專利名稱：一種水生光合生物立體培養(yǎng)裝置及其構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水生光合生物培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方法，尤其是微藻。
技術(shù)背景大規(guī)模培養(yǎng)光合生物，如微藻用于生物質(zhì)能源制造，高蛋白糧食制造，以及制藥，廢氣、廢 水處理，已經(jīng)受到的廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)戶外光合生物如微藻的高產(chǎn)率是降低培養(yǎng)成本和建立可贏利商 業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵。近10年來(lái)，多種培養(yǎng)光合生物如微藻的生物反應(yīng)器模式和開(kāi)放培養(yǎng)模式被測(cè)試過(guò)。 一定范圍內(nèi)微藻產(chǎn)率與培養(yǎng)深度成負(fù)相關(guān)。在單位容積條件下，培養(yǎng)深度淺時(shí)，微藻產(chǎn)率較高，其 中培養(yǎng)深度在IO厘米時(shí)微藻產(chǎn)率最高。微藻培養(yǎng)有效光照深度淺，按占地面積所產(chǎn)生的產(chǎn)率很低。 戶外開(kāi)放培養(yǎng)條件下，污染問(wèn)題難于解決。同時(shí)，戶外強(qiáng)光照條件下，微藻產(chǎn)率下降。另外，微藻 培養(yǎng)可以用于工業(yè)廢氣二氧化碳捕獲，但普通微藻培養(yǎng)深度淺，難于充分吸收二氧化碳。目前，仍 有待新的微藻培養(yǎng)器設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)單位占地面積下的高產(chǎn)率低成本和有效吸收二氧化碳的微藻培養(yǎng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，在于提供一種水生光合生物的培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方法。本發(fā)明的目的，還在于提供一種促進(jìn)水生光合生物尤其是微藻暴露于光源和二氧化碳、以提高 單位占地面積的產(chǎn)出率的設(shè)備和方法。本發(fā)明的目的，還在于提供一種微藻工業(yè)化培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方法，以用于餌料生產(chǎn)，營(yíng) 養(yǎng)添加劑生產(chǎn)，生物質(zhì)能源制造，廢氣二氧化碳捕獲，大面積高氮磷重金屬?gòu)U氣處理，化工，制藥， 造紙和糧食制造等領(lǐng)域中。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，它包括至少一個(gè)培養(yǎng)容器，該培養(yǎng)容器內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)"光 通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域-光通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域"的重復(fù)交替結(jié)構(gòu)；培養(yǎng)區(qū)域之間相互連通，每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域不連通；一種水生光合生物立體培養(yǎng)裝置的構(gòu)建方法，其特征在于光通路結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，可以從以 下兩種方法中進(jìn)行選擇其一是每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)本身相對(duì)于培養(yǎng)區(qū)域形成閉合結(jié)構(gòu)，每個(gè)光通路結(jié) 構(gòu)外側(cè)之間形成間距以及光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)與培養(yǎng)容器內(nèi)壁之間形成間距，間距相互連通作為培養(yǎng)區(qū) 域；其二是培養(yǎng)區(qū)域本身相對(duì)于每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成閉合結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)區(qū)域構(gòu)成的閉合結(jié)構(gòu)通 過(guò)彎曲形成重復(fù)間距作為光通路結(jié)構(gòu)；注所述閉合結(jié)構(gòu)是指每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域不 連通，并非指完全封閉；所述的構(gòu)建方法還包括用于促進(jìn)培養(yǎng)物運(yùn)動(dòng)的裝置，該裝置至少包括一個(gè)氣體分布器；所述的 氣體分布器至少包括一部分管道位于培養(yǎng)容器的底部。