专利名称:一种微藻规模化养殖供气系统的制作方法
技术领域:
本发明涉及微藻养殖生物技术领域,具体地说是一种在微藻细胞培养过程中给微
藻规模化养殖供气的系统。
背景技术:
自然界中有数以万计的微藻资源,它们分布于地球的每个角落,从陆地到海洋,从
沙漠到草原,从淡水到温泉,都有微藻的存在和繁衍,它们能够适应不同的温度、湿度和营
养生境,正因如此,微藻在种质、生态分布、遗传信息、生化合成、代谢途径等方面具有出多
样性、复杂性和特殊性,进一步决定了其且在的营养和药学价值,人类可以从中开发出大量
结构特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。 但是,自然界中存在的微藻高度混杂和分散,并没有大量单一种类的微藻可以直
接收集,因此,开发微藻资源需要通过光生物反应器来养殖。 目前国际上,微藻规模化人工养殖采用的光生物反应器有管道式光生物反应器、 平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应 器、开放式浅水层光生物反应器等等,但是以往的养殖方式只关注光生物反应器的形状、结 构、体积、表面积、体积与表面积的比例,光照、温度、pH值等培养参数的控制,很少关注给光 生物反应器供气的系统,因此,造成供气系统与光生物反应器间不匹配,消耗大量的电力、 管材,气体供应量不足,气体的利用率低,微藻细胞光合作用效率低,有机物积累缓慢,呼吸 速率低,藻体内能量得不到充分释放,藻细胞生长繁殖速率低,生物量增值慢,生产周期长, 微藻养殖规模发展慢。 微藻的养殖以实现经济价值为目的,生产实践中在不增加反应器数量、体积、供气 系统配置的前提下,提高供气气体的流量,增加气体的利用率,增大单位体积内微藻的生物 量,可以縮短培养的时间,节约生产成本,提升微藻细胞培养效率,将成为微藻生物技术规 模化发展中的关键核心技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服微藻规模化培养过程生物量小、气体供应量小、气体利用 率低、供气系统与光生物反应器间不匹配的问题,提供一种微藻规模化养殖供气系统,为微 藻规模化养殖提供技术支撑。 本发明结合生产实践经验的基础上,通过不断试验,成功的构建了采气、加热、冷
却、过滤、供气等一种供气系统,为微藻规模化养殖提供技术支撑。 本发明的技术方案为 该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、高效过滤器、光生物反应器、连接管 道、阀门组成;管道包括主气管道、支气管道、微孔管,主气管道贯穿整个系统,支气管道连 接各个光生物反应器,微孔管位于光生物反应器内,采气装置安装在主气管道上;阀门包括 进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀,进气管阀安装在主气管道上,位于采气装置前端,出气管阀安装在主气管道上,位于采气装置后端,泄压阀安装在主气管道上,排污 阀安装在气液分离器底部,支气管阀安装在支气管道上;采气装置、冷凝器、气液分离器、高 效过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。 采气装置至少由两套构成,可以实现微藻养殖过程中连续性供气。进气管阀前端 设有初效过滤器。在采气装置与冷凝器间装有管道式加热器。气液分离器与过滤器间装有 去雾器。光生物反应器的类型为管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生 物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器。光 生物反应器内设有微孔管。 本发明与现有技术比较具有以下优点 1、本发明的供气系统,移动运输、安装连接、拆卸维修等操作方便,占地面积小。
2、本发明的采气装置两端安装有控制阀门,任何一台采气装置在维修保养的过程 中不会影响其它采气装置的正常供气。 3、本发明供气系统产生气体,经过微米级的微孔管道排出,气液间的接触面积增 大,气体利用率增加,而且总气压和气流量可以减小,节约电力和采气装置的费用投入。
