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1、(10)申请公布号 CN 102168010 A (43)申请公布日 2011.08.31 CN 102168010 A *CN102168010A* (21)申请号 201010155963.0 (22)申请日 2010.04.03 200910174835.8 2009.10.24 CN 201010110498.9 2010.01.23 CN C12M 1/00(2006.01) C12M 1/42(2006.01) C12R 1/89(2006.01) (71)申请人 杨文波 地址 334400 江西省弋阳县康伯路 16 号 (72)发明人 杨文波 (54) 发明名称 一种培养微生物的。
2、光生物反应器 (57) 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。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102168015 A1/1 页 2 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。
3、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。
4、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。
5、构。 权 利 要 求 书 CN 102168010 A CN 102168015 A1/3 页 3 一种培养微生物的光生物反应器 技术领域 0001 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 0002 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。 0003 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。 0004 微藻的大规模培养主要有开放池和密闭。
6、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 0005 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，。
7、 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。 0006 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。 0007 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， 。
8、从而减少培养液温度升高。 0008 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。 0009 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。
9、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。 说 明 书 CN 102168010 A CN 102168015 A2/3 页 4 0010 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。 0011 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。 0012 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。
10、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。 0013 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。
11、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。 附图说明 0014 图 1 为本发明结构示意图 ； 0015 图 2 为沉球式止回阀结构示意图 ； 0016 图 3 为浮球式止回阀结构示意图。 具体实施方式 0017 。
12、以下结合附图对本发明作进一步说明。 0018 实施例一 ： 参见附图 1。 0019 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。
13、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。 0020 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。
14、增高， 气体无法注入， 小球 2 下降， 封闭进气管 21 管口， 从而阻 说 明 书 CN 102168010 A CN 102168015 A3/3 页 5 挡液体进入进气管 21。 0021 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。 0022 实施例二 ： 其它结构与实施例一相同， 。
15、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。 0023 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 ： 0024 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。 0025 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。 0026 实施例四 ： 其它结构与上述实施例相同， 不同之处在。
16、于空心管道 1 管壁为双层抽 真空结构。 0027 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。
17、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。 0028 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。 0029 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。 说 明 书 CN 102168010 A CN 102168015 A1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102168010 A CN 102168015 A2/2 页 7 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102168010 A 。