一种智能调光自清洁管式光合生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微藻光合反应系统，特别是涉及微藻的培育单元，属于微藻生物技术领域。
【背景技术】
[0002]微藻是一类古老的低等生物，广泛分布在海洋、淡水湖泊等水域。微藻种类繁多，数量巨大，全球已知微藻种类达两万多种。微藻细胞中含有多种高价值的营养成分和化工原料，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，在医药工业、食品工业、动物饲料、环境监测及净化、生物技术及可再生能源制造等方面有广泛应用。
[0003]研宄表明，微藻种类不同、所处生长阶段不同对光照波长的需求也不同，不同波长的光会不同程度促进微藻生长。在小球藻生长阶段，波长为680nm左右的红光更能促进小球藻快速生长，而在有机物积累阶段，波长为280nm的蓝光更有利于其有机物快速积累。
[0004]在微藻培养液中补充二氧化碳含量可以大大提高微藻的生长速度，有学者进行向小球藻培养液中补充二氧化碳的实验，实验结果表明，补充lmL/L 二氧化碳，可促进小球藻的生长，藻细胞密度和生物量显著高于对照组(0.35mL/L)。补充二氧化碳能够延长生长期，并且生长期的最大光合速率、光合作用效率和光合作用饱和光照度均显著提高。
[0005]然而，自然界并没有大量可直接收集利用的微藻，开发微藻资源需要通过工程培养生产原料。近几年，微藻培育装置迅速发展，逐渐向大型化、工业化方向发展。但是培育装置发展过程中始终存在微藻生长过程中易粘壁、易沉积、易结团的问题，使生产装置内部光照不均匀，二氧化碳吸收率低，严重影响微藻生长速率和品质质量。中国实用新型专利200320101146.2公开了机械搅拌式反应器，提出用机械搅拌方式解决这一系列问题，用电机带动搅拌桨对微藻进行搅拌作用，产生了一定效果，但是机械搅拌影响了微藻的连续生产，需外加电机结构复杂。
[0006]LED作为新一代光源，除了环保节能的特点外，相较于目前农业领域常用荧光灯或高压钠灯等人工光源，具有光量大、光质可调整、波长丰富等优势。
【实用新型内容】
[0007]为解决上述问题，本实用新型提出一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，利用流体流动带动光合反应器内组合转子转动，微藻跟随转子内外翻滚，产生扰流作用，增加混合微藻培养液在反应器内的径向二次流，有利于养分传质分散，强化换热。同时，转子对反应器内壁产生清洁作用，从而使微藻均匀接受光照和培养液中的二氧化碳，避免微藻生长过程中的粘壁、沉积、结团等现象。导光板上的光照类型根据微藻种类的不同和微藻所处生长阶段的不同而变化，随时提供最有利于其生长的光照类型，控制板对导光板的控制实现数字化智能化，更进一步提高了微藻的生长速率，大大缩短培养周期。
[0008]为实现上述功能，本实用新型采用的技术方案如下:一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，主要包括动力单元、反应单元、供气单元、光照单元和辅助单元五部分，动力单元包括泵、入口管、出口管；反应单元包括光合反应器、组合转子、支撑板、弯管、挂件、限位件、转轴、排气口 ；供气单元包括气体储罐、气体输送泵、气体输送管、气体分散装置；光照单元包括导光板、LED混合光源、连接导线、控制板；辅助单元包括水槽、温度计、流量计，动力单元为整个反应循环提供动力来源，反应单元是微藻光合作用的主要场所，供气单元提供光合作用所需要的二氧化碳，辅助单元用于监测整个系统是否正常运行。
[0009]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，动力单元的入口管下接泵，上端接光合反应器入口，出口管将光合反应器出口流体送回水槽，进出口管与反应单元的光合反应器依靠接管法兰连接，便于组合转子的拆装。
