、首次对所述反应器灭菌包括缓冲罐34灭菌和反应单元灭菌；具体步骤为通过蒸汽管线29依次将蒸汽从循环总管28通入缓冲罐34，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，蒸汽以及凝液分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器灭菌操作；
②、进行兼养培养基的配置，包括以下步骤：通过接种口14向缓冲罐34中加入200L的自来水，再从接种口14加入培养的雨生红球藻藻种所需要的营养盐BG11，最后按照每升溶液中加入10g葡萄糖的比例从接种口14加入葡萄糖；
③、进行培养基灭菌，包括以下步骤：灭菌时开启循环泵21，使培养基在反应单元和缓冲罐34之间循环以便培养基内温度均匀，通过加热介质对培养基进行加热至90℃以上，并维持30min以上，完成培养基的灭菌；
④、培养基冷却，包括以下步骤：排出加热夹套16内的加热介质，通入冷却水，保持循环泵21开启，当培养基温度降低至30℃以下时，完成培养基的冷却；
⑤、进行雨生红球藻藻种接种，包括以下步骤：然后利用酒精对接种口14进行消毒，点燃接种环，打开接种口14，将雨生红球藻的种子液从接种环加入缓冲罐34内部，使得混合均匀后培养液中小球藻的密度为0.1克(干基)/升。
⑥、进行雨生红球藻藻种培养，包括以下步骤：通过PLC控制器对第一LED灯15以及外部LED光源的光强进行调控，接种的前三天仅打开白色LED灯管和红色LED灯管，其中接种时调节白色LED灯管和红色LED灯管的光强为2000LUX，一天后增加为10000LUX，两天后增加为15000LUX，第三天为20000LUX；三天后进入诱导培育阶段，仅打开白色LED灯管和蓝色LED灯管，两者的光强调节为20000LUX。保持循环泵21运转，使液体在反应单元与缓冲罐34之间不停地循环，控制藻液流速为50cm/s；同时通过人机交互操作界面4设定藻种培养所需的pH值为7.8，当pH值高于设定值时，PLC控制器控制打开进气电磁阀12，向缓冲罐34内补充二氧化碳；当pH值低于设定值时，关闭进气电磁阀12；根据浊度传感器采集到的数值，根据每天浊度值的变化量计算出各类型营养盐的补给量，具体计算方法参考专利CN201110356566.4；利用PLC控制器控制第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9，进而控制缓冲罐34内氮源、磷源、钙源、微量元素、维生素的补给量；当检测微藻的细胞浓度，当连续两天检测微藻的细胞浓度没有变化时完成培养步骤；
⑦、进行藻液采收，包括全部采收或者分段采收；所述全部采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对各个反应单元内的藻液全部进行采收；所述分段采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对反应单元内的藻液进行采收，同时留下至少一个反应单元内的藻液作为种子液；当藻液采收时，藻液流速较慢，可以从蒸汽管线29处通入带压空气增加藻液的采收速度；分段采收后，当下一次培养时，对缓冲罐34和采收完成的反应单元进行清洗和灭菌后，重新在缓冲罐34内完成自养培养基的配置步骤，并在缓冲罐34内完成培养基灭菌步骤后，不需要接种新的藻种，当培养基冷却步骤完成后，即可进入新一轮的微藻培养步骤。
⑧、进行反应器清洗，包括以下步骤：从冲洗管线30接入自来水，依次将自来水从循环总管28通入缓冲罐，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，自来水分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器清洗操作。
经过三天不同光强度的培养，雨生红球藻的密度达到20克/升，三天后，进入诱导阶段，经过三天的诱导，藻细胞干重达到30克升，其中藻细胞中虾青素的含量为5%。经过6天的培养虾青素的产率达到0.25克/L/d。兼养培养的对照组为不反馈控制pH值，一直以含5%CO2的混合空气通入，不采用调控光强和前三天后三天不采用不同颜色光照进行诱导的模式，不采用浊度反馈添加营养盐的模式，经过三天培养雨生红球藻的密度仅为9克/升，经过6天的培养虾青素的产率仅为0.09克/L/d。
