1]附图中的附图标记如下:
[0042]1、连杆；2、在线pH、溶解氧和温度传感器；3、C02浓度传感器；4、柱式反应器；5、光源；6、进气口 ；7、吸光度检测器；8、接种、补液和收获装置；9、蠕动泵；10、气体混合器与分配器；11、冷却器；12、支架。
【具体实施方式】
[0043]附图给出了本发明的实施例，以下结合附图对本发明的实施例做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所作出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。
[0044]本实施例的整体技术构造如图示，其中包括光反应器、进气装置以及循环动力源，光反应器上开设有进气口、排气口、进液口及出料口 ；系统中包括:
[0045]A、光反应器包括纵向设置且间隔分布、自首至尾由高向低依次排列的柱式反应器4，柱式反应器4侧壁为透光结构且其外侧设置光源5 ;
[0046]B、直线驱动机构驱动柱式反应器4纵向往复运动；
[0047]C、进出液料管路连接于相邻的柱式反应器4出料口及进液口之间；
[0048]D、泵送装置通过管路分别与位于首位且处于高位的柱式反应器4的进液口、位于末端且处于低位的柱式反应器4的出料口连通。
[0049]柱式反应器采用透明结构(玻璃)的材质。
[0050]各柱式反应器4之间侧壁通过连杆I连接并形成联动机构，连杆I的一端设置有纵向设置、且驱动其纵向往复运动的直线驱动机构。
[0051]连杆I的两端分别与设于柱式反应器4外侧的支架12连接，其一端由设于一侧支架12上的直线驱动机构驱动。
[0052]直线驱动机构采用电机驱动的齿轮齿条机构。
[0053]进出液料管路连接于相邻且位于高位的柱式反应器4出料口及位于低位的柱式反应器4进液口之间。这样培养液可在势能差和外部泵送装置的驱动下从位于高位的柱式反应器流向位于低位的柱式反应器，实现连续培养的目的。
[0054]光源5选用高亮度LED光源，对称置于柱式反应器4的外侧。
[0055]进气装置包括通过管路与柱式反应器4相连的冷却器11、气体混合器与分配器10
[0056]柱式反应器4的进气口内设有配有烧结陶瓷的气体分散器。
[0057]还包括一接种、补液和收获装置8，其中接种装置经管路与柱式反应器4的进液口连通；补液装置经进样泵与柱式反应器4的进液口连通；收获装置通过管路与柱式反应器4的出料口连通。其中接种可通过配有紫外灭菌的操作小室进行。新鲜灭菌培养液通过管道接入补液装置，并配有进样泵。收获系统分为连续式和间歇式，连续式培养时，根据微藻生长速度，收集一定量藻液，并补充相同量的新鲜培养液；间歇式培养时，培养结束后，关闭循环系统管路，打开每个反应器下面的放液阀，每个反应器中的藻液经过单独的管路由收获系统排出。接种、补液和收获等三装置有独立的管路。
[0058]还包括一控制装置，所述的柱式反应器4上设有在线pH、溶解氧和温度传感器2，柱式反应器4的排气口内设有CO2浓度传感器3，与柱式反应器4的出液口相连的管路中设置有吸光度传感器7，上述在线pH、溶解氧和温度传感器2，CO2浓度传感器3及吸光度传感器7与控制装置连接。
[0059]上述控制中pH值和吸光值与微藻生长状态和密度有关，可决定收获量及补液量；溶解氧DO值和吸光值反映光合作用强度和藻液透光率，可决定光强和CO2浓度；温度通过冷却气体的通气速率和循环流速调节；排气0)2浓度与藻液吸收CO 2效率有关，可由通气速率和通气CO2浓度调节。信号经计算机处理后，控制通气速率、CO2浓度、补液和光强。气体经过冷却后进入柱式反应器，因此通气速率可调节反应液温度；0)2浓度是靠空气与CO 2气源的配比调节。吸光度与细胞浓度存在数学关系可通过预实验确定，吸光度可以反映细胞浓度和培养液的透光率，用以确定LED光源的光强补偿。
[0060]申请人采用本实施例中公开的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统进行了如下培养试验:
[0061]—、通过三级反应器与单级反应器培养微拟球藻Nannochloropsis oculata，具体操作为:首先采用3%双氧水清洗消毒反应器，放掉双氧水后，加入蒸馏水清洗，放掉蒸馏水，密封静置4小时。然后将培养基加入反应器中，再按照10%浓度接入对数期的种子液。从底部通入过滤后的空气，通气速率为2升/分钟，光照为100 μ mol/s.m2，温度25°C。结果如图1、2所示。四级反应器中藻细胞在第八天后增殖减缓，进入平稳期，而单级反应器中细胞第六天后开始减缓。四级反应器中细胞密度最高可达到84X 16个/毫升，而单级反应器中，细胞密度最高为75.3 X 16个/毫升；四级反应器中生物量的对数增长期比单级反应器中延长两天，生物量最高可达0.54g/L，而单级反应器最高生物量为0.45g/Lo结果表明，四级反应器和单级反应器相比，前期的细胞密度和生物量相似，但采用多级反应器培养对数期较长，最高生物量和细胞密度均高于单级反应器培养，说明多级反应器可以提高微藻产量。
