一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器的製作方法

2023-10-05 04:42:59

專利名稱：一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及微藻培養領域，具體地，本發明涉及一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器。
背景技術：
微藻細胞富含胺基酸、蛋白質、維生素、不飽和脂肪酸等多種高附加值的生物物質，已經成為人類食品、醫藥、染料、精細化工領域的重要材料來源。目前，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基於生物質的生物煉製引起了人們的高度重視，微藻作為重要的可再生能源能夠提供大量的生物質(油脂、澱粉、纖維素)，在生物煉製領域，具有廣闊的應用前景。微藻規模化培養的核心是光生物反應器，目前主要有開放式培養和封閉式培養兩種方式。開放式培養是開發最早、應用最為普遍的一種方式，目前世界各國、特別是中國 仍然將其作為微藻工業化培養的主要方式(Borowitzka L. T. , Bioresource Technology,1991,38 :251 252 ；Terry K. L and Raymond. , Enzyme and Microbial Technology，1985，7 :474 487)。代表的反應器有跑道式培養池、圓形培養池。該培養方式的主要優點是構建簡單、成本低廉及操作簡便。缺點是光能利用率低，受外界環境因素的影響大，易被汙染，水分蒸發大。封閉式光生物反應器有多種形式，如柱式、管式和板式。相比於開放式培養，封閉式培養不容易受汙染，節約水資源，培養密度高，收穫成本低，缺點是投資成本高(Pulz 0.，Applied Microbiology and Biotechnology，2001，57 :287 293 ;Lee Υ_Κ· ， Journal ofApplied Phycology，2001，13 :307 315 ；Tsygankov A. A.，Applied Biochemistry andMicrobiology, 2001, 37 (4) :333 341)。為了克服封閉式培養成本高的缺陷，一方面需要降低培養所需的材料、能耗成本；另一方面需要大幅度提高產率。雖然封閉式培養的產率要高於開放式培養，但是微藻的光能利用率還很低。設法提高微藻細胞對光能的利用率是提高產率、降低成本的重要途徑。微藻的光合作用過程可分為兩個階段，稱為光反應和暗反應。在光反應階段，微藻細胞接受光量子並轉換為化學能；在暗反應階段，微藻細胞利用化學能合成細胞組份。在暗反應階段，微藻細胞不需要光照甚至光照反而有害。因此，對單個微藻細胞而言，持續的光照意味著光量子的浪費。另一方面，在規模培養的光生物反應器內以及通常的細胞密度下，光線在培養液內傳播時會迅速衰減，光的穿透距離為幾毫米，在高細胞密度下只有Imm左右。光生物反應器內事實上可分為靠近光照面內壁面的光區與之外的暗區兩部分。如果微藻細胞以特定頻率(通常高於IHz的頻率)在光生物反應器的光區與暗區頻繁置換時，會產生「閃光效應」，光能的利用率會得到很大提高(Janssen M, Slenders P, Tramper J, et al. , EnzymeMicrobial Technology，2001，29 :298 305 ；Matthi js H. C. P，Balke H，Mur L.R，et al.，Biotechnology and Bioengineering，1996，50 :98 107)。即，當微藻細胞在光生物反應器的光區與暗區之間來回穿梭，就可使得接受過光照的微藻細胞及時進入暗區進行暗反應，同時使得完成了暗反應的微藻細胞回到光區再次接受光照，這樣就使得進入光生物反應器的光量子被充分利用。因此通過使微藻細胞在光區與暗區之間高頻率來回穿梭，可以提高總體的光能利用率和微藻細胞的產量。然而，在常規的氣升式光生物反應器中，藻細胞長時間處於光區或暗區，無法實現在光區與暗區之間的穿梭，藻細胞長時間位於光區會產生光抑制甚至是光損傷(即光照過量)；而距光區較遠的藻細胞卻長時間處於光限制狀態(即光照不足)，使得光能利用率不聞。

發明內容
本發明的目的在於提供一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述反應器包括罐體I、 導流筒2、氣體分布器3、頂蓋5和內光源,其特徵在於,所述內光源為棒狀光源6 ；所述的棒狀光源6與微藻培養液的流動方向平行；所述的棒狀光源6由發光段7和非發光段8連續交替組成，用於在其周圍形成連續交替的光區和暗區；根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述棒狀光源的發光段的長度為5mm-50mm,非發光段的長度為10mm-50mm。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述棒狀光源的截面可以是圓形或方形，優選圓形。所述棒狀光源的實現方式包括但不限於用多個點光源在棒或管上排布實現，和/或將外部光源的光導入分段發光的導光管或光棒。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述多個點光源在棒或管上排布的實現方式下可以採用發光二極體(LED)，優選聚光型LED ;此時棒狀光源需要置入透明的內光源套管，內光源套管固定在頂蓋上。其中，LED沿硬質圓管軸向分成多圈規則排布，每一圈佔據的發光段的長度是5mm-10mm。所述的硬質圓管優選鋁質圓管，其不僅起到支撐體的作用，同時起到散熱的作用。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述的將外部光源的光導入分段發光的導光管的實現方式下可採用市售的導光管，此時棒狀光源可直接浸沒入培養液，上端直接固定在頂蓋上。其中棒狀光源的發光段的實現可以通過在導光管上打磨掉原始導光管的反光面而使光透出，在其周圍形成連續交替的光區和暗區。所述的將外部光源的光導入分段發光的光棒的實現方式下優選聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材質的側發光光棒。此時棒狀光源可直接浸沒入培養液，上端直接固定在頂蓋上。其中棒狀光源的發光段的實現可以通過在光棒上打磨掉原始光棒的光滑表面而使光透出。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述反應器進一步包括導流筒2，通過設置在反應器底面的導流筒支柱和反應器側面支撐架分別對導流筒2在軸向和徑向進行固定，用於在罐體內形成培養液的循環；根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述光反應器罐體的高徑比為I 15 : I，導流筒的直徑(內徑)與罐體直徑(內徑)之比為O. 5 O. 85 I ；所述光反應器罐體的罐體直徑(內徑)為50 200cm。