[發明專利]一種自動化培養微藻的光生物反應器

在審

• 申請號: 201410181879.4
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN105087371A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 霍亮生;吳垚
• 申請（專利權）人: 北京工商大學;霍亮生;吳垚
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/04;C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微藻生物工程技術領域，具體地說是一種自動化培養微藻的光生物反應器。

技術背景

隨著經濟社會的不斷發展，全球化石燃料的消耗量正不斷攀升，找到一種清潔、可再生能源成為實現世界經濟可持續發展的關鍵。生物柴油是動、植物或微生物油脂經酯化反應后得到的長鏈脂肪酸烷基單酯，其在化學組成與燃燒特性方面與常規化石燃料相近，且不含有硫元素，具有替代容易、環境友好等優點，得到了世界各國的廣泛關注。

微藻是單細胞、形態微小的藻類的總稱，其結構簡單，生長周期短，可以通過光合作用固定CO₂并在細胞內合成生物油脂(主要是三酰甘油)，并可提煉色素、多糖、蛋白和不飽和脂肪酸等高附加值產品，被視為未來最有希望的環境友好、可再生的生物質能源資源，發展潛力巨大。利用微藻生產生物柴油可利用鹽堿地、荒蕪地等廢地進行生產，不與人爭糧，不與糧爭地；且具有生產效率高、可不受季節和地域限制進行連續生產的優點，在解決人類正面臨的能源短缺和全球氣候變暖兩大難題方面具有潛在的戰略意義。

用于微藻培養的光生物反應器可分為開放式光生物反應器與封閉式光生物反應器。開放式系統構建簡單、成本低廉及操作簡便，但受外界環境影響大，無法實現對物理量的精確控制，其生產受到地域、季節的限制。而封閉式光生物反應器可對影響微藻的若干關鍵因素進行精確調控，不受地域和季節限制，可人為構建一個適合微藻生長的環境，有利于對微藻進行相關的科學探究試驗。

諸如溫度、光照條件、pH值、O₂濃度均對微藻的生長速率及產物積累產生影響。如何準確控制影響微藻生長的關鍵因素，提高微藻的生長速率，成為當前微藻培養裝置研究的關鍵所在。

發明內容

本發明的目的是為實驗室提供一種自動化培養微藻的光生物反應器，能夠在線檢測培養過程中溫度、光照強度、pH值、O₂濃度，并可實現對上述因素的自動控制。可用于探究適合微藻生長的培育條件，進行微藻培養相關的科學研究。

本發明采用的技術方案為：一種自動化培養微藻的光生物反應器，該裝置由光生物反應器主體、氣路子系統、光源子系統、采集模塊、溫度控制子系統、營養液控制模塊、酸堿控制模塊、嵌入式中央控制器構成；光生物反應器主體包括平板式反應器；氣路子系統包括氣源、減壓閥、氣體流量控制器、進氣管、出氣管、氣體均布器；光源子系統包括LED光源陣列、光照度功率控制；LED光源陣列安裝在平板式反應器主體的正前方，其與平板式光生物反應器的距離可調；采集模塊包含溫度傳感器、光照強度傳感器、pH值傳感器、氧傳感器、液位傳感器；溫度傳感器、pH值傳感器、氧傳感器、液位傳感器均安裝在平板式反應器主體內；光照強度傳感器安裝在平板式光生物反應器的后壁外；營養液控制模塊包括營養液進料管、微量泵、藻液卸料管；酸堿控制模塊包括酸調節液進料管、堿調節液進料管、微量泵；反應器上方設置有營養液進料管、酸調節液進料管、堿調節液進料管、氣體出口管；底部設置有藻液卸料口、進氣管；嵌入式中央控制系統安裝在平板式反應器主體的外側面。

所述的光生物反應器主體為平板式，材料為透明的玻璃、有機玻璃或樹脂材料等。

所述的氣源為氣泵或氣瓶。通入的氣體可為CO2氣體、滅菌的空氣或CO2與滅菌空氣的混合氣體。

所述的氣流流量控制器，由嵌入式控制器根據藻液的情況自動控制，保證充入的氣體流量適宜。

所述的氣體均布器，能使充入的氣體以均勻、微小的氣泡形式進入裝置，有利于微藻吸收利用。所采用的氣體均布器可以為帶氣孔的PVC管、微孔管道。

所述的采集模塊包括溫度傳感器、光照強度傳感器、pH值傳感器、氧傳感器、液位傳感器。

在裝置主體的上、下兩部分，具有液位傳感器，可監控藻液的液位水平。既可防止泡沫過多產生過高液位，又可防止液體泄露而影響系統產量。

所述的溫度控制模塊有電加熱裝置、半導體制冷裝置。可根據溫度傳感器采集的信息，由嵌入式中央控制器與輸入的適宜值進行比較，當出現溫差時，啟動加熱裝置或半導體制冷裝置，開始溫度調節，保證藻液溫度在適宜的溫度范圍內。

所述的營養液進料管，安裝在裝置的上方，管道由微量泵進行控制。

所述的酸調節液進料管，安裝在裝置的上方，管道由微量泵進行控制。

所述的堿調節液進料管，安裝在裝置的上方，管道由微量泵進行控制。

所述的藻液卸料管，安裝在裝置的底部，管道由閥門進行控制。