[实用新型]一种采用气升混合来防止微藻附壁的光生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光生物反应器领域，特别涉及一种采用气升混合来防止微藻附壁的光生物反应器。 

背景技术

微藻是一种光自养生物，能够利用无机盐、CO₂和阳光合成具有高附加值的蛋白质、脂肪酸、虾青素、胡萝卜素和叶绿素等有机物，并且，由于微藻的光合作用效率极高，是陆地高等植物光合效率的几十倍，能在短时间内大量生产微藻生物质。因此，微藻在食品、饲料、医药、生物固碳和生物燃料等领域具有广泛的应用前景。微藻的生长受多种因素的影响，其中包括营养液的配方、温度、光照、PH值、溶氧浓度和CO₂浓度等。在微藻的高密度培养中，光强的梯度分布是一个普遍存在的问题。由于微藻的吸收和散射作用，使入射光强在进入藻液后随光程增加而减弱，结果导致受光表面区域的微藻细胞经常处于光抑制状态，而处于藻液内部的微藻细胞则经常处于光限制的状态，只有一小部分区域的微藻细胞处于最佳光强状态，从而在藻液中形成了光区与暗区，降低了微藻生物质的产率。为了改善微藻的光照条件和提高微藻的培养密度，人们设计了许多光生物反应器，按照藻液与外界环境的关系，光生物反应器可分为开放式和封闭式两种类型。 

开放式光生物反应器具有结构简单、维护方便、容易扩大规模和成本较低等优点，直接利用太阳进行生产。特别是开放式跑道池光生物反应器，已经被普遍用来大规模生产微藻生物质并实现了商业化的应用。但是开放式跑道池光生物反应器也存在一些缺点，比如占地面积大，微藻培养密度低，收获成本高，水分蒸发量大，光照表面积体积比低，光能和CO₂的利用效率低，生产条件不可控，容易受入侵藻种或者空气粉尘的污染等，因此只适合在水源充足，土地便宜和气候温暖的热带、亚热带和温带地区进行生产，并且生产的微藻仅限于那些能够忍受高盐度或极端pH值环境的藻种，比如螺旋藻、小球藻等。此外，商业化生产的跑道池反应器使用机械叶轮进行搅拌，不仅容易对微藻造成损伤，而且湍流混合影响的范围也仅限于靠近叶轮的流域，其它区域大多是层流，藻液上下分层，并且存在死区的比例过大等问题。虽然池底曝气改善了混合的均匀性，但是CO₂的利用效率较低，只有在曝气点的分布密度较大时才能保证良好的混合，但是这样会导致能耗的增加。 

封闭式光生物反应器克服了开放式光生物反应器的缺点，整体使用了透光良好的材料制造而成，采用自然光或者人造光照明，光线能够有效进入藻液中，以增加光照表面积体积比的方式提高微藻的光能利用效率，具有培养密度高，生产条件可控等优点。按照结构的不同，封闭式光生物反应器大致可以分为管式、直筒式和平板式三种，它们均具有较大的光照表面积体积比，因此最佳的培养密度较高。但是管式反应器容易出现溶氧限制和pH值梯度分布问题，而直筒式和平板式反应器在扩大规模时也还存在一些困难，目前大多只是用来生产具有高附加值的基因藻和工程藻。此外，在封闭式光生物反应器中，随着微藻细胞的生长，微藻的密度增加并分泌出一些新陈代谢物，在流体速度较小的透明内壁面上形成生物膜或微藻附壁生长，简称微藻附壁现象。微藻附壁极大地衰减了入射的光强，导致光生物反应器效率的降低，因此需要定期清理，增加了维护的成本和复杂性。 

发明内容

 本实用新型克服了开放式和封闭式光生物反应器存在的不足，提出了采用气升混合的方式搅拌藻液，能够以较低的能耗有效解决了微藻附壁现象和光强梯度分布问题，从而提高了微藻的培养密度和生产率的光生物反应器。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的： 

一种采用气升混合来防止微藻附壁的光生物反应器，它包括藻液容器、气体分布器、监测系统和供气系统，所述的藻液容器的底面为往上倾斜的两个底面，呈V形结构；所述的藻液容器的侧壁上设有补料进口和藻液出口；所述的藻液容器内的正上方设置透明导流槽；所述的导流槽的底面为往上倾斜的两个底面，呈V形结构；所述的藻液容器与导流槽通过可调式连杆连接固定；所述的藻液容器的底部中间位置设置气体分布器。

以上所述的藻液容器的两个底面与水平面间的倾斜角相等，倾斜角的范围是1-89°。 

以上所述的导流槽的两个底面与水平面间的倾斜角相等，倾斜角的范围是1-89°。 

以上所述的导流槽的两个底面与水平面间的倾斜角大于或等于藻液容器底面的倾斜角。 

以上所述的藻液容器在水平面方向上呈直线状或者呈跑道池式的循环状排列。 

以上所述的藻液容器和导流槽上密封覆盖有透明盖板或透明塑料膜。 

以上气体分布器呈条状或管状，气体分布器均匀设置布气小孔。