[0062]二、通过四级反应器与单级反应器培养小球藻Chlorella zofingiensis，具体操作为:首先采用3%双氧水清洗消毒反应器，放掉双氧水后，加入蒸馏水清洗，放掉蒸馏水，密封静置4小时。然后将培养基加入反应器中，再按照10%浓度接入对数期的种子液。从底部通入过滤后的空气，通气速率为1.5升/分钟，光照为100 μ mol/s.m2，温度25°C。结果如图3、4所示。四级反应器中藻细胞在第18天后进入平稳期，而单级反应器中细胞第12天后开始减缓。四级反应器中细胞密度最高可达到68.5 X 16个/毫升，而单级反应器中，细胞密度最高为47.7X 16个/毫升；四级反应器中生物量的对数增长期与单级反应器相似，生物量最高可达3.lg/L，而单级反应器最高生物量为2.8g/L。结果表明，四级反应器可以显著提高小球藻Chlorella zofingiensis的细胞对数生长期，到达平稳期后，生物量也高于单级反应器培养，说明四级反应器能够促进细胞增殖，提高小球藻生物量产量。
【主权项】
1.多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，包括光反应器、进气装置以及循环动力源，光反应器上开设有进气口、排气口、进液口及出料口 ；其特征在于系统中还包括: A、光反应器包括纵向设置且间隔分布、自首至尾由高向低依次排列的柱式反应器(4)，柱式反应器(4)侧壁为透光结构且其外侧设置光源(5); B、直线驱动机构驱动柱式反应器(4)纵向往复运动； C、进出液料管路连接于相邻的柱式反应器(4)出料口及进液口之间； D、泵送装置通过管路分别与位于首位且处于高位的柱式反应器(4)的进液口、位于末端且处于低位的柱式反应器(4)的出料口连通。
2.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的各柱式反应器(4)之间侧壁通过连杆(I)连接并形成联动机构，连杆(I)的一端设有驱动其纵向往复运动的直线驱动机构。
3.根据权利要求2所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的连杆⑴的两端分别与设于柱式反应器⑷外侧的支架(12)连接，其一端由设于一侧支架(12)上的直线驱动机构驱动。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的直线驱动机构采用齿轮齿条机构、链轮链条机构、蜗轮蜗杆机构、平行四边形机构、丝杠进给机构、液压缸机构、直线电机机构中的一种或其结合。
5.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的进出液料管路连接于相邻且位于高位的柱式反应器(4)出料口及位于低位的柱式反应器⑷进液口之间。
6.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的光源(5)选用高亮度LED光源。
7.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的进气装置包括通过管路与柱式反应器(4)相连的冷却器(11)、气体混合器与分配器(10) ο
8.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于所述的进气口内设有气体分散器。
9.根据权利要求1所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于还包括一接种、补液和收获装置(8)，其中接种装置经管路与柱式反应器(4)的进液口连通；补液装置经进样泵与柱式反应器(4)的进液口连通；收获装置通过管路与柱式反应器⑷的出料口连通。
10.根据权利要求1、6或9中任一项所述的多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统，其特征在于还包括一控制装置，所述的柱式反应器(4)上设有在线pH、溶解氧和温度传感器(2)，柱式反应器(4)的排气口内设有CO2浓度传感器(3)，与柱式反应器(4)的出液口相连的管路中设置有吸光度传感器(7);在线pH、溶解氧和温度传感器(2)，C02浓度传感器(3)及吸光度传感器(7)与控制装置连接。
【专利摘要】本发明涉及生物工程领域的光生物反应器，特别是指一种多级势能级差驱动微藻培养专用光生物反应器系统。包括光反应器、进气装置以及循环动力源，光反应器上开设有进、排气口、进液口及出料口；光反应器包括纵向设置且间隔分布、自首至尾由高向低依次排列的柱式反应器，反应器侧壁为透光结构且外侧设光源；直线驱动机构驱动反应器纵向往复运动；进出液料管路连接于相邻的反应器出料口、进液口之间；泵送装置经管路与位于首末两端的反应器的出料口连通。本发明将柱式反应器的外循环、补液及收获装置进行有机整合，利用势能级差最大程度减少了动力投入，相比现有技术显著简化了管路，降低设备制造及易于实现自动控制，同时提高了生产效率。
【IPC分类】C12M1-04, C12M1-38, C12M1-00, C12M1-36, C12M1-34
【公开号】CN104593224
【申请号】CN201510081077
【发明人】李建平, 陈 峰, 陈天鹏, 姜悦, 陈璇
【申请人】润科生物工程（福建）有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月15日