一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，包括反应器主体、贯穿整个反应器主体的转动轴、间隔垂直固定在转动轴上的旋转盘、驱动电机、传动系统、反应器底部设置的通气管、二氧化碳进气阀、二氧化碳气源、进水口、出水口；所述旋转盘部分浸没在培养液中，部分暴露在空气中；驱动电机经传动系统带动旋转盘缓慢旋转，使旋转盘上附着生长的微藻细胞交替进入液相和气相；所述通气管经二氧化碳进气阀与反应器外部的二氧化碳气源连通。反应器结构简单，便于接种和采收等操作，占地面积小，模块化设计，易于放大，适用于大规模生产微藻生物质及微藻次生代谢产物，也适用于去除污水中氮磷等营养物质。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及微藻培养生物
，具体涉及一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器。
技术介绍
：微藻吸收二氧化碳和水进行光合作用可合成大量蛋白质、脂肪、多糖、维生素、色素等丰富的生物质资源，在医药、食品、保健品、水产饵料、动物饲料、水质净化、生物燃料等方面有广泛应用，具有重要的经济价值和社会效益。例如，在食品领域，微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝素、EPA、DHA等食品或食品添加剂；在医药卫生领域，微藻可以生产抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物。由于微藻具有光合作用效率高、含油量高、生长周期短、单位面积产率高、不占用耕地等特点，近年来成为生物能源生产原料的研究热点，用于生物柴油、生物乙醇、生物燃气、生物油等的研究开发。根据微藻组成，每生产1吨微藻生物质，大约可吸收约1.8吨二氧化碳，因此微藻生物能源的规模化生产，不仅可以有效缓解能源短缺问题，还有助于温室气体的减排。此外，与传统污水处理方法相比，微藻可以快速吸收污水中的氮磷等元素并转化为生物质，可进一步进行生物炼制。低成本规模化培养是实现微藻产业化的关键，也是当前限制微藻产业化的瓶颈。目前微藻培养主要是采用开放池或密闭光生物反应器，且基本都是悬浮培养模式，藻细胞分散于大量培养基水体中。悬浮培养模式藻细胞密度较低，比如开放池细胞浓度一般为0.5～1g/L，光生物反应器细胞浓度为2～6g/L。悬浮培养的微藻在进行下游处理时必须进行浓缩和脱水等步骤以去除90％以上的水。一般采用两步法，首先用沉淀、絮凝、气浮等方法浓缩到固形物为1％左右，接着离心到固形物为20％左右。这一过程存在设备投入大、耗能、耗时等缺点，一般悬浮培养的微藻收获费用约占总投资和运行成本的20～30％。此外，悬浮培养由于细胞的相互遮蔽，光在水体中衰减严重，限制了光合作用效率的提高。由于需要较大比表面积，使得反应器占地面积增大，制约了微藻产业化发展。微藻附着培养作为另一种培养模式近年来受到研究者的关注，其特征在于微藻细胞附着在固体或半固体材料表面上生长。相对于悬浮培养，附着培养的优势在于收获简单，可以大大减少微藻采收的成本。此外，微藻的附着培养还能提高光利用率、增强CO2传质、增加细胞停留时间等。最具代表性的微藻附着培养是AlgaeTurfScrubber-ATS系统，该系统中微藻附着于水平放置稍微倾斜的附着材料上，培养液间歇地冲刷其表面。除了ATS系统，人们还专利技术出喷淋式固定化微藻培养系统，该系统中微藻细胞固定在支撑材料表面，通过间歇或连续喷洒的方式提供给细胞所需的培养液并保持细胞湿润。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器。该反应器结构简单，接种和采收方便，能实现光能高效利用，提高微藻产量和产率。该反应器是模块化设计，易于工业放大，适用于大规模生产微藻生物质及微藻次生代谢产物，也适用于去除污水中氮磷等营养物质，同时该反应器实现了微藻细胞附着生长，解决了微藻悬浮培养光合作用效率低、占地面积大、耗水量大、采收困难等问题。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，包括反应器主体、贯穿整个反应器主体的转动轴、以一定间隔垂直固定在转动轴上的旋转盘、驱动电机、传动系统、反应器底部设置的通气管、二氧化碳进气阀、二氧化碳气源、进水口、出水口；所述旋转盘部分浸没在培养液中，部分暴露在空气中；驱动电机经传动系统带动旋转盘缓慢旋转，使旋转盘上附着生长的微藻细胞交替进入液相和气相；所述通气管经二氧化碳进气阀与反应器外部的二氧化碳气源连通，所述反应器主体至少液面以上部分为透光材料制备。所述反应器主体为透光材料，为了降低成本也可以只在液面以上部分使用可透光材料。所述透光材料选自玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。所述旋转盘为刚性骨架上面固定柔性附着材料或者直接为刚性附着材料制成；所述的刚性骨架指利用钢、铁等坚固材料制成的骨架；所述附着材料(包括刚性和柔性)指薄钢板、铝板、聚氨酯塑料、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、棉布、滤布、帆布、无纺布、尼龙、纤维织物等。