一种微藻培养用光生物反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种微藻培养用光生物反应器，包括：光生物反应器本体；通气及气液混合装置设置在所述光生物反应器主体底部；导流装置悬挂设置在所述光生物反应器主体内部，将所述光生物反应器主体内部分为光区和暗区，导流装置用于促进液体循环及气液传质；光源，设置在所述光生物反应器主体外周；搅拌及轴向流动推进装置包括上部搅拌桨和下部搅拌桨，所述下部搅拌桨用于提供涡流以实现气液交换、二氧化碳传质及氧气的解析，所述上部搅拌桨用于促进藻液在光区和暗区间的穿梭循环。本发明专利技术结构简单，操作方便，针对不同种类的微藻培养均能显著提高光能的利用效率，可以广泛应用于微藻的规模化放大培养中。

【技术实现步骤摘要】
一种微藻培养用光生物反应器
本专利技术涉及微藻培养领域，尤其涉及一种微藻培养用光生物反应器。
技术介绍
微藻富含蛋白质、不饱和脂肪酸、藻多糖、β-胡萝卜素、多种微量元素(如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等)、维生素等高价值的营养成分，在饲料、食品、医药等领域应用广泛。目前，在可再生能源、环境治理等新兴领域也发挥着越来越重要的作用。微藻生物技术应用的基础在于微藻的低成本与规模化培养，而微藻规模化培养的核心是光生物反应器，目前主要有开放式培养装置和封闭式光生物反应器两种。开放式培养是最古老也是应用最为普遍的一种方式，目前世界各国尤其是我国仍然将其作为微藻工业化培养的主要方式。其中以跑道式培养池、圆形培养池最为常见。该培养方式的主要优点是构造简单、成本低廉及操作简便。缺点是光能利用率低，受外界环境因素(温度、光照等气候条件)的影响大，易被污染，水分蒸发大，生产效率低。封闭式光生物反应器有多种形式，如柱式、管式和平板式。相比于开放式培养，封闭式培养受外界环境影响较小，不容易受污染，节约水资源，培养密度相对较高，采收成本低，缺点是投资成本高、升温或降温等所造成能耗较大。为了克服封闭式培养成本高的缺陷，一方面需要降低培养所需的材料、能耗成本；另一方面需要大幅度提高藻液中的细胞密度和产率。虽然封闭式培养的产率要高于开放式培养，但是微藻的光能利用率仍然很低。设法提高微藻细胞对光能的利用率是提高产率、降低成本的重要途径。对于光合自养型的微藻，光照是生长及产物积累的必要条件，而且微藻生长需要一定强度的光照(光补偿点)及持续时间，否则会出现光限制现象，即由于光强及光照时间的不足导致微藻的生长受到限制，严重时可导致微藻细胞的死亡。光照强度超过光补偿点后，随着光照强度增强，光合速率逐渐提高，这时光合强度就超过呼吸强度，藻细胞分裂并积累干物质。但达到一定值后，再增加光照强度，光合速率却不再增加，此即光饱和现象。光照强度继续增强，则会出现光抑制的现象，藻细胞会由于细胞色素捕获的过多的光子无法淬灭导致光氧化而出现生长抑制直至死亡等现象。因此光生物反应器的核心在于使得微藻细胞处于合适的光照强度及时间的区间范围内。由于藻细胞间的自遮挡效应，在光生物反应器内的藻液中，沿着光照方向有着严重的光衰减现象。达到一定的细胞密度时，光线在藻液内传播会迅速衰减，光的穿透距离(光径)为几毫米至几厘米不等。光生物反应器内事实上可分为靠近光照一侧内壁面的光区与之外的暗区两部分。当微藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间来回穿梭，使得微藻细胞及时回到光区再次接受光照，这样才能使进入光生物反应器的光量子被充分利用。因此通过使微藻细胞在光区与暗区之间高频率来回穿梭，可以提高总体的光能利用率和微藻细胞的产量。因此促进藻细胞在光生物反应器内的光暗区之间的有序循环极其重要。然而，在常规的光生物反应器中，藻细胞长时间处于光区或暗区，无法实现在光区与暗区之间的有序循环，藻细胞长时间位于光区会产生光抑制甚至光损伤，而距光区较远的藻细胞却长时间处于光限制状态，使得光能利用率不高。另一方面，藻液当中的气液交换非常重要，光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，微藻细胞的呼吸作用则反之。这些都要求藻液与外部空气之间的充分交换。此外藻液当中的无机营养元素的吸收及细胞代谢废物的外排也要求藻液进行充分的混合。由于藻细胞通常比水略重，良好的混合也能避免藻细胞的沉降及由此引发的生长受阻的状况。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种微藻培养用光生物反应器，以解决现存的光生物反应器的普遍性问题：随着藻细胞密度的提高，光衰减增强，光径变短导致反应器内不同区域的藻细胞受光不均，反应器体积变大时，光暗区体积比迅速减少，光能利用效率低、藻细胞生长受限的问题。本光生物反应器采用“鼓泡-气升-搅拌”一体的形式，实现微藻在光暗区之间有序穿梭循环提高微藻在光照区停留的时间，培养液中气液交换充分，混合良好，尤其是针对粘度较高的微藻培养液。为了达到上述目的，本专利技术实施例所采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供一种微藻培养用光生物反应器，包括：光生物反应器本体；通气及气液混合装置，设置在所述光生物反应器主体底部，用于提供微藻培养所需的CO2传质并实现气液交换，同时解析溶氧；导流装置，悬挂设置在所述光生物反应器主体内部，将所述光生物反应器主体内部分为光区和暗区，其中所述光区为导流装置与光生物反应器主体内壁之间的区域，所述暗区为导流装置内部的区域，导流装置用于促进液体循环及气液传质；光源，用于给微藻提供光照；搅拌及轴向流动推进装置，包括搅拌轴、安装在所述搅拌轴上部的上部搅拌桨以及安装在所述搅拌轴下部的下部搅拌桨，所述下部搅拌桨用于提供涡流以实现气液交换、二氧化碳传质及氧气的解析，所述上部搅拌桨用于促进藻液在光区和暗区间的穿梭循环，增加微藻在光区的停留时间，提高微藻对光能的利用效率，避免光限制及光抑制现象的产生。进一步地，所述光生物反应器主体为柱状结构，其顶部设置有带出气口的可拆卸反应器封盖，底部连接有通气装置。进一步地，所述光生物反应器本体的高径比为1～10：1，导流筒的直径(内径)与光生物反应器本体直径(内径)之比为0.2～0.8:1；所述光生物反应器本体的罐体直径(内径)为0.01-0.5m。进一步地，所述光生物反应器主体底部设置为平底状。进一步地，所述搅拌及轴向流动推进装置所用材质为不锈钢材质或者聚四氟乙烯有机材质。进一步地，所述通气及气液混合装置产生的气泡的直径为10-100μm。进一步地，所述光源设置在所述光生物反应器主体外周，包括功率可调的圆环型光源。进一步地，所述圆环型的光源与微藻培养液的流动方向垂直。进一步地，所述圆环型的光源的发光段的长度为0.5～5m。进一步地，所述圆环型的光源的截面可以是圆形或方形，优选圆形。所述圆环型的光源的实现方式包括但不限于用多个点光源在带或管上排布实现，和/或将外部光源的光导入分段发光的导光管或光棒。进一步地，所述多个点光源在带或管上排布的实现方式下可以采用发光二极管(LED)，优选聚光型LED；此时带或管状光源需要置入透明的光源套管，光源套管再固定在柱式反应器的外周。进一步地，所述圆环型光源的数量按照下述原则计算：光反应器内单位体积培养液的总光能为4～10kwm-3。其中，每个圆环型光源发出的光能用通用标准方法测量。进一步地，所述导流装置通过设置在其上、下两端的支点悬挂在所述光生物反应器主体腔体内部。这里的支点可以采用导流筒支柱和反应器侧面支撑架分别对导流筒在轴向和径向进行固定。进一步地，所述导流装置、通气及气液混合装置、搅拌及轴向流动推进装置共同作用将所述光生物反应器主体腔体内部划分为上升区和下降区，所述上升区是指位于所述导流装置内部的所述光生物反应器主体腔体部分，所述下降区是指位于所述导流装置外部的所述光生物反应器主体腔体部分，所述上升区和下降区分别与暗区和光区相对应。进一步地，所述光生物反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微藻培养用光生物反应器，其特征在于：包括：/n光生物反应器本体；/n通气及气液混合装置，设置在所述光生物反应器主体底部，用于提供微藻培养所需的CO

