專(zhuān)利名稱(chēng)：基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)油微藻培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，特別是涉及一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
微藻在光自養(yǎng)培養(yǎng)過(guò)程中可固定大量CO2，地球上生物每年通過(guò)光合作用可固定 8X1010t碳，生產(chǎn)14. 6X 10、生物質(zhì)，其中一半以上應(yīng)歸功于藻類(lèi)光合作用。將(X)2注入微藻，通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為生物燃油，是近十余年來(lái)在可再生能源領(lǐng)域的重大突破。同時(shí)微藻的培養(yǎng)可與尾氣、污水的處理相結(jié)合，利用尾氣和污水中的營(yíng)養(yǎng)成分。光生物反應(yīng)器微藻培養(yǎng)裝置，通過(guò)可循環(huán)光合作用，實(shí)現(xiàn)微藻油脂的連續(xù)合成，為微藻油脂高通量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。因此開(kāi)發(fā)新型的高密度、低廉高效、適用于擴(kuò)大培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)成為微藻生物柴油技術(shù)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的微藻培養(yǎng)裝置按研究目的的不同可分成兩大類(lèi)，一類(lèi)是以研究微藻的生長(zhǎng)機(jī)理為目的，此類(lèi)裝置大多以錐形瓶為培養(yǎng)單元，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，該培養(yǎng)裝置雖然可以比較精確的控制微藻的生長(zhǎng)條件，但是該裝置不適合直接擴(kuò)大化培養(yǎng)微藻，所得出的最佳生長(zhǎng)環(huán)境的參數(shù)也不適合直接應(yīng)用于擴(kuò)大培養(yǎng)，另外此類(lèi)系統(tǒng)也不能模擬和計(jì)算微藻固碳和處理廢氣的能力。另一類(lèi)微藻培養(yǎng)裝置是以規(guī)?；囵B(yǎng)為目的，但是此類(lèi)的培養(yǎng)裝置微藻的生產(chǎn)效率不高，不能完全采用藻液和氣體的雙封閉式循環(huán)，微藻培養(yǎng)環(huán)境易受污染； 同時(shí)此類(lèi)裝置調(diào)節(jié)滯后，裝置內(nèi)部溫度不均勻，傳熱傳質(zhì)效果差。所以，目前在如何精確地控制微藻生長(zhǎng)環(huán)境的同時(shí)，高效地生產(chǎn)微藻是亟待解決的問(wèn)題，現(xiàn)有的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)大多停留在實(shí)驗(yàn)室條件下，從成本和能量損耗等角度無(wú)法真正擴(kuò)大化培養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以精確地控制微藻生長(zhǎng)環(huán)境，研究微藻的生長(zhǎng)機(jī)理、模擬計(jì)算微藻固碳和處理廢氣的能力，模擬微藻擴(kuò)大化培養(yǎng)，優(yōu)化擴(kuò)大培養(yǎng)的環(huán)境參數(shù)，從而提高微藻產(chǎn)量和密度。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括相互并聯(lián)的第一管式光生物反應(yīng)器和第二管式光生物反應(yīng)器、氣體循環(huán)系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和恒溫水系統(tǒng)；所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器置于恒溫水池內(nèi)，且均設(shè)有進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和排氣口 ；所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的氣體流量計(jì)、通入氣體分析儀、混合室、空氣泵和排出氣體分析儀，所述排出氣體分析儀與所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器的排氣口連接，所述氣體流量計(jì)與所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接，所述混合室上還連接有氣罐；在連接所述排出氣體分析儀與所述空氣泵的管路上設(shè)有第五閥門(mén)，所述排出氣體分析儀上設(shè)有排空支管，所述排空支管上設(shè)有第三閥門(mén)，所述空氣泵設(shè)有進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管設(shè)有第四閥門(mén)，在連接所述混合室和所述通入氣體分析儀的管路上設(shè)有第六閥門(mén)，在連接所述混合室和所述氣罐的管路上設(shè)有第七閥門(mén)，在連接所述氣體流量計(jì)和所述第一管式光生物反應(yīng)器進(jìn)氣口的管路上設(shè)有第八閥門(mén)，在連接所述排出氣體分析儀和所述第一管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第一閥門(mén)，在連接所述排出氣體分析儀和所述第二管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第二閥門(mén)；所述液體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的溶氧儀、pH調(diào)節(jié)器、儲(chǔ)液罐和液體流量計(jì)，所述溶氧儀經(jīng)第十一閥門(mén)與所述第一管式光生物反應(yīng)器的排液口連接，所述溶氧儀經(jīng)第十二閥門(mén)與所述第二管式光生物反應(yīng)器的排液口連接；所述儲(chǔ)液罐依次經(jīng)由第二蠕動(dòng)泵和第十閥門(mén)與所述第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，所述儲(chǔ)液罐依次經(jīng)由第九閥門(mén)和第一蠕動(dòng)泵與所述第一管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，所述PH調(diào)節(jié)器通過(guò)檢測(cè)藻液的pH反饋信號(hào)控制所述第七閥門(mén)的啟閉；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器采集源自溫度檢測(cè)控制器、 PH調(diào)節(jié)器、溶氧儀、液體流量計(jì)、氣體流量計(jì)、通入氣體分析儀和排出氣體分析儀的數(shù)據(jù)；所述恒溫水系統(tǒng)包括與所述恒溫水池通過(guò)進(jìn)水管和回水管連接的恒溫水槽，所述進(jìn)水管上設(shè)有真空泵，所述真空泵由所述溫度檢測(cè)控制器根據(jù)其檢測(cè)到的藻液的溫度信號(hào)進(jìn)行控制。所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器均為自清潔型管式光生物反應(yīng)器，所述自清潔型管式光生物反應(yīng)器包括所述進(jìn)氣口、所述排氣口和透明套管，所述透明套管的兩端均設(shè)有與其密封連接的法蘭，所述透明套管一端的法蘭上設(shè)有所述進(jìn)液口，所述透明套管另一端的法蘭上設(shè)有所述排液口，所述透明套管內(nèi)設(shè)有螺旋軸，所述螺旋軸被支承在所述透明套管兩端的法蘭上， 且一端連接有驅(qū)動(dòng)裝置；所述透明套管上設(shè)有與其中心線平行的軌道，所述軌道上裝有T型滑塊，所述T型滑塊上固定有清潔頭，所述清潔頭適配地裝在所述螺旋軸的螺旋槽內(nèi)。所述螺旋軸的螺旋外緣上固定有清潔塊，所述清潔塊與所述透明套管的內(nèi)壁接觸。所述螺旋軸上設(shè)有中空通道，所述中空通道上設(shè)有所述進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口與所述驅(qū)動(dòng)裝置分設(shè)在所述螺旋軸的兩端；所述螺旋軸上設(shè)有與所述中空通道相通的徑向?qū)Я骺?。所述透明套管上設(shè)有排氣槽，所述排氣槽與所述透明套管的中心線平行，所述排氣槽上設(shè)有與所述透明套管固接的罩體，所述罩體上設(shè)有所述排氣口。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1)通過(guò)在裝置設(shè)置氣體循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)采用氣體分析儀檢測(cè)微藻處理前后的氣體成分，可以測(cè)定微藻固碳、處理廢氣的能力，以及混合氣中不同氣體成分、含量對(duì)微藻生長(zhǎng)和油脂積累的影響。2)通過(guò)在裝置中設(shè)置液體循環(huán)系統(tǒng)，使藻液在兩個(gè)并聯(lián)的管式光生物反應(yīng)器中循環(huán)，可模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的培養(yǎng)環(huán)境，優(yōu)化擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)的環(huán)境參數(shù)，同時(shí)可測(cè)定微藻處理污水的能力。3)通過(guò)在裝置中設(shè)置恒溫水系統(tǒng)，溫度檢測(cè)控制器自動(dòng)的控制真空泵的啟停，可以實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)恒溫水槽中的溫度，保持管式光生物反應(yīng)器溫度的均勻恒定。