專利名稱：一種培養(yǎng)微生物的光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種規(guī)?；囵B(yǎng)微藻等具有光合作用微生物的培養(yǎng)裝置。
背景技術(shù)：
微藻是一類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)豐富、光合利用度高的微生物，細(xì)胞代謝產(chǎn)生的多糖、蛋白質(zhì)、色素等，使其在食品、醫(yī)藥、基因工程、液體燃料等領(lǐng)域具有很好的開發(fā)前景。微藻種類繁多，包括比較著名的螺旋藻、硅藻、雨生紅球藻等，其中有些種類對培養(yǎng)環(huán)境有較高要求，例如雨生紅球藻。微藻的大規(guī)模培養(yǎng)主要有開放池和密閉反應(yīng)器兩類方式。開放池培養(yǎng)成本相對較低，但是藻類生長所達(dá)到的細(xì)胞密度較低，某些情況下容易被當(dāng)?shù)仄渌锴秩?，水蒸發(fā)量大；密閉培養(yǎng)可達(dá)到較高的藻細(xì)胞密度，不易被雜藻侵染，水蒸發(fā)量小，但反應(yīng)器造價和運轉(zhuǎn)成本較高，加上藻細(xì)胞粘連遮蔽，導(dǎo)致光合作用下降，管壁清洗困難，難以大規(guī)模生產(chǎn)并且不容易解決溶解氧排除等問題。因此，需要發(fā)展出集二者優(yōu)點，而回避各自缺點的新型培養(yǎng)方式。此外，微藻培養(yǎng)液中細(xì)胞只占很小一部分，絕大部分是水，還需要發(fā)展出低能耗的收集細(xì)胞，并循環(huán)使用培養(yǎng)液的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種規(guī)?；囵B(yǎng)微藻的裝置，能夠比較方便地解決目前管道式光生物反應(yīng)器的管壁清潔問題和進(jìn)氣排氣問題，提高光合作用效率，并較好地解決目前光生物反應(yīng)器在陽光下溫度上升過快的問題以適應(yīng)微藻的培養(yǎng)要求，當(dāng)然這種裝置的造價和運轉(zhuǎn)成本必須比較低廉。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為它包括管道式光生物反應(yīng)器、管壁清潔和液體循環(huán)裝置、氣體供應(yīng)裝置、液體供應(yīng)和藻液收集裝置。所述的光生物反應(yīng)器是密閉透光的循環(huán)管道，其材質(zhì)為塑料、硅橡膠、玻璃或樹脂等透光材料，根據(jù)自然環(huán)境不同，可以在管道表面增加一層光學(xué)膜，將一些對光合作用用處不大的光線比如遠(yuǎn)紅外、近紅外等光線屏蔽，從而減少培養(yǎng)液溫度升高。所述管壁清潔和液體循環(huán)裝置包括泵和軟活塞，泵與光生物反應(yīng)器相連通構(gòu)成循環(huán)管道；軟活塞在泵的作用下隨著培養(yǎng)液在循環(huán)管道中移動，將吸附在管壁上的微藻刷下， 同時起到攪拌作用，促進(jìn)氣液混合。泵優(yōu)選為蠕動泵或螺旋泵，由于活塞是柔軟的很容易通過泵。軟活塞可以是球形、圓柱形等，其表面可以是光滑或帶有毛刺的。所述的進(jìn)、排氣裝置包括氣泵、輸氣管、進(jìn)氣閥和排氣管、排氣閥，輸氣管通過進(jìn)氣閥將含二氧化碳的氣體通入光生物反應(yīng)器循環(huán)管道中的培養(yǎng)液內(nèi)，進(jìn)氣閥和排氣閥為單向止回閥，排氣閥設(shè)在光生物反應(yīng)器循環(huán)管道液位最高處，進(jìn)排氣口設(shè)空氣凈化器，進(jìn)、排氣裝置的作用除了供給微藻需要的二氧化碳排除氧氣外，還能起的攪拌藻液、調(diào)節(jié)溫度的作用。
所述液體供應(yīng)裝置包括輸液泵和輸液管，液泵將培養(yǎng)液通過輸液管輸入光生物反應(yīng)器循環(huán)管道。所述藻液收集裝置包括藻液沉降池、藻液收集口和藻液排放管，藻液沉降池是有一定高度的容器，通過其上部藻液收集口與循環(huán)管道連通，藻液沉降池下部有藻液排放管。投入使用時，將消毒的培養(yǎng)液通過輸液泵輸入消毒的光生物反應(yīng)器循環(huán)管道，植入需要培養(yǎng)的微藻種株，通過所述的氣體供應(yīng)裝置向所述光生物反應(yīng)器循環(huán)管道連續(xù)充氣，氣、液交換后的廢氣通過排氣管排除。當(dāng)溫度過高或過低時啟動外接溫度補償裝置，當(dāng)然也可以通過遮陰、蓋溫室或者將光生物反應(yīng)器置入溫度適宜的水體中等方法調(diào)節(jié)溫度。 