一種用于大規(guī)模培養(yǎng)微藻的拱形封閉式光生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微藻生物工程領(lǐng)域，是用于微藻工廠化生產(chǎn)的培養(yǎng)裝置，其模塊式設(shè)計可以單獨用于微藻培養(yǎng)中間試驗和藻生物量的批量養(yǎng)殖，也可集成用于微藻在戶外的規(guī)?；a(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻，在人類保健品、餌料、飼料、環(huán)境保護(hù)及生物燃料等眾多領(lǐng)域的研究與應(yīng)用不斷取得進(jìn)展。如何大規(guī)模高效培養(yǎng)藻生物量來滿足各個應(yīng)用領(lǐng)域的需要，是應(yīng)用微藻領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。微藻生長過程中，光合作用效率是決定藻生物質(zhì)產(chǎn)率的關(guān)鍵參數(shù)。光照強度的變化將影響微藻的光利用率及其生物質(zhì)產(chǎn)率。在微藻規(guī)模化生產(chǎn)中，光生物反應(yīng)器的日光利用效率會對光合作用、對微藻的生物量形成產(chǎn)生直接的影響。封閉式光生物反應(yīng)器因其可以更好的控制培養(yǎng)條件、受污染程度低、光能及二氧化碳利用效率高和可操作性強等優(yōu)點已被引起廣泛重視。但是，目前封閉式光生物反應(yīng)器的光反應(yīng)單元大多是平鋪于地面(如意大利Tori I 1等制作的管式反應(yīng)器)或直立于地面(如專利CN 101654653、CNlOl760418);前者占地面積較多，后者在高瑋度地區(qū)為避免各排架間的陽光遮擋，要保持同高度尺寸的排間距離，占地面積也較多，而且直立的排架過高還要從支架結(jié)構(gòu)上考慮防風(fēng)問題而增加造價.多層重疊平鋪在支架上的管道會造成自身遮擋陽光，也影響光照度。因此，封閉式光生物反應(yīng)器的光反應(yīng)單元的采光設(shè)計是光生物反應(yīng)器設(shè)計建造中應(yīng)首先解決的問題。如何確定反應(yīng)器采光面的合理形狀，確定支架的高度，即支架的合理曲度和結(jié)構(gòu)關(guān)乎到反應(yīng)器的生產(chǎn)效率。
[0003]另外，實際生產(chǎn)中，管道(光反應(yīng)單元)光程太小會限制微藻培養(yǎng)液體積，進(jìn)而影響藻生物質(zhì)的總產(chǎn)量;而光程太大，由于光在藻液中被吸收及發(fā)生散射，光強隨光程增加而變?nèi)?，所以管道中的部分藻液處于黑暗之中而無法進(jìn)行光合作用。因此，如能增加管道背光面的照光，就可以解決培養(yǎng)液體積與光程之間的矛盾，從而使微藻的光能利用率和生物質(zhì)產(chǎn)率明顯提尚。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]沿著這一思路，本實用新型提供一種用于大規(guī)模培養(yǎng)微藻的拱形封閉式光生物反應(yīng)器，包括支架、光反應(yīng)單元、補光裝置、培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、氣體交換管、補碳系統(tǒng)，其中，所述光反應(yīng)單元放置或鋪設(shè)在所述支架上。
[0005]本封閉式光生物反應(yīng)器主體，是一個封閉的培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，以光反應(yīng)單元(管道)為受光體，實現(xiàn)主體量的培養(yǎng)液在光反應(yīng)單元接受日光光照，以利于培養(yǎng)液中的微藻進(jìn)行光合作用。反應(yīng)器是一個串聯(lián)閉環(huán)回路，回路中包括光反應(yīng)單元、培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、氣體交換管;補碳系統(tǒng)插入在這個回路中，為微藻提供CO，循環(huán)系統(tǒng)提供動力使培養(yǎng)液沿著回路循環(huán)，檢測系統(tǒng)提供運行中參數(shù)檢測和調(diào)控。