光通路結(jié)構(gòu)的排列方式，是一系列光通路結(jié)構(gòu)有規(guī)則地重復(fù)地平行排列，鄰近光通路結(jié)構(gòu)的外 側(cè)壁之間形成間距，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的一部分，光通路結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)容器壁之間形成間距，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū) 域的一部分；鄰近的每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)壁之間的間距以及光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)壁與培養(yǎng)器內(nèi)壁之間的 間距形成至少一個(gè)相互連通，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的一部分。所述的光通路結(jié)構(gòu)本身形成閉合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方式包括但不限于由透光高分子材料板密封連接 構(gòu)成的透光水氣囊結(jié)構(gòu)；該透光水氣囊，是由透光板作為水氣囊壁和拉筋，用拉筋固定連接對(duì)側(cè)的 水氣囊壁；每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，由透光板作拉筋來(lái)固定光通路壁；所述光通路結(jié)構(gòu)的透光水氣 囊分為長(zhǎng)側(cè)、端側(cè)、頂側(cè)和底側(cè)，相鄰?fù)腹馑畾饽议L(zhǎng)側(cè)的外側(cè)壁之間的間距構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的主體部 分；所述的拉筋分為主拉筋和輔拉筋；所述的主拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)側(cè)垂直，所述的輔拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的側(cè)邊垂直；所述的主拉筋分別與相對(duì)的光通路結(jié)構(gòu)長(zhǎng)側(cè)壁內(nèi)部連接、固定光通路結(jié)構(gòu)的 內(nèi)部長(zhǎng)側(cè)壁，主拉筋與光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)平行；所述的主拉筋呈平行重復(fù)排列，間距10-30厘米；所 述的輔拉筋連接固定臨近光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部端側(cè)的主拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的端側(cè)之間；所述的拉筋上可 以打孔，以便空氣和水在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部流通；所述的拉筋可以與頂部連接或不連接；所述的拉筋 可以與底部連接或不連接；所述的光通路結(jié)構(gòu)由透光材料構(gòu)成，以便利光源通過(guò)光通路結(jié)構(gòu)提供的透光空間照射入培養(yǎng)容 器深處的培養(yǎng)區(qū)域；透光板材料可為硬性或軟性材料，優(yōu)選為透光軟性板狀材料；所述的透光板材 料包括基礎(chǔ)材料和添加劑及其混合物，以及表面涂層材料；所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料包括但不限于熱塑性 聚氨酯(TPU),聚乙烯，聚氯乙烯和玻璃，所述的熱塑性聚氨酯包括但不限于聚酯型熱塑性聚氨酯，聚 醚型熱塑性聚氨酯，由芳香族二異氰酸酯制成的聚氨酯和由脂肪族二異氰酸酯制成的聚氨酯；所述 的添加劑包括但不限于紫外線吸收劑，受阻胺光穩(wěn)定劑,抗氧化劑,其他輔劑及其混合物；所述的紫外 線吸收劑包括但不限于苯甲酮、苯并三唑；所述的苯并三唑包括但不限于液態(tài)羥基苯酚苯并三唑類； 優(yōu)選為光通路結(jié)構(gòu)使用二苯基甲烷二異氰酸酯生產(chǎn)的芳香族二異氰酸酯聚醚型熱塑性聚氨酯與抗紫 外線添加劑的混合材料，其頂部使用透光抗紫外線表面涂層；所述的透光材料顏色可以為全透明， 半透明，加色透明和加色半透明；所述的加色包括但不限于藍(lán)色和乳白色。透光水氣囊的外側(cè)可選包覆透光薄膜，透光薄膜隔離透光水氣囊結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)區(qū)域，易于與透光 水氣囊剝離，生物培養(yǎng)與透光薄膜直接接觸；透光水氣囊外側(cè)包覆有透光薄膜后，生物培養(yǎng)不與透 光水氣囊直接接觸；所述的透光水氣囊外側(cè)包覆的透光薄膜材料，包括但不限于熱塑性聚氨酯(TPU), 聚乙烯和聚氯乙烯；優(yōu)選為使用二苯基甲烷二異氰酸酯生產(chǎn)的聚醚型熱塑性聚氨酯，所述的透光薄 膜可彼此連接；連接方式包括但不限于高頻熱合，壓膠熱合，折疊后打孔扣袢結(jié)合，繩扣結(jié)合；優(yōu) 選為防滲漏高頻熱合多道密封連接。所述的系列光通路結(jié)構(gòu)之間可連通或不連通，優(yōu)選為系列光通路結(jié)構(gòu)之間相互連通；連通方式 包括但不限于連通管連接各頂側(cè)；所述的光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充物質(zhì)包括但不限于空氣和水；所述的 填充方法包括但不限于先在光通路結(jié)構(gòu)之內(nèi)灌注填充水，光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部水面較培養(yǎng)區(qū)域水面略低， 以平衡光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)外的水壓差，之后在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)填充空氣并關(guān)閉密封口，以氣壓和水壓共同 維持光通路結(jié)構(gòu)的形狀；光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部液體可選添加防腐消毒劑。