一种带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统技术方案

一种带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统，包括藻种扩培器、光生物反应器、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统五个模块；藻种扩培器与培养基添加系统连接；光生物反应器分别与藻种扩培器、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统连接，光生物反应器倾斜设置，藻种扩培器安装于光反应器的背光侧。该系统采用模块化设计，安装调整方便，所有模块均事先制造生产，在现场组装，运行时各模块之间的物质均通过管件输送，大大降低安装、维护和管理难度，并可随时根据工况调整各单元组件数量，将生产维持在最优工况下，可以大幅度提高微藻产量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于实现微藻大规模高密度高产率培养的培养系统。属于微藻生物工程

技术介绍
微藻是一种生长迅速且环境适应性极强的生物，其生物质所含各种生化物质，如油脂、蛋白质、碳水化合物及色素等均具有较高经济价值，极具开发前景。特别是近些年来，微藻被认为是用于生产生物燃料的最前途原料之一。在光生物反应器中进行光合自养培养是微藻培养的主要模式。在进行大规模培养时，需要大量藻种。传统上，藻种的生产是微藻在光合自养条件下，利用逐级扩培方式实现的，存在着扩培周期太长并易于因污染导致扩培失败、提供的细胞密度低等问题，成为阻碍微藻大规模光合自养培养的主要难题。光合自养培养相比，异养培养具有生长速率高、生物质产率高并避免野生藻类物种污染的优势。如在微藻培养系统增加一套封闭式反应器，在其中异养扩培微藻细胞作为藻种，无疑可大幅度降低藻种扩培失败的风险、缩短扩培周期并提高光反应器中的细胞密度，从而极大提高微藻的产率。微藻的室外培养所面临的气候和环境条件波动较大，实际运行工况多变，需要培养系统频繁对各单元进行调整。因此，有必要提供一种带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统，以降低微藻大规模生产系统安排、维护和调整的难度，并极大提高微藻生物质，特别是油脂的产率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服常规微藻培养反应器存在的缺点，提供一种安装调整方便，可以大幅度提高微藻产量的带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统。本专利技术带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统，采取以下技术方案：该系统，包括藻种扩培器、光生物反应器、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统五个模块；光生物反应器倾斜设置，藻种扩培器安装于光反应器的背光侧；所述藻种扩培器，包括扩培器腔体，腔体内的上部和下部之间设置有中间导流隔板，腔体两端分别设置有与腔体内上部连通的培养基输入口，腔体内的上部设置有搅拌器，腔体的下部设置有藻种液输出口，藻种液输出口上连接有流量控制器，藻种液输出口与光生物反应器上的藻种液输入口连接，藻种液输送管上连接有计量蠕动泵；所述光生物反应器，包括反应器腔体，反应器腔体内设置有导流隔板，将反应器腔体分为上下相通的左右两侧，左侧设置有曝气孔板，曝气孔板上均匀分布有气孔，左侧底部设置有进气口；右侧底部设置有藻种液输入口和回流上清液及培养基进口；右侧设置有藻液输出口，藻液输出口与藻液输送管连接；反应器腔体的顶部设置有排气口；所述培养基添加系统，包括营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐，营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐分别通过进料管与藻种扩培器上的培养基输入口连接，培养基储罐通过进料管与光生物反应器上的回流上清液及培养基进口连接，所有进料管上均连接计量蠕动泵；所述气体输送系统，包括CO2气瓶、空气压缩机、气体混合器和气体输送管，CO2气瓶和空气压缩机上均带有气体流量计，气体流量计均与气体混合器连接，气体混合器与气体输送管连接，气体输送管中连接有气体质量流量控制器，气体输送管与光生物反应器上的的进气口连接；所述藻液输送及上清液回流系统，包括固液分离器、藻液输送管和上清液回流管，藻液输送管与固液分离器连接，上清液回流管的一端与固液分离器连接，另一端与光生物反应器的回流上清液及培养基进口连接。所述光生物反应器安装在支架上，光生物反应器与支架之间带有角度调整器。所述光生物反应器与水平面夹角为50°-70°。所述藻种扩培器中的藻种液输出口朝向光反应器一侧。所述反应器腔体内的藻液输出口处设置有藻液引流板。所述反应器腔体内上部安装有液位传感器，以防止液位过高由排气口泄露。本专利技术可用于微藻大规模培养及相关微藻生物能源的生产；能够培养可异养培养并生长迅速的微藻，如小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻、金藻、三角褐指藻、硅藻等；具有以下特点：1.采用模块化设计，所有模块均事先制造生产，在现场组装，用支架固定，运行时各模块之间的物质均通过管件输送，大大降低安装、维护和管理难度，并可随时根据工况调整各单元组件数量，将生产维持在最优工况下。2.各模块间用管件连接，相对位置自由度大，可充分利用场地空间。3.采用独立的异养藻种扩培器，与光生物反应器同时运行，大幅度降低藻种扩培失败的风险、缩短扩培周期并提高光反应器中的细胞密度至8-10gL-1，可将生物质产率提高4-6倍。4.在藻种扩培器中和光生物反应器分别采用异养/富氮和自养/缺氮培养，大大提高了油脂含量，培养小球藻时油脂产率是一般光生物反应器的10倍左右。5.利用曝气装置，使藻液在反应器中循环流动，可起到良好的藻液混合、补充无机碳源和去除过饱合氧气的作用，防止藻细胞贴壁生长，减轻过饱和氧气对藻细胞产生的毒害。6.微藻收获后的大部分上清液回流到反应器中，节省水和各类化学试剂的使用量，减少废水的排放；反应器内部装液位传感器，可防止液位过高从排气口泄露。