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CN102260629B - 板式光生物反应器 - Google Patents

板式光生物反应器 Download PDF

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CN102260629B
CN102260629B CN201010193837.4A CN201010193837A CN102260629B CN 102260629 B CN102260629 B CN 102260629B CN 201010193837 A CN201010193837 A CN 201010193837A CN 102260629 B CN102260629 B CN 102260629B
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Abstract

本发明涉及一种板式光生物反应器，包括至少一个流道，其中，每一流道包括：至少2块上挡板，设置于光照面的内壁面上；至少2块下挡板，设置于无光面的内壁面上；其中，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为20～70度，且夹角方向相反。该板式光生物反应器具有特定内部结构，能够实现藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间的来回穿梭，能发挥藻细胞的“闪光效应”，从而提高微藻规模培养的光能利用率和提高微藻细胞的产量。本发明的板式光生物反应器适宜于规模化培养各种微藻。

Description

板式光生物反应器
技术领域
本发明涉及一种板式光生物反应器，具体地说是涉及一种具有特殊内部结构的板式光生物反应器。
背景技术
微藻细胞富含氨基酸、蛋白质、维生素、不饱和脂肪酸等多种高附加值的生物物质，已经成为人类食品、医药、染料、精细化工领域的重要材料来源。目前，随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基于生物质的生物炼制引起了人们的高度重视，微藻作为重要的可再生能源能够提供大量的生物质(油脂、淀粉、纤维素)，在生物炼制领域，具有广阔的应用前景。
微藻规模化培养主要分为开放式培养和封闭式培养两种方式。开放式培养，是开发最早且应用最为普遍的一种方式，目前世界各国、特别是中国仍然将其作为微藻工业化培养的主要方式(Borowitzka L.T.，Bioresource Technology，1991，38：251～252)。开放式培养中，有代表性的反应器包括跑道式培养池、圆形培养池。该培养方式的主要优点是构建简单、成本低廉及操作简便。缺点是光能利用率低，受外界环境因素的影响大，易被污染，水分蒸发大。
封闭式培养通常采用多种形式(如柱式、管式和板式)的封闭式光生物反应器。相比于开放式培养，封闭式培养不容易受污染，节约水资源，培养密度高，收获成本低，缺点是投资成本高(Pulz O.，Applied Microbiology andBiotechnology，2001，57：287～293；Lee Y-K.，Journal of Applied Phycology，2001，13：307～315；Tsygankov A.A.，Applied Biochemistry and Microbiology，2001，37(4)：333～341)。为了克服封闭式培养成本高的缺陷，一方面需要降低培养所需的材料、能耗成本，另一方面需要大幅度提高产率。虽然封闭式培养的产率要高于开放式培养，但是微藻的光能利用率还很低。设法提高藻细胞对光能的利用率是提高产率、降低成本的重要途径。
由于微藻的光合作用过程可分为两个阶段，称为光反应和暗反应。在光反应阶段，藻细胞接受光量子并转换为化学能；在暗反应阶段，藻细胞利用化学能合成细胞组份，而且在暗反应阶段，藻细胞不需要光照甚至光照反而有害。因此，对单个藻细胞而言，持续的光照意味着光量子的浪费。
科学家们已经了解了，在规模培养的光生物反应器内以及通常的细胞密度下，光线在培养液内传播时会迅速衰减，光的穿透距离为几毫米，在高细胞密度下只有1mm左右。光生物反应器内事实上可分为靠近光照面内壁面的光区与之外的暗区两部分。如果藻细胞以特定频率(通常高于1Hz的频率)在光生物反应器的光区与暗区频繁置换时，会产生“闪光效应”，光能的利用率会得到很大提高(Janssen M，Slenders P，Tramper J，et al.，Enzyme MicrobialTechnology，2001，29：298～305；Matthijs H.C.P，Balke H，Mur L.R，et al.，Biotechnology and Bioengineering，1996，50：98～107)。即，当藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间来回穿梭，就可使得接受过光照的藻细胞及时进入暗区进行暗反应，同时使得完成了暗反应的藻细胞回到光区再次接受光照，这样就使得进入光生物反应器的光量子被充分利用。因此通过强化培养液的混合，使藻细胞在光区与暗区之间高频率来回穿梭，可以提高总体的光能利用率和藻细胞的产量。
然而，在传统的板式光生物反应器中，培养液的流动混合尚不理想。板式光生物反应器(包括水平放置、倾斜放置、垂直放置等)的板厚在1～10cm之间不等，这些光生物反应器的内壁面往往是光滑的。受反应器壁面的限制，在靠近内壁面处培养液混合不充分，藻细胞在垂直于流动方向(以下称光径方向)的速度很小，难以产生在光区与暗区之间的穿梭，藻细胞长时间位于光照面内壁面附近会产生光抑制甚至是光损伤(即光照过量)；而距光照面内壁面较远的藻细胞却长时间处于光限制状态(即光照不足)，使得光能利用率不高。
