CN207108986U - 一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，包括玻璃外壳，放置于玻璃外壳内部的过滤组合部件，其内部嵌套有两级筛板，第一筛板上放置有收集皿，第二筛板上固定有微孔滤网。所述玻璃外壳的侧壁与过滤组合部件侧壁的距离为2‑5mm，所述过滤组合部件在第一排液管的支撑下与所述玻璃外壳底部的最短距离为2‑5mm。本实用新型克服了传统微藻培养装置运行过程中微藻易贴壁的不足，可以实现连续培养，提高微藻培养密度，节省能耗，可重复利用性高。

Description

一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置

技术领域

本实用新型属于实验装置和化工设备领域，更具体地，涉及一种可以防止微藻贴壁的微藻连续培养装置。

背景技术

微藻生长繁殖快、光合效率高，在光自养过程中能固定大量CO₂，利用微藻固定大气CO₂增加碳汇被认为是实现增汇减排的重要途径之一，而且，微藻在地球化学元素循环中亦发挥重要作用。此外，微藻富含蛋白质、油脂、色素及多种不饱和脂肪酸等生理活性物质，是食品、动物饲料、生物能源、医药及精细化工等领域的重要原料来源，因此，开发和利用微藻是解决环境、能源及资源问题的重要途径之一。

规模化、商业化的微藻产业一般通过人工培养的方式养殖微藻，在食品、药品等领域，由于需要无菌条件及严格的人工控制，或是采用基因工程藻种及高密度培养，培养装置多采用封闭式光生物反应器。但目前用于微藻人工培养的封闭式光生物反应器仍然存在以下问题：

(1)由于微藻的趋光性，使得微藻贴壁生长，阻碍光的透入，影响微藻培养浓度的进一步提高，降低了培养效率。

(2)传统装置需要额外提供动力搅拌，使气体和营养液混匀而促进均质化，但是却增加了能耗。

(3)当微藻贴壁严重后，装置需要停机清理，造成培养基的浪费和培养工序难以实现长时间的连续运行，而且频繁的停机清洗更降低了生产效率。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种可以防止贴壁的微藻连续培养装置，其目的在于提供一种可以防止微藻贴壁，不需要提供搅拌部件，促使营养液混匀，并能实现微藻连续培养的培养装置，由此解决微藻培养过程的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，包括玻璃外壳、橡胶塞、进液管、取样管、排气管、四通管、第一排液管、第二排液管和进气管；所述玻璃外壳顶端开口处由橡胶塞密封，底端开口处与四通管密闭连接；所述橡胶塞内部嵌套进液管、取样管和排气管；所述第一排液管呈L型，所述四通管水平方向为进气管和第一排液管的水平部分，垂直方向为第二排液管；所述进液管、取样管、第一排液管、第二排液管和进气管带有阀门；所述排气管和进气管带有除菌滤膜；所述进气管的除菌滤膜与四通管的距离大于进气管的阀门与四通管的距离；还包括过滤组合部件、收集皿、第一筛板、微孔滤网和第二筛板；所述过滤组合部件置于所述玻璃外壳内部；所述过滤组合部件内部嵌套第一筛板和第二筛板，所述收集皿置于所述第一筛板上，所述微孔滤网固定在所述第二筛板上；所述过滤组合部件(6)下端与所述第一排液管(12)的垂直部分连接；所述玻璃外壳的侧壁与过滤组合部件的侧壁的距离为2-5mm，所述过滤组合部件在第一排液管的支撑下与所述玻璃外壳底部的最短距离为2-5mm。

优选地，所述微孔滤网的孔径为0.45-30μm，根据培养的微藻种类选择孔径小于微藻细胞直径的微孔滤网。

优选地，所述第一筛板和第二筛板的孔径为1-3mm，两筛板间距大于10mm。

优选地，所述玻璃外壳底端开口处与四通管通过螺纹连接或卡箍连接或硅胶软管套接。

总体而言，本实用新型所构建的一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置与传统培养装置相比，能实现连续培养的同时还具有以下优点：