4)通過(guò)裝置中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)微藻和培養(yǎng)環(huán)境的物理參數(shù)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)及時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。5)通過(guò)采用自清潔型管式光生物反應(yīng)器，在透明套管內(nèi)設(shè)置螺旋軸，并在螺旋軸上設(shè)置清潔部件的結(jié)構(gòu)，使其在微藻培養(yǎng)的過(guò)程中，微藻難以附著，無(wú)法貼壁生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了自清潔的功能。進(jìn)一步地，通過(guò)采用在螺旋軸上設(shè)中空通道和徑向?qū)Я骺椎慕Y(jié)構(gòu)，氣體通過(guò)中空通道和徑向?qū)Я骺字苯泳鶆虻胤稚⒌焦馍锓磻?yīng)器內(nèi)部，該通氣方法一方面使通過(guò)螺旋軸上徑向?qū)Я骺着懦龅臍怏w沖刷螺旋軸表面，達(dá)到微藻難以在螺旋軸表面附著生長(zhǎng)的目的，另一方面可配合螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)加強(qiáng)反應(yīng)器中微藻、培養(yǎng)基、空氣的混合，達(dá)到強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的作用。6)另外本發(fā)明也考慮到了氣液分離問(wèn)題，通過(guò)采用在自清潔型管式光生物反應(yīng)器透明套管上形成排氣通道的結(jié)構(gòu)，可以及時(shí)地將廢氣和溶解氧排出，使整個(gè)系統(tǒng)中減少了獨(dú)立的氣液分離裝置。綜上所述，本發(fā)明結(jié)合了以研究微藻生長(zhǎng)機(jī)理類(lèi)和以擴(kuò)大培養(yǎng)類(lèi)為目的的培養(yǎng)系統(tǒng)的長(zhǎng)處，并且吸取了管式光生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，不僅可優(yōu)化微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的環(huán)境參數(shù)，并且可以研究微藻固定(X)2以及處理不同廢氣、污水的能力。此培養(yǎng)系統(tǒng)解決了實(shí)驗(yàn)室模擬擴(kuò)大連續(xù)培養(yǎng)的限制且培養(yǎng)效果好、光利用率高、生產(chǎn)可控性好、增加了培養(yǎng)密度，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。可用于培養(yǎng)微藻、生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品或提供水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料等。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A剖面圖。圖中:1、ρΗ調(diào)節(jié)器；2、溶氧儀；3、第一閥門(mén)；4、第二閥門(mén)；5、數(shù)據(jù)采集器；6、排出氣體分析儀；7、第三閥門(mén)；8、第四閥門(mén)；9、第五閥門(mén)；10、空氣泵；11、混合室；12、第六閥門(mén)；13、第七閥門(mén)；14、氣罐；15、通入氣體分析儀；16、氣體流量計(jì)；17、第八閥門(mén)；18、第九閥門(mén)；19、第一蠕動(dòng)泵；20、第十閥門(mén)；21、液體流量計(jì)；22、第二蠕動(dòng)泵；23、儲(chǔ)液罐；24、第一光生物反應(yīng)器；25、恒溫水池；26、第i^一閥門(mén)1 ；27、恒溫水槽；28、真空泵；29、溫度檢測(cè)控制器；30、第十二閥門(mén)，31、第二光生物反應(yīng)器；32、透明套管；33、螺旋軸；34、排氣口 ；35、 徑向?qū)Я骺祝?6、法蘭；37、排液口 ；38、進(jìn)氣口 ；39、清潔塊；40、軌道；41、進(jìn)液口 ；42、驅(qū)動(dòng)裝置；43、T型滑塊；44、清潔頭，45、排氣槽，46、罩體。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參閱圖1，一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括相互并聯(lián)的第一管式光生物反應(yīng)器M和第二管式光生物反應(yīng)器31、氣體循環(huán)系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和恒溫水系統(tǒng)。