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0007]該生物反應(yīng)器支架依據(jù)日光角度，將采光面設(shè)計成拱形。拱形的高跨比是指拱形最高點到地面的高度(a)與拱形支架水平跨度(長度b)的比值，是決定拱形支架采光角度的重要參數(shù)，合理的采光角可使反應(yīng)器獲得最大太陽光照。本實用新型的拱形支架的高跨比(a/b)優(yōu)選在0.45-2之間。根據(jù)直角三角形的斜邊一定大于兩直角邊和任何兩點間的連線長度中，線段最短，弧長長于弦的定理，計算最佳弧度，形成拱形。拱形結(jié)構(gòu)在單位面積上可以更多的放置管道，將光反應(yīng)單元(管道)放置在拱形支架上，最大利用了占地面積。拱形結(jié)構(gòu)使得支架在豎向荷載作用下產(chǎn)生水平反力，且受力均勻，抗風(fēng)能力強，所以節(jié)約材料，自重輕，跨度較大。另外，光反應(yīng)單元不限于管道，還可設(shè)計成弧形的中空板、水筏或者水袋等，且放置在拱形支架上的光生物反應(yīng)單元可以是管道、中空板、水筏、水袋等形式中的一種，至少放置一個單元或者多個單元組合連接成組;管道、中空板由透明塑料、玻璃中的一種材料制成，水筏、水袋由透明塑料制成;拱形支架采用塑料、塑鋼或不銹鋼等金屬材質(zhì)制成。
[0008]另外，目前的光反應(yīng)單元(管道)反應(yīng)區(qū)內(nèi)小球藻流體所接受的平均光照強度，在3cm以下約衰減70%。管道背光部難以接受太陽直射光，接受總光照度最低，內(nèi)部存在有大面積的光暗區(qū)域，這會影響培養(yǎng)的生產(chǎn)率。本光生物反應(yīng)器(模塊)設(shè)計了補光裝置。該補光裝置是貼有聚脂鍍鋁膜的弧面反光板，位于管道的背面且正對陽光，且呈相似于支架弧面的并行鋪設(shè)，其通過直接反射太陽光提高管道背陰面的光照強度，增大管道光亮區(qū)域的表面積，降低管道內(nèi)光暗區(qū)域的百分比，從而提高了管道反應(yīng)器的光通量，改善微藻光合效率，達(dá)到為培養(yǎng)液補光，增加提高產(chǎn)量的目的。反光板的增光效果與受光距離影響很大。這里要求其反光弧面距離光反應(yīng)單元底部距離為5-15cm，反光板由塑料或金屬制成，且在板的反光面上貼有聚脂鍍鋁膜。
[0009]另外，單個模塊(光生物反應(yīng)器)可容納的培養(yǎng)液為2-10噸。
[0010]本實用新型將采光設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，將光反應(yīng)單元制成獨特的拱形，并根據(jù)光反應(yīng)單元獨特的拱形形狀，對補光裝置進(jìn)行合理優(yōu)化，使其最大限度地利用了太陽光照，光效率較高，其結(jié)構(gòu)合理，受力均勻，節(jié)省材料，抗風(fēng)能力強，還可節(jié)省占地。本實用新型適合用于小球藻等微細(xì)藻類的規(guī)?；囵B(yǎng)。本光生物反應(yīng)器(模塊)可以單個作為工業(yè)試驗裝置或批量生產(chǎn)裝置，也可以將兩個以上模塊集成組合形成工廠化設(shè)施，為微藻大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型光生物反應(yīng)器的示意圖:I為支架，2為光反應(yīng)單元，3為補光裝置，4為培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，5為氣體交換管，6為補碳系統(tǒng)，7為檢測系統(tǒng)。
[0012]圖2是本實用新型光生物反應(yīng)器中的拱形支架結(jié)構(gòu)和弧的畫法示意圖，弧的計算與畫法為:以拱形高度最高點C做垂直平分線，交跨度AB線段(2b)于D，即CD線段重合高度a，且必過圓心O;以0Α、0Β為半徑做圓，所得AB弧即是拱形曲度，α為太陽高度角，β是拱形支架米光角。
[0013]圖3為本實用新型的第1、2個實施例光生物反應(yīng)器中支架1、光反應(yīng)單元2、補光裝置3的示意圖。
[0014]