[發明專利]一種階梯落差式微藻光反應器

在審

• 申請號: 201610333929.5
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN105779271A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 孫旭陽
• 申請（專利權）人: 孫旭陽
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/04;C12M1/12
• 代理公司: 蘇州潤桐嘉業知識產權代理有限公司 32261
• 代理人: 趙麗麗

技術領域

本發明涉及微藻生物技術領域，具體的說是一種階梯落差式微藻光反應器。

背景技術

微藻是光合作用效率最高的生物體，富含蛋白質、多不飽和脂肪酸和類胡蘿卜素等多種高附加值物質，同時微藻具有吸收氮/磷，以及在培養過程中積累油脂的能力。因此，微藻在食品、餌料、飼料、環保及生物能源等諸多方面具有廣泛的應用，特別是近年來在生物能源方面，微藻被認為是最具應用前景的生物柴油等生物燃料制備的原料；此外，微藻固碳和微藻處理富含氮/磷廢水的潛力也非常巨大。

光生物反應器是微藻光自養培養的核心裝置。目前，用于微藻光自養培養的光生物反應器有敞開式和封閉式兩種。

敞開式微藻培養系統（跑道池和圓池）存在著結構簡單、建造容易、操作方便及運行成本低等優點。但是，敞開式池子存在著較多的缺點，如藻細胞生長慢，藻細胞密度較低（通常藻細胞密度＜1.0g/L），易受外界環境條件的影響，培養條件難以控制，容易受到原生動物等敵害生物的污染。同時，較低的藻細胞密度會造成較高的采收成本。與敞開式微藻培養系統相比，封閉式光生物反應器具有培養條件穩定可控，藻細胞生長速率快及藻細胞密度高等優點，但是封閉式光生物反應器存在著投資、運行及維護成本高和放大困難等問題，使得它們目前難以大規模應用于非高附加值微藻（能源微藻）的光自養培養。因此，封閉式光生物反應器目前主要應用于微藻的藻種培養及高附加值微藻（如雨生紅球藻）的培養。

光生物反應器的光程及單位體積光照面積是影響反應器性能的重要因素。一般而言，光程越短及單元體積藻液的光照面積越大，光生物反應器的性能越優，藻細胞的生長速率越快，藻細胞密度越高。目前，敞開式池子中藻液深度通常為15~30cm左右，而能充分接受光照的區域僅在藻液的表層，僅約幾個厘米，大部分的藻細胞處于暗區（光強低于藻細胞生長所需的最低光強），無法充分地接受光照，導致藻細胞無法進行有效地光合作用而快速生長。封閉式光生物反應器，如管式光生物反應器，柱式光生物反應器及平板式光生物反應器的光程一般在5cm~20cm左右。與敞開式培養系統相比，封閉式光生物反應器的光程相對較小，比光照面積較大。雖然，藻細胞能夠在封閉式光生物反應器中獲得較高密度，但封閉式的光生物反應器的設備投資非常大，動力消耗率高，難以規模化應用于一般低價值微藻的培養。同時，在較高的藻細胞密度下，光在藻液中的衰減程度增加，一般僅能穿透藻液層1-2cm左右。因此，封閉式光生物反應器的光程仍然過大，在較高藻細胞密度下，大部分藻細胞仍處于暗區而受到光限制。

為了增加微藻培養系統的受光表面積，提高單個藻細胞獲得的光能，一些研究者采取相關措施對微藻培養系統進行了改造。

為了更大程度地充分利用空間光照，提高藻細胞對光能的利用效率、低成本的實現微藻規模化、高密度及高效率培養。因此，本領域仍然需要一種簡單、低成本及具有較大比光照面積的新型微藻培養系統。

發明內容

本發明為提供一種結構簡單、在微藻光自養培養過程中降低藻液厚度，增加藻液受光面積，使藻細胞能充分接受空間光照，藻液輸送動力效率高，可以實現微藻的低成本、高密度及高效率培養的階梯落差式微藻光反應器。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種階梯落差式微藻光反應器，包括若干個階梯系統和溝渠系統，每個階梯系統包括若干個呈落差式分層設置的階梯，每兩個相鄰上下兩個階梯之間分別設有溢出口，每個階梯的兩端分別設置擋板進行阻擋，所述溝渠系統包括藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置，所述藻液收集裝置和藻液輸送動力裝置通過管道相連通，最下方的階梯上設有流出口，所述藻液收集裝置設于所述流出口處，通過藻液輸送動力裝置將藻液收集裝置中的藻液循環至最上方的階梯內。

最上方的階梯上設有流入口，上方的流入口、中間的若干個溢出口和下方流出口兩兩相鄰之間相互左右交錯設置。

所述階梯的微藻液面之上設有透明層，透明層與階梯之間形成空腔；或者階梯落差式微藻光反應器外部設有透明層。

所述階梯的內表面上設有反光層，以增加反光供微藻吸收。

所述藻液收集裝置內設有過濾部件，以實現對微藻的有效濃縮或者采收。

所述藻液輸送動力裝置包括藻液收集槽、泵、用于連通的管道和智能調節系統，所述藻液收集槽設于所述流出口處，所述泵和藻液收集槽通過管道相連通，所述智能調節系統與所述泵電連接。