[发明专利]一种平板气升环流式光合微生物培养装置

说明书

本发明涉及一种平板气升环流式光合微生物培养装置，箱体由支撑部分及安装在支撑部分上的玻璃板构成，箱体内分为多个依次串联的反应器单元，相邻两反应器单元之间通过安装在支撑部分上的连接挡板隔开；每个反应器单元内的底部均安装有至少一个曝气装置，每个曝气装置的两端上方各设有一个安装在玻璃板上的导流板；各反应器单元中的每个曝气装置均与进气管相连通，气体由每个曝气装置进入到反应器单元内，每个反应器单元的底部均开有排液口；箱体顶部密封连接有带透气孔的玻璃盖板，连接挡板与玻璃盖板之间留有间隙，相邻两反应器单元之间通过该间隙相互连通。本发明具有成本低、易于控温和清洗、能耗低、光合效率高、使用寿命长等优点。

技术领域

本发明属于生物化工领域中用于规模化培养光能自养微生物的培养装置，具体地说是一种平板气升环流式光合微生物培养装置。

背景技术

经过一系列的实验研究确定微藻及浮游植物的最佳培养条件后，反应器的设计就成了关键。微藻的培养系统总体上分为开放型培养系统和封闭型培养系统。开放式培养系统的最大优势在于投资少、结构简单、成本低廉及操作简单；但存在易受污染、生产不稳定，且部分藻种不适合等缺点。与开放式相比，封闭式培养系统具有以下优点：1)无污染，可实现纯种培养；2)几乎适合所有微藻及浮游植物；3)培养条件易控制；4)单位产量下占地面积小，成本低，易采收；5)光照面积/体积之比较大，光能和CO₂利用率高，水分损失低等突出优点。然而，与开放式相比，存在着建设成本高、维护难度大的缺点，若存在复杂内构件，会因清洗困难导致其寿命低。因此，设计低成本、高效的封闭式反应器就成为自养微生物规模化培养的关键。

气升式环流反应器(Airlift Loop Reactor，ALR)采用气体为推动力，能在较低的表观气速下就可以使液体在反应器内部按照设定的轨迹循环流动，大大提高了反应物的混合、传质及传热效率，是最节能的一种反应器。与其他类型的反应器相比，该反应器内没有运动部件，造价低，便于维修和密封，剪切力小且分布均匀，特别适宜对剪切力比较敏感的微生物。环流反应器的形状可以是圆形或者是矩形。由于影响环流反应器混合、传质、剪切力分布的结构参数(包括曝气装置、底部间隙高度、顶部分离区高度、导流板长度及上升区和降液区面积比值等)和操作参数(包括曝气速率、气相分压等)比较多，尤其是顶部分离区高度、底部间隙高度影响反应器内的剪切力分布和压降，导致其设计和放大比较困难。

光生物反应器设计的核心是以最小的能耗满足传质、传热的要求，并充分利用光能实现快速生产，同时反应器要造价低、控温简单有效、清洗简单、寿命长。此外，由于吸收和散射，光在传播方向上指数衰减；流体充分混合可产生有益于微生物生长的光明/光暗循环，相当于光强在反应器内的再分布；反应器内各处液体流速必须足够大，以防止微生物在反应器表面聚集、结垢。因此，具有较优结构反应器的光程及曝气速率也必须适中，从而使微生物具有快速的光暗循环。

授权公告日为2015年5月20日、授权公告号为CN103374511B的发明专利公开了一种圆形气升环流式光生物反应器，将光源安装于反应器外筒和内导流筒的壁面处，气体从反应器底部的气体分布器进入反应器，使藻液循环流动，从而在内外套筒间的区域内接受光照，充分利用微藻的闪光效应，促进微藻生长。该反应器用于大规模培养微藻时，使用了大量的人工光源，生产成本较高且寿命短，不利于产业化推广。

授权公告日为2010年3月17日、授权公告号为CN201424476Y的实用新型专利公开了一种平板式光生物反应器，其反应器单元包括箱体及其支撑框架；箱体顶部是开放式开孔，内腔整体贯通，至少有一个长侧面是透明的，横向相对的两短侧面和底面为圆弧形面；支撑框架为梯形，垂直地面，两支撑架立柱间固夹箱体。此反应器属于开放式且未设内构件，藻液单纯依靠气体推动形成无规则流动，使得微藻所受光照不均匀，不利于其光合作用效率的提高，且流动速度小，极易产生贴壁现象。