[發(fā)明專利]一種正位移輸送管式光生物反應器

有效

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• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105695313B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊衛(wèi)民;王晗;關昌峰;閻華;何立臣;丁玉梅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12M1/24
• 分類號: C12M1/24;C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于微藻人工培養(yǎng)的光生物反應器，特別是涉及正位移輸送的管式光生物反應器，屬于微藻生物技術領域。

背景技術

微藻是光合效率最高的原始植物，比農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)率高出數(shù)十倍，是自然界生長最快的植物。藻類尤其是單細胞微藻能有效利用光能、二氧化碳和無機鹽類合成蛋白質(zhì)、油脂、碳水化合物、以及多種高附加值生物活性物質(zhì)。但自然界直接獲取的微藻并不能用于高附加值產(chǎn)品的提取，仍需要人工大規(guī)模培養(yǎng)獲取生產(chǎn)原料。微藻的高密度培養(yǎng)是實現(xiàn)微藻資源綜合開發(fā)利用的關鍵，而構建適合于微藻生長的光生物反應器則是實現(xiàn)微藻高密度培養(yǎng)的重要課題。

光生物反應器一般指用于培養(yǎng)光合微小生物及具有光合能力的植物組織、細胞的設施或裝置，通常具有光、溫度、pH值、營養(yǎng)鹽、氣體交換等培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，能進行半連續(xù)或連續(xù)培養(yǎng)并具有較高的光能利用率，因而能獲得較高的生物密度和單位面(體)積產(chǎn)量。目前，光生物反應器主要有開放式光生物反應器和封閉式光生物反應器兩大類，開放式光生物反應器的結構相對容易、制造價格低、易于實現(xiàn)，但開放式裝置有非常多的不足，它只能用于少數(shù)抗逆性強的藻種的培養(yǎng)，而且同時存在容易染雜菌、難以控制培養(yǎng)參數(shù)、水的蒸發(fā)量大、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等諸多問題，因而不少學者認為開放式光生物反應器已沒有繼續(xù)提升的空間，從而將發(fā)展目光轉向了封閉式光生物反應器。與開放式光生物反應器相比，封閉式光生物反應器生產(chǎn)期更長，各種參數(shù)控制精度更高，藻液濃度更高。目前封閉式反應器已有管式、板式、氣升式、柱式等多種類型。與其他類型光生物反應器相比，管式光生物反應器具有光照比表面積大、培養(yǎng)參數(shù)易于監(jiān)測以及能夠連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，成為得到大規(guī)模應用的光生物反應器類型。

但是管式光生物反應器也存在著混合傳質(zhì)效果較差、沿管長方向溶氧容易積累和微藻容易附生在反應器內(nèi)壁等主要問題，影響了其應用效果，特別是由于管式光生物反應器一般直徑較小，清洗困難，附壁現(xiàn)象會嚴重影響管式光生物反應器的生產(chǎn)效率和微藻生長密度的提高。針對以上問題，中國實用新型專利ZL201520040553.X提出一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應系統(tǒng)，利用流體流動帶動光合反應器內(nèi)組合轉子轉動，微藻跟隨轉子內(nèi)外翻滾，產(chǎn)生擾流作用，增加混合微藻培養(yǎng)液在反應器內(nèi)的徑向二次流，有利于養(yǎng)分傳質(zhì)分散，強化換熱。單元組合轉子對微藻培養(yǎng)密度有明顯促進作用，但是在該系統(tǒng)中必須采用泵來實現(xiàn)藻液的循環(huán)，若選擇離心泵、軸流泵等都會對微藻細胞產(chǎn)生剪切傷害，選擇蠕動泵不會有剪切力，但是流量過小，不能應用于微藻規(guī)模化培養(yǎng)。因而泵的選擇嚴重制約著智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種正位移輸送管式光生物反應器，由正位移傳動系統(tǒng)、光合反應系統(tǒng)和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統(tǒng)由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內(nèi)將藻液分段密封運送進入光合反應系統(tǒng)，為藻液循環(huán)提供動力來源；光合反應系統(tǒng)包括光合反應管段、分水槽、水槽、連接管、出水管等，光合反應管段內(nèi)安轉單元組合轉子，為微藻光合反應提供反應場所；支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架等，將整個系統(tǒng)支撐固定。

電機通過傳動軸帶動主動齒輪轉動，在鏈條的帶動下，從動齒輪圍繞齒輪轉軸轉動，鏈條由內(nèi)鏈板和外鏈板通過銷釘穿過銷釘孔進行固定安裝，鏈條上均勻安裝有密封塞，密封塞主體與鏈條之間通過楔塊進行固定；密封圈可直接套在密封塞主體上，也可將密封塞主體加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈沿鏈條軸向滑動，當使用一段時間密封圈被磨損導致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈。隨鏈條的運動，密封塞通過入口錐進入上水管，并在上水管內(nèi)自下而上運動，密封塞主體外圈的密封圈與上水管管壁緊密配合，且上水管內(nèi)涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞下部管段體積增大壓力降低，水槽中的藻液跟隨密封塞運動而進入上水管，到達一定高度后通過出水管進入光合反應系統(tǒng)。鏈條上均勻安裝密封塞的間距應小于上水管長度，保證隨密封塞向上運動其上下空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓差，將藻液吸入上水管，實現(xiàn)藻液的正位移輸送，在整個系統(tǒng)中循環(huán)流動。