[发明专利]一种阶梯落差式微藻光反应器

说明书

技术领域

本发明涉及微藻生物技术领域，具体的说是一种阶梯落差式微藻光反应器。

背景技术

微藻是光合作用效率最高的生物体，富含蛋白质、多不饱和脂肪酸和类胡萝卜素等多种高附加值物质，同时微藻具有吸收氮/磷，以及在培养过程中积累油脂的能力。因此，微藻在食品、饵料、饲料、环保及生物能源等诸多方面具有广泛的应用，特别是近年来在生物能源方面，微藻被认为是最具应用前景的生物柴油等生物燃料制备的原料；此外，微藻固碳和微藻处理富含氮/磷废水的潜力也非常巨大。

光生物反应器是微藻光自养培养的核心装置。目前，用于微藻光自养培养的光生物反应器有敞开式和封闭式两种。

敞开式微藻培养系统（跑道池和圆池）存在着结构简单、建造容易、操作方便及运行成本低等优点。但是，敞开式池子存在着较多的缺点，如藻细胞生长慢，藻细胞密度较低（通常藻细胞密度＜1.0g/L），易受外界环境条件的影响，培养条件难以控制，容易受到原生动物等敌害生物的污染。同时，较低的藻细胞密度会造成较高的采收成本。与敞开式微藻培养系统相比，封闭式光生物反应器具有培养条件稳定可控，藻细胞生长速率快及藻细胞密度高等优点，但是封闭式光生物反应器存在着投资、运行及维护成本高和放大困难等问题，使得它们目前难以大规模应用于非高附加值微藻（能源微藻）的光自养培养。因此，封闭式光生物反应器目前主要应用于微藻的藻种培养及高附加值微藻（如雨生红球藻）的培养。

光生物反应器的光程及单位体积光照面积是影响反应器性能的重要因素。一般而言，光程越短及单元体积藻液的光照面积越大，光生物反应器的性能越优，藻细胞的生长速率越快，藻细胞密度越高。目前，敞开式池子中藻液深度通常为15~30cm左右，而能充分接受光照的区域仅在藻液的表层，仅约几个厘米，大部分的藻细胞处于暗区（光强低于藻细胞生长所需的最低光强），无法充分地接受光照，导致藻细胞无法进行有效地光合作用而快速生长。封闭式光生物反应器，如管式光生物反应器，柱式光生物反应器及平板式光生物反应器的光程一般在5cm~20cm左右。与敞开式培养系统相比，封闭式光生物反应器的光程相对较小，比光照面积较大。虽然，藻细胞能够在封闭式光生物反应器中获得较高密度，但封闭式的光生物反应器的设备投资非常大，动力消耗率高，难以规模化应用于一般低价值微藻的培养。同时，在较高的藻细胞密度下，光在藻液中的衰减程度增加，一般仅能穿透藻液层1-2cm左右。因此，封闭式光生物反应器的光程仍然过大，在较高藻细胞密度下，大部分藻细胞仍处于暗区而受到光限制。

为了增加微藻培养系统的受光表面积，提高单个藻细胞获得的光能，一些研究者采取相关措施对微藻培养系统进行了改造。

为了更大程度地充分利用空间光照，提高藻细胞对光能的利用效率、低成本的实现微藻规模化、高密度及高效率培养。因此，本领域仍然需要一种简单、低成本及具有较大比光照面积的新型微藻培养系统。

发明内容

本发明为提供一种结构简单、在微藻光自养培养过程中降低藻液厚度，增加藻液受光面积，使藻细胞能充分接受空间光照，藻液输送动力效率高，可以实现微藻的低成本、高密度及高效率培养的阶梯落差式微藻光反应器。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种阶梯落差式微藻光反应器，包括若干个阶梯系统和沟渠系统，每个阶梯系统包括若干个呈落差式分层设置的阶梯，每两个相邻上下两个阶梯之间分别设有溢出口，每个阶梯的两端分别设置挡板进行阻挡，所述沟渠系统包括藻液收集装置和藻液输送动力装置，所述藻液收集装置和藻液输送动力装置通过管道相连通，最下方的阶梯上设有流出口，所述藻液收集装置设于所述流出口处，通过藻液输送动力装置将藻液收集装置中的藻液循环至最上方的阶梯内。

最上方的阶梯上设有流入口，上方的流入口、中间的若干个溢出口和下方流出口两两相邻之间相互左右交错设置。

所述阶梯的微藻液面之上设有透明层，透明层与阶梯之间形成空腔；或者阶梯落差式微藻光反应器外部设有透明层。

所述阶梯的内表面上设有反光层，以增加反光供微藻吸收。

所述藻液收集装置内设有过滤部件，以实现对微藻的有效浓缩或者采收。

所述藻液输送动力装置包括藻液收集槽、泵、用于连通的管道和智能调节系统，所述藻液收集槽设于所述流出口处，所述泵和藻液收集槽通过管道相连通，所述智能调节系统与所述泵电连接。