所述透光板之間的連接方式包括但不限于高頻熱合、壓膠熱合、折疊后打孔扣袢結(jié)合；優(yōu)選為 防滲漏高頻熱合多道密封連接。所述的重復(fù)插入一系列光通路結(jié)構(gòu)的排列方式，包括弧側(cè)指向底部而中間有一定間隔的規(guī)則的 平行排列；弧側(cè)指向培養(yǎng)容器側(cè)壁而中間有一定間隔的規(guī)則的平行排列；所述的一系列光通路結(jié)構(gòu) 與培養(yǎng)容器之間的固定方式，包括固定到培養(yǎng)容器側(cè)壁、固定到培養(yǎng)容器底部、固定到培養(yǎng)容器底 部的其中一層、固定到鄰近的光通路結(jié)構(gòu)之間；以及上述方式相結(jié)合的固定方式；所述的培養(yǎng)液連 通方式包括但不限于跑馬場(chǎng)式旁連通和立式平行連通板式下連通；所述的光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)形狀包括 但不限于U型、三角型和長(zhǎng)方型；鄰近的光通路結(jié)構(gòu)外壁之間的間隔為10—100厘米，優(yōu)選25—50 厘米；同一光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)兩壁間距為10—100厘米，優(yōu)選10—40厘米；光通路結(jié)構(gòu)高度為100— 350厘米，優(yōu)選150—200厘米；光通路結(jié)構(gòu)底部外壁與培養(yǎng)容器底部?jī)?nèi)側(cè)之間的間隔為10—50厘 米，優(yōu)選為10—20厘米。所述的氣體分布器至少包括一部分管道位于培養(yǎng)容器底部；所述的氣體分布器包括管壁無(wú)孔的 主干管道和管壁多孔向培養(yǎng)液灌氣的管道；氣體分布器材料包括但并不限于不銹鋼，uPVC和塑料金屬塑料三明治式夾層復(fù)合材料。培養(yǎng)裝置中所培養(yǎng)的水生光合生物包括但并不限于藻類；所述的藻類包括但并不限于單細(xì)胞藻 類；所述的培養(yǎng)方式可以是相互獨(dú)立培養(yǎng)；或多階段組合培養(yǎng)；所述的設(shè)備包括單個(gè)培養(yǎng)容器或多 個(gè)培養(yǎng)容器；該培養(yǎng)容器包括但并不限于培養(yǎng)采集管道，培養(yǎng)細(xì)胞輸入管道，培養(yǎng)液輸入管道，通 風(fēng)管道，和傳感檢測(cè)控制器；所述的設(shè)備如包括多個(gè)培養(yǎng)容器，其排列連接方式可以為垂直、平行、 螺旋、連通管，或其組合，所述的培養(yǎng)容器可以開(kāi)放于大氣，或與大氣封閉，或一部分開(kāi)放于大氣， 一部分與大氣封閉。本發(fā)明中，光通路結(jié)構(gòu)本身使光線通過(guò)光通路結(jié)構(gòu)提供的透光空間、照射入培養(yǎng)容器的深處的 培養(yǎng)區(qū)域。利用光通路結(jié)構(gòu)底部的氣體分布裝置通入氣體，尤其是二氧化碳?xì)怏w，以驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液充 分流動(dòng)形成循環(huán)，促使培養(yǎng)物交替接受光照，形成光暗循環(huán)，并促進(jìn)二氧化碳吸收。光合生物培養(yǎng) 容器本身也可由透光高分子材料經(jīng)連接構(gòu)成。本發(fā)明適于高密度水生光合生物的培養(yǎng)，比如單細(xì)胞 藻類培養(yǎng)；提高生物培養(yǎng)深度，提高單位占地面積產(chǎn)率，提高二氧化碳吸收率，并可將培養(yǎng)容器置 于水或濕地等多種地表之上，可利用水面面積等多種地表面積進(jìn)行培養(yǎng)。潛在用途還在于餌料生產(chǎn)， 生物能源制造，工業(yè)廢氣二氧化碳捕獲，高氮磷重金屬?gòu)U水處理等。


圖1是本發(fā)明簡(jiǎn)化的自側(cè)面視角觀看的單個(gè)立板式透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)培養(yǎng)容器的示意圖； (以U型立板式為例)其中斜線所示為光合生物培養(yǎng)區(qū)域，陰影部分代表培養(yǎng)區(qū)域；圖2是本發(fā)明簡(jiǎn)化的一個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)側(cè)面圖(以U型立板式為例)，圖中示意了拉 筋、長(zhǎng)側(cè)壁、端側(cè)壁；圖3是一個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)頂面圖(以U型立板式為例)，圖中示意了拉筋；圖4是本發(fā)明系列光通路結(jié)構(gòu)的側(cè)面觀效果示意圖(以U型立板式為例)，強(qiáng)調(diào)明示了培養(yǎng)區(qū) 域液體與光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部液體不連通，光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部液面略低于培養(yǎng)區(qū)域液面，小圓所示為氣體 分布器管道截面；圖5是本發(fā)明自上側(cè)視角觀的簡(jiǎn)化的一系列U型立板式光通路結(jié)構(gòu)的示意圖，其排列方式采取 中間有一定間隔的規(guī)則的弧形側(cè)均向下的平行排列；圖6是本發(fā)明簡(jiǎn)化的自上視角觀的單個(gè)立體跑道式培養(yǎng)容器的示意圖，斜線所示為光合生物培 養(yǎng)區(qū)域，強(qiáng)調(diào)明示了陰影部分所代表的培養(yǎng)區(qū)域；圖7是本發(fā)明簡(jiǎn)化的自側(cè)視角觀的簡(jiǎn)化的三角式光通路結(jié)構(gòu)的效果示意圖；圖8是本發(fā)明簡(jiǎn)化的自側(cè)視角觀的簡(jiǎn)化的示意的培養(yǎng)區(qū)域本身形成閉合結(jié)構(gòu)，閉合結(jié)構(gòu)之間形成 間距作為光通路結(jié)構(gòu)的效果示意圖。