上述第一管式光生物反應(yīng)器M和第二管式光生物反應(yīng)器31置于恒溫水池25內(nèi)， 且均設(shè)有進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和排氣口。上述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的氣體流量計(jì)16、通入氣體分析儀15、混合室 11、空氣泵10和排出氣體分析儀6，排出氣體分析儀6與第一管式光生物反應(yīng)器和第二管式光生物反應(yīng)器的排氣口連接，氣體流量計(jì)16與第一管式光生物反應(yīng)器和第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接，混合室11上還連接有氣罐14 ；在連接排出氣體分析儀6與空氣泵10 的管路上設(shè)有第五閥門(mén)9，排出氣體分析儀6上設(shè)有排空支管，排空支管上設(shè)有第三閥門(mén)7， 空氣泵10設(shè)有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管設(shè)有第四閥門(mén)8，在連接混合室11和通入氣體分析儀15的管路上設(shè)有第六閥門(mén)12，在連接混合室11和氣罐14的管路上設(shè)有第七閥門(mén)13，在連接氣體流量計(jì)16和第一管式光生物反應(yīng)器進(jìn)氣口的管路上設(shè)有第八閥門(mén)17，在連接排出氣體分析儀6和第一管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第一閥門(mén)3，在連接排出氣體分析儀6 和第二管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第二閥門(mén)4。上述氣體循環(huán)系統(tǒng)的主要作用是壓縮并過(guò)濾環(huán)境中的空氣，通過(guò)在混合室中與來(lái)自氣罐中不同的氣體進(jìn)行配比，將混合氣輸送至兩個(gè)管式光生物反應(yīng)器，為微藻生長(zhǎng)提供氣體。同時(shí)該系統(tǒng)可對(duì)氣體成分進(jìn)行調(diào)節(jié)、分析，反映不同微藻對(duì)不同氣體的處理能力。經(jīng)排出氣體分析儀6排出的氣體可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌蛑苯优湃氪髿猓虿⑷牖旌鲜依^續(xù)參與循環(huán)。上述液體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的溶氧儀2、pH調(diào)節(jié)器1、儲(chǔ)液罐23和液體流量計(jì) 21，溶氧儀2經(jīng)第十一閥門(mén)沈與第一管式光生物反應(yīng)器的排液口連接，溶氧儀2經(jīng)第十二閥門(mén)30與第二管式光生物反應(yīng)器的排液口連接；儲(chǔ)液罐23依次經(jīng)由第二蠕動(dòng)泵22和第十閥門(mén)20與第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，儲(chǔ)液罐23依次經(jīng)由第九閥門(mén)18和第一蠕動(dòng)泵19與第一管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，pH調(diào)節(jié)器1通過(guò)檢測(cè)藻液的pH反饋信號(hào)控制第七閥門(mén)13的啟閉。上述液體循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)介質(zhì)為微藻及其培養(yǎng)液，來(lái)自?xún)?chǔ)液罐的藻液在蠕動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)液體流量計(jì)進(jìn)入光生物反應(yīng)器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌梢钥刂崎y門(mén)的狀態(tài)，使藻液經(jīng)一個(gè)光生物反應(yīng)器排出，或在兩根相同的管式光生物反應(yīng)器中循環(huán)，光生物反應(yīng)器排出的液體經(jīng)溶氧儀與PH調(diào)節(jié)器分析后送回儲(chǔ)液罐。通過(guò)對(duì)光生物反應(yīng)器前后的藻液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)微藻生長(zhǎng)的不同時(shí)期對(duì)環(huán)境的影響，及時(shí)地對(duì)藻液進(jìn)行調(diào)節(jié)，使微藻始終處于最佳的生長(zhǎng)狀況下；在模擬擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)。