专利名称：一种培养微生物的光生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种规模化培养微藻等具有光合作用微生物的培养装置。
背景技术：
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的微生物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。微藻种类繁多，包括比较著名的螺旋藻、硅藻、雨生红球藻等，其中有些种类对培养环境有较高要求，例如雨生红球藻。微藻的大规模培养主要有开放池和密闭反应器两类方式。开放池培养成本相对较低，但是藻类生长所达到的细胞密度较低，某些情况下容易被当地其他生物侵染，水蒸发量大；密闭培养可达到较高的藻细胞密度，不易被杂藻侵染，水蒸发量小，但反应器造价和运转成本较高，加上藻细胞粘连遮蔽，导致光合作用下降，管壁清洗困难，难以大规模生产并且不容易解决溶解氧排除等问题。因此，需要发展出集二者优点，而回避各自缺点的新型培养方式。此外，微藻培养液中细胞只占很小一部分，绝大部分是水，还需要发展出低能耗的收集细胞，并循环使用培养液的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种规模化培养微藻的装置，能够比较方便地解决目前管道式光生物反应器的管壁清洁问题和进气排气问题，提高光合作用效率，并较好地解决目前光生物反应器在阳光下温度上升过快的问题以适应微藻的培养要求，当然这种装置的造价和运转成本必须比较低廉。本发明解决上述问题所采用的技术方案为它包括管道式光生物反应器、管壁清洁和液体循环装置、气体供应装置、液体供应和藻液收集装置。所述的光生物反应器是密闭透光的循环管道，其材质为塑料、硅橡胶、玻璃或树脂等透光材料，根据自然环境不同，可以在管道表面增加一层光学膜，将一些对光合作用用处不大的光线比如远红外、近红外等光线屏蔽，从而减少培养液温度升高。所述管壁清洁和液体循环装置包括泵和软活塞，泵与光生物反应器相连通构成循环管道；软活塞在泵的作用下随着培养液在循环管道中移动，将吸附在管壁上的微藻刷下， 同时起到搅拌作用，促进气液混合。泵优选为蠕动泵或螺旋泵，由于活塞是柔软的很容易通过泵。软活塞可以是球形、圆柱形等，其表面可以是光滑或带有毛刺的。所述的进、排气装置包括气泵、输气管、进气阀和排气管、排气阀，输气管通过进气阀将含二氧化碳的气体通入光生物反应器循环管道中的培养液内，进气阀和排气阀为单向止回阀，排气阀设在光生物反应器循环管道液位最高处，进排气口设空气净化器，进、排气装置的作用除了供给微藻需要的二氧化碳排除氧气外，还能起的搅拌藻液、调节温度的作用。
所述液体供应装置包括输液泵和输液管，液泵将培养液通过输液管输入光生物反应器循环管道。所述藻液收集装置包括藻液沉降池、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，通过其上部藻液收集口与循环管道连通，藻液沉降池下部有藻液排放管。投入使用时，将消毒的培养液通过输液泵输入消毒的光生物反应器循环管道，植入需要培养的微藻种株，通过所述的气体供应装置向所述光生物反应器循环管道连续充气，气、液交换后的废气通过排气管排除。当温度过高或过低时启动外接温度补偿装置，当然也可以通过遮阴、盖温室或者将光生物反应器置入温度适宜的水体中等方法调节温度。 当微藻吸附在光生物反应器管壁上影响微藻光合作用时，启动蠕动泵，促使培养液流动，同时带动活塞在光生物反应器循环管道内移动，达到刷洗管道、促进微藻运动的目的，当微藻流过藻液沉降池上方时部分成熟的微藻自然沉降在藻液沉降池底部，易于采收。与现有技术相比，本发明的优点在于1、较好地解决了目前管道式光生物反应器的管壁清洁问题，提高了光合作用效率，可以把管道做得很长；2、较好地解决了目前光生物反应器在阳光下温度上升过快的问题；3、装置运行时靠底部输入的气体搅拌水体，输液装置和液体循环装置不必长期运行，减少运行成本；3、成熟的雨生红球藻能方便、及时采收， 培养液水体不易污染减少培养液更换次数，采收时培养液消毒后增加营养物质可以循环利用；4、由于进、排气阀采用了止回阀，较好地解决了由于液体循环时压力变化导致液体通过进、排气管溢出的问题。
图1为本发明结构示意图；图2为沉球式止回阀结构示意图；图3为浮球式止回阀结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。实施例一参见附图1。优选若干“S”形玻璃空心管道1与泵12、藻液沉降池13、连接导管16串联组成循环管道，将“S”形管1竖立或斜立设置在固定架上(图未显示)、内置至少一个由海绵制成的球形活塞11 (其直径与循环管道内径大体相当)，泵12优选螺旋泵，藻液需要的气体通过净化装置22、气泵2、进气管21、沉球式止回阀23输入“S”形管底部，气体在空心管道1中上升搅拌其中培养液并进行气体交换，废气通过排气管4排除，排气管4上安装浮球式止回阀41，排气口安装隔离装置42，沉降池13底部连通排液阀15，其中导管14管壁有若干小孔，活塞11能顺利通过管道，藻液则从管壁泄漏进沉降池13中，导管14倾斜方向根据活塞 11密度不同调整，培养液32通过导管3输液泵31输入光生物反应器。