[發明專利]特定光譜氣升式光生物反應器

有效

• 申請號: 201010228703.1
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN101899391A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 王海波;施豐華;劉光熙;黃如喜
• 申請（專利權）人: 常熟琦光光電科技有限公司
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12R1/89
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于微藻培養光生物反應器領域，特別涉及特定光譜氣升式光生物反應器。

背景技術

微藻是一類具有重大應用價值的生物資源，許多活性物質均來自于微藻。采用光生物反應器進行微藻的人工培育是解決微藻規?；嘤糯蟮闹匾緩健?/p>

目前培養微藻的封閉式光生物反應器主要分三類，分別是攪拌罐式，鼓泡柱或氣升式和管道式光生物反應器。管道封閉式光生物反應器一般采用管徑較小的透明硬質材料彎曲成不同形狀并連接起來形成，在此類管道封閉式光生物反應器中，由于采用較小的管徑(25-50mm)，雖具有較大的光照表面積與體積比，可獲得較高的面積生產率，但管徑的細小限制了總體積的增加。同時又長又細的管子不能使氣液得到很好的混合，而且不能及時排出光合作用產生的氧氣，抑制了微藻細胞的生長，造成反應器效率降低。攪拌罐式光生物反應器采用螺旋槳進行氣液混合。攪拌速率低則使二氧化碳溶解率低從而利用率低，同時不能將溶解氧帶出從而抑制了細胞的生長；攪拌速率高則會產生過度的剪切力，會造成細胞物理損傷和葉綠素外泄或降解，造成細胞生物量降低。

中國專利ZL99213569.9號專利和ZL20042009076.2號專利公開了一種光生物反應器，其核心技術是采用流動方式為氣升式內環流且內外光源結合的方法，其主要問題是采用普通日光燈做光源，不能根據微藻生長特殊需要進行光質調節；罐壁沒有清除微藻的裝置，粘附在罐壁的微藻容易引起光照強度下降；其熱交換器處于下部，不能使溫度在培養液中均勻分散。

微藻的人工培育牽涉幾個問題：微藻培養過程中要使二氧化碳和培養液混合充分，提高二氧化碳的利用率；培養過程消耗二氧化碳并釋放出氧氣，需要從培養基中不斷去除過量的氧并補充二氧化碳，否則將抑制微藻的生物合成；微藻生長具光合作用，從光照中獲取能量，需選擇合適的光源供給能量；微藻生長需要一個合適的溫度，需要能使溫度均勻分布的熱交換器；藻類個體細胞較大，易于掛壁，造成光照度和生物量的損失，需要輔助裝置清除掛壁物質。

發明內容

本發明是為了克服上述封閉式光生物反應器的不足，并解決人工培育牽涉的幾個問題，提供一整套管路布局合理，高效培養微藻細胞的解決方案。

本發明所述的特定光譜氣升式光生物反應器結構組成示意圖如圖1所示，它包括培養罐體、配氣裝置、氣體分布器、熱交換器、檢測裝置、內外光源及燈具。具體構成是：透明罐體(1)，不銹鋼頂蓋(2)，不銹鋼底座(3)，內光源(4)，內光源封閉管(5)，氣體分布器(6)，氣體入口(7)，透明玻璃圓筒(8)，取樣管(9)，加料口(10)，取樣口(11)，取樣管平衡口(12)，備用口(13)，熱交換器(14)，pH電極(15)，二氧化碳濃度電極(16)，溫度傳感器(17)，排氣孔(18)，排氣冷凝管(19)，循環水進口(20)，循環水出口(21)，磁力刷(22)，排氣冷凝器進水口(23)，空氣壓縮泵(24)，CO₂鋼瓶(25)氣體流量計(26)，緩沖罐(27)，氣體過濾器(28)，閥門(29)，外光源(30)，外光源支架(31)。其相互連接關系為：二氧化碳和經空氣壓縮泵(24)的空氣進入緩沖罐(27)混合緩沖，經過氣體過濾器(28)過濾后通過氣體入口(7)到達氣體分布器(6)進入反應罐體，通過氣體流量計控制流量，閥門控制開關；透明玻璃圓筒(8)作為導流筒，把罐體分成上升區和下降區，培養液在氣流的作用下進行上下循環；內光源封閉管(5)固定在罐蓋中央，內光源(4)置于內光源封閉管(5)中，外光源(30)采用環形或者直管形燈管固定在外光源支架(31)上；pH電極(15)，溫度傳感器(17)，分別固定在不銹鋼頂蓋(2)上，將電極部分浸入培養液，再分別用導線連到顯示設備，實現在線檢測記錄并導出數據。

所述的氣體分布器(6)采用多孔陶瓷或者聚四氟乙烯材質的板式或者輻條狀氣體分布管道進行氣體分布。

所述的光源系統由外光源(30)和內光源(4)組成：內外光源采用特定波段的熒光燈，可根據微藻不同生長階段需要選擇從紅外到近紫外的任意波段進行照射；外光源固定于外光源支架上，支架經過特殊設計，可以有效增加光照度，光能利用率高；不照射時使藻類能更好的進行暗反應。

所述的熱交換器是將三根銅管呈中心對稱置于反應罐體內，通入循環水來控制反應溫度。

所述的排氣口上安裝冷凝管(11)，可以有效防止培養過程中水分的流失。