[实用新型]一种集约化模式下的饵料微藻光生物反应器装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微藻生物技术领域，具体地说，是一种集约化模式下的饵料微藻光生物反应器装置。

背景技术

集约化水产养殖领域对饵料微藻有着巨大的需求，自然界的微藻无法大量直接收集，开发微藻资源需要通过工程培养生产原料。目前，微藻规模化人工培养主要有开放池式和封闭光生物反应器两种方式。

开放式培养构建简单、成本低廉及操作简便,但开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大,并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染,同时水分蒸发严重,二氧化碳供给不足,这些因素都将导致细胞培养密度偏低、采收成本较高，该方式培养微藻无法满足集约化水产养殖的饵料需求。

密闭式光生物反应器培养条件稳定、可无菌操作、易进行高密度培养。开发密闭式微藻光培养反应器依据的原则为：

1.提高光照比表面积；

2.加快的气体交换效率；

3.选择适合的循环方式； 

4.改善光的传播途径、分配和质量；

5.防治有害次生代谢的积累；

6.较易实现培养条件的优化；

7.尽量降低生产成本。 

密闭式光生物反应器有多种形式, 如搅拌发酵罐式、管式和平板式、柱桶状气升式、浮式薄膜袋等，微藻培养大多数结构为管道式和板式, 并以管道式为主。目前，封闭式光生物反应器正向精密化、规模化的方向发展，其中管道式光生物反应器发展最快，其结构可调性强，可适应多种微藻的培养，应用最广泛。罐式和柱桶状反应器结构紧凑，便于清洁及消毒，便于安装电气设备进行培养参数的监测和控制，是精密化可操控反应器的最佳形式。

在反应器设计方面关键因素之一是选择合适的光照方式，提高光能利用率，选用适宜的材料并根据所培养藻类的特点确定反应器大小、形状及结构对提高光能利用率有很大的影响，目前光反应器普遍使用透明材料，光照方式除采用合适的反应器放置角度提高自然光线照射外，添加辅助光源以及进行分布式部署光源是提高光照度的主要方法和技术，利用光纤维的光传递性与光分散系统相匹配作为内部光源的光生物反应器系统也在研究中。另一个关键因素是选用合适的循环装置，其中气升式混合方式机械剪切作用小，并能进行适度搅拌，使营养液、PH值中合液及其它添加溶液与菌液充分混合，并可提高二氧化碳的均匀分布及微藻细胞的吸收利用，同时可防止溶氧量提高，预防有害次生代谢的积累，适合多种类型的反应器。

另外，关于微生物反应器如罐式、柱桶式封闭光生物反应器现有技术中，存在如下缺陷：

1.机械结构问题，系统的机械结构设计存在不合理，直接影响传感器和执行部件的安装部署。

目前封闭光生物反应器都采用单桶控制模式，每个反应桶有相应的控制系统，传感器和执行部件的安装大都是从反应桶的顶端插入安装到反应桶内，这种安装方式使得电气线路都采用上走线形式，线路布局杂乱繁琐，对微藻培养，反应桶的清洗、气体的桶内循环流动都有很大的影响。

2.光源空间部署，光的传播途径、分配和质量问题。

无辅助光源的反应器，只采用外部自然光的模式，当微藻的生长密度较大，反应桶中心区域的光照条件无法满足微藻正常生长的需要。

采用内置光源作为辅助光源的设计方式，反应桶内部若安装部署单根灯管作为内部光源，尽管系统通过控制内置光源达到了一定的光照控制效果，但是如果反应桶的直径较大，单根灯管无法满足要求，当外界自然光强度不足时，这种结构的光源设计和部署不能够满足微藻培养的光照要求。若采用内部多根灯管的设计方式又会使得反应桶内部的结构太过复杂，影响桶内部培养液的循环流动。

目前广泛使用的辅助光源, 如金属卤素灯、冷白炽灯、日光灯等存在许多弊端。日光灯，需两端固定，并需要高电压，并且光效低，灯管寿命短、易烧坏，更换维修困难。而使用白炽灯则散热量大，会使反应桶温度快速升高，耗费能源，并且不是线光源。还有采用光纤作为辅助光源的设计方式，虽然可以节省能源，提高光的利益效率，但光的收集装置安装和部署都比较复杂，若采用太阳光作为光源同样受到天气和自然条件的影响，不能提供稳定的光照条件，高光强、冷光、窄光谱、节能、可靠的光源是反应器辅助光源的最佳选择。

3.参数测量和控制问题