[發明專利]光生物反應器

有效

• 申請號: 201010295929.3
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102296022A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 王垚;朱振旗;桑俊寶;王琳;劉敏勝
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及光合微生物培養技術領域，尤指一種使用組裝式光生物反應器培養光合微生物的光合微生物培養方法和系統、光生物反應器及容器。

背景技術

光合微生物，尤其是微藻和藍細菌(簡稱藻類)的生長繁殖主要依靠簡單的礦物質。藻類通過光合作用，利用光能(如太陽光和人工照明)將水和二氧化碳轉化成色素、蛋白質、脂肪酸、糖類及次生代謝物等高價值有機化合物。藻類因具有極高的光及營養利用效率表現出比高等植物更強的生長潛力。

通過利用分子生物學、代謝工程、功能基因組研究等方面的最新突破，可以將藻類這一極好的基因表達載體應用于生產營養保健方面的重組蛋白和其它生物活性物質。由于藻類具有快速從周圍環境中吸收C0₂、氮、磷等營養物質并將其轉化為有機化合物(如儲存在細胞中的蛋白)的能力，它還可以用于去除或回收廢水及和火電站富含CO₂的煙氣中的營養廢棄物。藻類作為生物凈化過程的副產物還可作為生產生物燃料(如生物柴油，酒精和甲烷)、動物飼料添加劑和有機肥料的原料。雖然藻類在氣、液態可再生生物能源、高附加值產品和環境生物凈化方面的應用是科學的、符合環境要求的，但藻類應用的經濟可行性是由供藻類生長、繁殖的工業規模的光反應器的培養效率和成本效益決定的。

當前工業規模的光反應器一般為開放式跑道池，多建成1000～5000m²環形的淺池(水深15～30cm)，用漿輪使培養液循環流動。這種生產模式的優點在于其結構和維護相對簡單，但它在藻類戶外生長生產力因素的控制方面有許多不足。因為缺乏溫度控制、光程長及混合不均勻，使得開放式跑道池的總體生產率低，由于培養藻類的開放式跑道池直接與空氣接觸而易于染菌，常導致培養失敗。

開放式跑道池的缺陷推動了封閉式培養系統的發展，用透明的管或容器制成并用泵或氣泡實現培養液混合的管式光生物反應器出現了。但管式反應器的氣體交換罐是一個很大的“暗區或暗體積”(通常占總培養體積的10～15％)；且管式反應器中易于積累光合作用過程中生成的氧，從而抑制光合作用及生物量生產潛力；此外，管式光生物反應器一般用泵來實現微藻藻液的混合及循環，泵的使用會造成微藻細胞的嚴重損傷。同時，管式反應器的應用也受到其高成本及維護費用的限制，僅用于生產小批量、高附加值特種產品。

因此，板式反應器越來越多的受到關注，板式反應器克服了管式反應器的暗區、通氣等問題，并能減小對微藻細胞的破壞。

申請號為CN200920160301.5，名稱為《一種光生物反應器》的專利申請提供了一種光生物反應器，包括曝氣系統，用于控制所述箱體中培養液的溫度的控溫系統，反應器控制系統和至少一個反應器單元；其反應器單元包括箱體及其支撐框架，箱體為適于容納液體的盒體，其頂部是開放式開口，內腔整體貫通；該箱體縱向相對的兩長側面是整體結構，至少一個長側面是透明的；在橫向相對的短側面上設有進料口、取樣口、排液口；該箱體的兩長側面外側以支撐框架支撐，支撐框架沿箱體縱向均勻布設，支撐框架的高不小于箱體的高；支撐框架呈梯形，垂直地面，以箱體的橫向中垂面兩側對稱設置，每側呈直角三角形，直角三角形的垂直邊為支撐框架立柱，兩支撐框架立柱間固夾箱體，定位，兩直角三角形底邊為一根支撐桿件相連接，底邊位于支撐面上。該反應器結構簡單，便于整體收獲，運行費用低，是一種可連續培養微藻的反應器。

但上述板式反應器也存在著以下不足之處：

板式生物光反應器大規模應用時，易采用較大的容積，但容積增大會增加反應器的制作難度和成本；板式反應器大都采用粘合方式連接，因此，反應器制作效率低，特別是隨著反應器的容積增大，反應器成本非線性倍增。且由于粘連后的板式反應器，不便運輸，只能在使用地點組裝粘合，一旦粘合好后，不易移動，否則容易造成反應器粘合部分開裂。

現有常用的板式反應器為玻璃材質，較大的反應器不僅為運輸帶來了困難，而且隨著反應器的增大，高度增加，水壓逐漸增大，使側壁所承受的壓力也越來越大，對側壁材料的承壓能力也提出了較高的要求，要求反應器材料具有足夠的剛性，這很大程度上限制了反應器的高度。

板式光生物反應器一般都存在棱角，棱角處存在處于靜止狀態的死角，導致清洗、消毒不完全，反應器局部培養液攪動不充分，營養分布不均勻，細胞在死角區貼壁、沉降嚴重甚至死亡，從而降低了培養效率，且隨著高度的增加清洗會越來越困難。由于光合微生物，尤其是微藻培養過程中，減小反應器內徑即降低培養過程的光程可以增加培養物的產量，但是隨著板式生物光反應器內徑的減少，特別是當高度在0.5米以上時，清洗越來越困難。