此時(shí)可用反應(yīng)器的尺寸、藻液的流速以及藻液的循環(huán)次數(shù)來(lái)反映微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的狀況。上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器5，數(shù)據(jù)采集器5采集源自溫度檢測(cè)控制器四、 PH調(diào)節(jié)器1、溶氧儀2、液體流量計(jì)21、氣體流量計(jì)16、通入氣體分析儀15和排出氣體分析儀6的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的主要作用是在線收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析，溶氧儀2、液體流量計(jì)21、氣體流量計(jì)16、通入氣體分析儀15和排出氣體分析儀6均為在線采集儀器，采集后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接送入數(shù)據(jù)采集器5 ；pH調(diào)節(jié)器1、溫度檢測(cè)控制器四則在自動(dòng)檢測(cè)并反饋調(diào)節(jié)后，將調(diào)節(jié)后的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集器5，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的反映并調(diào)控實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行狀況。上述恒溫水系統(tǒng)包括與恒溫水池25通過(guò)進(jìn)水管和回水管連接的恒溫水槽27，進(jìn)水管上設(shè)有真空泵觀，真空泵28由溫度檢測(cè)控制器四根據(jù)其檢測(cè)到的藻液的溫度信號(hào)進(jìn)行控制。當(dāng)溫度檢測(cè)控制器四檢測(cè)到光生物反應(yīng)器出口處溫度低于設(shè)定值下限時(shí)，溫度檢測(cè)控制器四控制真空泵28開(kāi)啟，恒溫水在恒溫水槽27與恒溫水池25之間循環(huán)，當(dāng)檢測(cè)到光生物反應(yīng)器出口處溫度高于設(shè)定值上限時(shí)，溫度檢測(cè)控制器四則控制真空泵觀停止工作，之后溫度檢測(cè)控制器四將調(diào)節(jié)后的溫度值傳輸至數(shù)據(jù)采集器5中。該系統(tǒng)可控制水池中水溫的恒定。該系統(tǒng)主要是為微藻的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度。在氣體循環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)以模擬擴(kuò)大培養(yǎng)微藻為目的時(shí)，第一閥門(mén)3、第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7、第四閥門(mén)8、第六閥門(mén)12、第八閥門(mén)17開(kāi)啟，第五閥門(mén)9、第七閥門(mén)13關(guān)閉，此時(shí)空氣泵壓縮空氣，通過(guò)通入氣體分析儀15進(jìn)入第一光生物反應(yīng)器M和第二光生物反應(yīng)器 31。氣罐14為裝置提供pH調(diào)節(jié)氣，通過(guò)pH調(diào)節(jié)器1檢測(cè)到的藻液pH反饋信號(hào)來(lái)控制第七閥門(mén)13的開(kāi)閉；當(dāng)以研究微藻最佳培養(yǎng)條件為目的時(shí)，第二閥門(mén)4、第三閥門(mén)7、第四閥門(mén) 8、第六閥門(mén)12開(kāi)啟，第一閥門(mén)3、第五閥門(mén)9、第七閥門(mén)13、第八閥門(mén)17關(guān)閉，此時(shí)可以通過(guò)空氣和氣罐14中不同氣體進(jìn)行配比混合，同時(shí)通過(guò)排出氣體分析儀6與通入氣體分析儀15 分析微藻處理前后氣體成分的變化；當(dāng)以研究微藻最大固碳量和對(duì)不同廢氣的最大處理能力為目的時(shí)，第二閥門(mén)4、第五閥門(mén)9、第六閥門(mén)12開(kāi)啟，第一閥門(mén)3、第三閥門(mén)7、第四閥門(mén) 8、第七閥門(mén)13、第八閥門(mén)17關(guān)閉，此時(shí)氣體在排出氣體分析儀6、第一光生物反應(yīng)器M以及混合室11之間循環(huán)。