通过一定内部结构的设计可以强化培养液的混合。如在中国专利CN200610026539.X中公开的加置中空挡板的板箱式光生物反应器，通过该特定的内部装置可以强化培养液的流动混合，同时，在所述的中空挡板内可以安装内光源或者作为气体分布装置。该类加装中空挡板的装置虽然可以起到强化培养液的混合作用，但是结构复杂，制造成本高，而且藻细胞的混合是无序混合，难以保证藻细胞受到特定周期的光照。
发明内容
本发明的目的是在现有的板式光生物反应器的基础上，提供一种结构简单、便于批量制造的板式光生物反应器，其具有特定内部结构，能够实现藻细胞在光生物反应器的光区与暗区之间的来回穿梭，能发挥藻细胞的“闪光效应”，从而提高微藻规模培养的光能利用率和提高微藻细胞的产量。本发明的板式光生物反应器适宜于规模化培养各种微藻。
本发明提供的板式光生物反应器，包括至少一个流道，其中，每一流道包括：
-至少2块上挡板，设置于光照面的内壁面上；
-至少2块下挡板，设置于无光面的内壁面上；
其中，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为20～70度，且夹角方向相反。
在本发明的实施方式中，所述板式光生物反应器为硬体光生物反应器或软体光生物反应器。所述硬体光生物反应器包括由硬质板材制得的光照面和无光面、以及沿着培养液流动方向设置的支撑筋板分隔从而形成截面为矩形的流道。所述软体光生物反应器是直接用热压或粘结等方法在软体材料(如卷材或膜材)需设置筋板的位置将光照面和无光面粘结在一起，充入培养液后流道被撑开从而形成截面为圆形或椭圆形的流道，被粘结的部位仍起到筋板的作用。
在本发明的实施方式中，沿流道长度方向上，所述上挡板的间距或下挡板的间距为10mm～150mm。
在本发明的实施方式中，所述的上、下挡板沿流道宽度方向的投影长度是该板式光生物反应器流道宽度的30～100％。
在本发明的实施方式中，所述的上、下挡板的高度(挡板本身截面的高度)为1mm～10mm。
在本发明的实施方式中，所述的上、下挡板的截面可为矩形、梯形、三角形、半圆形或其它形状；其中，矩形形状的挡板的厚度为1mm～5mm；梯形、三角形或半圆形的挡板的半高处的厚度为1mm～5mm。
在本发明的实施方式中，所述挡板的材料可以是透光材料或选择容易加工安装的不透光材料。所述的透光材料可以是玻璃、有机玻璃、塑料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等)等中的一种；所述的不透光材料可以是塑料、橡胶、树脂等中的一种。优选地，所述挡板的材料与光照面的材料相同。
所述光照面是由各种透光材料制得，如玻璃、有机玻璃、塑料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等)。
在本发明的实施方式中，所述流道的长度可根据实际培养需要作相应的调整，并可以将多个流道并联或串联使用，形成不同外形的板式光生物反应器。此时筋板同时起到折流板的作用。
大规模生产时，可以根据产量的要求，可将多个本发明的板式光生物反应器并联或串联，再配套其它装置。
本发明的提高微藻规模培养的光能利用率的板式光生物反应器，可以建造在室外露天或者大棚内，充分利用自然光，可以对各种微藻进行培养，包括螺旋藻、小球藻、盐藻、硅藻、金藻等。
与现有技术相比，本发明的提高微藻规模培养的光能利用率的板式光生物反应器的优势在于：能够充分发挥藻细胞的“闪光效应”，提高微藻规模培养的光能利用率，提高单位照光面积的产量。另外，本发明的提高微藻规模培养的光能利用率的板式光生物反应器结构简单，便于批量制造，可以简单地增加反应器的个数来扩大生产规模。
附图说明
图1、本发明的硬体板式光生物反应器的一流道的透视图；
图2、本发明的硬体板式光生物反应器的一流道的右视图；
图3、本发明的多个流道并联的板式光生物反应器的俯视图；
图4、本发明的多个流道串联的板式光生物反应器的俯视图；
图5、几种不同截面形状的挡板在本发明一流道内的正视图剖面；
图6、本发明的板式光生物反应器内藻细胞在光径方向上的位置变化；
图7、本发明的软体板式光生物反应器的一截面为圆形的流道的右视图；
图8、本发明的软体板式光生物反应器的一截面为椭圆形的流道的右视图；
图9、微藻培养系统示意图；
其中：
1.流道培养液入口    2.流道培养液出口    3.光照面
4-1.上挡板               4-2.下挡板         5.无光面
6.筋板(折流板)           7.矩形挡板         8.梯形挡板
9.三角形挡板             10.流体输送装置    11.光生物反应器
12.热交换装置            13.气液交换装置    14端面板
15.反应器培养液入口      16.反应器培养液出口
α.上挡板的长度方向与流道中培养液流动方向的夹角
β.下挡板的长度方向与流道中培养液流动方向的夹角。
具体实施方式
本发明提供的板式光生物反应器，包括至少一个流道，其中，每一流道包括：-至少2块上挡板4-1，设置于光照面3的内壁面上；-至少2块下挡板4-2，设置于无光面5的内壁面上；其中，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为20～70度，且夹角方向相反。