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述棒狀光源的數量按照下述原則計算光反應器內單位培養液體積的總光能為I 15kw/m3。其中，每個棒狀光源發出的光能用常規方法測量。根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述罐體還可以設置夾套、視窗、傳感器插口，所述頂蓋上除了安裝內光源棒或其套管外，還可以設置排氣口、傳感器插口等，所述罐體、導流筒、頂蓋的材質可以選用任意對藻細胞無害又可加工成型的材質，如玻璃鋼、不鏽鋼；所述氣體分布器可以採用通常的氣升式反應器的氣體分布器材質，優選不鏽鋼多孔燒結板。所述氣升式光生物反應器的通氣量(比)採用一般的氣升式反應器的通氣量，優選 I % 3% (v/v)。本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器的優點在於能夠充分發揮藻 細胞的「閃光效應」，提高微藻規模培養的光能利用率，提高單位照光面積的產量，照光面積大，液體混合好，氣液傳質強度高，剪切力低、操作簡便。


圖I為本發明的氣升式光生物反應器結構示意圖；圖2為本發明的發光段與非發光段交替布置的分段發光的棒狀光源結構示意圖；圖3為微藻隨培養液在氣升式光生物反應器內運動時交替穿過光區和暗區自然形成閃光效應示意圖。附圖標識I、罐體2、導流筒3、氣體分布器4、內光源套管5、頂蓋6、棒狀光源7、發光段8、非發光段9、光區10、暗區
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的反應器進行進一步的說明。如圖I所示，氣升式光生物反應器包括罐體I、導流筒2、頂蓋3、棒狀光源6，罐底中心設置氣體分布器3，棒狀光源6固定在頂蓋5上並浸沒入培養液中。棒狀光源6浸沒入培養液的部分為發光段7與非發光段8交替布置的分段發光的棒狀光源,在反應液中形成交替分布的光區9和暗區10，如圖2所示。當棒狀光源6採用多個點光源在棒或管上排布的實現方式時，在該棒狀光源6的外部還需要設置內光源套管4。在本發明中，在氣升式光生物反應器內設置多個內光源，內光源為發光段與非發光段交替布置的分段發光的棒狀光源，因此在內光源棒的周圍自然形成交替的光區和暗區。當培養液在氣升作用下在反應器內循環流動時，流動方向與內光源棒的方向平行，使得藻細胞交替穿過光區和暗區，實現閃光效應。分段發光的棒狀光源可以用多個點光源(如發光二極體)在棒或管上排布實現，也可以將外部光源的光導入、通過分段發光的導光管或光棒(如PMMA材質的側發光光棒)實現。
實施例I氣升式光生物反應器罐體用不鏽鋼製成，內徑600mm，從法蘭到罐體底部的高為1125mm ;導流筒用不鏽鋼製成，內徑400mm,高為700mm,下沿距罐體底部的距離為125mm ；罐底內壁面上固定有四個導流筒支柱，同時在罐體內壁面上裝有3個支撐架，用以徑向固定導流筒；內光源玻璃套管用硬質矽硼玻璃製作，外徑40mm，內徑33mm，總數量37個，採用ZL200420009076. 2專利的方法固定在頂蓋上並與頂蓋密封；氣體分布器的外殼用不鏽鋼製成，通氣面為直徑108mm的不鏽鋼燒結多孔板，平均孔徑為80 μ m。反應器總容積300L，有效容積(裝液量)為200L。每個內光源玻璃套管內放置I根棒狀光源，棒狀光源由LED沿鋁質圓管軸向分成多圈規則排布形成，棒狀光源上交替布置發光段與非發光段。每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的雙芯3528 型、最大功率為O. 12W的發光二極體貼片(實際功率可調)10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段，共排布40圈共400個LED。用光強測定儀(英國Hansatech公司生產)實際測量每個棒狀光源發出的光能為5. 79W，進入培養液的總光能為214. 23W。在該反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。裝液量為200L，接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，通氣量為2L/min，控制培養溫度為25 土 1°C。藻細胞終密度達到2. 75g/L，體積產率為O. 55g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。裝液量為200L，接種密度為O. 098g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，通氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. Og/L，體積產率為O. 2g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。裝液量為200升，接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，通氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 6g/L，體積產率為O. 32g/L. d。實施例2其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度50mm，由5圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的雙芯3528型、最大功率為O. 12W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度50mm。每根棒狀光源設置8個發光段,共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為5. 56，進入培養液的總光能為205. 72W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120,培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到
2.35g/L，體積產率為 O. 47g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 098g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到O. 85g/L，體積產率為O. 17g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為
O.Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 25g/L，體積產率為O. 25g/L. d。