4、本发明供气系统给光生物反应器内微藻供热,由原来的外部传导供热改为气体 直接加热。 5、本发明供气系统给光生物反应器内微藻降温,由原来的外部传导降温改为气体 直接降温。 6、经采气装置出来的气体在过管道加热器,可以进行瞬间高温灭菌,为微藻规模 化养殖提供无菌气体。 7、本发明供气系统提供的气体经过气液分离器、去雾器处理,成为干燥洁净的气 体。 8、本发明的供气系统安装在光生物反应器的下方,根据流体力学的规律,由下往 上放输送气体,减小气体与管壁间摩擦力。 9、本发明供气系统设置在离光生物反应器最近的位置,管道、阀门和附属设施布 局简洁、流畅、整齐,减小气压和气流量的损耗。
图1是本发明的给微藻规模化养殖供气的系统结构示意图。 图中,l-初效过滤器;2-主气管道;3-进气管阀;4-采气装置;5_出气管阀;6-泄 压阀;7_压力表;8_管道式加热器;9_管道式冷凝器;10-气液分离器;11_排污阀;12-去 雾器;13-(高效)过滤器;14-支气管阀;15-支气管;16-微孔管;17-光生物反应器。
具体实施例方式
如图1所示,本发明的具体结构如下 给微藻规模化培养供气的系统主要由采气装置4、冷凝器9、气液分离器10、高效 过滤器13、光生物反应器17以及连接管道、阀门等组成。管道包括主气管道2、支气管道 15、微孔管16,主气管道2贯穿整个系统。采气装置至少由两套构成,可以实现微藻养殖过 程中连续性供气。在采气装置与冷凝器间装有管道式加热器8,气液分离器10与高效过滤3/4页
器13间装有去雾器12。光生物反应器的类型为管道式光生物反应器、平板式光生物反应 器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光
生物反应器,光生物反应器17内设有微孔管16。采气装置4安装在主气管道2上,支气管 15连接各个光生物反应器17;阀门包括进气管阀3、出气管阀5、支气管阀14、泄压阀6、排 污阀ll,进气管阀3安装在主气管道2上,位于采气装置4前端,出气管阀5安装在主气管 道2上,位于采气装置4后端,泄压阀6安装在主气管道2上,排污阀11安装在气液分离器 10和去雾器12底部,支气管阀14安装在支气管道15上。初效过滤器1位于进气管阀3前 端,出气管阀5后端主气管道上分别依次安装管道式加热器8、管道式冷凝器9、气液分离器 10、去雾器12、高效过滤器13,压力表7安装在泄压阀6前端主气管道上,光生物反应器17 设置在主气管道末端。 为了落实上述方案,选择柱状光生物反应器和一套供气系统为代表,说明微藻规
模化养殖供气的系统结构组成。 具体应用实例 在离柱状光生物反应器最近距离内,平整3-4平方的土地,按图1方式安装系统。
首先,供气系统的主管道全采用①200黑色PE管、镀锌管,控制阀为①200涡轮 阀、①20PE球阀,初效过滤器、高效过滤器、管道式冷凝器、管道式加热器、气液分离器、去雾 器、压力表均可采用市售产品。 在初效过滤器的后端,安装2套出气管阀5后方的主气管道2上,同样安装一套 并排的采气装置,若供气系统在运行过程中其中一套采气装置需要进行停机休息、维护、保 养、检修,也不会影响给光生物反应器的正常供气。 其次在整个系统全部安装完毕后,通入臭氧,进行系统消毒,保持系统的无菌状 态。 最后,利用上述供气系统给微藻(以红球藻为代表)养殖供气,具体过程如下
1、柱状光生物反应器17内接入雨生红球藻,每个柱状光反应器的体积为0. 2吨, 高度为1. 5米。 2、开启采气装置4,气体通过初效过滤器l,滤掉大颗粒的杂质,进入采气装置。
3、气体经采气装置后加压,流速加快,流量增大,根据压力7表显示数据,逐步关 闭泄压阀6,调节到0. 02-0. 05Mpa的压力。 4、气体经过管道加热器8进行瞬间高温灭菌,杀灭气体中的杂藻、细菌、真菌、原 生动物,提高气体洁净度,而且可以给雨生红球藻和培养液内部直接加温,提高能源的利用率。 5、高温气体经过管道式冷凝器9,气温可以降低。若光生物反应器内雨生红球藻和 培养溶液因阳光照射温度过高,可以将经过管道冷凝器9的气体进行低温冷却,低温气体 在雨生红球藻和培养液内部直接降温,给雨生红球藻提供适宜温度。 6、气体又进入气液分离器10和水雾分离器12,气温降低后,气体内部产生水滴和 水雾,通过两个分离器处理,除去水分,成为洁净干燥的气体,可以保护高效过滤器的精度 及使用寿命。 7、气体通过高效过滤器13后,被管道加热器杀死的原生动物、真菌、细菌、其他藻 类的死体被挡住,出来气体彻底变为无菌且洁净度更高气体。