(1)过滤组合部件与进气管相结合，组成曝气装置。通过进气管泵入的气体会在玻璃外壳内壁形成环形气幕，并沿着玻璃外壳内壁上升，冲刷附着在玻璃外壳上的微藻，通过气泡上浮产生剪切力剥离贴壁生长的微藻，从而长期有效防止微藻的贴壁生长，因此可以提高微藻培养密度。

(2)不采用搅拌装置，通过鼓气产生的环形气幕，带动培养液在装置中形成环流，达到搅拌的效果，并使微藻培养液混合均匀，同时降低了反应器复杂程度和制造成本与能耗。

(3)由于该装置减少了微藻贴壁，大大减少了停机清洗的次数，可以进行更长时间的连续运行；加之该装置比传统装置减少了搅拌***，降低了装置复杂程度，因此易于组装和拆卸，能快速清洗，减少了停机维护的时间，提高了生产效率。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-玻璃外壳，2-橡胶塞，3-进液管，4-取样管，5-排气管，6-过滤组合部件，7-收集皿，8-第一筛板，9-微孔滤网，10-第二筛板，11-四通管，12-第一排液管，13-第二排液管，14-进气管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，包括玻璃外壳1、橡胶塞2、进液管3、取样管4、排气管5、过滤组合部件6、收集皿7、第一筛板8、微孔滤网9和第二筛板10、四通管11、第一排液管12、第二排液管13和进气管14；所述玻璃外壳1内径为74mm，长为600mm，壁厚为4mm，顶端开口处由橡胶塞2密封，底端开口处与四通管11密闭连接；所述橡胶塞2内部嵌套进液管3、取样管4和排气管5，其中，进液管3和排气管5末端与橡胶塞下端距离10mm，取样管4末端与橡胶塞下端距离550mm，接近收集皿7；所述第一排液管12呈L型，所述四通管11水平方向为进气管14和第一排液管12的水平部分，垂直方向为第二排液管13；所述进液管3、取样管4、第一排液管12、第二排液管13和进气管14带有阀门；所述排气管5和进气管14带有孔径为0.22μm的除菌滤膜；所述进气管14的除菌滤膜与四通管11的距离大于进气管14的阀门与四通管11的距离；所述过滤组合部件6外径为70mm，长为60mm，由PVC塑料制成，内部有两级阶梯状的凸缘，用于安装第一筛板8和第二筛板10；过滤组合部件6置于所述玻璃外壳1内部，侧壁与玻璃外壳1的侧壁距离为2mm，并与刚性材质的第一排液管12连接，借助排液管12的支撑，使其底端与玻璃外壳1底部的最短距离为2mm；所述过滤组合部件6内部嵌套第一筛板8和第二筛板10，筛板的孔径为1mm，共96孔；所述收集皿7固定于所述第一筛板8上，所述微孔滤网9固定在所述第二筛板10上；所述过滤组合部件6下端与所述第一排液管12的垂直部分连接；所述微孔滤网9的孔径为0.45-30μm，根据培养的微藻种类选择孔径小于微藻细胞直径的微孔滤网，如小球藻细胞直径约3-8μm，即可选择0.8μm的微孔滤网；所述玻璃外壳1底端开口处与四通管11通过螺纹、卡箍连接或硅胶软管套接。

