CN1472305A - 一体式的气升式光生物反应器及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一体式的气升式光生物反应器及其用途，该反应器适用于光合生物细胞培养及相关代谢产物的实验室研究和制备。该反应器包括罐体、提升管、气体分布器，其中筒形提升管与罐体同轴；气体分布器由罐顶中心延伸至底部，下端与罐体底部留有距离以便培养液循环。该反应器具有照光面积大、液体混合好、气液传质强度高，剪切力低、结构简单等特点，可广泛适用于各种光合细胞的培养。可以大幅度提高产量，缩短培养周期，降低成本。

Description

一体式的气升式光生物反应器及其用途
                     技术领域
本发明涉及一种一体式的封闭式光生物反应器及其用途，特别涉及一种实验室规模的的一体式的气升式光生物反应器及其用于藻类及其它光合生物细胞悬浮的培养。
                      背景技术
目前，封闭式光生物反应器尚处于实验研究阶段，种类和形式多种多样，还无定型的商业产品。实验研究阶段的封闭式光生物反应器主要有管道式和板箱式两种。
管道式光生物反应器一般采用直径较小的透明硬质材料弯曲成不同形状并连接起来形成的，有水平放置蛇型管道式反应器，双层排列管道式反应器，多支路并行流管道式反应器，α型管道式反应器，螺旋盘绕管道式反应器等。
板箱式光生物反应器主要有：水平放置的板式光生物反应器，垂直嵌槽板式光生物反应器，多层平行排列板式光生物反应器，倾斜鼓泡板式光生物反应器等。其共同特点是把数个薄板式光生物反应器单元连接在一起，达到一定的培养规模。为了提高受光表面积，板式光生物反应器板面趋向于空间放置。
管道式和板箱式光生物反应器中，培养液的循环采用泵驱动或气升两种方式。由于气升式循环对细胞的剪切作用较小，动力消耗也不大，在提供藻液流动动力的同时，还有助于气体交换，因此大多数选用气升式循环混合方式。
ZL99213569.9号专利报道的气升式光生物反应器均由多个部件组装构成，其照光部分由耐热玻璃制做，其它部分为不锈钢结构，通过法兰或螺纹连接，而且体积一般较大，适于规模培养和制备，不适于实验室小试使用。
                      发明内容
本发明的目的是构建一种具有较大面积体积比、较高光合效率、混合和传质良好、结构简单、操作简便以及性能稳定的小型实验室用的一体式的气升式光生物反应器。
本发明的另一目的是提供一体式的气升式光生物反应器在藻类及其它光合生物细胞悬浮的培养中的应用。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的为实验室用全玻璃一体式气升式光生物反应器，反应器整体由耐热玻璃制成，罐体为玻璃圆筒，内装有同轴的内管作为提升管并由支点固定于罐壁上，内管与底盖间留有一定距离作为培养液循环流动的通道。罐体在提升管以上部分为扩大段，下部外加玻璃夹套，与提升管同心，整个光反应器的外观为哑铃型。在反应器的顶面开有若干口，为标准磨砂玻璃口或带压帽的螺口，用于安装通气管、传感器和取样管。玻璃通气管从罐顶中心伸至提升管下端，通气管下端为气体分布器，通过细玻璃管通到罐的底部。气体分布器可为单个或多个气体喷嘴，也可是圆形或环形的多孔板。进气口的直径略大于气体分布器，整个气体分布器可以很方便地取出，以便更换。罐体下端的夹套中可以通入恒温水，以维持培养液温度。由日光灯提供光照。
本发明设计的气升式光生物反应器为内环流式，提升管与罐底间适当的距离使培养液形成良好的循环流动，避免了死角，使混合充分，操作更稳定。气体分布器延伸至罐的底部，使气体分布均匀，同时形成较大的升力，不仅使培养液形成循环流动，并可使气体分散成小气泡，增大气液接触面积，提高气液传质速率。反应器上端的扩大段为气液分离段，既可提高气液传质效率，还可减少培养过程产生的泡沫对操作的影响，并可以排布更多的测试口。
本发明提供的一体式的气升式光生物反应器可用于藻类及其它光合生物细胞悬浮的培养。
本发明提供的一体式的气升式光生物反应器，具有以下优点和特点：(1)该反应器结构简单，加工费用低，操作方便，可对培养基进行彻底的蒸汽灭菌，已成功地应用于微藻的高密度培养。(2)本发明的一体式的气升式光生物反应器能够较好地满足光合生物的生长要求，大幅度提高光合细胞的产率，缩短培养周期。同时可获得良好的物料混合和较高的气液传质强度，减少了光合作用产生的氧对细胞的伤害。由于采用气升式混合方式，形成的剪切力很低，适合于较低剪切力耐受性的细胞的生长。本实新采用内外光源结合从而提高了照光面积与体积的比值，使光合效率得到提高。
                     附图说明
图1为本发明的一体式的气升式光生物反应器结构图。
                  具体实施方式
实施例1
如图1所示气升式光生物反应器，罐体直径182mm，提升管直径131mm反应器有效容积2.5升。气体分布器为直径30mm的玻砂烧结多孔板，孔径为80μ。整个反应器由硬质硅硼玻璃制作。罐体四周均匀分布4-8支20W日光型节能灯。在该反应器中培养单细胞海洋蓝藻Synechococcus.sp.PCC.7002，以Medium A为培养基，通入含1％CO2的空气二氧化碳混合气，气量为400ml/min，接种密度为0.13g/L干重。培养5天藻细胞终密度达到2.36g/L。
实施例2
如实施例1一样的有效容积为2.5升气升式光生物反应器。在该反应器进行单细胞海洋蓝藻Synechococcus.sp.PCC.7002混合营养培养，以Medium A为培养基，通入含1％CO2的空气二氧化碳混合气的同时，添加3g/L的葡萄糖，气量为400ml/min，接种密度为0.13g/L干重。培养5天藻细胞终密度达到3.6g/L。

Claims (8)

1.一种一体式的气升式光生物反应器，其特征是，该反应器包括罐体、提升管、气体分布器；
其中筒形提升管与罐体同轴；气体分布器由罐顶中心延伸至底部，下端与罐体底部留有距离以便培养液循环。
2.根据权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述反应器为整体式耐热玻璃结构，可整体灭菌，使用可靠、方便。
3.根据权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述罐体上部有扩大段，有利于气液分离，减少培养过程产生的泡沫对操作的影响。
4.根据权利要求书1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述反应器下部有夹套，可通过入恒温水以控制培养温度。
5.根据权利要求书1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述气体分布器与通气管加工为一体，与标准磨砂玻璃口相配的通气管沿提升管中心从罐顶伸到提升管下端，气体从反应器顶部通入，结构简单，并可避免意外停电、停气时罐内培养液倒流，使操作更加稳定可靠。
6.根据权利要求5所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述气体分布器可为单个或多个气体喷嘴，也可是圆形或环形的多孔板，与通气管的漏斗形末端烧结为一体。
7.根据权利要求书1所述的一体式的气升式光生物反应器，其特征是，所述罐体顶部均匀设置用于接种、pH、DO、温度测定及取样等管口，所有管口均为标准磨口或带压帽的螺口。
8.一种如权利要求1所述的一体式的气升式光生物反应器的用途，其特征是，所述反应器用于藻类及其它光合生物细胞悬浮的培养。
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