以上各圖中的標(biāo)號(hào)1 一個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)頂側(cè)，2—個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)(以 U型為例)，3—個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)長(zhǎng)側(cè)壁，4 一個(gè)透光水氣囊光通路結(jié)構(gòu)底側(cè)，5主拉筋， 6輔拉筋，7固定連接線，8進(jìn)氣和進(jìn)水口， 9水生光合生物培養(yǎng)區(qū)域，IO水生光合生物培養(yǎng)區(qū)域 液平面，11光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)液平面(與培養(yǎng)區(qū)域不連通)，12氣體分布器管道，13虛線為氣體分布 器布?xì)舛嗫坠艿溃?4粗線示意氣體分布器導(dǎo)氣無(wú)孔管道，15 —個(gè)水氣囊式光通路結(jié)構(gòu)(以U型為 例)，16弧側(cè)，17鼓氣機(jī)，18透光薄膜隔離，19盤繞的培養(yǎng)管道，20管道外加定型裝置以維持 光通路結(jié)構(gòu)的形狀。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是一種水生光合生物的培養(yǎng)裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方法，涉及其中的光通路結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方 法。培養(yǎng)容器內(nèi)至少出現(xiàn)一個(gè)"光通路結(jié)構(gòu)15-培養(yǎng)區(qū)域9-光通路結(jié)構(gòu)15-培養(yǎng)區(qū)域9"的重復(fù)交替 結(jié)構(gòu)；培養(yǎng)區(qū)域9之間相互連通；每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)15的內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域9不連通，即光通路結(jié)構(gòu)的 內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域之間閉合。所述的光通路結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，可以從以下兩種方法中進(jìn)行選擇其一是參見(jiàn)圖l，圖5,圖6， 每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)本身相對(duì)于培養(yǎng)區(qū)域形成閉合結(jié)構(gòu)，每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)之間形成間距以及光通路 結(jié)構(gòu)外側(cè)與培養(yǎng)容器內(nèi)壁之間形成間距，間距相互連通作為培養(yǎng)區(qū)域；其二是參見(jiàn)圖8，培養(yǎng)區(qū)域本身相對(duì)于每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成閉合結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)區(qū)域構(gòu)成的閉合結(jié)構(gòu)通過(guò)彎曲形成重復(fù)間距 作為光通路結(jié)構(gòu)；圖8所示培養(yǎng)管道由同一管道盤繞構(gòu)成，管道內(nèi)部相互連通。管道外加定型裝置 以維持光通路結(jié)構(gòu)的形狀。參見(jiàn)圖2， 3， 4、本身形成閉合結(jié)構(gòu)的光通路結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法為由透光高分子材料密封連接構(gòu) 成外壁和其內(nèi)的拉筋，經(jīng)充水和充氣形成透光水氣囊結(jié)構(gòu)15，每個(gè)透光水氣囊結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)光通路 結(jié)構(gòu)；所述的透光水氣囊的構(gòu)建方式是由透光板作為水氣囊壁和拉筋，用拉筋來(lái)固定連接對(duì)側(cè)水氣 囊壁；所述的拉筋分為主拉筋5和輔拉筋6;所述的主拉筋5與光通路結(jié)構(gòu)長(zhǎng)側(cè)3垂直，所述的輔 拉筋6與光通路結(jié)構(gòu)側(cè)端2垂直；所述的光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部長(zhǎng)側(cè)壁3之間由主拉筋5來(lái)連接固定，主 拉筋5呈平行重復(fù)排列，間距10-30厘米；所述的輔拉筋6連接固定臨近光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部端側(cè)2的 主拉筋5與光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)2之間；所述的拉筋上可以打孔，以便空氣和水在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部流通。