[发明专利]多层次可抑制微藻附壁生长的大容量箱式光生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及光生物反应器领域。

背景技术

微藻是一种个体微小、光能自养的微生物，细胞大小在微米级别，其体内营养丰富，细胞内含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素(如Cu，Fe，Se，Zn等)等高价值的营养成分和化工原料，使其在生物饵料、食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。

当前培养微藻采用开放式和封闭式两种模式，具体是开放的跑道池及封闭的光生物反应器，开放式的培养模式由于易受外部细菌的干扰、季节变化大、培养条件难于控制，不适用于培养高价值的藻种。我国目前在光生物反应器的设计及制造上主要有以下几种类型：平板光生物反应器、管道光生物反应器、柱状光生物反应器以及封闭的浅池光生物反应器，这些反应器在优化了培养条件后，可以实现高密度的微藻培养，但由于受光路径的限制，平板光生物反应器的宽度在20厘米左右，封闭的浅池光生物反应器所培养的藻液深度在20-30厘米，管道光生物反应器的管径一般小于10厘米，因此现有的光生物反应器，难于大规模的培养微藻，而要增加微藻培养的规模，一般是多组反应器并联或串联培养，但这又会增加对每个反应器在线监测的成本及控制调节培养液的成本，由此，开发成本低、容量大、培养条件易于控制的光生物反应器是微藻培养的关键。

采用光生物反应器培养微藻有很高的效率，但微藻在生长过程中会不断分泌粘性物质，使其附着在反应器的内壁上，随着附壁微藻密度的增加，光线穿透能力随之减少，致使微藻的光合作用降低，进而极大地降低反应器的生产效率。当前的平板光生物反应器、薄膜袋式光生物反应器、管道光生物反应器、柱状光生物反应器都存在反应器内壁清洗难的问题。而且缺少培养过程中可简单、自动化运行的清理设备。而能够自动清洗反应器内壁附着的微藻是光生物反应器用于工业化大规模生产的关键，因此在反应器的设计上应尽可能的抑制微藻附着在反应器的受光面上。

发明内容

本发明的目的在于解决当前光生物反应器所面临的容积小，难于大规模培养的问题；同时解决微藻生长过程中附壁而影响其光合作用的难题。此外，在设计上考虑到充分利用自然光为培养的微藻的光能，从而节省能耗、降低成本。

本发明在设计上优化近年来在反应器结构上的突出特点，在保证微藻高培养效率的基础上，突破了反应器外型上固有的结构，该反应器在外形上呈直角梯形，其中的梯形顶部和斜边部分的反应器壁采用可透光的材质，通过利用太阳光，使微藻进行光合作用，在反应器内部自然光达不到的区域，通过内置人工冷光源来提供光照。从而创新性的实现了一个反应器具有三种不同培养微藻的模式，进而使反应器具有更大的培养规模。

本发明根据反应器各个区域利用光照的不同，分出三个不同层次的采光区域，根据这些采光区域特点，同时考虑抑制微藻附壁生长的需求，对反应器相应采用如下不同的设计：

所述的反应器的顶部采用的是开放的跑道池培养微藻的模式，光能主要来自于顶部入射的太阳光，在该区域中培养液的液面与顶部的透明反应器壁之间预留一段空气区域，以防止培养的微藻附着顶壁生长。在该部分的空气与液面的结合处有一个横置的“V”字形排气溢液口，其作用是一方面导出从培养液中溢出的气体；另一方面起到溢流的作用，控制反应器中的培养液有一个固定的高度，保证其上的空气区域始终存在。在横置“V”字形排气溢液口的外端部有相应的滤菌膜，防止细菌进入反应器内部。

所述的反应器呈直角梯形，其梯形结构中倾斜边所在侧面向内的一段自然光能够穿过的区域是类似平板光生物反应器的结构模式，该区域中用于采光的透明的反应器壁与底板有一定倾斜角，该设计使底部曝气产生的气泡，沿倾斜的壁面上升，进而抑制微藻贴壁生长，此外在倾斜板的顶部有一个圆弧形凹槽，凹槽内有一个细直的清洗杆，清洗杆上包裹有清洗用的棉纱，清洗杆的两端各固定一个圆饼形的转轮，圆饼形转轮刚好卡扣在导轨内。导轨的宽度和内部凹槽的深度刚好容纳圆饼形的转轮，该导轨固定在倾斜面与另两个直立面相交处的直立面上，导轨的上下两端分别连接到反应器的顶部和底部，在清洗杆的中间位置设有可向上及向下拉的两根拉绳，其中向下的拉绳穿过位于反应器底部的滑轮，可以在需要时拉动清洗杆上下运动，由于棉纱是紧贴倾斜的壁面的，由此可以对壁面附着的微藻进行清除。该清洗装置可以用来对所有带有直立面的光生物反应器的内壁进行清洗。此外，在该采光区域的底部有一个与该采光区域等宽，与反应器等长的气体分布板，在气体分布板下端有一个用于暂存气体的气室，在气室的一端有一个进气管，通过进气管来向气室通气，继而通过气体分布板为该采光区域曝气。