[实用新型]一种软体板式光生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微藻培养光生物反应器领域，具体地，本实用新型涉及一种内部增强、多流道并联的软体板式光生物反应器。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日益严重，人们开始寻找新的替代能源。作为一种能有效地利用光能将H₂O、CO₂和无机盐转化为有机资源的光能自养型单细胞生物，微藻具有油脂含量高、生长周期短、产量高的优点，在世界范围内受到了越来越多的关注，被认为是一种最有前途的生物能源原料。此外，微藻还含有人类所必需的蛋白质、碳水化合物、多不饱和脂肪酸以及其它生物活性物质。

微藻产业发展的前提条件是进行规模化培养，从而获得充足的生物质原料。微藻大规模培养可以分为开放式和封闭式。开放式微藻培养是指各种开放池，经过多年发展，已应用于商业化微藻大规模培养中(Borowitzka L.T.,Bioresource Technology,1991,38:251-252)，它具有技术简单、投资低廉等特点，在螺旋藻、小球藻和盐藻的大规模培养中取得了良好的效果。但它同时存在培养条件不稳定、单位体积产率低、光能利用率低、不易保持纯种培养等缺点。

封闭式培养是指采用多种形式(如柱式、管式和板式)的封闭式光生物反应器。与开放式培养相比，封闭式培养不容易受污染、节约水资源、培养密度高、收获成本低，缺点是投资成本高(Pulz O.,Applied Microbiology and Biotechnology,2001,57:287-293；Lee Y-K.,Journal of Applied Phycology,2001,13:307-315；Tsygankov A.A.,Applied Biochemistry and Microbiology,2001,37(4):333-341)。为了克服封闭式培养成本高的缺陷，一方面需要通过优化光生物反应器设计，提高光能利用率，从而大幅度提高产率；另一方面则需要降低光生物反应器的投资成本以及培养所需的材料、能耗成本。

传统的光生物反应器多采用玻璃或者不锈钢等材质制造，它们稳定性以及耐久性高，但成本过高，难于大规模应用。因此，低成本光生物反应器引起了人们越来越多的重视，并且越来越多的应用于微藻的大规模培养(Tredici M.R.et al,Biotechnol Bioeng,2009,102,100-112.；Bergmann P.et al,Chem Ing Tech,2013,85,202-205；Willson,B.,2009,doi:10.1088/1755-1307/6/9/192015；Yoo J.J.et al,Bioprocess Biosyst Eng,2013,36,729-736)。这类光生物反应器多采用软体透光薄膜材料制成，易于批量制造，建设施工简单，与传统光生物反应器相比，成本大为降低。

光生物反应器的优化则主要是通过强化培养液的混合，使藻细胞在光区与暗区之间高频率来回穿梭，实现闪光效应，从而提高光生物反应器的光能利用率和藻细胞的产量。闪光效应是光自养生物普遍存在的一种现象，即，当藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间来回穿梭，就可使得接受过光照的藻细胞及时进入暗区进行暗反应，同时使得完成了暗反应的藻细胞回到光区再次接受光照，这样就使得进入光生物反应器的光量子被充分利用。如果藻细胞以特定频率(通常高于1Hz的频率)在光生物反应器的光区与暗区频繁置换时，会产生“闪光效应”，光能的利用率会得到很大提高(Janssen M,Slenders P,Tramper J,et al.,Enzyme Microbial Technology,2001,29:298～305；Matthijs H.C.P,Balke H,Mur L.R,et al.,Biotechnology and Bioengineering,1996,50:98-107；Xue S.Z,Su Z.F,Cong W,Journal of Biotechnology,2011,151(3),271-277)。