光通路結(jié)構(gòu)為透光材料構(gòu)成，以便利光源通過(guò)光通路結(jié)構(gòu)提供的透光空間照射入培養(yǎng)容器深處 的培養(yǎng)區(qū)域；透光板材料可為硬性材料或軟性材料，優(yōu)選為透光軟性板狀材料。透光板材料包括基 礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料和添加劑及其混合物,以及表面涂層材料；所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料包括但不限于熱塑性聚氨 酯(TPU),聚乙烯，聚氯乙烯(PVC)和玻璃，熱塑性聚氨酯包括但不限于聚酯型熱塑性聚氨酯，聚醚 型熱塑性聚氨酯，由芳香族二異氰酸酯制成的聚氨酯和由脂肪族二異氰酸酯制成的聚氨酯；添加劑 包括但不限于紫外線吸收劑，受阻胺光穩(wěn)定劑,抗氧化劑,其他輔劑及其混合物；紫外線吸收劑包括但 不限于苯甲酮、苯并三唑；苯并三唑包括但不限于液態(tài)羥基苯酚苯并三唑類；優(yōu)選為光通路結(jié)構(gòu)使 用二苯基甲烷二異氰酸酯生產(chǎn)的芳香族二異氰酸酯聚醚型熱塑性聚氨酯與抗紫外線添加劑的混合材 料，其頂部使用透光抗紫外線表面涂層；透光材料顏色可以為全透明，半透明，加色透明和加色半 透明；所述的加色包括但不限于藍(lán)色和乳白色。透光板之間連接的方式包括但不限于高頻熱合，壓 膠熱合，折疊后打孔扣袢結(jié)合；優(yōu)選為防滲漏高頻熱合密封連接；參見(jiàn)圖4，光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充物質(zhì)包括但不限于空氣和水；所述的填充方法包括但不限于先 在光通路結(jié)構(gòu)之內(nèi)灌注填充水10，可通過(guò)調(diào)整光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部水面10較培養(yǎng)區(qū)域水面11的高度差 異，以平衡光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)外的水壓差，之后在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)填充空氣并密封以氣壓和水壓共同維持 光通路結(jié)構(gòu)形狀。透光水氣囊15的外側(cè)可選包覆透光薄膜18，所述的透光薄膜18隔離透光水氣囊結(jié)構(gòu)15與培 養(yǎng)區(qū)域9，易于與透光水氣囊15剝離，生物培養(yǎng)與透光薄膜18直接接觸；如果所述的透光水氣囊 15的外側(cè)包覆透光薄膜18，則生物培養(yǎng)不與透光水氣囊15直接接觸；所述的透光水氣囊15外側(cè)包 覆的透光薄膜18材料包括但不限于熱塑性聚氨酯(TPU),聚乙烯和聚氯乙烯；優(yōu)選為使用二苯基甲 垸二異氰酸酯生產(chǎn)的聚醚型熱塑性聚氨酯。參見(jiàn)圖l、圖5，圖6，重復(fù)插入一系列光通路結(jié)構(gòu)的排列方式，包括弧側(cè)指向底部而中間有一定 間隔的規(guī)則的平行排列，以及弧側(cè)指向培養(yǎng)容器側(cè)壁而中間有一定間隔的規(guī)則的平行排列；所述的 一系列光通路結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)容器之間的固定方式，包括固定到培養(yǎng)容器側(cè)壁(如圖l)、固定到培養(yǎng)容 器底部(如圖6)、固定到培養(yǎng)容器底部的其中一層、以及固定到鄰近的光通路結(jié)構(gòu)之間；以及上述 方式相結(jié)合的固定方式；所述的培養(yǎng)液連通方式包括但不限于圖6中所示的跑馬場(chǎng)式旁連通和圖1中 所示的立式平行連通板式下連通；光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)形狀包括但不限于U型(圖l-6)，三角型(圖7)， 長(zhǎng)方型；臨近的光通路結(jié)構(gòu)外壁間隔之間的間隔是10厘米到100厘米，優(yōu)選是25-50厘米；同一光通 路結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)兩壁間距為10厘米到100厘米，優(yōu)選是20-30厘米；光通路結(jié)構(gòu)的高度為100厘米到250厘米，優(yōu)選是150-180厘米；光通路結(jié)構(gòu)底部外壁與培養(yǎng)容器底部?jī)?nèi)側(cè)間隔為10厘米到50厘米，優(yōu)選是 10-20厘米；圖中所示氣體分布管道形狀和位置僅為示意，不代表限制氣體分布管道的形狀和位置。 用于促進(jìn)培養(yǎng)物運(yùn)動(dòng)的裝置至少包括一個(gè)氣體分布器12;氣體分布器至少包括一部分管道位于 培養(yǎng)容器底部；氣體分布器包括管壁充孔的主干管道14和管壁多孔的向培養(yǎng)液灌氣的管道13;培 養(yǎng)容器可以開(kāi)放于大氣，或與大氣封閉，或一部分開(kāi)放于大氣， 一部分與大氣封閉。所述的培養(yǎng)容 器包括但并不限于培養(yǎng)采集管道，培養(yǎng)細(xì)胞輸入管道，培養(yǎng)液輸入管道，通風(fēng)管道，和傳感檢測(cè)控 制器。設(shè)備中培養(yǎng)的水生光合生物包括但并不限于單細(xì)胞藻類。 培養(yǎng)方式可以是相互獨(dú)立培養(yǎng)；或多階段組合培養(yǎng)。 