基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種藻類培養系統，尤其涉及一種在透明管內安裝流體驅動轉子組，內部添加光照裝置，實現360°光照無陰影區，并能夠加劇藻液混流，防止藻附著管壁，促進藻均勻接觸光照、二氧化碳及營養成分的基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器。
【背景技術】
[0002]近年來對藻類的研宄發現，藻類生長效率高，CO2固定能力高，并且能夠制備生物能源、營養品和藥物等產品。因此，亟需開發新型高密度、高產量適合大規模生產的藻類培養系統。現有的規模化培養藻類系統有敞開式和封閉式。封閉式藻類培養系統易于控制工藝條件，受環境變化影響小，并且容易高密度培養，應用最為廣泛。封閉式光生物反應器主要有平板式、柱式、跑道式和管式等類型。
[0003]管式光生物反應器接受光照面積大，水力循環系統簡單完善，密集度高，是適合培養藻類的優良培養設備。中國專利公開號CN103255051 A公布了一種管式光生物反應器，其結構簡單，方便組裝，可以隨時根據藻產量的要求對反應器的容積大小進行變更。但是藻種長時間培養時會粘附在管壁上生長，阻礙管子中心部位的藻細胞接受光照，從而抑制藻細胞的生長，對培養藻的產量造成不良影響；并且，當反應管線太長時，在培養過程中藻細胞產生的O2不能及時排出，溶解氧會進一步抑制藻的光合作用，阻礙藻的生長。中國專利公開號CN102660448 A的專利公布了一種利用廢氣廢熱規模化培養微藻的套管式光生物反應系統，該反應系統的反應管采用套管結構，內管表面開小孔，外管和內管之間的區域作為培養藻的空間，當氣體從內管通過時，可以被小孔分割成小氣泡進入藻液，及時供給藻細胞CO2，并能夠實時帶走光合作用產生的O2，消除溶解氧光抑制作用。但該發明仍然存在藻附著管壁生長，阻擋管內藻細胞均勻接受光照，減小了光照有效區域，使單根管子管徑不能太大，管子長度也受到了限制；同時，由于反應管放置在控溫水池中，管子橫截面上存在著光照陰影區，從而對日光或燈光的利用率不足。此外，培養液在管內的流動主要是沿中心軸方向的橫向流動，不利于培養液的實時混合和營養均布，造成藻類營養接觸不均，生長速率受到抑制。以上所體現的問題均制約著管式光生物反應系統的生產效率和擴大。
【實用新型內容】
[0004]針對以上所述的藻類規模化培養的現有問題，本實用新型提供了一種在透明管內安裝流體驅動內置轉子組，并使用發光中心軸的管式光生物反應系統。本實用新型主要包括內置流體驅動轉子的透明光生物反應器，由發光中心軸、光導體和光源發射器組成的管內光照裝置，由供氣管線、供氣閥門和多孔曝氣裝置組成的供氣裝置，以及儲液緩沖裝置、管外光照裝置、保溫裝置和檢測裝置。本實用新型所述的曝氣裝置是由微孔透氣材料(陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等)制成的擴散板、擴散盤和擴散管等；可將氣泡直徑破碎成2_以下(氣泡在200nm以下者，為微孔)。本實用新型能夠解決藻粘附管壁生長、遮蔽光照、降低生產率和制約管徑擴大的難題；能夠充分促進液體混合、實現營養均布，使藻細胞最大化地接觸吸收CO2氣體和營養鹽；能夠實現設備360°光照無陰影區域，增大藻細胞對光的利用率，提高藻培養的生產速率；本實用新型通過供氣系統可以對整個反應管路分段按需補充C02，并能夠及時將O2排出反應器，消除光抑制作用。
[0005]為了解決上述技術問題，提出的技術方案是:基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器，主要包括儲液緩沖裝置、內置流體驅動轉子的管式光生物反應器、管內光照裝置、供氣裝置、管外光照裝置、保溫裝置和檢測裝置。