在液體循環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)以研究微藻最佳生長(zhǎng)條件或者油脂合成機(jī)理為目的時(shí)，第十閥門(mén)20、第十二閥門(mén)30開(kāi)啟，第九閥門(mén)18、第十一閥門(mén)沈關(guān)閉，液體循環(huán)速度由第二蠕動(dòng)泵22進(jìn)行控制，pH調(diào)節(jié)器1、溶氧儀2、液體流量計(jì)21可實(shí)時(shí)的對(duì)藻液的物理性質(zhì)行進(jìn)監(jiān)測(cè)，為確定條件的單一變量，此時(shí)可依據(jù)數(shù)據(jù)采集器5中顯示的pH值，使用緩沖劑手動(dòng)的對(duì)入口藻液進(jìn)行的PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)；在以模擬擴(kuò)大培養(yǎng)為目的時(shí)，第九閥門(mén)18、第十一閥門(mén) 26開(kāi)啟，第十閥門(mén)20、第十二閥門(mén)30關(guān)閉，使藻液在第一光生物反應(yīng)器對(duì)和第二光生物反應(yīng)器31中循環(huán)，并對(duì)反應(yīng)器前后的藻液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)微藻不同的生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)環(huán)境的影響，及時(shí)地對(duì)藻液進(jìn)行調(diào)節(jié)，使微藻始終處于最佳的生長(zhǎng)狀況下?？赏ㄟ^(guò)PH調(diào)節(jié)器1 檢測(cè)到的藻液的PH反饋信號(hào)控制第七閥門(mén)13的開(kāi)閉來(lái)調(diào)節(jié)氣罐中氣體進(jìn)入混合室11的速度，氣罐14中可以裝入不同的氣體，也可使用多個(gè)氣罐，通過(guò)此方式控制酸性氣體CO2、堿性氣體NH3等在混合室中的比例。此時(shí)可用反應(yīng)器的尺寸、藻液的流速以及藻液的循環(huán)次數(shù)來(lái)反應(yīng)擴(kuò)大培養(yǎng)微藻的狀況。上述第一光生物反應(yīng)器M和第二光生物反應(yīng)器31均為自清潔型管式光生物反應(yīng)器，請(qǐng)參閱圖2 圖3，自清潔型管式光生物反應(yīng)器包括透明套管32，透明套管32的兩端均設(shè)有與其密封連接的法蘭36，透明套管一端的法蘭36上設(shè)有進(jìn)液口 41，透明套管另一端的法蘭36上設(shè)有排液口 37，透明套管32內(nèi)設(shè)有螺旋軸33，螺旋軸33被支承在透明套管兩端的法蘭36上，且一端連接有驅(qū)動(dòng)裝置42，螺旋軸33的螺旋外緣上固定有清潔塊39，清潔塊 39與透明套管32的內(nèi)壁接觸；透明套管32上設(shè)有與其中心線平行的軌道40，軌道40上裝有T型滑塊43，T型滑塊上固定有清潔頭44，清潔頭44適配地裝在螺旋軸的螺旋槽內(nèi)。在螺旋軸上設(shè)有中空通道，中空通道上設(shè)有進(jìn)氣口 38，進(jìn)氣口 38與驅(qū)動(dòng)裝置42分設(shè)在螺旋軸33的兩端；螺旋軸33上設(shè)有與中空通道相通的徑向?qū)Я骺?5。在透明套管32上設(shè)有排氣槽45，排氣槽45與透明套管32的中心線平行，排氣槽 45上設(shè)有與透明套管32固接的罩體46，罩體46上設(shè)有排氣口 34。
透明套管32的外徑為100 200mm，擴(kuò)大培養(yǎng)階段，透明套管長(zhǎng)度可視所培養(yǎng)的微藻周期和培養(yǎng)液流速的不同而確定，透明套管的厚度為5 15mm，材料為透光性好的樹(shù)脂材料；螺旋軸33的直徑為30 60mm，中空通道內(nèi)徑為10 20mm，螺距為4 10倍的直徑，材料為樹(shù)脂材料。在應(yīng)用過(guò)程中，過(guò)濾后的空氣經(jīng)螺旋軸上的進(jìn)氣口 38和導(dǎo)流孔35進(jìn)入光生物反應(yīng)器內(nèi)部，通過(guò)在過(guò)濾空氣中直接混入酸性氣體(X)2或堿性氣體NH3直接對(duì)培養(yǎng)液的pH進(jìn)行控制，溶解氧以及未吸收的CO2等氣體則由排氣口 34排出。螺旋軸33的轉(zhuǎn)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)裝置 42帶動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置可根據(jù)培養(yǎng)微藻的種類(lèi)、光照強(qiáng)度、培養(yǎng)液流動(dòng)速度等因素調(diào)整螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)的啟停和轉(zhuǎn)速。培養(yǎng)液由進(jìn)液口 41進(jìn)入光生物反應(yīng)器，反應(yīng)后的培養(yǎng)液由排液口 37排出ο在光生物反應(yīng)器需要清潔時(shí)，只需要將裝有清潔頭的T型滑塊43裝在軌道40上， 通過(guò)螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)即可帶動(dòng)T型滑塊和清潔頭沿著軌道作業(yè)，對(duì)光生物反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行清理。