一種高密度培養(yǎng)耦合預(yù)采收微藻的膜光生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高密度培養(yǎng)耦合預(yù)采收微藻的膜光生物反應(yīng)器，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻具有光能利用效率高、營養(yǎng)豐富、生長繁殖迅速、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)和容易培養(yǎng)等重要特性，現(xiàn)已有越來越多的藻類產(chǎn)品問世，微藻的培養(yǎng)和產(chǎn)品開發(fā)已成為當(dāng)今生物技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是，目前培養(yǎng)技術(shù)的不成熟，導(dǎo)致微藻生產(chǎn)成本高、效率低；同時(shí)，采收微藻生物質(zhì)也是一個(gè)主要的難題，這是由于微藻很小，培養(yǎng)濃度較低，密度和水相近，且表面帶負(fù)電荷，在培養(yǎng)基中會(huì)形成均一的體系，給采收過程帶來很大難度。因此在微藻培養(yǎng)和采收過程中能量投入很高，制約了微藻的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化利用。
[0003]目前，微藻培養(yǎng)主要有開放式和封閉式兩類光生物反應(yīng)器。開放式光生物反應(yīng)器構(gòu)造簡單，成本低廉及操作簡單，但存在容易受外界污染、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等問題。封閉式光生物反應(yīng)器可進(jìn)行無菌操作，培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可高密度培養(yǎng)，已成為今后發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器沒有固液分離功能，反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間和微藻的停留時(shí)間是相同的，因此，在連續(xù)培養(yǎng)和采收藻產(chǎn)品過程中，傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器中最不利的限制條件是沖刷問題，即隨著培養(yǎng)和采收微藻過程的進(jìn)行，光生物反應(yīng)器中生物量濃度越來越低。因此，光生物反應(yīng)器通常就在最適的稀釋率下運(yùn)行，來達(dá)到最大的生物量產(chǎn)率，但最適稀釋率比較小，這導(dǎo)致培養(yǎng)系統(tǒng)中可獲得的微藻生物量濃度很低，在后續(xù)采收過程成本很高。
[0004]為了解決這個(gè)問題，本實(shí)用新型提供了一種高密度培養(yǎng)耦合預(yù)采收微藻的膜光生物反應(yīng)器，通過膜光生物反應(yīng)器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)停留時(shí)間和稀釋率之間的分離。通過膜的滲透作用，培養(yǎng)液濾過而微藻細(xì)胞完全被截留，從而防止沖刷問題產(chǎn)生，增加反應(yīng)器中的生物質(zhì)濃度，同時(shí)減少后續(xù)采收環(huán)節(jié)的脫水量，減少采收成本；生物質(zhì)濃度也可以通過部分回流濃藻液而得到更好的控制。同時(shí)，滲透液可以再利用做為微藻培養(yǎng)液。此外，膜過濾操作簡單，不需要類似于助凝劑和絮凝劑等化學(xué)藥品，這使得采收的微藻或者回流的滲透液中不會(huì)存在化學(xué)物質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種高密度培養(yǎng)耦合預(yù)采收微藻的膜光生物反應(yīng)器，通過安裝在光生物反應(yīng)器主體中的內(nèi)置式膜滲透裝置或者過濾槽中外置式膜滲透裝置，對(duì)微藻在反應(yīng)器中的停留時(shí)間和濃度進(jìn)行人工調(diào)控，增大反應(yīng)器中生物量濃度，實(shí)現(xiàn)微藻的高密度培養(yǎng)，并定期進(jìn)行微藻的預(yù)采收；同時(shí)循環(huán)利用滲透液，節(jié)約微藻培養(yǎng)成本。
[0006]本實(shí)用新型的目的是一種高密度培養(yǎng)耦合預(yù)采收微藻的膜光生物反應(yīng)器。
[0007]所述膜光生物反應(yīng)器包括光生物反應(yīng)裝置、光照裝置、氣體供給裝置、膜滲透裝置、過濾槽、滲透液收集裝置；所述光照裝置位于光生物反應(yīng)裝置外側(cè)；所述光生物反應(yīng)裝置上部設(shè)有第一進(jìn)樣口和出氣口，下部設(shè)有第一出樣口和第一膜組件卡槽，底部設(shè)有第一微孔曝氣管；所述氣體供給裝置通過管道與光生物反應(yīng)裝置底部的第一微孔曝氣管相連；所述膜滲透裝置能直接安裝在光生物反應(yīng)裝置內(nèi)或者安裝在通過管道與光生物反應(yīng)裝置相連的過濾槽中；所述膜滲透裝置和滲透液收集裝置通過蠕動(dòng)栗相連；所述滲透液收集裝置通過循環(huán)管道與光生物反應(yīng)裝置相連。
[0008]所述膜滲透裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，外置式安裝時(shí)是安裝在通過管道與光生物反應(yīng)裝置相連的過濾槽中，所述過濾槽上部設(shè)有第二進(jìn)樣口，下部設(shè)有第二出樣口、第二膜組件卡槽，底部設(shè)有第二微孔曝氣管；所述第二微孔曝氣管與氣體供給裝置相連。光生物反應(yīng)裝置和過濾槽上均設(shè)有膜組件卡槽，當(dāng)位置空間有限時(shí)，可選擇內(nèi)置式安裝膜滲透裝置，即將膜滲透裝置直接安裝在光生物反應(yīng)裝置中，使膜光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)約所占空間；當(dāng)不受位置空間的限制或要獲得更大的生物量產(chǎn)率時(shí)，可選擇外置式安裝膜滲透裝置，即將膜滲透裝置安裝在與光生物反應(yīng)裝置相連的過濾槽中，通過膜滲透裝置的過濾作用，過濾槽中藻液濃度很高，采收濃藻液提高產(chǎn)率，這樣可以避免光生物反應(yīng)裝置中生物量濃度過高時(shí)產(chǎn)生的光遮蔽現(xiàn)象，同時(shí)部分回流過濾槽中濃藻液至光生物反應(yīng)裝置，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，保持光生物反應(yīng)裝置中最適生長的藻液濃度。