實(shí)施例l:用加色透光聚醚型熱塑性聚氨酯軟板經(jīng)高頻熱和防滲漏多道密封連接構(gòu)建透光水氣囊拉筋結(jié)構(gòu) 15，用于水生光合生物培養(yǎng)的光通路結(jié)構(gòu)。每個(gè)透光水氣囊結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)光通路結(jié)構(gòu)15。 一系列光 通路結(jié)構(gòu)平行規(guī)則重復(fù)排列，每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)外部之間的間隔以及光通路結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)器內(nèi)壁之間的 間隔相互連通，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域9;透光水氣囊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，由透光軟板作為拉筋來(lái)固定氣囊壁，拉 筋分為主拉筋5和輔拉筋6。主拉筋5與氣囊長(zhǎng)側(cè)3垂直，呈平行重復(fù)排列。輔拉筋6與氣囊側(cè)端2 垂直。氣囊內(nèi)部長(zhǎng)側(cè)壁3之間由主拉筋5來(lái)固定，主拉筋5分別與相對(duì)的氣囊長(zhǎng)側(cè)壁3內(nèi)部連接， 頂側(cè)1和底側(cè)4不連接拉筋，臨近氣囊內(nèi)部長(zhǎng)側(cè)端3的主拉筋5與氣囊長(zhǎng)側(cè)端之間，加輔拉筋6固 定。拉筋上打孔以便空氣和水在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部流通。光通路結(jié)構(gòu)之內(nèi)灌注填充水，可通過(guò)調(diào)整光 通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部水面10較培養(yǎng)區(qū)域水面11的高度差異，以平衡光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)外的水壓差，之后在光 通路結(jié)構(gòu)內(nèi)填充空氣并關(guān)閉密封通氣口以氣壓和水壓維持光通路結(jié)構(gòu)形狀。透光水氣囊的外側(cè)包覆 透光薄膜18,隔離透光水氣囊結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)區(qū)域9，生物培養(yǎng)與透光薄膜18直接接觸，生物培養(yǎng)不與 透光水氣囊15直接接觸。透光薄膜18材料為聚醚型熱塑性聚氨酯。系列光通路結(jié)構(gòu)之間用連通管 連通各透光水氣囊結(jié)構(gòu)頂側(cè)1。光通路結(jié)構(gòu)材料為以加色透光芳香族二異氰酸酯聚醚型熱塑性聚氨 酯添加液態(tài)羥基苯酚苯并三唑，受阻胺光穩(wěn)定劑及抗氧化劑，輔劑及其他添加劑的混合材料制作的 軟性透光板；光通路結(jié)構(gòu)頂部使用透光抗紫外線表面涂層。培養(yǎng)容器底部氣體分布器12包括管壁無(wú) 孔的主干管道14和管壁多孔的向培養(yǎng)液灌氣的管道13。利用氣體分布裝置通入二氧化碳?xì)怏w以驅(qū) 動(dòng)培養(yǎng)液交流運(yùn)動(dòng)，提高二氧化碳吸收率。用于單細(xì)胞藻類高密度培養(yǎng)及其相關(guān)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于它包括至少一個(gè)培養(yǎng)容器，該培養(yǎng)容器內(nèi)至少設(shè)有一個(gè)“光通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域-光通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域”的重復(fù)交替結(jié)構(gòu)；培養(yǎng)區(qū)域之間相互連通，每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域不連通；一種水生光合生物立體培養(yǎng)裝置的構(gòu)建方法，其特征在于光通路結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，可以從以下兩種方法中進(jìn)行選擇其一是每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)本身相對(duì)于培養(yǎng)區(qū)域形成閉合結(jié)構(gòu)，每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)之間形成間距以及光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)與培養(yǎng)容器內(nèi)壁之間形成間距，間距相互連通作為培養(yǎng)區(qū)域；其二是培養(yǎng)區(qū)域本身相對(duì)于每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成閉合結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)區(qū)域構(gòu)成的閉合結(jié)構(gòu)通過(guò)彎曲形成重復(fù)間距作為光通路結(jié)構(gòu)；所述閉合結(jié)構(gòu)是指每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部與培養(yǎng)區(qū)域不連通，并非指完全封閉；所述的構(gòu)建方法還包括用于促進(jìn)培養(yǎng)物運(yùn)動(dòng)的裝置，該裝置至少包括一個(gè)氣體分布器；所述的氣體分布器至少包括一部分管道位于培養(yǎng)容器的底部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于光通路結(jié)構(gòu)的排列方式， 