[发明专利]一种跑道池光生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及微藻培养工程领域，特别涉及一种跑道池光生物反应器。

背景技术

微藻是自然水体的主要生产者，在全球能量转化和碳素循环中发挥重要作用，每年通过微藻光合作用固定的CO₂约占全球CO₂固定量的40%以上。同时，微藻细胞富含蛋白质、色素及多种不饱和脂肪酸等高附加值生物活性物质，逐步成为保健食品、医药及精细化工等领域的重要材料来源。随着传统化石能源（石油、煤炭等）的日益枯竭，微藻作为可再生能源（油脂等）得到了人们的高度重视，具有重要社会和环境效应的微藻产业则显示出广阔的应用前景。

目前，微藻的规模化培养主要有开放式和封闭式两种培养模式。封闭式培养的反应器主要有柱式、板式和管式光生物反应器，其优点为光能利用率高、不易污染、培养密度高等，但封闭式培养的投资和操作成本较高、吨级放大不稳定、清洗消毒较困难等缺点。

 开放式培养的代表性反应器为跑道式培养池，作为开发最早和应用最广的培养方式，有构建简单、投资成本低、吨级放大简单、清洗消毒便捷等优点。广泛应用于国内外的微藻生产企业：美国Cyanotech 公司、新西兰Aquaflow Bionomic公司、以色列Seambiotc 公司、英国AlgaeVS 公司；国内的云南绿A 生物工程有限公司、江苏赐百年营养食品有限公司、荆州虾青素有限公司、云南麟珑微藻养殖有限公司等。但跑道池同样也存在光能利用率低、易污染的缺点。尤其对一些普适性生长条件的微藻，让其在培养初期更快适应跑道池生境，迅速成为优势种，将大大提高微藻工业化的成功率。

[0005]循环搅拌系统是跑道池的核心组成部分，它的主要作用有：一、保障培养液中营养盐的搅拌均匀，使藻细胞在培养液各位置都能得到充足的营养供应，二、保障充分的气体交换，使大气或专用的CO₂气罐的CO₂在藻液中充分溶解以保障光合作用的顺利进行，三、保证藻液在培养池内循环流动，保障微藻均匀的分布在培养液中提高其光能利用率，避免藻细胞的聚集沉降。

 目前的跑道池反应器多采用电机带动浆轮进行搅拌，且为了达到较低的转速，常见的多为针轮摆线减速机。电机搅拌系统大多为定速搅拌，而调速电机虽然可以达到调节输出转速的目的，但一方面成本太高，另一方面无法满足藻类培养的低转速要求（5-50转/分钟）。

电机定速搅拌系统在微藻培养中的主要缺陷有：（1）无法解决微藻不同生长阶段、生长条件与相应的搅拌频率之间的矛盾。例如在微藻的生长初期，多需要较低的扰动和水流速率，高的搅拌频率对部分微藻存在抑制作用；在生长后期，为保障更好的气体交换和避免高密度藻细胞的聚集下沉则需要较高的搅拌频率；（2）多适用于机械抗性较强的藻株培养（小球藻、螺旋藻等），对于机械抗性较弱的藻株（雨生红球藻等）培养则存在限制；（3）电机运行过程中能耗较高。

 针对循环搅拌系统的缺点，蔡志武的“一种产业化培养微藻的生产装置”（中国专利，CN201245640Y）公开了一种通过鼓气方式实现藻液循环的生产装置，该装置的缺点是管路复杂，不适合大规模放大，不适合所有的藻株培养。张成武等的“一种实现微藻规模化培养的跑道池光生物反应器”（中国专利，CN102304462 B）公开了两套藻液循环系统（分别是搅拌桨循环系统和鼓气气升式循环系统）以适应不同抗性的藻株培养。该装置的缺点是增加了跑道池结构的复杂性和投资成本，同时也加大了后期的运行维护成本，不利于清洗和灭菌。

 同时，传统的跑道池光生物反应器还存在如何低成本有效控温、CO₂利用率偏低等缺点。

 因此，亟待设计一种新型的跑道池光生物反应器方案以解决现有跑道池光生物反应器的上述缺陷。

发明内容

本发明的目前在于针对背景技术中存在的问题，提供一种跑道池光生物反应器，用以实现微藻的低成本高密度培养。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，

一种跑道池光生物反应器，包括跑道池（1）、变速搅拌系统、二氧化碳补给系统（4），地控温系统，

所述变速搅拌系统包括液压动力系统（2）和搅拌桨（3），所述搅拌桨置于跑道池内，使藻液在跑道池内循环流动；

液压动力系统（2）包括：为搅拌桨输入可变动力源的液压马达和驱动液压马达的电机（31）、油泵（32）和调节、控制液压马达的转速和方向的压力控制阀（34）、流量控制阀（36）、方向控制阀（35）构成；