本发明的一实施方式，所述板式光生物反应器为硬体光生物反应器，如图1和图2所示，其包括由硬质板材制得的光照面(上面板)3和无光面(下面板)5、以及沿着培养液流动方向(即由流道培养液入口1至流道培养液出口2的方向)设置的支撑筋板6分隔从而形成截面为矩形的流道。其中，每一流道包括：至少2块上挡板4-1，设置于光照面3的内壁面上；至少2块下挡板4-2，设置于无光面5的内壁面上；上挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角α的大小以及下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角β的大小为20～70度，且夹角α和夹角β的方向相反(如图3、图4所示)。
本发明的另一实施方式，所述板式光生物反应器为软体光生物反应器，如图7和图8所示，其直接用热压或粘结等方法在软体材料(如卷材或膜材)需设置筋板的位置将光照面3和无光面5粘结在一起，充入培养液后流道被撑开从而形成截面为圆形或椭圆形的流道，被粘结的部位仍起到筋板(折流板)的作用。其中，每一流道包括：至少2块上挡板4-1，设置于光照面3的内壁面上；至少2块下挡板4-2，设置于无光面5的内壁面上；上挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角α的大小以及下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角β的大小为20～70度，且夹角α和夹角β的方向相反(如图3、图4所示)。
在本发明的实施方式中，沿流道长度方向上，所述上挡板的间距或下挡板的间距为10mm～150mm。
在本发明的实施方式中，如图2、3、4、7、8所示，所述的上、下挡板沿流道宽度方向的投影长度是该板式光生物反应器流道宽度的30～100％。
在本发明的实施方式中，所述的上、下挡板的高度(挡板本身截面的高度)为1mm～10mm。
在本发明的实施方式中，如图5所示，所述的上、下挡板的截面可为矩形、梯形、三角形、半圆形或其它形状；其中，矩形形状的挡板的厚度为1mm～5mm；梯形、三角形或半圆形的挡板的半高处的厚度为1mm～5mm。
在本发明的实施方式中，所述挡板的材料可以是透光材料或选择容易加工安装的不透光材料。所述的透光材料可以是玻璃、有机玻璃、塑料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等)等中的一种；所述的不透光材料可以是塑料、橡胶、树脂等中的一种。优选地，所述挡板的材料与光照面的材料相同。
所述光照面是由各种透光材料制得，如玻璃、有机玻璃、塑料(聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯等)。
在本发明的实施方式中，所述硬体光生物反应器中的每一流道的光照面与无光面间的间距为10mm～100mm，流道的宽度为10mm～300mm。
在本发明的实施方式中，所述软体光生物反应器中的每一流道的光照面与无光面两侧相粘结，两粘结处间距离为10mm～300mm。
在本发明的一实施方式中，所述流道的长度可根据实际培养需要作相应的调整，可以用筋板兼做折流板使多个流道并联，如图3所示；或使多个流道串联，如图4所示。
可依据材料的加工性能选择挡板的制造和安装方式。例如，可将已单独制造好的挡板粘结于板式光生物反应器的内壁面上、用模具将板式光生物反应器的光照面3和无光面5与挡板一体成型、或将事先制造好的挡板用支架连接后置入板式光生物反应器中使得挡板紧贴板式光生物反应器的光照面3和无光面5的内壁面。
大规模生产时，可以根据产量的要求，可将多个本发明的板式光生物反应器并联或串联，再配套其它装置。例如，如图9所示，在实际生产培养藻细胞的过程中，整个培养系统中除了上述的本发明的提高微藻规模培养的光能利用率的板式光生物反应器11以外，还配有气液交换装置13用于供气和进行氧解析、流体输送装置10、热交换装置12，连接装置、物料分配装置、温度监测控制装置，以及其它附属装置。
本发明的板式光生物反应器的原理是：当培养液以一定的速度流过本发明的板式光生物反应器时，会在流道内形成螺旋形的运动，并且会在挡板之间产生漩涡，推动藻细胞在光径方向上形成一定的往复运动，从而实现藻细胞在板式光生物反应器的光区和暗区的来回穿梭。通过调整培养液的流速、挡板的尺寸、挡板的距离，可以得到不同的光暗循环周期，而且光暗循环的频率可以高于1Hz。图6表示的是在一硬体板式光反应器内，流道的光照面3和无光面5内表面间距16mm、上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向成45度角并充满流道宽度、挡板的间距为80mm、挡板高度为4mm、挡板厚度为2mm时，代表藻细胞的粒子在反应器内运动时，其在光径方向上的位置随时间的变化。可以清楚地看到，粒子在光径方向上有规律地波动，一个完整的光暗循环周期约为160ms。当板式光生物反应器内的培养液流速是10cm/s～100cm/s时，在此范围内可以形成500ms～20ms的光暗循环周期，对应的光暗循环频率为2Hz～50Hz。
本发明的提高微藻规模培养的光能利用率的板式光生物反应器，可以建造在室外露天或者大棚内，充分利用自然光，可以对各种微藻进行培养，包括螺旋藻、小球藻、盐藻、硅藻、金藻等。
实施例1