實施例3其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度10mm，由I圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的雙芯3528型、最大功率為O. 12W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度30mm。每根棒狀光源設置20個發光段,共排布20圈共200個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為2. 75W，進入培養液的總光能為101. 75W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到 I. 9g/L，體積產率為 O. 38g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 098g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到O. 65g/L，體積產率為O. 13g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為
0.Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到I. 2g/L，體積產率為O. 24g/L. d。實施例4其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的雙芯3528型、最大功率為O. 12W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段,共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為2. 81W，進入培養液的總光能為103. 97W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到
1.7g/L，體積產率為 O. 34g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 099g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到O. 7g/L，體積產率為O. 14g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 05g/L，體積產率為O. 21g/L. d。實施例5其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的雙芯3528型、最大功率為O. 12W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段,共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為7. 43W，進入培養液的總光能為274. 91W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120,培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到
3.lg/L，體積產率為 O. 62g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 098g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 2g/L，體積產率為O. 24g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到I. 8g/L，體積產率為O. 36g/L. d。·
實施例6其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的三芯5050型、最大功率為O. 18W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段,共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為10. 86W，進入培養液的總光能為401. 82W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120,培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到3. 4g/L，體積產率為O. 68g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到I. 45g/L，體積產率為O. 29g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到2. 05g/L，體積產率為O. 4lg/L. d。實施例7其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的三芯5050型、最大功率為O. 18W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段,共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為10. 86W，進入培養液的總光能為401. 82W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為4L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到
3.85g/L，體積產率為 O. 77g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為4L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到I. 65g/L，體積產率為O. 33g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 098g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為4L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到2. 8g/L，體積產率為O. 56g/L. d。實施例8其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的由LED製作的分段交替發光的棒狀光源。棒狀光源每個發光段長度20mm，由2圈LED構成，每一圈排布深圳市源磊科技有限公司生產的三芯5050型、功率為O. 18W的發光二極體貼片10個；每個非發光段長度20mm。每根棒狀光源設置20個發光段，共排布40圈共400個LED。實測每個棒狀光源發出的光能為10. 86W，進入培養液的總光能為401. 82W。