[发明专利]一种自动化培养微藻的光生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及微藻生物工程技术领域，具体地说是一种自动化培养微藻的光生物反应器。

技术背景

随着经济社会的不断发展，全球化石燃料的消耗量正不断攀升，找到一种清洁、可再生能源成为实现世界经济可持续发展的关键。生物柴油是动、植物或微生物油脂经酯化反应后得到的长链脂肪酸烷基单酯，其在化学组成与燃烧特性方面与常规化石燃料相近，且不含有硫元素，具有替代容易、环境友好等优点，得到了世界各国的广泛关注。

微藻是单细胞、形态微小的藻类的总称，其结构简单，生长周期短，可以通过光合作用固定CO₂并在细胞内合成生物油脂(主要是三酰甘油)，并可提炼色素、多糖、蛋白和不饱和脂肪酸等高附加值产品，被视为未来最有希望的环境友好、可再生的生物质能源资源，发展潜力巨大。利用微藻生产生物柴油可利用盐碱地、荒芜地等废地进行生产，不与人争粮，不与粮争地；且具有生产效率高、可不受季节和地域限制进行连续生产的优点，在解决人类正面临的能源短缺和全球气候变暖两大难题方面具有潜在的战略意义。

用于微藻培养的光生物反应器可分为开放式光生物反应器与封闭式光生物反应器。开放式系统构建简单、成本低廉及操作简便，但受外界环境影响大，无法实现对物理量的精确控制，其生产受到地域、季节的限制。而封闭式光生物反应器可对影响微藻的若干关键因素进行精确调控，不受地域和季节限制，可人为构建一个适合微藻生长的环境，有利于对微藻进行相关的科学探究试验。

诸如温度、光照条件、pH值、O₂浓度均对微藻的生长速率及产物积累产生影响。如何准确控制影响微藻生长的关键因素，提高微藻的生长速率，成为当前微藻培养装置研究的关键所在。

发明内容

本发明的目的是为实验室提供一种自动化培养微藻的光生物反应器，能够在线检测培养过程中温度、光照强度、pH值、O₂浓度，并可实现对上述因素的自动控制。可用于探究适合微藻生长的培育条件，进行微藻培养相关的科学研究。

本发明采用的技术方案为：一种自动化培养微藻的光生物反应器，该装置由光生物反应器主体、气路子系统、光源子系统、采集模块、温度控制子系统、营养液控制模块、酸碱控制模块、嵌入式中央控制器构成；光生物反应器主体包括平板式反应器；气路子系统包括气源、减压阀、气体流量控制器、进气管、出气管、气体均布器；光源子系统包括LED光源阵列、光照度功率控制；LED光源阵列安装在平板式反应器主体的正前方，其与平板式光生物反应器的距离可调；采集模块包含温度传感器、光照强度传感器、pH值传感器、氧传感器、液位传感器；温度传感器、pH值传感器、氧传感器、液位传感器均安装在平板式反应器主体内；光照强度传感器安装在平板式光生物反应器的后壁外；营养液控制模块包括营养液进料管、微量泵、藻液卸料管；酸碱控制模块包括酸调节液进料管、碱调节液进料管、微量泵；反应器上方设置有营养液进料管、酸调节液进料管、碱调节液进料管、气体出口管；底部设置有藻液卸料口、进气管；嵌入式中央控制系统安装在平板式反应器主体的外侧面。

所述的光生物反应器主体为平板式，材料为透明的玻璃、有机玻璃或树脂材料等。

所述的气源为气泵或气瓶。通入的气体可为CO2气体、灭菌的空气或CO2与灭菌空气的混合气体。

所述的气流流量控制器，由嵌入式控制器根据藻液的情况自动控制，保证充入的气体流量适宜。

所述的气体均布器，能使充入的气体以均匀、微小的气泡形式进入装置，有利于微藻吸收利用。所采用的气体均布器可以为带气孔的PVC管、微孔管道。

所述的采集模块包括温度传感器、光照强度传感器、pH值传感器、氧传感器、液位传感器。

在装置主体的上、下两部分，具有液位传感器，可监控藻液的液位水平。既可防止泡沫过多产生过高液位，又可防止液体泄露而影响系统产量。

所述的温度控制模块有电加热装置、半导体制冷装置。可根据温度传感器采集的信息，由嵌入式中央控制器与输入的适宜值进行比较，当出现温差时，启动加热装置或半导体制冷装置，开始温度调节，保证藻液温度在适宜的温度范围内。

所述的营养液进料管，安装在装置的上方，管道由微量泵进行控制。

所述的酸调节液进料管，安装在装置的上方，管道由微量泵进行控制。

所述的碱调节液进料管，安装在装置的上方，管道由微量泵进行控制。

所述的藻液卸料管，安装在装置的底部，管道由阀门进行控制。