在室外自然光照下进行螺旋藻的培养。构建的培养系统的板式光生物反应器水平放置，制造材质为有机玻璃板，上、下面板的厚度为2mm，端面板14和筋板6的厚度均为2mm，筋板6的长度为80cm。板式光生物反应器的尺寸为：长1m、宽1.022m、上下面板内表面间距16mm，平板内部由筋板分割为10条各为10cm宽的流道，各流道并联(如图3)。紧贴上面板和下面板内侧粘贴由有机玻璃板材料制备的矩形截面挡板3，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为45度，且夹角方向相反，挡板长度14.1cm(挡板沿培养液流道宽度方向的投影长度是流道宽度的100％)，沿流道长度方向上挡板的间距为80mm，挡板高度为4mm，挡板厚度为2mm。每个流道内安装10块上挡板和10块下挡板(挡板之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约82％)。
培养系统由10个串联的上述板式光生物反应器11(分成两组，每组串联5个)、流体输送装置10(市售隔膜泵)、热交换装置12、气液交换装置13构成，连接方式如图9所示，其中板式光生物反应器11水平放置。培养液在反应器内的流速为20cm/s。
藻种来自中国科学院过程工程研究所，品种为钝顶螺旋藻，培养基为Zarrouk培养基，培养液中碳酸氢钠的初始浓度为0.1mol/L。
培养前用经0.2μ微滤膜过滤后的水清洗上述的光生物反应器。按照Zarrouk培养基配方配制160L培养基，培养基用0.2μ微滤膜过滤。按常规方法制备种液，接种密度0.1g/L。培养液pH值设定在9.0，环境温度25～35℃，采用户外自然光照，控制培养温度为32±1℃。定期取样测定藻细胞密度。当藻细胞密度达到3g(干重)/L时开始半连续采收，采收方法是(大约每3天)将培养系统内培养液的20％引出，将过滤后的过滤液返回原培养系统中。过滤得到的藻细胞收获后洗涤、干燥。
培养期间定期检测其它营养盐的浓度并及时补充，并补充少量水以弥补水的蒸发损耗。培养期间，向培养系统中的每个气液交换装置内通入空气和二氧化碳的混合气体，混合气体的流量是0.6L/L.min，混合气体中二氧化碳的摩尔分数为3％。培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为36g/m2.d。
比较例1
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是板式光生物反应器中无挡板。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率为25g/m2.d。
显然，同样培养条件下，在本发明实施例1的挡板板式光生物反应器内的面积产率高于在比较例1的无挡板板式光生物反应内的面积产率，即本发明的挡板板式光生物反应器使得藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例2
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是所放入挡板的高度为2mm，厚度为1mm，沿流道长度方向上挡板的间距为30mm，挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为70度，挡板沿培养液流道宽度方向的投影长度是流道宽度的50％，每个流道内安装25块上挡板和25块下挡板，挡板之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约74％)。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为34g/m2.d。高于比较例1在无挡板板式光生物反应器内同样培养条件下的面积产率(25g/mw2.q)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例3
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是所放入挡板的高度为6mm，厚度为3mm，沿流道长度方向上挡板的间距为100mm，挡板的长度方向与培养液流动方向成20度角。每个流道内安装6块上挡板和6块下挡板，挡板之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约78％)。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为33g/m2.d。高于比较例1在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(25g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例4
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是沿流道长度方向上挡板的间距为15mm，挡板沿培养液流道宽度方向的投影长度是流道宽度的30％，每个流道内安装50块上挡板和50块下挡板，挡板之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约77％)
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为34g/m2.d。高于比较例1在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(25g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例5
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是培养液入口流速为50cm/s。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为39g/m2.d。高于比较例1在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(25g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例6