参见附图2为进气阀结构示意图，阀壳1上端连接光生物反应器，下端连接进气管 21，阀壳内置密封球2，并通过筛网3将密封球2挡在阀壳1内，并留有活动空间，小球密度等于或大于液体密度，进气时气体通过管道21将小球2顶开，通过筛网3注入光生物反应器，当泵工作时，管道内液压增高，气体无法注入，小球2下降，封闭进气管21管口，从而阻挡液体进入进气管21。参见附图3为排气阀结构示意图，阀壳1下端连接光生物反应器，上端连接排气管 4，阀壳内置密封球2，并通过筛网3将密封球2挡在阀壳1内，并留有活动空间，小球密度等于或小于液体密度。排气时气体通过筛网3、排气管4排除，当泵工作时，管道内液压增高， 液位上升，小球2上升，封闭排气管4管口，从而阻挡液体进入排气管4。实施例二 其它结构与实施例一相同，不同之处在于取消开孔导管14，在泵的出水口端增加一个装置，将多个活塞11逐个加入，由于活塞并不经过泵，所以泵可以选择各种类型。实施例三其它结构与实施例一相同，不同之处在于泵为蠕动泵。下面以雨生红球藻为例阐述上述实施例的使用方法实施例四其它结构与上述实施例相同，不同之处在于空心管道1表面加有光学层，能够屏蔽外界一些不利光线比如远红外、近红外光线的不利影响。实施例五其它结构与上述实施例相同，不同之处在于空心管道1管壁为双层结构。实施例四其它结构与上述实施例相同，不同之处在于空心管道1管壁为双层抽
真空结构。将光生物反应器置于光照环境，培养液32通过导管3输液泵31输入光生物反应器，植入雨生红球藻种株，气体通过净化装置22、气泵2、进气管21、进气阀23输入“S”形管底部，气体在空心管道1中上升搅拌其中培养液并进行气体交换，废气通过排气阀41排除，当雨生红球藻粘连遮蔽阳光时、局部温度等环境指标相差过大时、采收成熟的雨生红球藻时启动泵12，进气阀21、排气阀41关闭，同时培养液开始循环，推动活塞11移动，擦洗管壁，藻液经过沉降池13时成熟的雨生红球藻沉降于底部，可以方便采收，悬浮液继续循环， 由于开孔斜管14管壁孔径小于活塞11直径，活塞11能通过斜管14继续循环。排气口安装空气净化器42可以阻止外界病原体入侵。因为光合微生物的培养条件没有本质的区别，本领域工作人员只需要改变培养参数即可用于多种微生物的培养，因此所述装置不仅仅局限于培养雨生红球藻，其它能发生光合作用的微生物的培养同样适用于本装置。当然所述装置还可以外接感应元件、PLC控制元件等组成自动化培养单元。空心管道可以由其它透光材料制成例如树脂、橡胶等，也可以其它形态组合例如“U”形、直管形等，也可以将管道平铺或多层铺设，一些常规的温度调节方法也适用于本装置，只需要将装置进行简单的改装组合即可，在此不一一赘述，一些显而易见的改变仍属于本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述光生物反应器管道内有至少一个可以随着液体移动并擦洗管壁的活塞状物体。
2.如权利要求1所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述光生物反应器进气阀和排气阀为单向止回阀。
3.如权利要求1所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述泵是螺旋泵或蠕动泵。
4.如权利要求1所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述活塞由硅胶、海绵等柔软材料制成。
5.如权利要求1、2所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述进气阀和排气阀分别为沉降止回阀和浮力止回阀。
6.如权利要求5所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述沉降止回阀，阀壳1上端连接光生物反应器，下端连接进气管21，阀壳内置密封球2，并通过筛网3 将密封球2挡在阀壳1内，并留有活动空间，小球密度等于或大于液体密度。
7.如权利要求5所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述浮力止回阀，阀壳1下端连接光生物反应器，上端连接排气管4，阀壳内置密封球2，并通过筛网3 将密封球2挡在阀壳1内，并留有活动空间，小球密度等于或小于液体密度。排气时气体通过筛网3、排气管4排除。
8.如权利要求1所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述光生物反应器加有光学层，用于屏蔽对培养光合微生物不利的光线。
9.如权利要求1所述的一种培养光合微生物的光生物反应器，其特征在于所述光生物反应器管壁为双层结构。
全文摘要
本发明公开了一种管道式培养微藻等光合微生物的装置，解决了大规模培养过程管壁清洁问题、溶解氧过高的问题、温度不易控制问题。
文档编号C12M1/00GK102168010SQ20101015596
公开日2011年8月31日 申请日期2010年4月3日 优先权日2009年10月24日
发明者杨文波 申请人:杨文波