光生物反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种光生物反应器，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。这种组装式反应器便于移动，通过液体流动避免了清洗死角和侧壁承压过大，降低了制作成本，节约了培养液搅拌能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光合微生物培养
，尤指一种使用组装式光生物反应器培养光合微生物的光合微生物培养方法和系统、光生物反应器及容器。
技术介绍
光合微生物，尤其是微藻和蓝细菌(简称藻类)的生长繁殖主要依靠简单的矿物质。藻类通过光合作用，利用光能(如太阳光和人工照明)将水和二氧化碳转化成色素、蛋白质、脂肪酸、糖类及次生代谢物等高价值有机化合物。藻类因具有极高的光及营养利用效率表现出比高等植物更强的生长潜力。通过利用分子生物学、代谢工程、功能基因组研究等方面的最新突破，可以将藻类这一极好的基因表达载体应用于生产营养保健方面的重组蛋白和其它生物活性物质。由于藻类具有快速从周围环境中吸收CO2、氮、磷等营养物质并将其转化为有机化合物(如储存在细胞中的蛋白)的能力，它还可以用于去除或回收废水及和火电站富含CO2的烟气中的营养废弃物。藻类作为生物净化过程的副产物还可作为生产生物燃料(如生物柴油，酒精和甲烷)、动物饲料添加剂和有机肥料的原料。虽然藻类在气、液态可再生生物能源、高附加值产品和环境生物净化方面的应用是科学的、符合环境要求的，但藻类应用的经济可行性是由供藻类生长、繁殖的工业规模的光反应器的培养效率和成本效益决定的。当前工业规模的光反应器一般为开放式跑道池，多建成1000 5000m2环形的浅池(水深15 30cm)，用浆轮使培养液循环流动。这种生产模式的优点在于其结构和维护相对简单，但它在藻类户外生长生产力因素的控制方面有许多不足。因为缺乏温度控制、光程长及混合不均勻，使得开放式跑道池的总体生产率低，由于培养藻类的开放式跑道池直接与空气接触而易于染菌，常导致培养失败。开放式跑道池的缺陷推动了封闭式培养系统的发展，用透明的管或容器制成并用泵或气泡实现培养液混合的管式光生物反应器出现了。但管式反应器的气体交换罐是一个很大的“暗区或暗体积”(通常占总培养体积的10 15% )；且管式反应器中易于积累光合作用过程中生成的氧，从而抑制光合作用及生物量生产潜力；此外，管式光生物反应器一般用泵来实现微藻藻液的混合及循环，泵的使用会造成微藻细胞的严重损伤。同时，管式反应器的应用也受到其高成本及维护费用的限制，仅用于生产小批量、高附加值特种产品。因此，板式反应器越来越多的受到关注，板式反应器克服了管式反应器的暗区、通气等问题，并能减小对微藻细胞的破坏。申请号为CN200920160301. 5，名称为《一种光生物反应器》的专利申请提供了一种光生物反应器，包括曝气系统，用于控制所述箱体中培养液的温度的控温系统，反应器控制系统和至少一个反应器单元；其反应器单元包括箱体及其支撑框架，箱体为适于容纳液体的盒体，其顶部是开放式开口，内腔整体贯通；该箱体纵向相对的两长侧面是整体结构，至少一个长侧面是透明的；在横向相对的短侧面上设有进料口、取样口、排液口 ；该箱体的两长侧面外侧以支撑框架支撑，支撑框架沿箱体纵向均勻布设，支撑框架的高不小于箱体的5高；支撑框架呈梯形，垂直地面，以箱体的横向中垂面两侧对称设置，每侧呈直角三角形，直角三角形的垂直边为支撑框架立柱，两支撑框架立柱间固夹箱体，定位，两直角三角形底边为一根支撑杆件相连接，底边位于支撑面上。该反应器结构简单，便于整体收获，运行费用低，是一种可连续培养微藻的反应器。但上述板式反应器也存在着以下不足之处板式生物光反应器大规模应用时，易采用较大的容积，但容积增大会增加反应器的制作难度和成本；板式反应器大都采用粘合方式连接，因此，反应器制作效率低，特别是随着反应器的容积增大，反应器成本非线性倍增。且由于粘连后的板式反应器，不便运输， 只能在使用地点组装粘合，一旦粘合好后，不易移动，否则容易造成反应器粘合部分开裂。现有常用的板式反应器为玻璃材质，较大的反应器不仅为运输带来了困难，而且随着反应器的增大，高度增加，水压逐渐增大，使侧壁所承受的压力也越来越大，对侧壁材料的承压能力也提出了较高的要求，要求反应器材料具有足够的刚性，这很大程度上限制了反应器的高度。 板式光生物反应器一般都存在棱角，棱角处存在处于静止状态的死角，导致清洗、 消毒不完全，反应器局部培养液搅动不充分，营养分布不均勻，细胞在死角区贴壁、沉降严重甚至死亡，从而降低了培养效率，且随着高度的增加清洗会越来越困难。由于光合微生物，尤其是微藻培养过程中，减小反应器内径即降低培养过程的光程可以增加培养物的产量，但是随着板式生物光反应器内径的减少，特别是当高度在0.5米以上时，清洗越来越困难。板式生物光反应器通气搅拌能耗较大。可见板式反应器还存在有清洗死角、侧壁压力、反应器高度受限、组装移动不方便等若干问题，从而导致光合微生物培养的成本高、效率低，这些都限制了板式反应器的大规模应用。另外，专利文件(公开号WO 2008/151376A1)公开了一种薄膜袋反应器，但是，该薄膜袋反应器存在如下缺点a、反应器的结构单元尺寸确定后无法调整；b、制作工艺较为复杂，每个薄膜袋单元侧面呈波浪状，需要烫接或其他辅助工艺；C、由于反应器宽度较小，同时波浪状侧壁导致内部贯通性较差，有死角，清洗很不方便；d、由于该反应器侧面是主要受光面，反应器摆放形式(方向)受到限制；e、反应器较深，侧板上的应力分布不均，材料上部力学性能利用率低。同时，水压对薄膜壁的材料性能要求较高。材料成本随之升高。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光生物反应器，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。