是一系列光通路結(jié)構(gòu)有規(guī)則地重復(fù)地平行排列，鄰近光通路結(jié)構(gòu)的外側(cè)壁之間形成至少一個(gè)間距， 構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的一部分，光通路結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)容器壁之間形成至少一個(gè)間距，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的一部分； 鄰近的每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)壁之間的間距以及光通路結(jié)構(gòu)外側(cè)壁與培養(yǎng)器內(nèi)壁之間的間距形成至少 一個(gè)相互連通，構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的光通路結(jié)構(gòu)本身形 成閉合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方式包括但不限于由透光高分子材料板密封連接構(gòu)成的透光水氣囊結(jié)構(gòu)；該透光 水氣囊，是由透光板作為水氣囊壁和拉筋，用拉筋固定連接對(duì)側(cè)的水氣囊壁；每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi) 部，由透光板作拉筋來(lái)固定光通路壁；所述光通路結(jié)構(gòu)的透光水氣囊分為頂側(cè)、端側(cè)、頂側(cè)和底側(cè)， 相鄰?fù)腹馑畾饽议L(zhǎng)側(cè)的外側(cè)壁之間的間距構(gòu)成培養(yǎng)區(qū)域的主體部分；所述的拉筋分為主拉筋和輔拉 筋；所述的主拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)側(cè)垂直，所述的輔拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的側(cè)邊垂直；所述的主拉 筋分別與相對(duì)的光通路結(jié)構(gòu)長(zhǎng)側(cè)壁內(nèi)部連接、固定光通路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部長(zhǎng)側(cè)壁，主拉筋與光通路結(jié)構(gòu) 端側(cè)平行；所述的主拉筋呈平行重復(fù)排列，間距10-30厘米；所述的輔拉筋連接固定臨近光通路結(jié) 構(gòu)內(nèi)部端側(cè)的主拉筋與光通路結(jié)構(gòu)的端側(cè)之間；所述的拉筋上可以打孔，以便空氣和水在光通路結(jié) 構(gòu)內(nèi)部流通；所述的拉筋可以與頂部連接或不連接；所述的拉筋可以與底部連接或不連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的光通路結(jié)構(gòu)由透光 材料構(gòu)成，以便利光源通過(guò)光通路結(jié)構(gòu)提供的透光空間照射入培養(yǎng)容器深處的培養(yǎng)區(qū)域；透光板材 料可為硬性或軟性材料，優(yōu)選為透光軟性板狀材料；所述的透光板材料包括基礎(chǔ)材料和添加劑及其 混合物,以及表面涂層材料；所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料包括但不限于熱塑性聚氨酯(TPU)，聚乙烯，聚氯乙 烯和玻璃，所述的熱塑性聚氨酯包括但不限于聚酯型熱塑性聚氨酯，聚醚型熱塑性聚氨酯，由芳香 族二異氰酸酯制成的聚氨酯和由脂肪族二異氰酸酯制成的聚氨酯；所述的添加劑包括但不限于紫外 線吸收劑，受阻胺光穩(wěn)定劑,抗氧化劑，其他輔劑及其混合物；所述的紫外線吸收劑包括但不限于苯甲 酮、苯并三唑；所述的苯并三唑包括但不限于液態(tài)羥基苯酚苯并三唑類；優(yōu)選為光通路結(jié)構(gòu)使用二 苯基甲垸二異氰酸酯生產(chǎn)的芳香族二異氰酸酯聚醚型熱塑性聚氨酯與抗紫外線添加劑的混合材料， 其頂部使用透光抗紫外線表面涂層；所述的透光材料顏色可以為全透明，半透明，加色透明和加色 半透明；所述的加色包括但不限于藍(lán)色和乳白色；此材料還可構(gòu)建培養(yǎng)容器壁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的每個(gè)透光水氣囊的 外側(cè)可選包覆透光薄膜，透光薄膜隔離透光水氣囊結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)區(qū)域，易于與透光水氣囊剝離，生物 培養(yǎng)與透光薄膜直接接觸；透光水氣囊外側(cè)包覆有透光薄膜后，生物培養(yǎng)不與透光水氣囊直接接觸; 所述的透光水氣囊外側(cè)包覆的透光薄膜材料，包括但不限于熱塑性聚氮酯(TPU),聚乙烯和聚氯乙 烯；優(yōu)選為使用二苯基甲垸二異氰酸酯生產(chǎn)的聚醚型熱塑性聚氨酯，所述的透光薄膜可彼此連接； 連接方式包括但不限于高頻熱合，壓膠熱合，折疊后打孔扣袢結(jié)合，繩扣結(jié)合；優(yōu)選為防滲漏高頻 熱合多道密封連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的每個(gè)光通路結(jié)構(gòu)之 間可連通或不連通，優(yōu)選為系列光通路結(jié)構(gòu)之間相互連通；連通方式包括但不限于以連通管連接各 