[发明专利]一种正位移输送管式光生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微藻人工培养的光生物反应器，特别是涉及正位移输送的管式光生物反应器，属于微藻生物技术领域。

背景技术

微藻是光合效率最高的原始植物，比农作物的单位面积产率高出数十倍，是自然界生长最快的植物。藻类尤其是单细胞微藻能有效利用光能、二氧化碳和无机盐类合成蛋白质、油脂、碳水化合物、以及多种高附加值生物活性物质。但自然界直接获取的微藻并不能用于高附加值产品的提取，仍需要人工大规模培养获取生产原料。微藻的高密度培养是实现微藻资源综合开发利用的关键，而构建适合于微藻生长的光生物反应器则是实现微藻高密度培养的重要课题。

光生物反应器一般指用于培养光合微小生物及具有光合能力的植物组织、细胞的设施或装置，通常具有光、温度、pH值、营养盐、气体交换等培养条件的调节控制系统，能进行半连续或连续培养并具有较高的光能利用率，因而能获得较高的生物密度和单位面(体)积产量。目前，光生物反应器主要有开放式光生物反应器和封闭式光生物反应器两大类，开放式光生物反应器的结构相对容易、制造价格低、易于实现，但开放式装置有非常多的不足，它只能用于少数抗逆性强的藻种的培养，而且同时存在容易染杂菌、难以控制培养参数、水的蒸发量大、培养条件不稳定等诸多问题，因而不少学者认为开放式光生物反应器已没有继续提升的空间，从而将发展目光转向了封闭式光生物反应器。与开放式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器生产期更长，各种参数控制精度更高，藻液浓度更高。目前封闭式反应器已有管式、板式、气升式、柱式等多种类型。与其他类型光生物反应器相比，管式光生物反应器具有光照比表面积大、培养参数易于监测以及能够连续化生产等优势，成为得到大规模应用的光生物反应器类型。

但是管式光生物反应器也存在着混合传质效果较差、沿管长方向溶氧容易积累和微藻容易附生在反应器内壁等主要问题，影响了其应用效果，特别是由于管式光生物反应器一般直径较小，清洗困难，附壁现象会严重影响管式光生物反应器的生产效率和微藻生长密度的提高。针对以上问题，中国实用新型专利ZL201520040553.X提出一种智能调光自清洁管式光合生物反应系统，利用流体流动带动光合反应器内组合转子转动，微藻跟随转子内外翻滚，产生扰流作用，增加混合微藻培养液在反应器内的径向二次流，有利于养分传质分散，强化换热。单元组合转子对微藻培养密度有明显促进作用，但是在该系统中必须采用泵来实现藻液的循环，若选择离心泵、轴流泵等都会对微藻细胞产生剪切伤害，选择蠕动泵不会有剪切力，但是流量过小，不能应用于微藻规模化培养。因而泵的选择严重制约着智能调光自清洁管式光合生物反应系统的性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种正位移输送管式光生物反应器，由正位移传动系统、光合反应系统和支撑附件三部分组成，正位移传动系统由齿轮、传动轴、电机、密封塞、链条、入口锥和上水管组成，采用电机带动齿轮转动，通过链条传动，使密封塞在上水管内将藻液分段密封运送进入光合反应系统，为藻液循环提供动力来源；光合反应系统包括光合反应管段、分水槽、水槽、连接管、出水管等，光合反应管段内安转单元组合转子，为微藻光合反应提供反应场所；支撑附件包括电机架、齿轮支撑板和支撑架等，将整个系统支撑固定。

电机通过传动轴带动主动齿轮转动，在链条的带动下，从动齿轮围绕齿轮转轴转动，链条由内链板和外链板通过销钉穿过销钉孔进行固定安装，链条上均匀安装有密封塞，密封塞主体与链条之间通过楔块进行固定；密封圈可直接套在密封塞主体上，也可将密封塞主体加工为中间带槽的形状，避免密封圈沿链条轴向滑动，当使用一段时间密封圈被磨损导致密封不严时，可拆下安装新的密封圈。随链条的运动，密封塞通过入口锥进入上水管，并在上水管内自下而上运动，密封塞主体外圈的密封圈与上水管管壁紧密配合，且上水管内涂有聚四氟乙烯涂层来减少磨损，密封塞下部管段体积增大压力降低，水槽中的藻液跟随密封塞运动而进入上水管，到达一定高度后通过出水管进入光合反应系统。链条上均匀安装密封塞的间距应小于上水管长度，保证随密封塞向上运动其上下空间内产生足够的压差，将藻液吸入上水管，实现藻液的正位移输送，在整个系统中循环流动。