[发明专利]一种基于导光载体的多层堆叠吸附式微藻生物膜光生物反应器

说明书

本发明提供了一种基于导光载体的多层堆叠吸附式微藻生物膜光生物反应器，主要由多层堆叠的固体导光板组成，每层固体导光板左侧安装LED灯条，除左侧端面和下表面外的其余表面均粘贴高光反射率的反光膜；固体导光板上表面自下而上依次平铺放置多孔材质的液体培养基源层、微孔滤膜、微藻生物膜。多层堆叠的固体导光板置于反应器支架上，相邻导光板间以支架分隔，支架左侧设有液体培养基入口，右侧设有液体培养基出口。本发明利用导光板作为光源传输、转化介质和吸附式微藻生物膜载体，并实现多层堆叠培养微藻细胞，提高单位占地面积微藻生物质产量。

技术领域

本发明涉及一种微藻光生物反应器，尤其涉及一种吸附式生物膜光生物反应器。

背景技术

微藻光合固碳及能源化利用技术因具有高效减排温室气体CO₂、生产生物燃料的双重效果而成为当前国内外学者关注的热点。微藻的光合固碳生长过程是通过光合作用实现的，具体而言，在光能的驱动下，微藻细胞通过光合作用将CO₂和水转化为油脂、蛋白质、糖类等有机物，将光能以化学能的形式储存在微藻细胞内。微藻的光自养生长是在光生物反应器中进行的，同时，光生物反应器为微藻细胞的光合生化转化过程提供适宜的光照、温度、CO₂、氮源、磷源等环境条件。因此，高效的光生物反应器是实现微藻光合固碳及能源化利用技术的关键。

现阶段，根据微藻细胞在反应器培养腔室内的运动状态，可将现有的微藻光生物反应器分为悬浮式和固定化生物膜式两种。悬浮式微藻光生物反应器是当前主流的反应器形式，其特点是微藻细胞悬浮在液体培养基中。然而，由于悬浮式反应器内微藻生物质产量较低（低于10 g L^-1），使得最终微藻生物质的采收成本和能耗较大，极大地限制了悬浮式微藻光生物反应器的发展和应用。相比之下，微藻固定化生物膜培养技术因水资源需求量低、便于采收等优点而得到国内外学者的广泛关注。所谓固定化生物膜培养是指在合适的生长载体上，利用物理或者化学方法将游离的活性微藻细胞固定，并维持微藻细胞活性状态的一项生物技术。

吸附式微藻生物膜培养技术是固定化生物膜培养技术中的一种，是指通过静电作用或者其他相互作用力（如表面张力、范德华力、黏附力等）将微藻细胞以生物膜的形式固定在固体载体表面，微藻生物膜内的藻细胞通过光合作用分裂增殖，生物膜厚度增加。吸附式微藻生物膜技术具有操作简便、营养物质传质阻力小等优点。然而，现阶段的吸附式微藻生物膜光生物反应器面临着占地面积大、单位占地面积微藻生物质产量低等瓶颈问题，这是由于为了保证吸附在固体载体表面的微藻生物膜能够接受到充足的光照，吸附式微藻生物膜光生物反应器内的微藻生物膜吸附载体多采用水平单层布置方式。尽管采用固体生物膜吸附载体多层排布的方式可提高单位占地面积的微藻生物膜产量，但是顶层生物膜吸附载体下方的微藻生物膜受光问题难以解决，限制了该技术的发展。

因此，需要一种多层排布的吸附式微藻生物膜光生物反应器，满足每一层生物膜光照都均匀、充足的要求，以提高单位占地面积生物质产量。

发明内容

本发明将固体导光板引入微藻生物膜光生物反应器，提供一种基于导光载体的多层堆叠吸附式微藻生物膜光生物反应器，以提高单位占地面积生物质产量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于导光载体的多层堆叠吸附式微藻生物膜光生物反应器，主要由多层堆叠的固体导光板组成，每层固体导光板左侧安装LED灯条，上表面自下而上依次平铺放置多孔材质的液体培养基源层、微孔滤膜、微藻生物膜；多层堆叠的固体导光板置于反应器支架上，相邻导光板间以支架分隔，支架左侧设有液体培养基入口，右侧设有液体培养基出口。