[發明專利]一種平板氣升環流式光合微生物培養裝置

有效

• 申請號: 201510478717.1
• 申請日: 2015-08-06
• 公開（公告）號: CN107034135B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 黃青山;姚禮山;郭欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明涉及一種平板氣升環流式光合微生物培養裝置，箱體由支撐部分及安裝在支撐部分上的玻璃板構成，箱體內分為多個依次串聯的反應器單元，相鄰兩反應器單元之間通過安裝在支撐部分上的連接擋板隔開；每個反應器單元內的底部均安裝有至少一個曝氣裝置，每個曝氣裝置的兩端上方各設有一個安裝在玻璃板上的導流板；各反應器單元中的每個曝氣裝置均與進氣管相連通，氣體由每個曝氣裝置進入到反應器單元內，每個反應器單元的底部均開有排液口；箱體頂部密封連接有帶透氣孔的玻璃蓋板，連接擋板與玻璃蓋板之間留有間隙，相鄰兩反應器單元之間通過該間隙相互連通。本發明具有成本低、易于控溫和清洗、能耗低、光合效率高、使用壽命長等優點。

技術領域

本發明屬于生物化工領域中用于規模化培養光能自養微生物的培養裝置，具體地說是一種平板氣升環流式光合微生物培養裝置。

背景技術

經過一系列的實驗研究確定微藻及浮游植物的最佳培養條件后，反應器的設計就成了關鍵。微藻的培養系統總體上分為開放型培養系統和封閉型培養系統。開放式培養系統的最大優勢在于投資少、結構簡單、成本低廉及操作簡單；但存在易受污染、生產不穩定，且部分藻種不適合等缺點。與開放式相比，封閉式培養系統具有以下優點：1)無污染，可實現純種培養；2)幾乎適合所有微藻及浮游植物；3)培養條件易控制；4)單位產量下占地面積小，成本低，易采收；5)光照面積/體積之比較大，光能和CO₂利用率高，水分損失低等突出優點。然而，與開放式相比，存在著建設成本高、維護難度大的缺點，若存在復雜內構件，會因清洗困難導致其壽命低。因此，設計低成本、高效的封閉式反應器就成為自養微生物規模化培養的關鍵。

氣升式環流反應器(Airlift Loop Reactor，ALR)采用氣體為推動力，能在較低的表觀氣速下就可以使液體在反應器內部按照設定的軌跡循環流動，大大提高了反應物的混合、傳質及傳熱效率，是最節能的一種反應器。與其他類型的反應器相比，該反應器內沒有運動部件，造價低，便于維修和密封，剪切力小且分布均勻，特別適宜對剪切力比較敏感的微生物。環流反應器的形狀可以是圓形或者是矩形。由于影響環流反應器混合、傳質、剪切力分布的結構參數(包括曝氣裝置、底部間隙高度、頂部分離區高度、導流板長度及上升區和降液區面積比值等)和操作參數(包括曝氣速率、氣相分壓等)比較多，尤其是頂部分離區高度、底部間隙高度影響反應器內的剪切力分布和壓降，導致其設計和放大比較困難。

光生物反應器設計的核心是以最小的能耗滿足傳質、傳熱的要求，并充分利用光能實現快速生產，同時反應器要造價低、控溫簡單有效、清洗簡單、壽命長。此外，由于吸收和散射，光在傳播方向上指數衰減；流體充分混合可產生有益于微生物生長的光明/光暗循環，相當于光強在反應器內的再分布；反應器內各處液體流速必須足夠大，以防止微生物在反應器表面聚集、結垢。因此，具有較優結構反應器的光程及曝氣速率也必須適中，從而使微生物具有快速的光暗循環。

授權公告日為2015年5月20日、授權公告號為CN103374511B的發明專利公開了一種圓形氣升環流式光生物反應器，將光源安裝于反應器外筒和內導流筒的壁面處，氣體從反應器底部的氣體分布器進入反應器，使藻液循環流動，從而在內外套筒間的區域內接受光照，充分利用微藻的閃光效應，促進微藻生長。該反應器用于大規模培養微藻時，使用了大量的人工光源，生產成本較高且壽命短，不利于產業化推廣。

授權公告日為2010年3月17日、授權公告號為CN201424476Y的實用新型專利公開了一種平板式光生物反應器，其反應器單元包括箱體及其支撐框架；箱體頂部是開放式開孔，內腔整體貫通，至少有一個長側面是透明的，橫向相對的兩短側面和底面為圓弧形面；支撐框架為梯形，垂直地面，兩支撐架立柱間固夾箱體。此反應器屬于開放式且未設內構件，藻液單純依靠氣體推動形成無規則流動，使得微藻所受光照不均勻，不利于其光合作用效率的提高，且流動速度小，極易產生貼壁現象。