[实用新型]光辐射塔板式光生物反应器无效

专利信息
申请号: 97205389.1 申请日: 1997-06-13
公开(公告)号: CN2303849Y 公开(公告)日: 1999-01-13
发明(设计)人: 徐明芳 申请(专利权)人: 徐明芳
主分类号: C12M1/36 分类号: C12M1/36;C12M1/42
代理公司: 华南理工大学专利事务所 代理人: 罗观祥
地址: 510631 广东省广*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 光辐射 板式 生物反应器
【说明书】:

实用新型是光辐射塔板式光生物反应器,属螺旋藻等微藻高密度生物养殖设备,特别涉及光合自养食品级、医用级及基因工程微藻的培养装置。

螺旋藻和其它一些微藻都是高光效自养原核浮游水生植物,目前国内外普遍采用开放式跑道池体系进行养殖。但实践证明,这种养殖体系由于无法利用计算机来自动控制养殖过程中所需的理化和生物环境以使养殖过程最优化,因此藻细胞对光能的利用率不高,光合效率仅约为1%,藻的生物量浓度低,仅为0.1~1.0g/L,以致普遍存在单位面积产量低,仅为4~7g/m2.d,产品质量不稳定,易受污染。正由于光能利用率低、低效养殖及品质差而导致成本过高,已成为目前螺旋藻等微藻产业面临的严重问题。为解决这些问题,除了设法选育优良藻种及改进生产工艺外,其关键是要研究设计新型养殖体系,以提高光能利用率,降低生产成本。特别近年来,随着藻类基因工程生物技术的发展,利用微藻作为受体或载体系统,表达一些高生物性的外源基因,如干扰素、免疫球蛋白、金属硫蛋白、防御素等,大批量生产多肽和蛋白质生物新药。因此,螺旋藻的大规模培养以及药用微藻和基因工程微藻的纯种高密度养殖,生产生物新药源,都迫切需要一种能利用计算机自动控制养殖过程、光能利用率高、抗污染力强,能保持纯种无菌培养,培养基水份蒸发量小而能维持恒定盐碱浓度、细胞繁殖速度快、能实现高密度、高产养殖的有效新型养殖反应器。

本实用新型的目的就是为了解决开放式跑道池式反应器存在的无法控制养殖过程中所需的理化和生物环境以使养殖过程最优化,导致光能利用率低,单位面积产量低,易受污染,产品质量不稳定,成本高等的问题,研究设计一种能利用计算机自动控制养殖过程、光能利用率高、抗污染能力强、能保持纯种无菌培养、细胞繁殖速度快、单位面积产量高、产品质量稳、成本低、适于大规模工业化生产的光辐射塔式光生物反应器。

本实用新型是通过下述结构技术方案来实现的:光辐射塔板式光生物反应器的结构示意图如图1所示,它由藻液进口管1、光辐射塔板2、二氧化碳CO2多孔进气管3、塔体4、藻液出口管5、测光探头6、包括温度传感器7、pH电极8、溶氧电极9、CO2传感器10在内的传感器电极组11、排气管12共同连接构成,其相互位置及连接关系为:光辐射塔板式光生物反应器分别通过藻液进口管1、藻液出口管5与超滤渗析器及低位槽相连接,装置于反应器上部的包括温度传感器7、PH电极8、溶氧电极9、CO2传感器10在内的传感器电极组11分别通过各自信号传输线分别与PH-T双控效显仪、溶氧测定仪、自动CO2分析仪相连接,装置于反应器中上部的测光探头6通过光照强度信号传输线与数字式照度计相连接,多块由内层为多个发光二极管集成的光发射板及外层为两块透明有机玻璃板密封构成的光辐射塔板2相隔一定间距交错固定粘接于反应器的塔体4内部,反应器塔体4采用有机玻璃板卷封粘接成圆柱体,反应器的塔体4外侧设有开口,在塔体4的中上部装置有CO2多孔进气管3及测光探头6,在塔体的上端部固装有藻液进口管1,塔体4的顶部装有排气管12和传感器电极组11,塔体底部固装有藻液出口管5。其作用控制原理如下:光辐射塔板式光生物反应器不仅是光能的辐射器和接收器,而且它具有一定体积的培养藻液填充空间,这是实现工业化大规模生产基本单元产率的基础。藻液从藻液进口管1进入反应器塔体中,依次通过交错安装于塔体内的光辐射塔板2,充分吸收光辐射塔板上传播的连续稳定的光能,二氧化碳通过CO2多微孔进气管3进入到藻液中,不仅能提供藻体生长的有效碳源,而且使藻液的pH值维持恒定,使藻液在不断循环中,通过对光能的吸收连续进行光合固碳作用,促进光合产物形成及生物量的增长,光合放氧(氧气或溶氧D.O)则通过装于反应器塔体顶部的排气管12以及真空泵的抽吸作用除去,有效地克服溶氧蓄积导致的光呼吸和光抑制现象,藻液在反应器中经光合作用和排除溶氧后,在重力作用下流到低位槽中,通过装于低位槽中间的间壁式热交换器的调温作用,使藻液温度始终控制在25~35℃范围内,以保证最适宜的生长条件。藻液在循环泵的作用下,连续不断泵入超滤渗析器中,从废液出口管排除去一部分藻类生长次级代谢废液;从新鲜培养液进口管可以及时补充新鲜营养液以保证本反应器内的连续培养过程,实现高密度养殖。因此,在泵的作用下,连续不断循环流动,不仅增加气液传质、能量传递,而且促进溶氧的排出,有效地控制养殖过程的理化及生物环境。计算机自动控制程序流程图如图2所示。其监控原理为:设置在光辐射塔板式光生物反应器中的温度传感器、CO2传感器、测光探头、pH电极和溶氧电极测得养殖参数信号,通过多路开关输送至调频传送器传送至多路输入程控集成运算放大器,再经运算放大器将信号放大,放大后的信号经A/D转换后通过I/O串行接口进入计算机处理器处理后,分别再通过串行I/O接口和D/A数模转换器输送至多路控制继电器调节控制CO2供给调节阀、热交换控制阀、新鲜培养液液泵、真空泵调节阀等来调节光辐射塔板式光生物反应器内的CO2含量、温度,进而调节培养液的pH值,完成养殖参数的自动控制,实现养殖过程最优化。

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