本专利技术实施例提供一种光合微生物培养方法、系统及光生物反应器，用以解决现有技术中存在板式光生物反应器存在清洗的死角、且反应器高度受到材料限制、组装移动不方便等问题。一种光生物反应器，其特征在于，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。根据本专利技术的一个优选实施例，所述容器由薄板制成，并且每个所述容器的一端为开口端，另一端为封闭端，在上下相邻的两层容器中，光生物培养液从上层容器的封闭端流向开口端，并从开口端流入下层容器的封闭端。根据本专利技术的另一个优选实施例，所述容器的封闭端具有封闭挡板和位于封闭挡板内侧、容器的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板。本专利技术的上述容器，所述容器的内底面与水平面成预定倾斜角度，使容器内底面在封闭端的高度高于在开口端高度；其中所述倾斜角度大于等于0°小于90° ；优选的，所述容器的倾斜角度为0° 10°。本专利技术的上述容器，所述侧挡板高度等于或小于与所述容器的高度；所述封闭挡板的高度等于或小于所述容器高度的两倍；优选的，所述封闭挡板的高度等于侧挡板的高度与容器的高度之和，且侧挡板高度与容器高度相同。本专利技术的上述容器，所述容器的导流槽截面为长方形、正方形、梯形、半圆形、半椭圆形或上述形状的组合。一种光生物反应器，包括若干上述的容器；所述若干容器层叠交错组合，上一层的容器的开口端对应下一层的容器的封闭端放置；其中，上一层容器开口端的外侧面与下一层容器的侧挡板的侧面接合；形成具有流体连通性的光生物反应器。本专利技术的上述光生物反应器，还包括至少一个立柱；所述立柱，设置于组装后的所述若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光生物反应器，其特征在于，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。

【技术特征摘要】
2010.06.25 CN 201010219233.2和它们的等同物限定。15权利要求1.一种光生物反应器，其特征在于，包括沿竖直方向上下层叠地设置的多个容器，并且任意两个上下相邻的容器相互连通，从而使得光生物培养液能够从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器。2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，所述容器由薄板制成，并且每个所述容器的一端为开口端，另一端为封闭端，在上下相邻的两层容器中，光生物培养液从上层容器的封闭端流向开口端，并从开口端流入下层容器的封闭端。3.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，所述容器的封闭端具有封闭挡板和位于封闭挡板内侧、容器的侧壁上方的两个预定长度的侧挡板。4.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，所述容器的内底面与水平面成预定倾斜角度，使得容器内底面在封闭端的高度高于在开口端高度。5.根据权利要求4所述的光生物反应器，其特征在于，所述预定倾斜角度大于0°且小于 90°。6.根据权利要求5所述的光生物反应器，其特征在于，所述预定倾斜角度为0° 10°。7.根据权利要求3所述的光生物反应器，其特征在于，所述侧挡板高度等于或小于与所述容器的高度；所述封闭挡板的高度等于或小于所述容器高度的两倍。8.根据权利要求7所述的光生物反应器，其特征在于，所述封闭挡板的高度等于侧挡板的高度与容器的高度之和，且侧挡板高度与容器高度相同。9.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，所述容器的横截面为长方形、正方形、梯形、半圆形、半椭圆形或上述形状的组合。10.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，还包括至少一个立柱；所述立柱，设置于组装后的多个容器的侧壁外侧和/或封闭挡板外侧，用于维持组装后的光生物反应器的稳定。11.根据权利要求10所述的光生物反应器，其特征在于，还包括与每个所述立柱连接的至少一个支撑板；不同立柱上的处于相同高度处的支撑板组成一个支撑板组，通过所述支撑板组将所述若干容器分为若干容器组；每个所述支撑板组，用于支撑位于自身上方的一组组装后的容器组。12.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，还包括液体提升装置，所述泵将光生物培养液池中的光生物培养液输送到所述光生物反应器的最上层的容器中，然后光生物培养液从最上层的容器一层一层地流到最下层的容器，并从最下层的容器流回到所述光生物培养液池中，从而实现循环流动培养。13.根据权利要求2所述的光生物反应器，其特征在于，还包括进气管，用于向所述容器的光生物培养液中喷射气体，所述气体包含光生物生长所需的反应气体。14.根据权利要求12所述的光生物反应器，其特征在于，所述光生物培养液池中还包括补充光合微生物生长所需要的营养物质的装置；和/或清除有害物质的装置。15.根据权利要求1所述的光生物反应器，其特征在于，每个容器包括 柔性薄膜(2)；和支撑组件(3)，所述支撑组件C3)支撑所述柔性薄膜O)，并将所述柔性薄膜( 约束成容器状，用于在其中盛放光生物培养液。16.根据权利要求15所述的光生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王垚，朱振旗，桑俊宝，王琳，刘敏胜，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13