一种盐藻无损伤循环培养装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种盐藻无损伤循环培养装置，包括采用负压与正压相结合的液位差气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，气升式反应器添加旁路循环，可根据装置内溶解氧浓度单独控制阀门的大、小或开、关，另增加二氧化碳补气装置与溶氧解析机构在结构上分离。本发明专利技术采用射流器引入消毒压缩空气，提升盐藻液上升实现无损伤循环，二氧化碳补充模块与溶氧解析模块物理隔离，旁路循环可根据交换柱内溶氧值调整旁路循环流量与循环时间，提高了二氧化碳的利用效率，进而促进盐藻细胞光合作用而提高生物产量，最终实现卤水养殖盐藻的人工可控性。

【技术实现步骤摘要】
一种盐藻无损伤循环培养装置
本专利技术涉及盐藻培养装置
，具体涉及一种盐藻无损伤循环培养装置。
技术介绍
盐藻是具有双鞭毛的单细胞绿藻，其鞭毛长度为细胞长度的1-2倍，且极易受外界机械力损伤。其细胞壁结构主要由糖蛋白复合物组成而缺乏刚性的纤维素组分，这种柔性细胞结构特性也导致了盐藻细胞在产业化养殖过程中极易受外界机械剪切力的损伤而出现生长衰退甚至细胞死亡。此外，盐藻细胞的损伤和死亡会释放大量有机物至培养体系中，促进细菌、甚至敌害生物的繁殖；溶解在体系中的蛋白等有机物在补气装置的作用下会产生大量气泡，进而引起更多盐藻气浮聚集而死亡。目前，盐藻尚无成功的异养发酵工业化成功案例。因此，盐藻工业化生产全部采用光合自养模式，即通过盐藻细胞的光合作用进行生物质积累和次级代谢产物合成，进而收获富含特定代谢产物的盐藻作为后续产品加工的原料。光合作用依赖盐藻中Rubisco酶，但Rubisco酶既可以与CO2发生反应通过光合作用过程合成有机物供细胞生长；又可以与O2发生反应进行光呼吸作用分解有机物，消耗细胞的物质与能量，进而降低盐藻的产量，因此，在盐藻培养过程中需要尽量降低培养体系中dO2（溶解性氧气）同时提高dCO2（溶解性二氧化碳）的值，以促进盐藻细胞进行光合作用而抑制其光呼吸作用。盐藻的的工业化实践和核心装置在设计时必须考虑两大因素：在降低剪切力的同时，保证富含盐藻细胞混合液进行充分的循环以促进细胞进行光合作用。因此，低剪切力甚至无剪切力的循环模块是盐藻产业化化养殖工艺设计的核心与关键。蔡志武的“一种产业化培养微藻的生产装置”（中国专利，CN201245640Y）公开了一种气推运行的封闭光生物反应器模型，但是该专利技术仅适用于水平流动的液体。罗光宏等人的“一种盐藻培养装置”（中国专利，CN209722114U）采用电机驱动搅拌轴和搅拌翅对盐藻培养液进行搅拌以避免细胞贴壁，但是其机械转动依然会引入外源机械剪切力，可能对细胞造成损伤；此外，搅拌也会提高设备的能耗。何雅玲等人的“一种自吸氧式管式光生物反应器”（中国专利，CN107043693B）通过引入燃料电池组吸收反应器中的高浓度溶解氧，但仍需要借助于循环水泵实现藻液的循环。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种盐藻培养装置，完全不依赖于机械泵、无外界机械剪切力的条件下使盐藻液高效循环，光合氧解析过程和补充二氧化碳过程物理隔离，实现降低溶解性氧气，提高溶解性二氧化碳，进而促进盐藻细胞进行光合固碳，同时抑制其光呼吸过程。基于上述问题，本专利技术提出的技术方案是一种盐藻无损伤循环培养装置，包括气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，气升式反应器包括交换柱、连接在交换柱下端的长度可调的竖直管路、竖直管路底部的离心泵、设置在竖直管路上的射流器、底部与射流器下端的所述竖直管路连通的氧气循环管路、连接在氧气循环管路顶部的空气压缩机。所述气升式反应器上设置旁路循环管路，所述旁路循环管路顶端与交换柱连通，底端与射流器下端的所述竖直管路连通，旁路循环管路上安装液体流量计。气升式反应器顶部远离光生物反应器的一侧连接负压管路，其中，负压管路末端连接三通，所述三通一端连接在位于其上方的负压抽气机上，另一端连接溢流管路，溢流管路末端连接位于其下端的废液收集箱。气升式反应器顶部与光生物反应器连接的管路上连接二氧化碳钢瓶。其中，所述交换柱为底部呈锥形、顶部呈圆柱形的中空容器，其顶部设置进料口，在交换柱内部循环管路上端负压管路下端位置处设置气泡排出口。进一步的，氧气循环管路上安装第一气体流量计。进一步的，气升式反应器顶部与光生物反应器相连通的管路上设置补气口，二氧化碳钢瓶设置在所述补气口处，二氧化碳钢瓶与补气口之间的管路上安装第二气体流量计。进一步的，气升式反应器底部与光生物反应器相连通的管路上设置pH电极。进一步的，在气升式反应器与光生物反应器相连通的管路上、旁路循环管路上、负压管路上均设置控制流量大小或启闭的阀门。依赖于该装置的盐藻循环培养方法为：1）开启机械泵，对交换柱和光生物反应器分别进行消毒、曝气；2）加入培养液和无菌盐藻藻种液；3）开启LED光源，设置光、暗周期，开启空气压缩机，调节第一气体流量计，开启二氧化碳钢瓶，调节第二气体流量计，系统每连续运转4小时，读取溶氧电极值，及时调整气体流量值至氧气浓度降低至所需阈值，暗周期内关闭二氧化碳钢瓶；4）启动负压抽气机，废液收集箱收集废液，根据排除液量补加新鲜无菌培养基。对于步骤2，卤水养殖盐藻过程中，首先依靠外置空气压缩机经由射流器通入压缩空气，压缩空气在混合液中沿竖直管路上浮，带动盐藻细胞与卤水的混合液上升达到H1后在交换柱中循环，使其从低位H0循环至高位H1，气体和盐藻液在上升过程中，发生气体交换。并随气泡的上升而混匀最终到达H3高度。在补气口通入二氧化碳，随盐藻混合液进入光生物反应器进行光合作用,由于盐藻细胞经光合固碳，在光生物反应器中盐藻细胞吸收无机碳，导致溶解性二氧化碳降低；通入气体的二氧化碳浓度大于H0处二氧化碳浓度，在藻液从H0处上升至H1过程中，气相中CO2向盐藻液扩散，使得盐藻液中溶解性二氧化碳升高。类似的，由于盐藻细胞经光合放氧，在光生物反应器积累大量氧气，导致溶解性氧气升高；通入消毒压缩气体的氧气浓度小于H0处氧气浓度，在藻液从H0处上升至H1过程中，盐藻液中O2自液相向气相扩散，使得盐藻液中溶解性氧气降低。通过读取溶氧电极，调节液体流量计，直至溶解性氧气降低至所需阈值。至此实现溶氧解析与二氧化碳补充的物理隔离。机械离心泵仅在清洗管路或者平衡不含盐藻细胞的培养液使用。接入盐藻细胞后，机械离心泵将一直处于关闭状态，因此对盐藻细胞不存在任何机械损伤。对于步骤4，气泡从出口溢出到达负压管路被负压抽气机抽出，部分破碎或者死亡的细胞被气浮带出，从溢流管路流出到达废液收集装置。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术采用负压与正压相结合的液位差气升式模块，实现完全不依赖于机械泵、无外界机械剪切力的条件下使盐藻液高效循环，即通过射流器引入消毒压缩空气，提升盐藻液上升实现无损伤循环，离心泵仅在清洗管路或者平衡不含盐藻细胞的培养液使用，接入盐藻细胞后，机械离心泵将一直处于关闭状态，对盐藻细胞不存在任何机械损伤。2、旁路循环的设置，根据交换柱内溶氧值调整旁路循环流量与循环时间，可以对系统中的溶解氧气进行高效、可控解析，降低盐藻细胞光呼吸效率。3、二氧化碳补充模块与溶氧解析模块物理隔离，实现降低溶解性氧气，提高溶解性二氧化碳，进而促进盐藻细胞进行光合固碳，同时抑制其光呼吸过程，最终实现卤水养殖盐藻的人工可控性。4、设置顶部负压模块和废泡溢流管，提升藻液高度，实现盐藻细胞碎片的及时隔离，降低反应器污染物。5、装置高度可依据所搭配的反应器模块进行调节高度，竖直管路高度可调，针对不同类型的光生物反应器，可根据气升式反应器的垂直高度尺寸H，当光生物反应器的高度大于H，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盐藻无损伤循环培养装置，包括气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，其特征在于：气升式反应器包括交换柱、连接在交换柱下端的长度可调的竖直管路、竖直管路底部的离心泵、设置在竖直管路上的射流器、底部与射流器下端的所述竖直管路连通的氧气循环管路、连接在氧气循环管路顶部的空气压缩机；/n所述气升式反应器上设置旁路循环管路，所述旁路循环管路顶端与交换柱连通，底端与射流器下端的所述竖直管路连通，旁路循环管路上安装液体流量计；/n气升式反应器顶部远离光生物反应器的一侧连接负压管路，负压管路上连接负压抽气机和废液收集箱；/n气升式反应器顶部与光生物反应器连接的管路上连接二氧化碳钢瓶。/n