當(dāng)微藻吸附在光生物反應(yīng)器管壁上影響微藻光合作用時，啟動蠕動泵，促使培養(yǎng)液流動，同時帶動活塞在光生物反應(yīng)器循環(huán)管道內(nèi)移動，達(dá)到刷洗管道、促進(jìn)微藻運動的目的，當(dāng)微藻流過藻液沉降池上方時部分成熟的微藻自然沉降在藻液沉降池底部，易于采收。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、較好地解決了目前管道式光生物反應(yīng)器的管壁清潔問題，提高了光合作用效率，可以把管道做得很長；2、較好地解決了目前光生物反應(yīng)器在陽光下溫度上升過快的問題；3、裝置運行時靠底部輸入的氣體攪拌水體，輸液裝置和液體循環(huán)裝置不必長期運行，減少運行成本；3、成熟的雨生紅球藻能方便、及時采收， 培養(yǎng)液水體不易污染減少培養(yǎng)液更換次數(shù)，采收時培養(yǎng)液消毒后增加營養(yǎng)物質(zhì)可以循環(huán)利用；4、由于進(jìn)、排氣閥采用了止回閥，較好地解決了由于液體循環(huán)時壓力變化導(dǎo)致液體通過進(jìn)、排氣管溢出的問題。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為沉球式止回閥結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為浮球式止回閥結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例一參見附圖1。優(yōu)選若干“S”形玻璃空心管道1與泵12、藻液沉降池13、連接導(dǎo)管16串聯(lián)組成循環(huán)管道，將“S”形管1豎立或斜立設(shè)置在固定架上(圖未顯示)、內(nèi)置至少一個由海綿制成的球形活塞11 (其直徑與循環(huán)管道內(nèi)徑大體相當(dāng))，泵12優(yōu)選螺旋泵，藻液需要的氣體通過凈化裝置22、氣泵2、進(jìn)氣管21、沉球式止回閥23輸入“S”形管底部，氣體在空心管道1中上升攪拌其中培養(yǎng)液并進(jìn)行氣體交換，廢氣通過排氣管4排除，排氣管4上安裝浮球式止回閥41，排氣口安裝隔離裝置42，沉降池13底部連通排液閥15，其中導(dǎo)管14管壁有若干小孔，活塞11能順利通過管道，藻液則從管壁泄漏進(jìn)沉降池13中，導(dǎo)管14傾斜方向根據(jù)活塞 11密度不同調(diào)整，培養(yǎng)液32通過導(dǎo)管3輸液泵31輸入光生物反應(yīng)器。參見附圖2為進(jìn)氣閥結(jié)構(gòu)示意圖，閥殼1上端連接光生物反應(yīng)器，下端連接進(jìn)氣管 21，閥殼內(nèi)置密封球2，并通過篩網(wǎng)3將密封球2擋在閥殼1內(nèi)，并留有活動空間，小球密度等于或大于液體密度，進(jìn)氣時氣體通過管道21將小球2頂開，通過篩網(wǎng)3注入光生物反應(yīng)器，當(dāng)泵工作時，管道內(nèi)液壓增高，氣體無法注入，小球2下降，封閉進(jìn)氣管21管口，從而阻擋液體進(jìn)入進(jìn)氣管21。參見附圖3為排氣閥結(jié)構(gòu)示意圖，閥殼1下端連接光生物反應(yīng)器，上端連接排氣管 4，閥殼內(nèi)置密封球2，并通過篩網(wǎng)3將密封球2擋在閥殼1內(nèi)，并留有活動空間，小球密度等于或小于液體密度。排氣時氣體通過篩網(wǎng)3、排氣管4排除，當(dāng)泵工作時，管道內(nèi)液壓增高， 液位上升，小球2上升，封閉排氣管4管口，從而阻擋液體進(jìn)入排氣管4。實施例二 其它結(jié)構(gòu)與實施例一相同，不同之處在于取消開孔導(dǎo)管14，在泵的出水口端增加一個裝置，將多個活塞11逐個加入，由于活塞并不經(jīng)過泵，所以泵可以選擇各種類型。實施例三其它結(jié)構(gòu)與實施例一相同，不同之處在于泵為蠕動泵。下面以雨生紅球藻為例闡述上述實施例的使用方法實施例四其它結(jié)構(gòu)與上述實施例相同，不同之處在于空心管道1表面加有光學(xué)層，能夠屏蔽外界一些不利光線比如遠(yuǎn)紅外、近紅外光線的不利影響。實施例五其它結(jié)構(gòu)與上述實施例相同，不同之處在于空心管道1管壁為雙層結(jié)構(gòu)。實施例四其它結(jié)構(gòu)與上述實施例相同，不同之處在于空心管道1管壁為雙層抽
