组合式光生物反应器系统技术方案

本实用新型专利技术涉及生物工程领域的光生物反应器，特别是指一种组合式光生物反应器系统。包括由透光材质的箱体、进气装置以及循环动力源，箱体上开设进液口、排气口及出料口，箱体呈柱状，箱体外侧设有的光源采用沿箱体外侧设置且相对分布的第一、第二主光源，主光源照射光为连续光谱，峰值波长为430nm～460nm，主波长为470nm～495nm，光谱范围400nm～700nm；循环泵经管路分别接高位的箱体进液口及低位的箱体出料口。本实用新型专利技术有效解决了现有生产设备占地面积大，光辐射通量低的问题，具有设备投入低、占地面积小、光辐射通量高，相比跑道池培养能够有效提升微藻产量等优点。养能够有效提升微藻产量等优点。养能够有效提升微藻产量等优点。

【技术实现步骤摘要】
组合式光生物反应器系统


[0001]本技术涉及生物工程领域的光生物反应器，特别是指一种组合式光生物反应器系统。

技术介绍

[0002]微藻是一类广泛分布在陆地和海洋中的低等单细胞植物。微藻通过光合作用提供能量，吸收二氧化碳，代谢产生油脂、蛋白质、多糖及多种有价值的次生代谢产物，同时释放出氧气。微藻光合效率显著高于陆生植物，同时具有很高的固碳效率和生长速率。微藻的种类非常丰富，生长环境差异较大，因此，其多样性的组成及基因对于不同的应用提供了丰富的筛选原料。此外，微藻作为单细胞植物，生长期短，结构较高等植物简单，适合进行生物工程改造，有利于大规模、集约化培养。目前微藻生产养殖已对食品、生物医药、水产、农业、能源等行业产生重大影响，但目前微藻养殖生产基本属于农田作业，靠天吃饭，生产方式落后，造成微藻养殖技术无法实现工业化生产有以下制约因素：一是主要依靠自然采光进行微藻光合作用。由于气候条件限制，阳光和气温变化较大，造成微藻光合作用效率很低，无法实现连续生产。二是缺乏对人工补光光谱的研究。微藻光合作用中对光谱波长有很强选择性，阳光光谱中400nm～500nm和600nm～630nm包括了大部分微藻对光波的吸收峰值，目前人工补光的光谱中虽然也大量采用蓝光和红光，但光谱设计中光谱范围太小，许多光谱的峰值波长和主波长基本重合，造成光谱的辐射通量较低，微藻光合作用中能量不足，人工补光作用不明显。三是目前微藻养殖生产大多采用跑道池和盘管式光生物反应器，占地面积过大，一座百吨级年生产能力的螺旋藻厂，微藻养殖用跑道池需100亩以上，一架两吨水体积盘管式光生物反应器占地面积20m2以上，售价10万以上，造成实现工业化生产所需成本过高，用地过大。由于微藻富含蛋白质和油脂，是替代大豆重要选择和生物能源的重要原料，急需实现工业化大规模生产，以降低成本满足市场需求，因此研制低成本大型微藻光生物反应器，实现全天侯、全年侯生产，是微藻工业化大批量生产的关键。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于提供一种占地面积小、成本投入低、光的辐射通量高的组合式光生物反应器系统，应用于微藻生产可有效降低微藻的生产成本，增加微藻培养产量。
[0004]本技术的整体技术构思是：
[0005]组合式光生物反应器系统，包括由透光材质制作的箱体、进气装置以及循环动力源，箱体上开设有进液口、排气口及出料口，箱体外侧设置有光源；系统中：
[0006]A、箱体呈柱状；
[0007]B、箱体外侧光源采用沿箱体横截面的长度方向设置、且相对分布的第一主光源、第二主光源，主光源照射光为连续光谱，峰值波长为430nm～460nm，主波长为470nm～495nm，光谱范围400nm～700nm；
[0008]C、循环泵通过管路分别与处于高位的箱体的进液口、处于低位的箱体的出料口连
通。
[0009]申请人需要说明的是，所述的柱形包括横截面为圆形、椭圆形、矩形、多边形、长圆形等，均不脱离本技术的实质。
[0010]本技术的具体技术构思还有：
[0011]为便于箱体制作且具有更好的光照效果，优选的技术方案是箱体的横截面呈长方形，第一主光源、第二主光源在箱体外侧沿长度方向相对设置。
[0012]为增加光照强度，进一步满足微藻在培养条件下对光照的需求，优选的技术实现手段是，所述的箱体中部或箱体外侧设有副光源，副光源照射光为连续光谱，峰值波长为600nm～630nm，主波长为560nm～590nm的连续光谱，光谱范围400nm～780nm；或采用峰值波长430nm～460nm，主波长470nm～ 495nm，光谱范围400nm～700nm的连续光谱。
[0013]为便于副光源的零部件组配及安装，同时便于光线的穿透及均布。优选的技术实现手段是，所述的副光源设置于箱体中部，副光源包括设置于透明管中的LED灯，透明管顶端开设的进气口及排气口高于箱体内的藻液面，透明管顶端装有排气端朝向排气口的风扇。
[0014]副光源还可以采用如下布置方式，副光源沿箱体长度方向设置于箱体外侧，副光源采用功率为100W～850W的半导体COB高功率集成面光源，光源发光面直径为30mm～85mm，采用光学透镜或光杯聚光，光束角20