以本实用新型的反应器进行雨生红球藻的异养培养：
①、首次对所述反应器灭菌包括缓冲罐34灭菌和反应单元灭菌；具体步骤为通过蒸汽管线29依次将蒸汽从循环总管28通入缓冲罐34，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，蒸汽以及凝液分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器灭菌操作；
②、进行兼养培养基的配置，包括以下步骤：通过接种口14向缓冲罐34中加入200L的自来水，再从接种口14加入培养的雨生红球藻藻种所需要的营养盐BG11，最后按照每升溶液中加入20g葡萄糖的比例从接种口14加入葡萄糖；
③、进行培养基灭菌，包括以下步骤：灭菌时开启循环泵21，使培养基在反应单元和缓冲罐34之间循环以便培养基内温度均匀，通过加热介质对培养基进行加热至90℃以上，并维持30min以上，完成培养基的灭菌；
④、培养基冷却，包括以下步骤：排出加热夹套16内的加热介质，通入冷却水，保持循环泵21开启，当培养基温度降低至30℃以下时，完成培养基的冷却；
⑤、进行雨生红球藻藻种接种，包括以下步骤：然后利用酒精对接种口14进行消毒，点燃接种环，打开接种口14，将雨生红球藻的种子液从接种环加入缓冲罐34内部，使得混合均匀后培养液中小球藻的密度为0.1克(干基)/升。
⑥、进行雨生红球藻藻种培养，包括以下步骤：关闭第一LED灯15以及外部LED光源。保持循环泵21运转，使液体在反应单元与缓冲罐34之间不停地循环，控制藻液流速为50cm/s；同时通过人机交互操作界面4设定藻种培养所需的pH值为7.8，当pH值高于设定值时，PLC控制器控制打开进气电磁阀12，向缓冲罐34内补充二氧化碳；当pH值低于设定值时，关闭进气电磁阀12；根据浊度传感器采集到的数值，根据每天浊度值的变化量计算出各类型营养盐的补给量，具体计算方法参考专利CN201110356566.4；利用PLC控制器控制第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、第三蠕动泵7、第四蠕动泵8、第五蠕动泵9，进而控制缓冲罐34内氮源、磷源、钙源、微量元素、维生素的补给量；当检测微藻的细胞浓度，当连续两天检测微藻的细胞浓度没有变化时完成培养步骤；
⑦、进行藻液采收，包括全部采收或者分段采收；所述全部采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对各个反应单元内的藻液全部进行采收；所述分段采收的步骤为：停止循环泵21，然后打开排料支管20对缓冲罐34内的藻液进行采收，打开采料管线26对反应单元内的藻液进行采收，同时留下至少一个反应单元内的藻液作为种子液；当藻液采收时，藻液流速较慢，可以从蒸汽管线29处通入带压空气增加藻液的采收速度；分段采收后，当下一次培养时，对缓冲罐34和采收完成的反应单元进行清洗和灭菌后，重新在缓冲罐34内完成自养培养基的配置步骤，并在缓冲罐34内完成培养基灭菌步骤后，不需要接种新的藻种，当培养基冷却步骤完成后，即可进入新一轮的微藻培养步骤。
⑧、进行反应器清洗，包括以下步骤：从冲洗管线30接入自来水，依次将自来水从循环总管28通入缓冲罐，从各个反应单元的出料管线27通入反应单元的透明管道36内，自来水分别从排料支管20和采料管线26排出缓冲罐34和反应单元，完成反应器清洗操作。
经过三天培养，雨生红球藻的密度达到35克升，生物量产率为11.7克/L/d，营养盐的得率如氮源得率为73%。异养培养的对照组为不反馈控制pH值，一直以含5%CO2的混合空气通入，不采用浊度反馈添加营养盐的模式，经过三天培养雨生红球藻的密度仅为16克/升，经过3天的培养生物量的产率仅为5.3克/L/d，营养盐的得率如氮源得率为48%。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：包括设置在管架（35）不同高度上的若干组反应单元、以及循环单元；每个所述反应单元均包括前后两排透明管道（36），前排所述透明管道（36）和后排所述透明管道（36）的数量相同且交错设置，两者通过弯管依次连通形成螺旋形的管道；