真空結(jié)構(gòu)。將光生物反應(yīng)器置于光照環(huán)境，培養(yǎng)液32通過導(dǎo)管3輸液泵31輸入光生物反應(yīng)器，植入雨生紅球藻種株，氣體通過凈化裝置22、氣泵2、進(jìn)氣管21、進(jìn)氣閥23輸入“S”形管底部，氣體在空心管道1中上升攪拌其中培養(yǎng)液并進(jìn)行氣體交換，廢氣通過排氣閥41排除，當(dāng)雨生紅球藻粘連遮蔽陽光時、局部溫度等環(huán)境指標(biāo)相差過大時、采收成熟的雨生紅球藻時啟動泵12，進(jìn)氣閥21、排氣閥41關(guān)閉，同時培養(yǎng)液開始循環(huán)，推動活塞11移動，擦洗管壁，藻液經(jīng)過沉降池13時成熟的雨生紅球藻沉降于底部，可以方便采收，懸浮液繼續(xù)循環(huán)， 由于開孔斜管14管壁孔徑小于活塞11直徑，活塞11能通過斜管14繼續(xù)循環(huán)。排氣口安裝空氣凈化器42可以阻止外界病原體入侵。因為光合微生物的培養(yǎng)條件沒有本質(zhì)的區(qū)別，本領(lǐng)域工作人員只需要改變培養(yǎng)參數(shù)即可用于多種微生物的培養(yǎng)，因此所述裝置不僅僅局限于培養(yǎng)雨生紅球藻，其它能發(fā)生光合作用的微生物的培養(yǎng)同樣適用于本裝置。當(dāng)然所述裝置還可以外接感應(yīng)元件、PLC控制元件等組成自動化培養(yǎng)單元?？招墓艿揽梢杂善渌腹獠牧现瞥衫鐦渲?、橡膠等，也可以其它形態(tài)組合例如“U”形、直管形等，也可以將管道平鋪或多層鋪設(shè)，一些常規(guī)的溫度調(diào)節(jié)方法也適用于本裝置，只需要將裝置進(jìn)行簡單的改裝組合即可，在此不一一贅述，一些顯而易見的改變?nèi)詫儆诒景l(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述光生物反應(yīng)器管道內(nèi)有至少一個可以隨著液體移動并擦洗管壁的活塞狀物體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述光生物反應(yīng)器進(jìn)氣閥和排氣閥為單向止回閥。
3.如權(quán)利要求1所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述泵是螺旋泵或蠕動泵。
4.如權(quán)利要求1所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述活塞由硅膠、海綿等柔軟材料制成。
5.如權(quán)利要求1、2所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述進(jìn)氣閥和排氣閥分別為沉降止回閥和浮力止回閥。
6.如權(quán)利要求5所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述沉降止回閥，閥殼1上端連接光生物反應(yīng)器，下端連接進(jìn)氣管21，閥殼內(nèi)置密封球2，并通過篩網(wǎng)3 將密封球2擋在閥殼1內(nèi)，并留有活動空間，小球密度等于或大于液體密度。
7.如權(quán)利要求5所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述浮力止回閥，閥殼1下端連接光生物反應(yīng)器，上端連接排氣管4，閥殼內(nèi)置密封球2，并通過篩網(wǎng)3 將密封球2擋在閥殼1內(nèi)，并留有活動空間，小球密度等于或小于液體密度。排氣時氣體通過篩網(wǎng)3、排氣管4排除。
8.如權(quán)利要求1所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述光生物反應(yīng)器加有光學(xué)層，用于屏蔽對培養(yǎng)光合微生物不利的光線。
9.如權(quán)利要求1所述的一種培養(yǎng)光合微生物的光生物反應(yīng)器，其特征在于所述光生物反應(yīng)器管壁為雙層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管道式培養(yǎng)微藻等光合微生物的裝置，解決了大規(guī)模培養(yǎng)過程管壁清潔問題、溶解氧過高的問題、溫度不易控制問題。
文檔編號C12M1/00GK102168010SQ20101015596
公開日2011年8月31日 申請日期2010年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月24日
發(fā)明者楊文波 申請人:楊文波