[发明专利]特定光谱气升式光生物反应器

说明书

技术领域

本发明属于微藻培养光生物反应器领域，特别涉及特定光谱气升式光生物反应器。

背景技术

微藻是一类具有重大应用价值的生物资源，许多活性物质均来自于微藻。采用光生物反应器进行微藻的人工培育是解决微藻规模化培育放大的重要途径。

目前培养微藻的封闭式光生物反应器主要分三类，分别是搅拌罐式，鼓泡柱或气升式和管道式光生物反应器。管道封闭式光生物反应器一般采用管径较小的透明硬质材料弯曲成不同形状并连接起来形成，在此类管道封闭式光生物反应器中，由于采用较小的管径(25-50mm)，虽具有较大的光照表面积与体积比，可获得较高的面积生产率，但管径的细小限制了总体积的增加。同时又长又细的管子不能使气液得到很好的混合，而且不能及时排出光合作用产生的氧气，抑制了微藻细胞的生长，造成反应器效率降低。搅拌罐式光生物反应器采用螺旋桨进行气液混合。搅拌速率低则使二氧化碳溶解率低从而利用率低，同时不能将溶解氧带出从而抑制了细胞的生长；搅拌速率高则会产生过度的剪切力，会造成细胞物理损伤和叶绿素外泄或降解，造成细胞生物量降低。

中国专利ZL99213569.9号专利和ZL20042009076.2号专利公开了一种光生物反应器，其核心技术是采用流动方式为气升式内环流且内外光源结合的方法，其主要问题是采用普通日光灯做光源，不能根据微藻生长特殊需要进行光质调节；罐壁没有清除微藻的装置，粘附在罐壁的微藻容易引起光照强度下降；其热交换器处于下部，不能使温度在培养液中均匀分散。

微藻的人工培育牵涉几个问题：微藻培养过程中要使二氧化碳和培养液混合充分，提高二氧化碳的利用率；培养过程消耗二氧化碳并释放出氧气，需要从培养基中不断去除过量的氧并补充二氧化碳，否则将抑制微藻的生物合成；微藻生长具光合作用，从光照中获取能量，需选择合适的光源供给能量；微藻生长需要一个合适的温度，需要能使温度均匀分布的热交换器；藻类个体细胞较大，易于挂壁，造成光照度和生物量的损失，需要辅助装置清除挂壁物质。

发明内容

本发明是为了克服上述封闭式光生物反应器的不足，并解决人工培育牵涉的几个问题，提供一整套管路布局合理，高效培养微藻细胞的解决方案。

本发明所述的特定光谱气升式光生物反应器结构组成示意图如图1所示，它包括培养罐体、配气装置、气体分布器、热交换器、检测装置、内外光源及灯具。具体构成是：透明罐体(1)，不锈钢顶盖(2)，不锈钢底座(3)，内光源(4)，内光源封闭管(5)，气体分布器(6)，气体入口(7)，透明玻璃圆筒(8)，取样管(9)，加料口(10)，取样口(11)，取样管平衡口(12)，备用口(13)，热交换器(14)，pH电极(15)，二氧化碳浓度电极(16)，温度传感器(17)，排气孔(18)，排气冷凝管(19)，循环水进口(20)，循环水出口(21)，磁力刷(22)，排气冷凝器进水口(23)，空气压缩泵(24)，CO₂钢瓶(25)气体流量计(26)，缓冲罐(27)，气体过滤器(28)，阀门(29)，外光源(30)，外光源支架(31)。其相互连接关系为：二氧化碳和经空气压缩泵(24)的空气进入缓冲罐(27)混合缓冲，经过气体过滤器(28)过滤后通过气体入口(7)到达气体分布器(6)进入反应罐体，通过气体流量计控制流量，阀门控制开关；透明玻璃圆筒(8)作为导流筒，把罐体分成上升区和下降区，培养液在气流的作用下进行上下循环；内光源封闭管(5)固定在罐盖中央，内光源(4)置于内光源封闭管(5)中，外光源(30)采用环形或者直管形灯管固定在外光源支架(31)上；pH电极(15)，温度传感器(17)，分别固定在不锈钢顶盖(2)上，将电极部分浸入培养液，再分别用导线连到显示设备，实现在线检测记录并导出数据。

所述的气体分布器(6)采用多孔陶瓷或者聚四氟乙烯材质的板式或者辐条状气体分布管道进行气体分布。

所述的光源系统由外光源(30)和内光源(4)组成：内外光源采用特定波段的荧光灯，可根据微藻不同生长阶段需要选择从红外到近紫外的任意波段进行照射；外光源固定于外光源支架上，支架经过特殊设计，可以有效增加光照度，光能利用率高；不照射时使藻类能更好的进行暗反应。

所述的热交换器是将三根铜管呈中心对称置于反应罐体内，通入循环水来控制反应温度。

所述的排气口上安装冷凝管(11)，可以有效防止培养过程中水分的流失。