[发明专利]管排式光生物反应器

说明书

技术领域

本申请总体上涉及用于培养光合微生物或光合植物组织细胞的光生物反应器领域，具体涉及一种培养光合生物的卧式管排光生物反应器及其所用管排组件。

背景技术

微藻细胞富含糖、蛋白质、脂肪、维生素、色素、生物活性物质、和微量元素等多种高附加值的生物物质，正在成为人类食品、医药、染料、精细化工领域的重要材料来源，具有广阔的应用前景。

微藻规模化培养的核心是光生物反应器，目前主要有开放式培养系统和封闭式培养系统两种方式。

开放式培养系统开发较早、应用最普遍。但光能利用率低、受外界环境因素影响大、易被污染、水分蒸发大。代表性的开放式光生物反应器有跑道式培养池、圆形培养池等。

相较于开放式培养系统，封闭式培养系统不容易受污染、节约水资源、光能利用率高、温度易于控制、用水量较低、水蒸发量较小、细胞密度高，但投资成本高，用电较高(培养液流动/搅动，温度控制等)。封闭式光生物反应器系统通常由玻璃或塑料制成的透明管或容器构成，通过泵或者压缩空气来完成培养物的混合。

然而，作为封闭式光生物反应器系统的一个示例的管状光生物反应器在提高藻类生物生产力的同时具有其自身的缺点。比如，管状光生物反应器的各管之间通过法兰连接，管之间间距较大，使得培养相同量的微藻使用的光生物反应器体积较大，同时法兰数目众多，连接点数目多，发生渗漏的可能性高。

另外，存在一种蛇形管光生物反应器，其主要通过管件弯曲制成，由于刚性材料的管的弯曲具有最小弯曲半径，所以这种结构的光生物反应器也很浪费空间。

发明内容

本发明通过提供卧式管排光生物反应器而克服了前述缺点中的一个或多个。

为此目的，本申请提供了一种管排式光生物反应器，其包括n×m个管排组件，n个管排组件在一个方向上并排布置并且被并联连接构成一管排组件组，m个所述管排组件组在所述一个方向上并排布置并且被串联连接构成所述管排式光生物反应器，其中，每个管排组件包括在所述一个方向上并排布置的p个水平放置的反应管，其中，n大于等于1，m大于等于2，且p大于等于2。

根据一个可选实施例，各管排组件具有相同的反应管长度，同一个管排组件的各反应管在该管排组件长度方向的相邻的两端各共用一个连接接头。

根据一个可选实施例，每一个管排组件的每个反应管由单一管段构成，且每个管排组件通过内壁分布的加强筋将其分为至少2个空间，优选3个或4个空间，每个被分隔的空间形成反应管的结构。通过这样的结构不仅可以起到加强支撑的作用，同时还可以大大提高空间的利用率，减少法兰等连接部件的使用，提高反应器的微藻产量。

加强筋的布置可以是均布也可以是不均匀布置，加强筋的角度通常为垂直于管壁，也可为具有一定角度，该角度为0°～90°之间，优选30°、45°、60°，通过该角度的变化，可以实现对藻液流体的状态的改变，形成湍流，利于藻液充分接受光照，提高产量。

根据一个可选实施例，每一个管排组件的每一个反应管由多个管段串联连接而成，同一个管排组件的各反应管的相应管段在所述一个方向上对齐。

根据一个可选实施例，每一个管排组件的每一个反应管的相邻两个串联连接管段通过焊接、机械固定、粘接、熔合等连接方式固定，或者每一个管排组件的每一个反应管的相邻两个串联连接管段经由单独的连接接头相连接，对于同一管排组件的所有反应管来说，在所述一个方向上相对应的、每一个反应管的相邻两个串联连接管段共用一个连接接头。

根据一个可选实施例，不同管排组件中的反应管的串联连接的相邻管段之间的连接位置在所述一个方向上对齐或错开。

根据一个可选实施例，在流体流动方向上的最上游的管排组件组的上游设有向该管排组件组的各反应管输入流体的流体分配器，在彼此串联连接的相邻两个管排组件组之间设有的集液换向结构，用于使所述彼此串联连接的相邻两个管排组件组中的一个管排组件组的各反应管中的流体汇集并且将汇集的流体重新分配到所述彼此串联连接的相邻两个管排组件组中的另一个管排组件组的各反应管中，在最下游的管排组件组的下游设有用于排出流体的流体收集器。通过上述结构，可以实现对藻液的更大批量地输送，提高藻液的循环生产效率。

根据一个可选实施例，所述集液换向结构是侧面具有多个端口，水平断面呈圆形、椭圆、矩形或多边形的柱状结构。