在該氣升式光生物反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120,培養液是以NaNO3S氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為6L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到 4.lg/L，體積產率為 O. 82g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣,氣量為6L/min,控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 75g/L，體積產率為O. 35g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為6L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到3. 05g/L，體積產率為O. 6lg/L. d。實施例9其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為直接固定在頂蓋上分段交替發光的PMMA材質的側發光光棒,每個發光段長度20mm,每個非發光段的長度為20mm。實測每個棒狀光源發出的光能為5. 22W，進入培養液的總光能為193. 14W。在該反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基，裝液量為200升，接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到
2.25g/L，體積產率為 O. 45g/L. d。在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基，裝液量為200升，接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到O. 9g/L，體積產率為O. 18g/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基，裝液量為200升，接種密度為O. 099g乾重/L。通入含CO2體積分數為5 %的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到I. 4g/L，體積產率為O. 28g/L. d。對比實施例I其他同實施例I的氣升式光生物反應器。所用的內光源為分別置入每個內光源玻璃套管的市售通體發光的40W日光燈，每個日光燈發出的光能為4. 16W，進入培養液的總光能為 153. 92W。在該反應器中培養絲狀體淡水藍藻Anabaena SP. PCC. 7120，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ilg乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到I. 4g/L，體積產率為 O. 28g/L. do在該反應器中培養小球藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養基。接種密度為O. Ig乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25±1°C。藻細胞終密度達到O. 55g/L，體積產率為O. I lg/L. d。在該反應器中培養柵藻，培養液是以NaNO3為氮源的BG- Il培養基。接種密度為O. 12g乾重/L。通入含CO2體積分數為5%的空氣二氧化碳混合氣，氣量為2L/min，控制培養溫度為25± 1°C。藻細胞終密度達到O. 9g/L，體積產率為O. 18g/L. d。通過實施例和對比實施例的結果看出，通過本發明對光源進行設置能夠充分發揮藻細胞的「閃光效應」，提高微藻規模培養的光能利用率，藻細胞終密度和體積產率均得到很大程度的提高。
權利要求
1.一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述反應器包括罐體(I)、導流筒(2)、氣體分布器(3)、頂蓋(5)和內光源，其特徵在於，所述內光源為分段發光的棒狀光源(6)； 所述的棒狀光源(6)與微藻培養液的流動方向平行； 所述的棒狀光源￠)由發光段(7)和非發光段(8)連續交替組成，用於在其周圍形成連續交替的光區和暗區。
2.根據權利要求I所述的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，其特徵在於，所述棒狀光源出)中發光段(7)長度為5 50mm，非發光段(8)的長度為10 50mm，其截面為方形或圓形。
3.根據權利要求I所述的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，其特徵在於，所述棒狀光源￠)為在硬質圓管上沿徑向設置發光二極體，並且在軸向上多層設置組成內光源棒，其中在所述發光二極體的外面套有透明的內光源套管(4)，該內光源套管(4)固定於頂蓋(5)上。
4.根據權利要求I所述的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，其特徵在於，所述棒狀光源(6)為將外部光源的光導入導光管中，形成棒狀光源，其中所述導光管為將原始導光管中的部分反光面去掉，將導光管固定於頂蓋(5)上直接插入反應器中，用於形成連續交替的光區和暗區； 所述棒狀光源￠)為將外部光源的光導入聚甲基丙烯酸甲酯材質的側發光光棒，形成棒狀光源，其中所述光棒為將原始光棒的部分光滑表面去掉，將光棒固定於頂蓋(5)上直接插入反應器中，用於形成連續交替的光區和暗區。
5.根據權利要求I所述的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，其特徵在於， 所述反應器罐體(I)的高徑比為I 15 : 1，導流筒(2)與罐體直徑的直徑之比為O.5 O. 85 I ； 所述光反應器罐體(I)的罐體直徑為50 200cm。
6.根據權利要求I所述的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，其特徵在於，所述反應器內單位培養液體積的總光能為Ikw 15kw/m3。
全文摘要
本發明涉及微藻培養領域，具體地，本發明涉及一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器。所述反應器包括罐體(1)、導流筒(2)、氣體分布器(3)、頂蓋(5)和內光源，所述內光源為分段發光的棒狀光源(6)；所述的棒狀光源(6)與微藻培養液的流動方向平行；所述的棒狀光源(6)由發光段(7)和非發光段(8)連續交替組成，用於在其周圍形成連續交替的光區和暗區。本發明的優點在於能夠充分發揮藻細胞的「閃光效應」，提高微藻規模培養的光能利用率，液體混合好，氣液傳質強度高，剪切力低。
文檔編號C12M1/00GK102876561SQ20111019727
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者叢威, 張慶華, 薛升長, 吳霞 申請人:中國科學院過程工程研究所