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是培养液入口流速为10cm/s。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为32g/m2.d。高于比较例1在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(25g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例7
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是，板式光生物反应器的上下面板内表面间距30mm，所放入挡板的高度为10mm，厚度为5mm，沿流道长度方向上挡板的间距为120mm，上挡板的长度方向与培养液流动方向成60度角，下挡板的长度方向与培养液流动方向成30度角，上挡板与下挡板的长度方向与流道长度方向相比的倾斜方向相反。每个流道内安装7块上挡板和7块下挡板，挡板之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约78％)。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为33g/m2.d。高于比较例2在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(23g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
比较例2
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例7，所不同的是板式光生物反应器中无挡板。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率为23g/m2.d。
实施例8
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是，板式光生物反应器的上下面板内表面间距30mm，所放入挡板的截面形状是三角形，挡板的高度为8mm，半高处的厚度为3mm。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为32g/m2.d。高于比较例2在无挡板板式光生物反应内同样培养条件下的面积产率(23g/m2.d)，表明藻细胞的光能利用率提高明显。
实施例9
在室外自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例1，所不同的是板式光生物反应器(如图3)是由聚乙烯薄膜制成的软体板式光生物反应器，聚乙烯薄膜厚度为0.2mm。用热压的方法在如图3所示设置筋板的位置将光照面和无光面粘结在一起，板式反应器的长度为1m，宽度为1.022m，通过粘结将板式光生物反应器分成10个10cm宽的流道。通过内置模具同时在外部热压的方式在每个流道的光照面和无光面内侧形成向内凸起(挡板4)，凸起的截面形状为三角形(如图5中的9)，凸起的高度4mm、半高宽度2mm，凸起(挡板)的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为45度，且光照面和无光面的凸起的长度方向与培养液流动方向的夹角方向相反，凸起沿培养液流道宽度方向的投影长度为10cm，沿流道长度方向上凸起(挡板)的间距为80mm。每个流道内光照面和无光面内侧各设置10个凸起(挡板)，凸起之间的区域覆盖光生物反应器的有效光照面的约82％。
实际培养时，将培养液泵入板式光生物反应器时，每个流道被撑开为长直径(宽)约为8cm、短直径(高)约为3.6cm的椭圆形状(如图8)。
配制的培养基体积约为170L，控制条件和采收方法同实施例1，采收时的密度约为5g/L。
培养期间定期检测其它营养盐的浓度并及时补充，并补充少量水以弥补水的蒸发损耗。培养期间，向培养系统中的每个气液交换装置内通入空气和二氧化碳的混合气体，混合气体的流量是1.0L/L.min，混合气体中二氧化碳的摩尔分数为3％。培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为38g/m2.d。
比较例3
在自然光照下进行螺旋藻的培养。其它条件同实施例9，所不同的是板式光生物反应器内没有凸起(挡板)。
培养过程持续30天，螺旋藻的面积产率约为26g/m2.d。
显然，同样培养条件下，在本发明实施例9的挡板板式光生物反应器内的面积产率高于在比较例3的无挡板板式光生物反应内的面积产率，即本发明的挡板板式光生物反应器使得藻细胞的光能利用率提高明显。

Claims (11)

1.一种板式光生物反应器，包括至少一个流道，其特征在于，每一流道包括：
-至少2块上挡板，设置于光照面的内壁面上；
-至少2块下挡板，设置于无光面的内壁面上；
其中，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角大小为20～70度，且夹角方向相反；
当培养液流过所述板式光生物反应器时，会在流道内形成螺旋形的运动，并且会在挡板之间产生漩涡，推动微藻细胞在光径方向上形成一定的往复运动，从而实现微藻细胞在板式光生物反应器的光区和暗区的来回穿梭。