实施例2

一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，包括玻璃外壳1、橡胶塞2、进液管3、取样管4、排气管5、过滤组合部件6、收集皿7、第一筛板8、微孔滤网9、第二筛板10、四通管11、第一排液管12、第二排液管13和进气管14；所述玻璃外壳1内径为80mm，长为600mm，壁厚为4mm，顶端开口处由橡胶塞2密封，底端开口处与四通管11密闭连接；所述橡胶塞2内部嵌套进液管3、取样管4和排气管5，其中，进液管3和排气管5末端与橡胶塞下端距离10mm，取样管4末端与橡胶塞下端距离550mm，接近收集皿7；所述第一排液管12呈L型，所述四通管11水平方向为进气管14和第一排液管12的水平部分，垂直方向为第二排液管13；所述进液管3、取样管4、第一排液管12、第二排液管13和进气管14带有阀门；所述排气管5和进气管14带有孔径为0.22μm的除菌滤膜；所述进气管14的除菌滤膜与四通管11的距离大于进气管14的阀门与四通管11的距离；所述过滤组合部件6外径为70mm，长为60mm，由PVC塑料制成，内部有两级阶梯状的凸缘用于安装第一筛板8和第二筛板10；过滤组合部件6置于所述玻璃外壳1内部，侧壁与玻璃外壳1的侧壁距离为5mm，并与刚性材质的第一排液管12连接，借助排液管12的支撑，使其底端与玻璃外壳1底部的最短距离为5mm；所述过滤组合部件6内部嵌套第一筛板8和第二筛板10，筛板的孔径为3mm，共48孔；所述收集皿7固定于所述第一筛板8上，所述微孔滤网9固定在所述第二筛板10上；所述过滤组合部件6下端与所述第一排液管12的垂直部分连接；所述微孔滤网9的孔径为0.45-30μm，根据培养的微藻种类选择孔径小于微藻细胞直径的微孔滤网，如小球藻细胞直径约3-8μm，即可选择0.8μm的微孔滤网；所述玻璃外壳1底端开口处与四通管11通过螺纹、卡箍连接或硅胶软管套接。

实施例3

一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，包括玻璃外壳1、橡胶塞2、进液管3、取样管4、排气管5、过滤组合部件6、收集皿7、第一筛板8、微孔滤网9、第二筛板10、四通管11、第一排液管12、第二排液管13和进气管14；所述玻璃外壳1内径为75mm，长为600mm，壁厚为4mm，顶端开口处由橡胶塞2密封，底端开口处与四通管11密闭连接；所述橡胶塞2内部嵌套进液管3、取样管4和排气管5，其中，进液管3和排气管5末端与橡胶塞下端距离10mm，取样管4末端与橡胶塞下端距离550mm，接近收集皿7；所述第一排液管12呈L型，所述四通管11水平方向为进气管14和第一排液管12的水平部分，垂直方向为第二排液管13；所述进液管3、取样管4、第一排液管12、第二排液管13和进气管14带有阀门；所述排气管5和进气管14带有孔径为0.22μm的除菌滤膜；所述进气管14的除菌滤膜位于四通管11的距离大于进气管14的阀门位于四通管11的距离；所述过滤组合部件6外径为70mm，长为60mm，由PVC塑料制成，内部有两级阶梯状的凸缘用于安装第一筛板8和第二筛板10；过滤组合部件6置于所述玻璃外壳1内部，侧壁与玻璃外壳1的侧壁距离为2.5mm，并与刚性材质的第一排液管12连接，借助排液管12的支撑，使其底端与玻璃外壳1底部的最短距离为2.5mm；所述过滤组合部件6内部嵌套第一筛板8和第二筛板10，筛板的孔径为2mm，共72孔；所述收集皿7固定于所述第一筛板8上，所述微孔滤网9固定在所述第二筛板10上；所述过滤组合部件6下端与所述第一排液管12的垂直部分连接；所述微孔滤网9的孔径为0.45-30μm，根据培养的微藻种类选择孔径小于微藻细胞直径的微孔滤网，如小球藻细胞直径约3-8μm，即可选择0.8μm的微孔滤网；所述玻璃外壳1底端开口处与四通管11通过螺纹、卡箍连接或硅胶软管套接。

实施例4

运用所述装置进行小球藻连续培养，具体实施步骤如下：

(1)检查并确保所有阀门均为关闭状态；将进液管3与恒流泵连接，打开进液管3上的阀门，开启恒流泵将2％甲醛溶液灌入装置内，待甲醛溶液充满装置后，关闭恒流泵和进液管3上的阀门；将进气管14与气泵连接，打开进气管14上的阀门，开启气泵，进行清洗、消毒和灭菌；6h后，关闭气泵和进气管14上的阀门；将第一排液管12和第二排液管13与恒流泵连接，打开其上的两个阀门，开启恒流泵排净消毒液后，关闭所有阀门。

(2)打开进液管3上的阀门，开启恒流泵，通过进液管3将无菌蒸馏水灌入装置内；打开进气管14上的阀门，开启气泵，进行清洗；打开第一排液管12和第二排液管13上的两个阀门，排净清洗液；重复上述步骤3次；彻底排净清洗液后，打开气泵通过进气管14通气，带走水分使装置内部快速干燥至玻璃外壳无明显水珠后，关闭所有阀门。