[0009]所述光生物反應(yīng)裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，頂部法蘭固定并密封。密封的生長環(huán)境可以防止外界污染，確保穩(wěn)定的培養(yǎng)條件。
[0010]所述法蘭，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，其上設(shè)有孔，可以插入所需在線監(jiān)測探頭，方便檢測培養(yǎng)過程。
[0011]所述法蘭，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，其上插入溶氧檢測探頭、pH檢測探頭和CO2檢測探頭。根據(jù)溶氧檢測探頭、pH檢測探頭的在線監(jiān)測數(shù)值，隨時(shí)調(diào)節(jié)培養(yǎng)液中溶氧濃度和PH值，維持微藻最佳的生長條件；根據(jù)微藻生長需要，通入CO2時(shí)，當(dāng)CO2檢測探頭檢測到培養(yǎng)液上方0)2濃度較高時(shí)，停止繼續(xù)通入氣體，培養(yǎng)液上方中的CO 2可以緩慢溶入培養(yǎng)液中被充分利用，從而節(jié)約0)2的用量。
[0012]所述第一微孔曝氣管、第二微孔曝氣管、第一出樣口、第二出樣口處裝有閥門，控制開關(guān)。微孔曝氣管形成的氣泡微小，不僅有利于0)2溶解于培養(yǎng)液中，大幅度提高0)2在水中停留時(shí)間，而且氣泡會(huì)起到攪拌作用，有效的保證了反應(yīng)裝置內(nèi)部藻液營養(yǎng)分布均勻一致，避免光生物反應(yīng)裝置內(nèi)存在的死角問題，降低細(xì)胞貼壁生長，提高微藻培養(yǎng)效率。第一出樣口、第二出樣口處裝有閥門，方便取樣。
[0013]所述氣體供給裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，包括空氣供給裝置和0)2供給裝置，空氣供給裝置和CO2供給裝置上分別連接氣體流量計(jì)。使用氣體流量計(jì)可以將通氣量控制在微藻生長所需范圍，根據(jù)微藻在不同生長時(shí)期的生長需求，調(diào)節(jié)向培養(yǎng)液中通入的空氣/C(V混合氣體比例和通入量，滿足微藻生長需要。此外，通過控制膜滲透裝置底部的微孔曝氣管的曝氣量，對(duì)膜片表面進(jìn)行有效的水力沖刷，防止在抽濾過程中微藻細(xì)胞在膜表面過度淤積，在運(yùn)行過程中就對(duì)膜表面的污染起到控制作用。
[0014]所述膜滲透裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，使用的膜為平板微濾膜。根據(jù)藻種和培養(yǎng)條件的不同，選用不同規(guī)格的平板微濾膜，將微藻細(xì)胞完全截留在光生物反應(yīng)裝置或過濾槽中。平板微濾膜機(jī)械強(qiáng)度高，清洗簡單更換方便，運(yùn)行費(fèi)用低，使用壽命長。
[0015]所述平板微濾膜，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，通過硅膠管與蠕動(dòng)栗相連接。根據(jù)不同藻種和培養(yǎng)體系的特點(diǎn)來篩選不同的膜材料及膜孔徑。膜材料可以是PVDF、PTEE、PVC、PE或尼龍材質(zhì)等，膜孔徑可以是0.4?4.0微米孔徑的膜片。
[0016]所述循環(huán)管道，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，其一端連接到光生物反應(yīng)裝置的上部。通過循環(huán)管道，將滲透液回流至光生物反應(yīng)裝置中，作為微藻培養(yǎng)液再利用，重復(fù)利用水資源和營養(yǎng)鹽，降低微藻培養(yǎng)成本。
[0017]所述光照裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，是一個(gè)或者多個(gè)，位于光生物反應(yīng)裝置的兩側(cè)或者多側(cè)或者四周。所述光照裝置可以采用自然光源或人造光源。
[0018]所述滲透液收集裝置，在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，其上設(shè)有第三出樣口，可以直接排放出滲透液。
[0019]在本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中，所述光生物反應(yīng)裝置與過濾槽的連接管道上、膜滲透裝置與滲透液收集裝置的連接管道上、滲透液收集裝置與光生物反應(yīng)裝置的連接管道上，均設(shè)有流量計(jì)?？梢酝ㄟ^流量計(jì)控制微藻的培養(yǎng)條件。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果是:(I)本實(shí)用新型的膜光生物反應(yīng)器為兩用裝置，膜滲透裝置可以內(nèi)置于光生物反應(yīng)裝置內(nèi)，或者是外置于過濾槽中，方便實(shí)驗(yàn)者根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件或需求而選擇；(2)在蠕動(dòng)栗的抽濾作用下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)藻液的內(nèi)置式和外置式的過濾，微藻細(xì)胞被完全截留在光生物反應(yīng)裝置或過濾槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)微藻的高密度培養(yǎng)，并定期排出濃藻液、預(yù)采收微藻；外置式過濾時(shí)，可將過濾槽中濃藻液部分回流至光生物反應(yīng)裝置中，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，保持光生物反應(yīng)裝置中最適的生物量濃度，獲得最大生物量產(chǎn)率；同時(shí)，經(jīng)蠕動(dòng)栗抽濾出的滲透液循環(huán)利用，節(jié)約微藻培養(yǎng)成本；(3)微孔曝氣管、取樣口、閥門、法蘭、在線監(jiān)測探頭、流量計(jì)等的聯(lián)合使用，便于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和監(jiān)