[發明專利]生物反應器

有效

• 申請號: 201280067638.6
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN104066830A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 劉偉民;李世里
• 申請（專利權）人: 南洋理工大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;A01G31/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 周艷玲;王琦

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年12月19日遞交的美國臨時申請No.61/577,547的優先權的利益，其全部內容為所有目的而通過引用合并于此。

技術領域

各個實施例涉及一種生物反應器。

背景技術

原油儲備快速減少。目前，諸如微藻之類的光合自養生物的培育已經被確定為處理上述主要問題的潛在策略。微藻可被用作用于生物燃料生產的替代原料。與快速減少的原油儲備不同，微藻是可再生的且提供快速的生長。與在生物柴油生產中普遍觀察到的高植物油成本相比，由于高達80％干重的高脂類甘油三酯和快速的指數生長速率，微藻潛在地以低原材料成本提供高的產油率。除了生物柴油生產，微藻目前被培養，以生產用于保健品、水產飼料、色素成分、多不飽和脂肪酸和其它精細化工的材料，而在收獲有用的脂類和材料后收集的廢棄的細胞碎片可被轉換為替代的生物柴油形式，包括生物甲烷、生物乙醇和生物氫氣。

微藻的培育可被分類在兩個主要的系統下：開放式系統(例如水道池塘)或者封閉式系統(例如光生物反應器)。目前，因為與建造和操作開放式系統相關的低成本，開放式系統仍然為工業上最普遍的培育系統。但是，開放式水道池塘的關鍵缺點在于生物量的面積和體積生產率低。另外，水道池塘容易被污染，且混合不佳。因此，其不能有效地利用光，且與封閉式系統相比使用碳的效率更低。

相比之下，光生物反應器能夠以更高的體積生產率生產單物種培養物，且光生物反應器已經被用于大批微藻生物量的工業化生產。此外，為了生產的高價值化合物，在受控培育系統中授權使用單一培養。與開放式水道池塘所獲得的生物量濃度相比，傳統的光生物反應器能夠維持較高的生物量濃度。因此這使得反應器的尺寸要求最小化，同時降低了下游處理成本。

具有小直徑的管狀光生物反應器目前在微藻的大范圍生產中被采用。盡管小直徑的管被發現為最大化地利用捕獲的陽光，但是需要強的湍流，另外，用于保持通過管長度必需的流率所需要高的泵送壓力，使得系統更加昂貴且對于大規模操作不太可行。此外，小的管直徑也被發現為會增加生物污垢，降低對鹽沉淀的控制，和呈現強氧張力，其一般地對于主動光合作用系統是不利的。

發明內容

根據本發明一方面，提供一種用于光合自養生物生長的生物反應器。所述生物反應器可包括配置為容納所述光合自養生物的容器，所述容器具有縱向軸線，周向壁圍繞所述軸線延伸，其中所述周向壁為半透明的，以使光能夠從外側進入所述容器，從而作用在所述光合自養生物上，其中提供用于在所述容器內沿所述軸線提供光強的不均勻分布的設備。

用于提供光強的不均勻分布的所述設備可包括所述周向壁，使得半透明表面沿所述軸線變化。所述周向壁的周長可沿所述軸線變化。

所述周向壁可具有圓形、橢圓形、正方形、長方形或六邊形的形狀。

所述周向壁可由半透明材料制成。所述半透明材料可為玻璃或石英或丙烯酸塑料。

所述容器可具有用于將所述容器定位在地面上的底部和當沿所述軸線看時提供在與所述底部相反的端部上的頂部，并且其中所述周向壁的周長可從所述底部朝向所述頂部增加。在各個實施例中，這種容器可使所述容器內的光強分布能夠沿所述軸線從容器的底部朝向頂部增加，從而隨著光合自養生物在培育過程期間從所述容器的所述底部朝向所述容器的所述頂部向所述容器上方行進，光合自養生物可接收光強的逐漸增加的分布或部分。因此，分布在所述容器內的部分光強從所述容器的所述底部朝向所述頂部增加，使得與接近所述容器的所述底部的光合自養生物相比，接近所述容器的所述頂部的光合自養生物可接收分布在所述容器內的光強的更高比例。

用于在所述容器內沿所述軸線提供光強的不均勻分布的所述設備包括定位在所述容器外側的至少一個鏡子，該至少一個鏡子用于將光引導朝向所述半透明周向壁的預定區域或者朝向所述周向壁的預定半透明區域，以便在所述容器內沿所述軸線提供光強的不均勻分布。在各個實施例中，所述鏡子可使得容器內的光強的分布能夠從所述容器的所述底部朝向所述頂部沿所述軸線增加，從而隨著所述光合自養生物在培育過程期間沿從所述容器的所述底部朝向所述容器的所述頂部的方向行進，所述光合自養生物可接收逐漸增加的光強分布。

所述鏡子可具有凹形形狀，該凹形形狀被布置為彎曲遠離所述容器的所述周向壁。所述鏡子可被布置為至少大體上環繞所述容器的所述周向壁。所述鏡子可被布置為至少大體上環繞所述容器的所述周向壁。