[0006]本實用新型基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器，所述儲液緩沖裝置為透明罐體，儲液緩沖裝置的下端為橢圓結構封底，橢圓結構內安裝曝氣裝置，儲液緩沖裝置的上端連接培養液輸送管線及藻種輸送管線，儲液緩沖裝置的下端由藻液輸送閥門、液體輸送管線、蠕動泵與管式光生物反應器相連。儲液緩沖裝置內的曝氣裝置與供氣管線連接。培養液與藻種按照工藝要求的比例在儲液緩沖罐內混合，再通過蠕動泵的作用經由輸送管線輸送入管式光生物反應器，0)2與空氣的混合氣通過曝氣裝置進入儲液緩沖裝置，以微小氣泡的形式與藻液混合，為藻初始階段的培養提供必要的養分。
[0007]本實用新型基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器，所述管式光生物反應器是由透明的內置流體驅動轉子的光生物反應管組裝而成并固定在管子支架上，組裝時每列(或每層)繞支架排列多根透明管子，列與列(或層與層)采用一定間距的左右(或上下)結構排布，可以有兩列(或兩層)、三列(或三層)或以上。所述光生物反應管可以使用抽真空夾層管子，以利用其保溫作用，也可以使用單壁管，方便制造。所述光生物反應管端部使用法蘭連接帶有接頭的接管，方便管路組裝，以利于根據工藝要求對反應器管線的長度和液體流向做出相應調整。所述光生物反應管組裝時一側由三通接頭和90°彎頭連接，另一側由U型彎管連接。所述三通接頭一端連接光生物反應管，一端連接90°彎頭，一端的橫截面上放置由防水透氣材料制成的防水透氣膜，再連接安裝了排氣閥門的管線，當藻液流經三通接頭時，藻液內存留的較大體積的空氣氣泡和光合作用產生的O2可以通過防水透氣膜從反應管內排出，避免02過多地溶于藻液，造成光抑制作用。所述管線的密封端留有小的開口以通過光導體。所述U型彎管內部安裝由多孔材料制成的曝氣裝置，混合氣通過多孔曝氣裝置可以形成微米氣泡，利于藻細胞對CO2的吸收利用，同時，密集的混合氣氣泡通過藻液時還可以帶走藻光合作用產生的02。所述曝氣裝置通過供氣閥門與供氣管線相連。曝氣裝置、供氣閥門與供氣管線組成供氣裝置。供氣閥門可以控制供氣速率和流量，根據監測的相關數據反映出的每個培養段內藻細胞對CO2的需求控制閥門開關，為光生物反應器分段按需提供培養藻必需的C02。所述管式光生物反應器末端出口通過法蘭與藻液提取管線相連，提取管線上設有藻液出口閥門。藻液提取管線與后續生產工藝設施相連。
[0008]本實用新型基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器，所述流體驅動內置轉子的中心開孔，流體驅動內置轉子穿過中心軸安裝在透明的光生物反應管內，并使用特制的限位元件將流體驅動內置轉子分組固定在中心軸上；所述流體驅動內置轉子由透明材料制造，其外徑尺寸根據管徑設計，比透明管內徑略小，能夠在透明管內自由旋轉；所述流體驅動內置轉子的個數與組數可以根據透明管的長度配置。當藻液以一定的速率從反應管內流過時，可以為流體驅動內置轉子提供動力，使轉子繞中心軸轉動，進而促進藻液的周向和徑向流動，對反應管管壁形成水流沖擊，并且流體驅動內置轉子邊棱對管壁具有一定的刮擦作用，防止培養的藻類附著管壁生長，使管子中心部位的藻細胞也能接受管外光照，同時避免了培養藻類因附著管壁生長造成的產品損失，并能附帶解決管式光生物反應器的清洗難題；轉子的旋轉運動促進了養分均勻分布，消除了藻液的熱分層現象，使培養的藻細胞保持運動狀態，充分接觸吸收培養液中的各類養分，提高了藻細胞對CO2、光照及營養鹽的吸收利用率；并加快了 CO2的交換效率。
[0009]本實用新型基于流體驅動內置轉子的管式光生物反應器，所述中心軸采用發光中心軸，發光中心軸兩端連接掛件，掛件固定在透明管兩端，將發光中心軸在管內懸置固定，從而對流體驅動內置轉子起到串聯支撐的作用。所述發光中心軸為一透明的中空細長軸，中空的發光中心軸內壁上附著一層體發光的柔性光纖網，在發光中心軸的起始端柔性光纖網通過光導體與光源發射器相連接。所述附著柔性光纖網的發光中心軸、光導體、光源發射器組成管內光照裝置。光源發射器發出的光經過光導體的低損耗傳輸到達附著中心軸內壁的柔性光纖網，柔性光纖網一方面沿軸向向前傳播光，一方面散射發出光，光穿透透明轉子，為管式光生物反應器提供內部光源，從而實現藻類培養光照360°無陰影區；發光中心軸也即柔性光纖網發出的光顏色可以根據藻細胞培養的不同階段