7计量泵与气体流量计均可采用微电脑控制，既可实现人工控制，也可实现自动化控制。附图说明图1是本专利技术的平面结构示意图，图2是本专利技术的侧面示意图。图3是本专利技术中光生物反应器的结构示意图，图4是本专利技术中藻种扩培器的结构示意图。图5是本专利技术中藻种扩培器的侧面剖视图。图中：1.藻液输送管；2.上清液回流管；3.培养基进料管；4.光生物反应器；5.培养基输送管路；6.硝酸盐溶液进料管；7.甘油溶液进料管；8.藻种扩培器；9.藻种液输送管；10.硝酸盐溶液储罐；11.甘油溶液储罐；12.培养基储罐；13.支架；14.CO2气瓶；15.气体混合器；16.空气压缩机；17.气体输送管路；18.反应器腔体；19.排气口；20.液位传感器；21.导流隔板；22.藻液引流板；23.藻液输出口；24.藻种液输入口；25.回流上清液及培养基进口；26.曝气孔板；27.进气口；28.培养基输入口；29.扩培器腔体；30.搅拌器；31.中间导流隔板；32.藻种液(含藻种细胞藻液)输出口。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术的模块化微藻培养。包括藻种扩培器8、光生物反应器4、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统五个模块。光生物反应器4安装在支架13上，支架13上带有角度调整器，用来调整光生物反应器4的倾斜角度。光生物反应器4与水平面夹角为50-70°。藻种扩培器8安装于光反应器4的背光侧。所有模块均事先制造生产，在现场组装，运行时各模块之间的物质均通过管件输送。可异养培养并生物迅速的微藻均可在本专利技术中培养，如小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻、金藻、三角褐指藻、硅藻等，可用于微藻大规模培养及相关微藻生物能源的生产工作。藻种扩培器8的结构如图4和图5所示，包括扩培器腔体29，腔体29内的上部和下部之间设置有中间导流隔板31。腔体29两端分别设置有与腔体内上部连通的培养基输入口28，腔体29内的上部设置有多组间隔排布的搅拌器30。腔体29的下部设置有多个藻种液输出口32，藻种液输出口32上连接有流量控制器。藻种液输出口32朝向光反应器4一侧，一个藻种液输出口32与一个光反应器4连接，藻种液输出口32通过藻种液输送管9与光生物反应器4上的藻种液输入口24连接(参见图1)，藻种液输送管9上连接有计量蠕动泵。光生物反应器4的结构如图3所示，包括反应器腔体18，为透光有机玻璃材质，具有较好的性能。腔体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统，其特征是，包括藻种扩培器、光生物反应器、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统五个模块；光生物反应器倾斜设置，藻种扩培器安装于光反应器的背光侧；所述藻种扩培器，包括扩培器腔体，腔体内的上部和下部之间设置有中间导流隔板，腔体两端分别设置有与腔体内上部连通的培养基输入口，腔体内的上部设置有搅拌器，腔体的下部设置有藻种液输出口，藻种液输出口上连接有流量控制器，藻种液输出口与光生物反应器上的藻种液输入口连接，藻种液输送管上连接有计量蠕动泵；所述光生物反应器，包括反应器腔体，反应器腔体内设置有导流隔板，将反应器腔体分为上下相通的左右两侧，左侧设置有曝气孔板，曝气孔板上均匀分布有气孔，左侧底部设置有进气口；右侧底部设置有藻种液输入口和回流上清液及培养基进口；右侧设置有藻液输出口，藻液输出口与藻液输送管连接；反应器腔体的顶部设置有排气口；所述培养基添加系统，包括营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐，营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐分别通过进料管与藻种扩培器上的培养基输入口连接，培养基储罐通过进料管与光生物反应器上的回流上清液及培养基进口连接，所有进料管上均连接计量蠕动泵；所述气体输送系统，包括CO2气瓶、空气压缩机、气体混合器和气体输送管，CO2气瓶和空气压缩机上均带有气体流量计，气体流量计均与气体混合器连接，气体混合器与气体输送管连接，气体输送管中连接有气体质量流量控制器，气体输送管与光生物反应器上的的进气口连接；所述藻液输送及上清液回流系统，包括固液分离器、藻液输送管和上清液回流管，藻液输送管与固液分离器连接，上清液回流管的一端与固液分离器连接，另一端与光生物反应器的回流上清液及培养基进口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种带有藻种快速扩培器的模块化微藻培养系统，其特征是，包括藻种扩培器、光生物反应器、培养基添加系统、气体输送系统和藻液输送及上清液回流系统五个模块；光生物反应器倾斜设置，藻种扩培器安装于光反应器的背光侧；所述藻种扩培器，包括扩培器腔体，腔体内的上部和下部之间设置有中间导流隔板，腔体两端分别设置有与腔体内上部连通的培养基输入口，腔体内的上部设置有搅拌器，腔体的下部设置有藻种液输出口，藻种液输出口上连接有流量控制器，藻种液输出口与光生物反应器上的藻种液输入口连接，藻种液输送管上连接有计量蠕动泵；所述光生物反应器，包括反应器腔体，反应器腔体内设置有导流隔板，将反应器腔体分为上下相通的左右两侧，左侧设置有曝气孔板，曝气孔板上均匀分布有气孔，左侧底部设置有进气口；右侧底部设置有藻种液输入口和回流上清液及培养基进口；右侧设置有藻液输出口，藻液输出口与藻液输送管连接；反应器腔体的顶部设置有排气口；所述培养基添加系统，包括营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐，营养素储罐、有机物储罐和培养基储罐分别通过进料管与藻种扩培器上的培养基输入口连接，培养基储罐通过进料管与光生物反应器上的回流上清液及培养基进口连接，所有进料管上均连接计量蠕动泵；所述气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁峰，张桂芹，母锐敏，武道吉，张超，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37