2.根据权利要求1所述的板式光生物反应器，其中，所述板式光生物反应器为硬体光生物反应器或软体光生物反应器。
3.根据权利要求2所述的板式光生物反应器，其中，所述硬体光生物反应器包括由硬质板材制得的光照面和无光面、以及沿着培养液流动方向设置的支撑筋板分隔从而形成截面为矩形的流道。
4.根据权利要求2所述的板式光生物反应器，其中，所述软体光生物反应器是直接在软体材料需设置筋板的位置将光照面和无光面粘结在一起，充入培养液后流道被撑开从而形成截面为圆形或椭圆形的流道。
5.根据权利要求1所述的板式光生物反应器，其中，沿流道长度方向上，所述上挡板的间距或下挡板的间距为10mm～150mm。
6.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述的上、下挡板沿流道宽度方向的投影长度是该板式光生物反应器流道宽度的30～100％。
7.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述的上、下挡板的高度为1mm～10mm。
8.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述的上、下挡板的截面为矩形、梯形、三角形、半圆形；矩形形状的挡板的厚度为1mm～5mm；梯形、三角形或半圆形的挡板的半高处的厚度为1mm～5mm。
9.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述挡板的材料是透明的玻璃、有机玻璃、塑料。
10.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述挡板的材料是不透光的塑料、橡胶、树脂。
11.根据权利要求1或5所述的板式光生物反应器，其中，所述流道并联或串联使用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103361257A (zh) * 2012-04-05 2013-10-23 华东理工大学 一种基于强化光照方向混合的新型内部构件及光生物反应器
CN103911274A (zh) * 2012-11-30 2014-07-09 新奥科技发展有限公司 用于微藻规模培养的装置和方法
CN103421677B (zh) * 2013-04-26 2018-08-07 中国科学院过程工程研究所 一种用于微藻大规模培养的挡板开放池
CN104293674B (zh) * 2013-07-19 2017-05-24 中国石油化工股份有限公司 一种规模化培养微藻的方法
CN104293675B (zh) * 2013-07-19 2017-07-25 中国石油化工股份有限公司 一种规模化培养微藻的方法
CN104293673B (zh) * 2013-07-19 2017-05-24 中国石油化工股份有限公司 一种规模化培养微藻的方法
CN104789451B (zh) * 2014-01-17 2017-01-04 中国石油化工股份有限公司 一种光合生物培养装置
CN104789442B (zh) * 2014-01-17 2017-04-26 中国石油化工股份有限公司 一种培养光合生物的方法
CN105219616B (zh) * 2014-06-17 2017-11-21 中国科学院过程工程研究所 一种软体板式光生物反应器
CN104293664B (zh) * 2014-08-07 2016-12-07 中国航天员科研训练中心 空间应用型流路可控锁闭式细胞培养室
CN105733924A (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 国家开发投资公司 薄层卧式光生物反应器及光生物培养系统
CN105018331B (zh) * 2015-07-16 2017-07-21 中国海洋大学 一种多向湍流、混合的跑道池微藻培养系统
CN105002086B (zh) * 2015-07-16 2017-12-01 中国海洋大学 一种利用微气泡持续气浮采收藻细胞的跑道池微藻养殖系统
JPWO2019035455A1 (ja) * 2017-08-16 2020-09-03 日本曹達株式会社 微生物培養システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2197366Y (zh) * 1994-08-19 1995-05-17 李维仁 光生物反应器
CN1880442A (zh) * 2006-05-15 2006-12-20 华东理工大学 新的多节式平板光生物反应器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2197366Y (zh) * 1994-08-19 1995-05-17 李维仁 光生物反应器
CN1880442A (zh) * 2006-05-15 2006-12-20 华东理工大学 新的多节式平板光生物反应器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A novel airlift photobioreactor with baffles for improved light utilization through the flashing light effect;Jörg Degen et al;《Journal of biotechnology》;20011228;第92卷(第2期);89-94 *

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