所述循环单元包括缓冲罐（34）以及循环泵（21）；缓冲罐（34）包括罐体、与罐体可拆卸地连接的盖体、以及设置在罐体外部的加热夹套（16）；所述加热夹套（16）上设置有加热介质的进口和出口，所述加热夹套内还设置有加热装置（17）；所述罐体内设有pH传感器（18）和温度传感器（19）；所述罐体的底部设置有排料总管（22），所述排料总管（22）与所述循环泵（21）的进口连通，所述循环泵（21）的出口管线分为若干个与反应单元个数相同数量的进料支路（25），所述进料支路（25）与所述反应单元的进料口（2）连通；每个所述进料支路（25）上均设置有采料管线（26）；每个所述反应单元的出料口通过出料管道（27）与循环总管（28）连通；所述循环总管（28）与所述缓冲罐（34）连通；所述排料总管（22）上还设置有用于对缓冲罐（34）排料的排料支管（20）；
所述盖体上设置有呼吸阀（13）、接种口（14）、用于补充二氧化碳的二氧化碳管线（11）、用于补充营养盐的营养盐补充管线（10）以及浊度测试管线；所述浊度测试管线位于罐体外的一端连通有浊度检测装置。
2.如权利要求1所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述浊度检测装置包括隔膜泵（31）、浊度检测盒（32）；所述浊度测试管线与所述隔膜泵（31）的进口连通，所述隔膜泵（31）出口与所述浊度检测盒（32）连通，所述浊度检测盒（32）内设置有浊度传感器；所述浊度检测盒（32）与所述循环总管（28）之间设置有返料管线（33）。
3.如权利要求1所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述二氧化碳管线（11）与设置在机柜（1）中的二氧化碳压力气源连通；所述营养盐补充管线（10）分别与机柜（1）中的第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）的出口管线连通；第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）的进口管线分别与氮源的存储罐、磷源的存储罐、钙源的存储罐、微量元素的存储罐、维生素的存储罐连通，所述存储罐设置在机柜（1）内。
4.如权利要求3所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述盖体的下表面的中心部位设置有第一LED灯（15）；在管架（35）上位于前后两排透明管道（36）之间或者位于透明管道（36）的后侧设置有外部LED光源，所述外部LED光源包含若干组设置在不同高度上的LED灯组，所述LED灯组包括从上往下依次设置在管架（35）上的第二LED灯（37）、第三LED灯（3）、第四LED灯（24）；所述第一LED灯（15）和所述第二LED灯（37）均为白色LED灯管，所述第三LED灯（3）为红色LED灯管，所述第四LED灯（24）为蓝色LED灯管；所述外部LED光源与所述透明管道（36）平行且分别与透明管道（36）一一对应设置；所述第一LED灯（15）、第二LED灯（37）、第三LED灯（3）、第四LED灯（24）的光强范围为0到20000LUX。
5.如权利要求4所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述循环总管（28）上还设置有蒸汽管线（29）和冲洗管线（30）；所述循环泵（21）的进口与出口之间设置有循环泵旁路管线（23）。
6.如权利要求5所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：还包括控制单元；所述控制单元包括上位机、PLC控制器、pH传感器（18）、温度传感器（19）、加热装置（17）以及浊度传感器；所述上位机具有人机交互操作界面（4）和控制程序，并与PLC控制器之间双向连接；所述PLC控制器的输入端分别与所述pH传感器（18）、浊度传感器、温度传感器（19）的输出端电性连接，所述PLC控制器的输出端分别与二氧化碳管线（11）上设置的进气电磁阀（12）、所述第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）、加热装置（17）、以及所述第一LED灯（15）、第二LED灯（37）、第三LED灯（3）、第四LED灯（24）之间电性连接。
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