(3)打开进液管3上的阀门，通过进液管3将已灭菌的BG-11微藻培养基灌入所述装置内，随后接入小球藻藻种(接种比例为1000个细胞/ml)，打开进气管14上的阀门，开启气泵使藻种混匀，光照强度设置为5400Lux。通过进气管14泵入的气体会从过滤组合部件与玻璃外壳内壁之间的狭缝中喷出，形成环形气幕，并沿着玻璃外壳内壁上升，冲刷附着在玻璃外壳上的微藻，通过气泡上浮产生的剪切力剥离贴壁生长的微藻，防止微藻趋光贴壁，同时带动培养液在装置中形成环流，达到搅拌的效果，混合微藻培养液。

(4)15d左右，小球藻进入稳定生长期，打开与进液管3相连接的恒流泵，设定进液的速度为0.02L/h，通过进液管3将已灭菌的BG-11微藻培养基灌入所述装置内作为补料；同时打开与第一排液管12相连接的恒流泵，设定排液的速度为0.02L/h，通过过滤组合部件内部的第二筛板及微孔滤网的过滤，少量未进入收集皿的微藻被截留，营养耗尽的废液通过第一排液管12排出，以实现连续培养。

(5)定期通过取样管4采集微藻培养液5ml，测定小球藻细胞数量与叶绿素a含量。30d后，当小球藻生物量已达到所需数量级，关闭进气管14上的阀门和气泵，关闭进液管3、第一排液管12上的阀门及恒流泵，静置2h，通过取样管4采集收集皿里的微藻。

重复以上步骤可以进行下一次连续培养。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，包括玻璃外壳(1)、橡胶塞(2)、进液管(3)、取样管(4)、排气管(5)、四通管(11)、第一排液管(12)、第二排液管(13)和进气管(14)；所述玻璃外壳(1)顶端开口处由橡胶塞(2)密封，底端开口处与四通管(11)密闭连接；所述橡胶塞(2)内部嵌套进液管(3)、取样管(4)和排气管(5)；所述第一排液管(12)呈L型；所述四通管(11)水平方向为进气管(14)和第一排液管(12)的水平部分，垂直方向为第二排液管(13)；所述进液管(3)、取样管(4)、第一排液管(12)、第二排液管(13)和进气管(14)带有阀门；所述排气管(5)和进气管(14)带有除菌滤膜；所述进气管(14)的除菌滤膜与四通管(11)的距离大于进气管(14)的阀门与四通管(11)的距离；其特征在于，还包括过滤组合部件(6)、收集皿(7)、第一筛板(8)、微孔滤网(9)和第二筛板(10)；所述过滤组合部件(6)置于所述玻璃外壳(1)内部；所述过滤组合部件(6)内部嵌套第一筛板(8)和第二筛板(10)，所述收集皿(7)置于所述第一筛板(8)上，所述微孔滤网(9)固定在所述第二筛板(10)上；所述过滤组合部件(6)下端与所述第一排液管(12)的垂直部分连接；所述玻璃外壳(1)的侧壁与过滤组合部件(6)的侧壁的距离为2-5mm，所述过滤组合部件(6)在第一排液管(12)的支撑下与所述玻璃外壳(1)底部的最短距离为2-5mm。

2.如权利要求1所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述微孔滤网(9)的孔径为0.45μm-30μm。

3.如权利要求2所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述第一筛板(8)和第二筛板(10)的筛孔孔径均为1-3mm。

4.如权利要求3所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述第一筛板(8)和第二筛板(10)之间的间距大于10mm。

5.如权利要求1所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述玻璃外壳(1)底端开口处与四通管(11)的连接方式为螺纹连接。

6.如权利要求1所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述玻璃外壳(1)底端开口处与四通管(11)的连接方式为卡箍连接。

7.如权利要求1所述的防止微藻贴壁的微藻连续培养装置，其特征在于，所述玻璃外壳(1)底端开口处与四通管(11)的连接方式为硅胶软管套接。