[发明专利]用于微藻的封闭式光-生物反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微藻的封闭式光-生物反应装置。更具体地，本发明涉及一种用于微藻的封闭式光-生物反应装置，其能够有效地向培养液供应CO₂，并当膜破坏时方便膜的更换。

背景技术

随着越来越多对全球环境问题例如全球变暖和化石燃料枯竭的关注，汽车公司已经变得更加有环保意识。一种限制车辆对环境影响的方式是限制车辆排出的二氧化碳的量。生物减少CO₂技术的一种形式涉及利用微藻的光合作用来固定CO₂，而另一种形式则是生物柴油的生产技术。这两种限制二氧化碳排放量的形式在目前被认为是减少温室气体的最现实选择，因为它们能够在室温和常压下进行，并且能够利用自然界的碳循环原理。

特别地，在微藻地区中，需要建立微藻迅速生长所需的环境。有很多影响微藻生长的因素，例如反应器的类型、光、温度、pH、营养、以及CO₂，所有这些都需要进行优化。

一般来说，微藻培养装置划分为开放池塘系统和封闭池塘系统。在开放池塘系统中，在室外培养微藻，而在封闭池塘系统中，使用封闭的反应装置。开放池塘系统采用开放式水槽或池塘。开放池塘系统的初始投入多半是合理的，其操作简单，可以进行大规模培养。然而，由于每单位体积的生产量较小，需要大的设置空间才会有效。同时，由于需要扩大用于CO₂固定的反应器，需要大量的投资。

为了克服上述室外培养装置的限制，正在积极地进行与各种大小和形状(例如环形或平面形)的封闭系统相关的额外研究。在封闭式反应器中，由于系统培养液独立于外部环境，即使设置有孔，气体也不从反应器中泄漏出去，与开放池塘系统相比，可能增加气体的溶解度。

为供应微藻生长必需的CO₂，使用一种利用普通大气CO₂的常规CO₂供应系统、或者从反应器的底部提供气泡的通气方法。然而，常规的CO₂供应方法往往低效且昂贵。同时，当培养液中的CO₂饱和后，所供应的CO₂被排放到大气中，使得很难得知二氧化碳何时已被固定。

另一方面，在使用膜的中空纤维膜接触单元的情况下，由于经微小孔隙通过浓度扩散来供应CO₂，可以测量在培养液中饱和的CO₂，因此可控制浓度。在这种情况下，与通气法相比，对微藻的压力较小，更重要的是，中空纤维膜接触单元适合于封闭系统。

而且，由于中空纤维膜接触单元比通气法具有更大的接触面积，为大量培养液供应必需的CO₂时，所需的面积和电力能够减少，并且可通过模块化来简单地实施扩张、替换和修复。同时，由于不管液体的流动或浓度如何都可以方便地改变供应侧的CO₂浓度，可以通过自动化系统来供应培养液所需的CO₂量，以保持一定的浓度水平。然而，中空纤维膜接触单元也有一些限制。

首先，由于在培养液中的微藻的量增加，微藻在中空纤维膜的表面或角部上积聚，这会干扰CO₂的供应。此外，当膜自身或将膜固定的封装部在培养过程中经受严重的化学和物理冲击，则可能因穿孔和破裂而发生泄漏。

为了解决上述限制，需要适合于为微藻光-生物反应装置并为微藻光-生物反应装置优化的新型中空纤维膜接触单元，且新型中空纤维膜接触单元需要设计成当膜发生故障时可方便更换。

以上在背景部分公开的信息仅为增强对本发明背景的理解，因此可能包含并不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供在细胞中固定CO₂的微藻用的封闭式光-生物反应器，以及用于微藻的封闭式光-生物反应装置，其与传统的通气法相比，可以更迅速地向反应器中的培养液供应所需的CO₂浓度，可以在结构上克服可能在中空纤维膜的表面上产生的生物污染，并且可以使得在发生膜的断裂或缺陷时更容易地进行膜的更换。

一方面，本发明提供用于微藻的封闭式光-生物反应装置，包括：反应器主体，配置成培养微藻；中空纤维膜接触单元，布置在反应器主体中，用于向反应器主体中循环的培养液供应二氧化碳；流体循环泵，配置成使培养液在反应器主体中循环；光源，将光照射至反应器主体中；以及角度调整升降机(lift)，根据光源的照射角度来调整反应器的倾斜角度。