頂側(cè)；所述的光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充物質(zhì)包括但不限于空氣和水；所述的填充方法包括但不限于先在 光通路結(jié)構(gòu)之內(nèi)灌注填充水，可通過(guò)調(diào)整光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部水面與培養(yǎng)區(qū)域水面的高度差異，以平衡 光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)外的水壓差，之后在光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)填充空氣并關(guān)閉密封口，以氣壓和水壓共同維持光 通路結(jié)構(gòu)的形狀；光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)部液體可選添加防腐消毒劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述透光板之間的連接方 式包括但不限于高頻熱合、壓膠熱合、折疊后打孔扣袢結(jié)合；優(yōu)選為防滲漏高頻熱合多道密封連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的重復(fù)插入一系列光 通路結(jié)構(gòu)的排列方式，包括弧側(cè)指向底部而中間有一定間隔的規(guī)則的平行排列；弧側(cè)指向培養(yǎng)容器 側(cè)壁而中間有一定間隔的規(guī)則的平行排列；所述的一系列光通路結(jié)構(gòu)與培養(yǎng)容器之間的固定方式， 包括固定到培養(yǎng)容器側(cè)壁、固定到培養(yǎng)容器底部、固定到培養(yǎng)容器底部的其中一層、固定到鄰近的 光通路結(jié)構(gòu)之間；以及上述方式相結(jié)合的固定方式；所述的培養(yǎng)液連通方式包括但不限于跑馬場(chǎng)式 旁連通和立式平行連通板式下連通；所述的光通路結(jié)構(gòu)端側(cè)形狀包括但不限于U型、三角型和長(zhǎng)方 型；鄰近的光通路結(jié)構(gòu)外壁之間的間隔為10—100厘米，優(yōu)選25—50厘米；同一光通路結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)兩 壁間距為10—100厘米，優(yōu)選10—40厘米；光通路結(jié)構(gòu)高度為100—350厘米，優(yōu)選150—200厘米； 光通路結(jié)構(gòu)底部外壁與培養(yǎng)容器底部?jī)?nèi)側(cè)之間的間隔為10—50厘米，優(yōu)選為10—20厘米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于所述的氣體分布器至少包 括一部分管道位于培養(yǎng)容器底部；所述的氣體分布器包括管壁無(wú)孔的主干管道和管壁多孔向培養(yǎng)液 灌氣的管道；氣體分布器材料包括但并不限于不銹鋼，uPVC和塑料金屬塑料三明治式夾層復(fù)合材 料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水生光合生物立體培養(yǎng)裝置，其特征在于設(shè)備中所培養(yǎng)的水生光合 生物包括但并不限于藻類；所述的藻類包括但并不限于單細(xì)胞藻類；所述的培養(yǎng)方式可以是相互獨(dú) 立培養(yǎng)；或多階段組合培養(yǎng)；所述的設(shè)備包括單個(gè)培養(yǎng)容器或多個(gè)培養(yǎng)容器；該培養(yǎng)容器包括但并 不限于培養(yǎng)采集管道，培養(yǎng)細(xì)胞輸入管道，培養(yǎng)液輸入管道，通風(fēng)管道，和傳感檢測(cè)控制器；所述 的設(shè)備如包括多個(gè)培養(yǎng)容器，其排列連接方式可以為垂直、平行、螺旋、連通管，或其組合，所述 的培養(yǎng)容器可以開(kāi)放于大氣，或與大氣封閉，或一部分開(kāi)放于大氣， 一部分與大氣封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水生光合生物的培養(yǎng)裝置及構(gòu)建方法，主要涉及其中的光通路結(jié)構(gòu)，即在水生光合生物培養(yǎng)容器中形成一系列“光通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域-光通路結(jié)構(gòu)-培養(yǎng)區(qū)域”的重復(fù)交替結(jié)構(gòu)，以利光線通過(guò)光通路結(jié)構(gòu)提供的透光空間照射入培養(yǎng)容器深處的培養(yǎng)區(qū)域。構(gòu)建方法包括光通路結(jié)構(gòu)本身形成閉合結(jié)構(gòu)，閉合結(jié)構(gòu)之間形成固定間距作為培養(yǎng)區(qū)域，培養(yǎng)區(qū)域之間相互連通用以培養(yǎng)水生光合生物。利用氣體分布裝置通入氣體，尤其是二氧化碳?xì)怏w以驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液交流運(yùn)動(dòng)和提高二氧化碳吸收率。本發(fā)明適于高密度水生光合生物的培養(yǎng)等，如單細(xì)胞藻類培養(yǎng)；以提高生物培養(yǎng)深度，提高單位占地面積產(chǎn)率。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101328461SQ20081013484
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者洪 朱 申請(qǐng)人:洪 朱