【技术特征摘要】
1.一种微藻培养用光生物反应器，其特征在于：包括：
光生物反应器本体；
通气及气液混合装置，设置在所述光生物反应器主体底部，用于提供微藻培养所需的CO2传质并实现气液交换；
导流装置，悬挂设置在所述光生物反应器主体内部，将所述光生物反应器主体内部分为光区和暗区，其中所述光区为导流装置与光生物反应器主体内壁之间的区域，所述暗区为导流装置内部的区域，导流装置用于促进液体循环及气液传质；
光源，用于给微藻提供光照；
搅拌及轴向流动推进装置，包括搅拌轴、安装在所述搅拌轴上部的上部搅拌桨以及安装在所述搅拌轴下部的下部搅拌桨，所述下部搅拌桨用于提供涡流以实现气液交换、二氧化碳传质及氧气的解析，所述上部搅拌桨用于促进藻液在光区和暗区间的穿梭循环。


2.如权利要求1所述的一种微藻培养用光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器主体为柱状结构，其顶部设置有带出气口的可拆卸反应器封盖，底部连接有通气装置。


3.如权利要求2所述的一种微藻培养用光生物反应器，其特征在于：所述光生物反应器主体底部设置为平底状。


4.如权利要求1所述的一种微藻培养用光生物反应器，其特征在于：所述搅拌及轴向流动推进装置所用材质为不锈钢材质或者聚四...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣庆，章真，
申请(专利权)人：清华大学，浙江清华长三角研究院，浙江清荣生物科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11