[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化微藻培養(yǎng)的膜式光生物反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010522758.3
• 申請(qǐng)日: 2010-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN101985595A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程麗華;陳歡林;陳小潔;張芳;范立海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;C12M1/04
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及藻類培養(yǎng)反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種強(qiáng)化微藻培養(yǎng)的膜式光生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)

微藻是一類在陸地、海洋分布廣泛，營(yíng)養(yǎng)豐富、光合利用度高的自養(yǎng)植物，細(xì)胞代謝產(chǎn)生的多糖、蛋白質(zhì)、色素等，使其在食品、醫(yī)藥、基因工程、液體燃料等領(lǐng)域具有很好的開發(fā)前景。微藻作為后石油時(shí)代有望破解能源危機(jī)的一把鑰匙，具有產(chǎn)能大，無污染，可再生等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景十分美好。但由于國(guó)內(nèi)能源微藻研究及應(yīng)用尚處于起步階段，仍有許多問題難以解決，而對(duì)于在微藻培養(yǎng)過程中所需的光生物反應(yīng)器裝置的研發(fā)，也是必不可少的。

藻類培養(yǎng)的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)目的在于追求較大的受光面積，消除氧積累。藻類培養(yǎng)的反應(yīng)器主要有開放式和密閉式兩種。開放式生物反應(yīng)器由于受外界環(huán)境影響較大，不是最有效的方式；與開放式反應(yīng)器相比，密閉式具有易于保證無菌環(huán)境，易于控制培養(yǎng)條件，易于實(shí)現(xiàn)高密度培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此目前密閉式光生物反應(yīng)器種類比較多，應(yīng)用也比較廣泛，主要有管式、平板式、柱式等幾種形式。

鼓泡塔式光生物反應(yīng)器是在反應(yīng)器底板上有一平臺(tái)，平臺(tái)周圍有護(hù)柱和光源，光源均與時(shí)間控制器相連，反應(yīng)器罐體座落在平臺(tái)上，罐體底部有一控溫隔層，空氣進(jìn)氣管和二氧化碳進(jìn)氣管分別進(jìn)入氣體容器中；混合氣體出氣管從配氣容器中伸出與過濾器相連，通過進(jìn)氣管與位于罐體底部的氣體分布器相連，有較高的受光面積/體積比，不易產(chǎn)生氧積累。

專利公開號(hào)CN101613664A公開了一種氣升式光生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體內(nèi)的內(nèi)光源裝置，反應(yīng)器罐體壁上的接種口與排料口，以及反應(yīng)器罐體頂部的封蓋上的測(cè)量口，排氣口及底部的下封蓋和溫控器，在下封蓋中心通孔上的分配器裝置，并憑借其中多個(gè)分配通道與反應(yīng)器罐體的內(nèi)腔室相通，營(yíng)養(yǎng)素分別經(jīng)過加料管道由注料孔進(jìn)入分配通道中。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多介質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的均勻分配與混合，適用于實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)規(guī)模化微藻養(yǎng)殖。

鼓泡式和氣升式光生物反應(yīng)器是微藻密閉培養(yǎng)中最常用的兩類反應(yīng)器。因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作，并且混合強(qiáng)度和傳質(zhì)效率均比較高，流體類型十分明確。但兩種反應(yīng)器相比，氣升式更適合微藻培養(yǎng)，因?yàn)楣呐菔椒磻?yīng)器在軸向上會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞密度分布不均現(xiàn)象，容易造成部分微藻細(xì)胞饑餓甚至死亡。強(qiáng)化微藻培養(yǎng)的膜式光生物反應(yīng)器是在氣升式反應(yīng)器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將環(huán)狀或者十字狀多孔氣體分布器用死端中空纖維膜代替。這項(xiàng)改進(jìn)有效減小了氣泡直徑，擴(kuò)大了氣液接觸面積，從而改善了反應(yīng)器內(nèi)部的氣液傳質(zhì)效率，有利于低濃度CO₂及時(shí)供應(yīng)給藻細(xì)胞，并將產(chǎn)生的O₂及時(shí)去除，避免光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生。

我們前期的研究表明(Fan?LH，Zhang?YT，Cheng?LH，Zhang?L，TangDS，Chen?HL，Optimization?of?carbon?dioxide?fixation?by?Chlorelia?vulgariscultivated?in?a?membrane-photobioreactor，Chemical?Engineering?&Technology，2007，30(8)：1094-1099)：膜生物反應(yīng)器可以大大提高二氧化碳和氧氣的傳質(zhì)速率，當(dāng)細(xì)胞密度在15×10⁷個(gè)/mL，進(jìn)氣流速1.25L/min，紅色內(nèi)光源密度10800勒克斯，膜的長(zhǎng)度45cm，溫度在25攝氏度的時(shí)候，膜生物反應(yīng)器固定二氧化碳轉(zhuǎn)化氧氣比普通生物反應(yīng)器分別高出0.95倍和0.86倍。二氧化碳通過藻類在生物反應(yīng)器內(nèi)的固定能力與進(jìn)氣，光照和膜組件有很大關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、具有較大比表面積和光傳遞效率的強(qiáng)化微藻培養(yǎng)的膜式光生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用膜組件，使氣體分布均勻，可單獨(dú)使用，或者與跑道池連用用于微藻放大培養(yǎng)。

一種強(qiáng)化微藻培養(yǎng)的膜式光生物反應(yīng)器，包括外光源、底板以及底板上垂直設(shè)置的內(nèi)套筒和外套筒；所述的外套筒位于內(nèi)套筒的外側(cè)并將內(nèi)套筒包圍；外套筒頂端設(shè)有水平設(shè)置的透明的頂蓋板，頂部設(shè)有若干出氣口，底部設(shè)有出料口；所述的內(nèi)套筒底部設(shè)有若干交換孔，所述的底板上設(shè)有被內(nèi)套筒包圍的進(jìn)氣口，其中，所述的出氣口位于內(nèi)套筒頂端上方，所述的底板設(shè)有位于內(nèi)套筒內(nèi)側(cè)豎直設(shè)置的膜組件，膜組件的底部邊緣與底板密封固定并將進(jìn)氣口包圍。