微藻在所述附着材料表面上挂膜并快速生长，形成生物膜。进一步的，旋转盘表面可以是平面的，也可以是曲面的。为了便于采收，优选平面设计。进一步的，旋转盘的浸没率在20％-40％之间，优选的浸没率为40％。进一步的，旋转盘之间的间距可根据需要调整为任意值，优选的间距为30-150毫米。进一步的，所述旋转盘上设有生物质收获装置，实现培养过程中的原位收获，收获的生物质呈高度浓缩状态。生物质收获装置可以为各种机械刮板、刮刀或真空抽吸装置。所述转动轴与转动轴之间或转动轴与驱动电机之间通过传动系统连接。进一步的，所述传动系统为链条-齿轮传动或皮带-皮带轮传动，所述驱动电机的输出轴上连接有齿轮或皮带轮，每个转动轴上连接有齿轮或皮带轮，驱动电机的输出轴和每个转动轴上的齿轮或皮带轮通过链条或皮带相连。当有多个反应器组合或者一个反应器中含多个转动轴时，可以用一个驱动电机带动多个转动轴也可以用一个驱动电机带动一个转动轴，视具体情况而定。为了给反应器培养基提供充足的CO2，在反应器底部布置的通气管上设有小孔或喷嘴，所述通气管选自市售的曝气软管或可变孔曝气软管。通气管可以是1条或多条，视具体情况而定。进一步的，在光照培养条件下通气管可保持连续通气或间歇式通气状态。间歇式通气可通过监测培养液的pH值来控制。由于CO2的消耗会使培养液pH上升，当培养液pH值超过预设pH范围，可开启进气阀开关，向反应器内通气。所述反应器底部可以设计为平底、半圆形、锥形或梯形的任意一种。本专利技术还保护所述的用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器的应用，所述反应器置于开放环境或密闭环境；在开放环境可以直接将反应系统放置于所需水体中，所述水体包括但不限于湖泊、河流、跑道池、沟渠、氧化塘等；在密闭环境，反应器上部可以加密封盖，或者整个反应器主体放置在一个密闭的容器或温室中，密闭式反应器需设排气口。所述二氧化碳气源选自混合CO2的空气、纯CO2气体、工业CO2气体、烟道气中的一种或多种或液态CO2。所述反应器放置在人造光源下，或直接暴露在自然光下。光源的位置要充分考虑到盘面的方位，使盘面最大化接受光照。本专利技术反应器可以根据实际情况进行序批式、半连续流或连续流操作。补充的培养液可以是各种类型的微藻培养基，或是含有各种胁迫或诱导因子的溶液，或是各种类型的污水、...

【技术保护点】
一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，其特征在于，包括反应器主体、贯穿整个反应器主体的转动轴、间隔垂直固定在转动轴上的旋转盘、驱动电机、传动系统、反应器底部设置的通气管、二氧化碳进气阀、二氧化碳气源、进水口、出水口；所述旋转盘部分浸没在培养液中，部分暴露在空气中；驱动电机经传动系统带动旋转盘缓慢旋转，使旋转盘上附着生长的微藻细胞交替进入液相和气相；所述通气管经二氧化碳进气阀与反应器外部的二氧化碳气源连通，所述反应器主体至少液面以上部分为透光材料制备。

【技术特征摘要】
1.一种用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，其特征在于，包括反应器主体、贯穿
整个反应器主体的转动轴、间隔垂直固定在转动轴上的旋转盘、驱动电机、传动系统、
反应器底部设置的通气管、二氧化碳进气阀、二氧化碳气源、进水口、出水口；所述旋
转盘部分浸没在培养液中，部分暴露在空气中；驱动电机经传动系统带动旋转盘缓慢旋
转，使旋转盘上附着生长的微藻细胞交替进入液相和气相；所述通气管经二氧化碳进气
阀与反应器外部的二氧化碳气源连通，所述反应器主体至少液面以上部分为透光材料制
备。
2.根据权利要求1所述的用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，其特征在于，所述
旋转盘为刚性骨架上面固定柔性附着材料或者直接为刚性附着材料制成；所述附着材料
选自薄钢板、铝板、聚氨酯塑料、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、棉布、滤布、帆布、
无纺布、尼龙、纤维织物。
3.根据权利要求1或2所述的用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，其特征在于，
所述旋转盘表面是平面的，旋转盘的浸没率在20％-40％；旋转盘之间的间距为30-150毫
米。
4.根据权利要求1或2所述的用于微藻规模化培养的转盘式光生物反应器，其特征在于，
所述旋转盘上设有生物质收获装置，所属生物质收获装置为机械刮板、刮刀或真空抽吸
装置。
5.根据权利要求1或2所述的用于微藻规模化培养...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁振宏，朱顺妮，秦磊，王忠铭，丰平仲，尚常花，徐忠斌，许瑾，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44