[發(fā)明專利]一種平板式光生物反應(yīng)器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110006738.5
• 申請(qǐng)日: 2011-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102154093A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張成武;李?lèi)?ài)芬;李濤;桑敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12M1/00
• 分類(lèi)號(hào): C12M1/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李贊堅(jiān);曹志霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其涉及一種包裹內(nèi)置式拉筋組件的平板式光生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)

微藻是生活在淡水或海水環(huán)境中的、大多能進(jìn)行光合作用的低等植物。微藻通常為單細(xì)胞，其個(gè)體較小，需要借助顯微鏡才能觀察其形態(tài)結(jié)構(gòu)。單個(gè)微藻細(xì)胞相當(dāng)于一個(gè)高等植物的植株，它可以不斷繁殖并行使多種多樣的生理、生化功能。這些單細(xì)胞的微藻可通過(guò)類(lèi)似于微生物發(fā)酵的、能夠透過(guò)光線的培養(yǎng)裝置——光生物反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行規(guī)模化培養(yǎng)。因此光生物反應(yīng)器應(yīng)是一種高效、快速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化培養(yǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)它可以獲得較高的生物量，進(jìn)而進(jìn)一步地進(jìn)行煉制獲得不同類(lèi)型的微藻生物制品。

用于培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器主要分開(kāi)放式和封閉式兩大類(lèi)型。開(kāi)放式光生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；容易放大；成本低；比表面積小；光能利用率低；對(duì)生物參數(shù)較難控制；容易污染；無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)菌培養(yǎng)；生產(chǎn)效率較低；和CO₂利用率低。封閉式光生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；放大時(shí)受到一定限制；比表面積大；光能利用率高；與開(kāi)放式光生物反應(yīng)器相比，生長(zhǎng)參數(shù)容易控制；容易控制污染；在特定條件下能實(shí)現(xiàn)無(wú)菌培養(yǎng)；生產(chǎn)效率較高；CO₂利用率較高。

目前大多使用的封閉式光生物反應(yīng)器，主要有三種類(lèi)型：管道式反應(yīng)器、柱式反應(yīng)器和平板式反應(yīng)器。管道式反應(yīng)器氧解析困難，不易清洗，不太適合微藻的大規(guī)模培養(yǎng)，而且造價(jià)高。柱式光生物反應(yīng)器單元體積較小，不易放大、生產(chǎn)效率也不高。平板式光生物反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)：受光面積與培養(yǎng)體積比例較大；適合于戶外微藻培養(yǎng)；光徑可調(diào)節(jié)；光能利用效率高；能夠獲得較高的生物量；造價(jià)成本較低；容易清洗；容易控制；氧的累積濃度低。因此，這種平板式光生物反應(yīng)器在光合自養(yǎng)型微藻的培養(yǎng)受到廣泛地關(guān)注。早在1953年，Milner就開(kāi)始利用矩形的透明容器培養(yǎng)微藻，為平板反應(yīng)器的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在此之后，Samson和Leduy發(fā)明了一種平板式光生物反應(yīng)器，并配備了熒光燈作為光源(1985)。一年以后，Ramos?de?Ortega和Roux發(fā)明了一種可用于戶外的平板反應(yīng)器，它是用厚的透明PVC材料制作的(1986)。在此以后，許多文獻(xiàn)報(bào)道了不同類(lèi)型的垂直平板光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用到不同種類(lèi)的微藻規(guī)模化培養(yǎng)中(Tredici&Materassi，1992；Hu?et?al.，1996；Zhang?et?al.，2002；Hoekema?et?al.，2002)。

現(xiàn)有適于微藻培養(yǎng)的大規(guī)模培養(yǎng)的平板式反應(yīng)器一般是由透明的平板箱體組成。箱體所采用的材料為硅酸鹽玻璃或有機(jī)玻璃，在箱體內(nèi)部，采用箱體相同材料的隔板粘于前后平板之間，從而起到一定加固作用。此外，還有的反應(yīng)器外部粘結(jié)封條以進(jìn)一步加固。然而，這種由若干平板與酸性玻璃膠粘合而成的透明容器，維持反應(yīng)器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的粘合力均由酸性玻璃膠提供，存在較大的缺陷。當(dāng)微藻培養(yǎng)液體積較大、液體高度升高時(shí)，它對(duì)反應(yīng)器壁的壓力增強(qiáng)，這時(shí)極易引起內(nèi)部隔板與反應(yīng)器的前后板粘結(jié)處的玻璃膠脫裂，最終導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器完全破裂。若采用有機(jī)玻璃作為箱體材料且以有機(jī)玻璃膠粘合時(shí)，由于有機(jī)玻璃具有塑性而容易引起有機(jī)玻璃板變形，最終導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器破裂。基于上述原因，當(dāng)設(shè)計(jì)的平板式光生物反應(yīng)器無(wú)論是應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究中還是應(yīng)用在大規(guī)模生產(chǎn)中，除了要考慮到它的放大性能、操作性能、培養(yǎng)效率外，還須考慮它的承重能力、耐用性、使用壽命以及美觀程度。

目前，已公開(kāi)的平板式光生物反應(yīng)器專利文獻(xiàn)和已用于微藻規(guī)模化培養(yǎng)的平板式光生物反應(yīng)器主要存在以下缺點(diǎn)：

(1)傳統(tǒng)平板式光生物反應(yīng)器由若干玻璃板與酸性玻璃膠粘合而成的透明容器，維持反應(yīng)器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的粘合力均由酸性玻璃膠提供。一方面，玻璃膠的質(zhì)量、壽命和粘合技巧會(huì)直接影響反應(yīng)器的穩(wěn)定性；另一方面，玻璃膠提供的拉力有限，隨著反應(yīng)器高度和體積的增加，液體對(duì)前后主體玻璃板的壓強(qiáng)會(huì)加大，導(dǎo)致酸性玻璃膠無(wú)法牢固地粘合分隔玻璃板(玻璃拉筋)和前后主體玻璃板，會(huì)引起平板式光生物反應(yīng)器的破裂。

(2)為保證平板式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通常在反應(yīng)器內(nèi)部粘合若干玻璃拉筋。但玻璃拉筋最大的缺點(diǎn)是脆性較大，一旦玻璃拉筋出現(xiàn)輕微裂痕或安裝位置不合理，均會(huì)引起反應(yīng)器破裂。

(3)目前已公開(kāi)的外置加固式平板式光生物反應(yīng)器，外加固用材較多，美觀度較差，而且這些材料還遮擋了一部分光線進(jìn)入光反應(yīng)器。

(4)現(xiàn)有的玻璃粘合技術(shù)，很難保證放大后的平板式光生物反應(yīng)器長(zhǎng)久使用。

發(fā)明內(nèi)容