[发明专利]一种基于植物仿生学的高效微藻培养装置

说明书

技术领域

本发明涉及微藻培养系统领域，具体讲，是一种基于植物结构仿生学的涉及单细胞藻液高效捕光装置。

背景技术

在人类社会面临能源资源枯竭的大背景下，一些微藻因其高产油量、油脂累积快以及生产周期短等特点，近年来备受关注，已成为生物能源研究领域新兴的热点之一。我国在该领域的研究尚处于起步阶段。

薇藻原料成本占到生物柴油生产总成本的70％以上。因此，微藻生产过程中，关键环节是促进藻类快速生长，使藻细胞在最短时间内达到最大生产力。目前，藻类生物反应器已成为高效、快速、大量培养藻类的关键设备。

在研究、开发和生产中均需使用不同的光生物反应器，主要可以区分为开放式和封闭式两大类型。跑道池反应器是最典型和最常用的一种敞开式反应系统，构建简单、成本低廉、操作简单，在微藻产业化培育中已普遍使用，但是该培养器占地面积大的缺点限制了其应用。密闭式反应器，主要包括管式、平板式和柱式这三种形式，具有培养条件易控制，可无菌操作，补碳效果好，藻细胞生长速度快等优势，但是这些优越性是以高投资和操作成本为代价的，放大潜力也因此大大受到了限制。同时，两类反应器扩大生产后，当藻细胞密度较高时，光的供给往往受到限制。因此，尽管单细胞微藻光合效率是植物的10-50倍，但培养器捕光效率的底下仍闲置着微藻的大规模培养。传统的微藻反应器尽管也都是基于光能高效采集为目标，比如采用板式构造、添加内置光源等，但光能利用效率仍然较低。

植物结构仿生是在仿生学的基础上发展起来的，通过研究自然界植物系统的优异形态、结构和功能特征，并有选择性的在设计过程中应用这些结构原理和特征进行设计。光合作用是绿色植物最重要的一项生物学特性，绿色植物高效的光合作用是基于根茎叶独特的形态、排列和结构的。

因此，基于植物形态仿生学，研制与构建占地少、采光效率高、适应性强的光生物反应器的是未来技术的发展方向。

发明内容

本发明克服了现有开放式微藻反应器占地大的缺点，以及现有密闭式反应器的光路短等缺陷。提供了一种适于规模培养、占地面积小、捕光效率高，适应性强的微藻培养反应器，适用于开放式和封闭式光生物反应器。

为了达到上述目的，本发明基于植物形态结构仿生学，采用以下技术方案来实现：其特征在于整个培养系统主要包括根反应器系统(2，12)、茎反应器系统(1，11)、叶反应器系统(5，6，7，9)和导管系统(3，4，8，10)等4个部分。这种基于植物仿生学的微藻反应器，包括：

根反应器系统由根反应器(2)和集液口(12)组成，其中，根反应器(2)可以设计成开放式结构，为了增加牢固性和采光面积，池底和池壁可以由不同材料制作，底部可以做成砖混结构，池壁可由硬质透光材料构成。主反应器池型可以为圆形或者跑道式；

茎反应器系统由茎反应器排液口(1)和茎反应器(11)组成，其中茎反应器可以设计成封闭式结构，为了增加牢固性和采光面积，可以由硬质透光材料构成制作。藻液由茎反应器排液口(1)汇入根反应器(2)；

叶反应器系统由固定支架(5)、角度调节装置(6)、叶反应器(7)、叶反应器排液口(9)等4部分组成，考虑到稳定性，由硬质材料构成固定支架(5)，叶反应器(7)可设计成密闭板状结构，由薄而透明的硬质材料制作，其数量可根据茎反应器高度而定。叶反应器(7)通过固定支架(5)固定在茎反应器上，排列方式可以为螺旋式、平行交错式等，并且其角度可以通过角度调节装置(6)调整，以适应光线变化。藻液由叶反应器排液口(9)流入茎反应器(11)中；

导管系统由水泵(3)、下行导管(4)、上行导管(8)和叶反应器进液导管(10)组成，其中视茎反应器的高度选择合适扬程的水泵(3)，保证根反应器中的藻液通过上行导管(8)泵入茎反应器，再由叶反应器进液导管(10)注入叶反应器内，其内的藻液由下行导管再次流入茎反应器内。所述导管全部采用软质透明塑料制作，承压性高，不易弯折，价格低廉，且又方便叶反应器角度快速调整；

本发明克服了的封闭式与开放式两种培养器的缺点，基于植物仿生学，采用树形结构和循环方式培养单细胞微藻，不仅可节约较多土地，更为重要的是有效地增加光线捕获和吸收，提高了光能利用效率。同时，该反应器采用了价格低廉的塑料，还可根据光线变化调整反应器角度。因此，该反应器占地少，操作简便，光利用效率高，适应性强，可用于多种类型的光生物反应器中，易于大规模培养单细胞藻类。

附图说明

图1一种基于植物仿生学的高效微藻培养装置侧视图；