°
～60
°
，副光源采用重力热管散热，重力热管连通盒状蒸发腔，蒸发腔壁厚不少于8mm，半导体COB光源的发热端固定于盒状蒸发腔表面。
[0015]第一、第二主光源优选采用如下技术实现方式，第一主光源、第二主光源采用功率为100W～850W的半导体COB高功率集成面光源，光源发光面直径为30mm～85mm，采用光学透镜或光杯聚光，光束角20
°
～60
°
。
[0016]为便于第一、第二主光源的散热，优选的技术实现手段是，第一主光源5、第二主光源采用重力热管散热，重力热管连通盒状蒸发腔，蒸发腔壁厚不少于8mm，半导体COB光源的发热端固定于盒状蒸发腔表面。
[0017]为充分利用安装空间，减少占地面积，优选的技术实现手段是，箱体包括纵向分布的至少两个，相邻的箱体之间通过管路连通。
[0018]为便于箱体的制作，同时利于光源的照射及透光效果，优选的技术实现手段是，箱体的长
×
宽度
×
高＝1.0m～1.5m
×
0.3m～0.8m
×
0.5m～1.0m。
[0019]为满足光照强度以及辐照通量的需要，优选的技术实现手段是，箱体表面照度为5000LX～70000LX。
[0020]为减少或避免微藻在生长中附着与箱体内壁，优选的技术实现手段是，箱体顶部设置有朝向箱体内壁的喷淋装置。
[0021]为便于对藻液内部提供二氧化碳，同时便于实现对于藻液的扰动，更为优选的技术实现手段是，箱体外部设置有通过管路与其内部藻液连通的气泵。
[0022]为便于实现对于系统整体的自动控制，优选的结构设计是，还包括一显示控制装置，所述的箱体上设有在线pH、溶解氧和温度传感器，排气口内设有CO2浓度传感器，与箱体出料口相连的管路中设置有吸光度传感器；在线pH、溶解氧和温度传感器，CO2浓度传感器及吸光度传感器与显示控制装置连接。吸光度与细胞浓度存在数学关系可通过预实验确定，吸光度可以反映细胞浓度和培养液的透光率，用以确定LED光源的光强补偿。
[0023]本技术所取得的技术进步在于：
[0024]1、本技术有效解决了现有光源中光的穿透力差，造成光合作用效率较低的问题，所以在光谱的设计上一是要求光波具有较强的水中穿透能力，二是又能够符合大部分微藻对光波吸收峰值的要求，将主光源光谱的峰值波长和主波长两束强能量光波段设计为既具有较强的水中穿透力又符合大部分微藻对光波吸收峰值的要求，把二者统一设计在一个连续光谱中，同时光谱范围较大，达到400nm～700nm(480nm
±
10具有水中最强穿透力)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合式光生物反应器系统，包括由透光材质制作的箱体、进气装置以及循环动力源，箱体上开设有进液口、排气口及出料口，箱体外侧设置有光源；其特征在于系统中：A、箱体呈柱状；B、箱体外侧光源采用沿箱体外侧相对分布的第一主光源(5)、第二主光源(6)，主光源照射光为连续光谱，峰值波长为430nm～460nm，主波长为470nm～495nm，光谱范围400nm～700nm；C、循环泵(20)通过管路分别与处于高位的箱体的进液口、处于低位的箱体的出料口连通。2.根据权利要求1所述的组合式光生物反应器系统，其特征在于所述的箱体的横截面呈长方形，第一主光源(5)、第二主光源(6)在箱体外侧沿长度方向相对设置。3.根据权利要求1所述的组合式光生物反应器系统，其特征在于所述的箱体中部或箱体外侧设有副光源，副光源照射光为连续光谱，峰值波长为600nm～630nm，主波长为560nm～590nm的连续光谱，光谱范围400nm～780nm；或采用峰值波长430nm～460nm，主波长470nm～495nm，光谱范围400nm～700nm的连续光谱。4.根据权利要求3所述的组合式光生物反应器系统，其特征在于所述的副光源设置于箱体中部，副光源包括设置于透明管(37)中的LED灯(38)，透明管(37)顶端开设的进气口(3)及排气口(1)高于箱体内的藻液面，透明管(37)顶端装有排气端朝向排气口(1)的风扇(39)。5.根据权利要求3所述的组合式光生物反应器系统，其特征在于所述的副光源沿箱体长度方向设置于箱体外侧，副光源采用功率为100W～850W的半导体COB高功率集成面光源，光源发光面直径为30mm～85mm，采用光学透镜或光杯聚光，光束角20
°
～60
°
，副光源采用重力热管散热，重力热管连通盒状蒸发腔，蒸发腔壁厚不少于8mm，半导体COB光源的发热端固定于盒状蒸发腔表面。6.根据权利要求1所述的组合式光生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琛，黄宇，崔庆忠，钟琳，李耀麟，王丹丹，傅晓东，何为聪，廖昆，张厚君，
申请(专利权)人：北海市鑫汇半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：