【技术特征摘要】
1.一种盐藻无损伤循环培养装置，包括气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，其特征在于：气升式反应器包括交换柱、连接在交换柱下端的长度可调的竖直管路、竖直管路底部的离心泵、设置在竖直管路上的射流器、底部与射流器下端的所述竖直管路连通的氧气循环管路、连接在氧气循环管路顶部的空气压缩机；
所述气升式反应器上设置旁路循环管路，所述旁路循环管路顶端与交换柱连通，底端与射流器下端的所述竖直管路连通，旁路循环管路上安装液体流量计；
气升式反应器顶部远离光生物反应器的一侧连接负压管路，负压管路上连接负压抽气机和废液收集箱；
气升式反应器顶部与光生物反应器连接的管路上连接二氧化碳钢瓶。


2.根据权利要求1所述的盐藻无损伤循环培养装置，其特征在于：所述交换柱为底部呈锥形、顶部呈圆柱形的中空容器，其顶部设置进料口，在交换柱内部循环管路上端负压管路下端位置处设置气泡排出口。


3.根据权利要求2所述的盐藻无损伤循环培养装置，其特征在于：在所述交换柱上与所述旁路循环管路相对侧安装溶氧电极。


4.根据权利要求1所述的盐藻无损伤循环培养装置，其特征在于：负压管路末端连接三通，所述三通一端连接在位于其上方的负压抽气机上，另一端连接溢流管路，溢流管路末端连接位于下端的废液收集箱。

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【专利技术属性】
技术研发人员：邱炜，王广策，邱琦，顾文辉，郭井瑶，王立军，崔会冲，关月，
申请(专利权)人：天津长芦汉沽盐场有限责任公司，中国科学院海洋研究所，天津汉盐科瑞生物科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津;12