對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的清理，能夠延長(zhǎng)反應(yīng)器的使用周期，降低工作強(qiáng)度，減少能量消耗，提高工作效率。使氣體通過(guò)中空通道和徑向?qū)Я骺字苯泳鶆虻胤稚⒌焦馍锓磻?yīng)器內(nèi)部，能夠使微藻更充分地接觸氣體，同時(shí)使進(jìn)入反應(yīng)器的氣體可沖刷螺旋軸表面，加強(qiáng)螺旋軸表面的流體流動(dòng)，減小微藻貼壁生長(zhǎng)的可能性，本發(fā)明中的氣體供給方式不僅增大了流體的擾動(dòng)， 而且可配合螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，有效地增加單位(X)2接觸面積和氧氣的析出。在光照強(qiáng)度比較高的季節(jié)和地區(qū)進(jìn)行微藻的培養(yǎng)容易使微藻產(chǎn)生光抑制和光飽和，在本發(fā)明中可以通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速和培養(yǎng)液的流速來(lái)調(diào)節(jié)微藻的光暗比，以此改善微藻的培養(yǎng)環(huán)境。光生物反應(yīng)器的培養(yǎng)溫度由恒溫水調(diào)控，整個(gè)反應(yīng)器是浸入到水池中，對(duì)于水池的水的溫度調(diào)節(jié)，可引入海水，利用海水溫差變化小的特點(diǎn)，維持培養(yǎng)環(huán)境的溫度。在技術(shù)可行的情況下也可將此系統(tǒng)引入海中培養(yǎng)，較少土地的占用面積；可以和熱電廠、制藥廠相結(jié)合，利用工廠低品位的廢熱，來(lái)控制培養(yǎng)環(huán)境的溫度；可以結(jié)合地?zé)醿?yōu)勢(shì)，利用地?zé)峁┡虬l(fā)電的廢熱，來(lái)控制培養(yǎng)環(huán)境的溫度。為結(jié)合實(shí)際情況和節(jié)能減排的要求，本發(fā)明不采用內(nèi)置光源和人工光源，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程均使用自然光。上述光生物反應(yīng)器是基于擴(kuò)大培養(yǎng)微藻而設(shè)計(jì)的光生物反應(yīng)器，但是在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模培養(yǎng)時(shí)可對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行模擬處理，如在實(shí)驗(yàn)室模擬階段可采用太陽(yáng)光模擬器對(duì)實(shí)驗(yàn)管段進(jìn)行照射；微藻培養(yǎng)液的PH值由安裝在光生物反應(yīng)器上的pH器進(jìn)行控制；由恒溫水槽提供恒溫水。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括相互并聯(lián)的第一管式光生物反應(yīng)器和第二管式光生物反應(yīng)器、氣體循環(huán)系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和恒溫水系統(tǒng)；所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器置于恒溫水池內(nèi)，且均設(shè)有進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和排氣口 ；所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的氣體流量計(jì)、通入氣體分析儀、混合室、空氣泵和排出氣體分析儀，所述排出氣體分析儀與所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器的排氣口連接，所述氣體流量計(jì)與所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接，所述混合室上還連接有氣罐；在連接所述排出氣體分析儀與所述空氣泵的管路上設(shè)有第五閥門(mén)，所述排出氣體分析儀上設(shè)有排空支管，所述排空支管上設(shè)有第三閥門(mén)，所述空氣泵設(shè)有進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管設(shè)有第四閥門(mén)，在連接所述混合室和所述通入氣體分析儀的管路上設(shè)有第六閥門(mén)，在連接所述混合室和所述氣罐的管路上設(shè)有第七閥門(mén)，在連接所述氣體流量計(jì)和所述第一管式光生物反應(yīng)器進(jìn)氣口的管路上設(shè)有第八閥門(mén)，在連接所述排出氣體分析儀和所述第一管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第一閥門(mén)，在連接所述排出氣體分析儀和所述第二管式光生物反應(yīng)器排氣口的管路上設(shè)有第二閥門(mén)；所述液體循