8、最后无菌气体经O20支气管道15进入光生物反应器17,通过微米级的微孔管 道16,分解为直径达微米级的微小气泡,溶解于雨生红球藻的培养溶液,为雨生红球藻生长 代谢提供氧气或二氧化碳气体,气体利用率得到提高。 9、供气系统在运行过程中,随时检查气液分离器、水雾分离器,若有水分则通过排 污阀11排出。 实施结果表明,本发明利用流体力学中流体的规律,近距离由下往上供气,减小气 体与管壁间的摩擦力,保持总气压和流量最大化,气体经过初效、高温、高效处理,成无菌气 体,减少污染,利用微米级的微孔管道排入培养液,气体的利用率增大,培养效率提高,节约 培养时间。所以在不增加光生物反应器的数量和体积、供气系统配置的前提下的前提下,利 用本发明的供气系统,可以有效提高微藻细胞的生物量,大大降低微藻培养污染,可以用于 连续和半连续细胞工程培养,为开发微藻生物资源提供实际的技术支撑,开发出大量结构 特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。
权利要求
一种微藻规模化养殖供气系统,其特征在于该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器、连接管道、阀门组成;管道包括主气管道、支气管道、微孔管,主气管道贯穿整个系统,支气管道连接各个光生物反应器,微孔管位于光生物反应器内,采气装置安装在主气管道上;阀门包括进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀,进气管阀安装在主气管道上,位于采气装置前端,出气管阀安装在主气管道上,位于采气装置后端,泄压阀安装在主气管道上,排污阀安装在气液分离器底部,支气管阀安装在支气管道上;采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。
2. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于采气装置至少由两套 构成,可以实现微藻养殖过程中连续性供气。
3. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于在采气装置与冷凝器 间装有管道式加热器。
4. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于气液分离器与过滤器 间装有去雾器。
5. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于光生物反应器的类型 为管道式光生物反应器、平板式光生物反应器、柱状式光生物反应器、半球状式光生物反 应器、幕布式光生物反应器、开放式浅水层光生物反应器。
6. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于光生物反应器内设有 微孔管。
7. 根据权利要求1所述的微藻规模化养殖供气系统,其特征在于进气管阀前端设有初 效过滤器。
全文摘要
本发明是一种微藻规模化养殖供气系统。本发明的供气系统该系统主要由采气装置、冷凝器、气液分离器、高效过滤器、光生物反应器、连接管道、阀门等组成。管道包括主气管道、支气管道、微孔管,主气管道贯穿整个系统,支气管道连接各个光生物反应器,微孔管位于光生物反应器内,采气装置安装在主气管道上;阀门包括进气管阀、出气管阀、支气管阀、泄压阀、排污阀等;采气装置、冷凝器、气液分离器、过滤器、光生物反应器通过管道依次连接。利用本发明的供气系统,可以有效提高微藻细胞的生物量,大大降低微藻养殖过程中的污染,可以用于连续和半连续利用细胞工程培养微藻,开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分、微藻蛋白、生物柴油或水产饵料等产品。
文档编号C12R1/89GK101701180SQ20091009519
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者张勇, 梁文伟 申请人:云南爱尔发生物技术有限公司