[0010]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，反应单元中，光合反应器迎水端与背水端都装有挂件进行支撑固定，转轴两端通过限位件固定在挂件上，转轴通过组合转子的轴孔、挂件和限位件的中心孔，管内放置多个转子形成组合转子。转子可首尾相连整串装穿于转轴上，也可以通过限位件分成转子数量相同或不同的若干组，使组合转子均匀转动。挂件、限位件是由高分子材料、高分子基复合材料、金属或陶瓷材料制成。转轴可以使刚性圆棒，也可以是柔性的软绳。组合转子为透明材料制成，一种特殊组合转子可以在翅片尾端连接柔性材料，得到柔性转子，随柔性转子转动该部分缓慢擦拭光合反应器内壁，提高防粘壁效果。光合反应器由多组反应管组成，不同管组之间由弯管、接管法兰连接，最后一组反应管由出口管连接返回水槽。
[0011]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，供气单元由气体输送泵和气体输送管直接将气体储罐中的二氧化碳与空气混合气体输送进入水槽，气体输送管末端装有气体分散装置，气体分散装置由多孔材料制成，如:气泡石或纳米纤维包裹的塑料等，将二氧化碳与空气混合气体分散成微泡注入混合微藻培养液中，提高二氧化碳在水中的溶解度，进而大大提高混合微藻培养液中的二氧化碳含量。
[0012]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，在充分利用太阳光的同时，光照单元根据微藻种类和该种微藻在一个生长周期内对光照需求的变化预先编写程序，输入控制板，控制板控制LED混合光源光照种类变化，从而使控制板在反应器正常运行时控制光照种类的变化。同时，导光板将LED混合光源发射的光均匀投射至整个反应器，保证反应器内各部分均匀接受光照。如:在小球藻生长阶段，波长为680nm左右的红光更能促进小球藻快速生长，而在有机物积累阶段，波长为280nm的蓝光更有利于其有机物快速积累。根据小球藻的生长规律，预先编写程序输入控制板，使LED混合光源在小球藻生长初期发红光，后期发蓝光，实现智能化数字化控制。
[0013]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，反应系统正常工作时，将装置置于温度适宜环境中。预先按照光合反应器中微藻种类及其生长规律编写控制板程序，用以控制导光板上光照变化规律。把按一定比例配好的混合微藻培养液倒入水槽内，打开气体储罐和气体输送泵，二氧化碳和空气混合气体经过气体分散装置被分散，二氧化碳通入反应单元。打开泵，将混合微藻培养液输送进入光合反应器，通过调节泵的转速控制混合微藻培养液在光合反应器中的流速，混合微藻培养液的流动带动光合反应器内的组合转子转动，微藻跟随组合转子内外翻滚，同时组合转子对光合反应器内壁产生清洁作用和扰流作用。光合反应产生的气体通过排气口排出，经过充分光合作用后，最后混合微藻培养液被输送返回水槽，形成闭环反应系统。
[0014]本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器，其优点和作用为:
[0015](I)导光板上的光照种类可根据微藻种类及其在不同生长阶段对光照需求的变化规律调整，能够提供更加有利于微藻生长的环境，大大提高了微藻的生长速率，缩短培养周期；
[0016](2) 二氧化碳空气混合气体入口处的多孔材料将二氧化碳气体分散成微泡注入混合微藻培养液中，细化二氧化碳气泡粒径，大大提高二氧化碳的溶解度；
[0017](3)在组合转子的搅动下，光合反应器内的微藻内外翻滚，使微藻更加均匀的接受外部光照；
[0018](4)组合转子扰流作用使二氧化碳在混合微藻培养液中的分布更加均匀，微藻可充分吸收二氧化碳进行光合反应；
[0019](5)组合转子对光合反应器内壁起到清洁作用和扰流作用，避免微藻生长过程中的粘壁及沉积现象；
[0020](6)组合转子直接由混合微藻培养液的流动而带动转动，无须外加电机，节能环保。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型一种智能调光自清洁管式光合生物反应器的示意图。
[0022]图2是图1中的A-A截面图。
[0023]图3是本实用新型一种智能调光自清洁