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的溶氧儀、PH調(diào)節(jié)器、儲(chǔ)液罐和液體流量計(jì)，所述溶氧儀經(jīng)第十一閥門(mén)與所述第一管式光生物反應(yīng)器的排液口連接，所述溶氧儀經(jīng)第十二閥門(mén)與所述第二管式光生物反應(yīng)器的排液口連接；所述儲(chǔ)液罐依次經(jīng)由第二蠕動(dòng)泵和第十閥門(mén)與所述第二管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，所述儲(chǔ)液罐依次經(jīng)由第九閥門(mén)和第一蠕動(dòng)泵與所述第一管式光生物反應(yīng)器的進(jìn)液口連接，所述PH調(diào)節(jié)器通過(guò)檢測(cè)藻液的PH反饋信號(hào)控制所述第七閥門(mén)的啟閉；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器采集源自溫度檢測(cè)控制器、PH調(diào)節(jié)器、溶氧儀、液體流量計(jì)、氣體流量計(jì)、通入氣體分析儀和排出氣體分析儀的數(shù)據(jù)；所述恒溫水系統(tǒng)包括與所述恒溫水池通過(guò)進(jìn)水管和回水管連接的恒溫水槽，所述進(jìn)水管上設(shè)有真空泵，所述真空泵由所述溫度檢測(cè)控制器根據(jù)其檢測(cè)到的藻液的溫度信號(hào)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器均為自清潔型管式光生物反應(yīng)器，所述自清潔型管式光生物反應(yīng)器包括所述進(jìn)氣口、所述排氣口和透明套管，所述透明套管的兩端均設(shè)有與其密封連接的法蘭，所述透明套管一端的法蘭上設(shè)有所述進(jìn)液口，所述透明套管另一端的法蘭上設(shè)有所述排液口，所述透明套管內(nèi)設(shè)有螺旋軸，所述螺旋軸被支承在所述透明套管兩端的法蘭上，且一端連接有驅(qū)動(dòng)裝置；所述透明套管上設(shè)有與其中心線平行的軌道，所述軌道上裝有T型滑塊，所述T型滑塊上固定有清潔頭，所述清潔頭適配地裝在所述螺旋軸的螺旋槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述螺旋軸的螺旋外緣上固定有清潔塊，所述清潔塊與所述透明套管的內(nèi)壁接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述螺旋軸上設(shè)有中空通道，所述中空通道上設(shè)有所述進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口與所述驅(qū)動(dòng)裝置分設(shè)在所述螺旋軸的兩端；所述螺旋軸上設(shè)有與所述中空通道相通的徑向?qū)Я骺住?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述透明套管上設(shè)有排氣槽，所述排氣槽與所述透明套管的中心線平行，所述排氣槽上設(shè)有與所述透明套管固接的罩體，所述罩體上設(shè)有所述排氣口。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模擬微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的封閉連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括相互并聯(lián)的第一管式光生物反應(yīng)器和第二管式光生物反應(yīng)器、氣體循環(huán)系統(tǒng)、液體循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和恒溫水系統(tǒng)；所述第一管式光生物反應(yīng)器和所述第二管式光生物反應(yīng)器置于恒溫水池內(nèi)，且均設(shè)有進(jìn)液口、進(jìn)氣口、排液口和排氣口；所述氣體循環(huán)系統(tǒng)連接在所述進(jìn)氣口和所述排氣口之間，所述液體循環(huán)系統(tǒng)連接在進(jìn)液口和排液口之間；所述恒溫水系統(tǒng)與恒溫水池連接。本發(fā)明結(jié)合了以研究微藻生長(zhǎng)機(jī)理類(lèi)和以擴(kuò)大培養(yǎng)類(lèi)為目的的培養(yǎng)系統(tǒng)的長(zhǎng)處，并且吸取了管式光生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，不僅可優(yōu)化微藻擴(kuò)大培養(yǎng)的環(huán)境參數(shù)，并且可以研究微藻固定CO2以及處理不同廢氣、污水的能力。
文檔編號(hào)C12M1/34GK102533528SQ20121000940
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者井廣寧, 呂夢(mèng)夢(mèng), 張恒, 楊俊紅, 謝輝 申請(qǐng)人:天津大學(xué)