一种多营养模式培养微藻的反应器的制作方法

1.本实用新型属于微藻培养工程领域，涉及一种微藻多营养模式培养反应器。


背景技术：

2.微藻是一类光合自养微生物，能够利用光能和二氧化碳合成多种有机物质，例如微藻细胞中含有大量的蛋白质、多不饱和脂肪酸，均衡的矿物质营养元素和维生素等，具有较大的开发利用价值，是一种可再生的微生物资源。然而，在自养条件下，受限于光照、营养等因素，培养微藻达到的密度较低、进而造成以微藻为原料进行产品开发的成本高，市场推广难度大。经过诸多研究发现，一些藻类，例如小球藻、栅藻、小环藻等藻种可以经过阶段驯化实现异养繁殖，大大提高了微藻细胞的培养密度，节省了成本。在此理论基础上，自养和异养结合或者兼养的模式既能够获得光照下才能积累的活性物质，又能够提高微藻细胞的培养密度，具有较大的发展前景，然而，目前针对此模式的反应器尚不成熟，尤其是在培养基灭菌、细胞采收和营养盐循环方面需要工艺和特殊设备的结合。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：一种多营养模式培养微藻的反应器，包括反应釜、浓缩系统、温度控制系统；所述反应釜包括釜体、设置在釜体上可拆卸的上盖、套装釜体外部的加热夹套；所述上盖的下表面的中心部位设置有led光源；所述上盖上贯穿设置有空气管线、二氧化碳管线；所述空气管线和所述二氧化碳管线位于反应釜外部的一端分别于与空压机和二氧化碳压力气源连通，两者位于反应釜内部的一端分别与固定在反应釜内的曝气盘和曝气膜组件连通；所述加热夹套的上部设置有第一排气管线；所述反应釜内还设置有用于测试微藻温度和ph值的温度传感器以及ph计；所述反应釜底部设置有排料管；
4.所述浓缩系统包括中空纤维膜组件、第一循环泵以及返料管线，所述第一循环泵的进口与反应釜底部的料液采收口通过管路连通，其出口与中空纤维膜组件底部的进料口连通；所述返料管线的一端与上盖上的返料口连通，其另一端与中空纤维膜组件上部的清液出口连通；所述中空纤维膜组件的顶部设置有浓缩液出口管；
5.所述温度控制系统包括热水箱、第二循环泵；所述第二循环泵的出口与热水箱下部的进水口连通，其进口与进水总管连通；所述进水总管的另一端分为第一进水支管和第二进水支管，所述第一进水支管的另一端与加热夹套底部的排水口连通，所述第二进水支管与自来水箱连通；所述热水箱的顶盖上贯穿设置有出水管线，第二排气管线，溢流管线；所述出水管线位于热水箱外的一端与加热夹套的上部连通。
6.进一步地，所述的曝气膜组件包括设置在釜体侧壁上的集气室，以及至少一束中空纤维膜束；所述集气室的上端与所述二氧化碳管线连通；所述集气室的底部嵌设有若干集束套筒，所述中空纤维膜束的上端固定在集束套筒内并延伸至集气室内，其下端固定在釜体底部固定块上；所述中空纤维膜束由多根下端封闭、上端开口的中空纤维膜丝束成一
束，且所述中空纤维膜丝的内部与集气室的内部连通。
7.进一步地，还包括有回收系统；所述回收系统包括回收箱，第三循环泵；所述溢流管线与所述回收箱连通，所述第三循环泵的进口与回收箱的底部通过管路连通，其出口与通过管路与自来水箱连通；所述回收箱与所述第三循环泵之间设置有框式过滤器。
8.进一步地，所述回收箱的底部设置有排水管。
9.进一步地，所述反应釜的上盖上设置有接种口。
10.进一步地，所述第一进水支管与所述回收箱之间通过排水支路连通。
11.进一步地，所述第一排气管线和所述第二排气管线上均设有压力表。
12.进一步地，第一循环泵为隔膜泵。
13.本实用新型的有益效果：
14.1、本实用新型的反应器可实现不同模式的培养，自养、异养和兼养；
15.2、本实用新型的反应器温度可控制，并可以通过外置热水箱自设维持温度，加热或降温的能耗低；
16.3、本实用新型采用中空纤维膜束进行二氧化碳的曝气，气泡较小，二氧化碳的吸收率更高，碳源利用率高；
17.4、本实用新型通过连接中空纤维膜组件同步实现微藻的培养和采收，且营养液循环，利用率高；
18.5、本实用新型设置有回收系统，可以有效收集温度调节系统以及反应釜排出的水并对其进行重复利用，节能环保。
附图说明
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.附图标记：1
‑
反应釜；2
‑
中空纤维膜组件；3
‑
热水箱；4
‑
回收箱；5
‑
空气管线；6
‑
二氧化碳管线；7
‑
接种口；8
‑
浓缩液出口管；9
‑
返料管线；10
‑
第一循环泵；11
‑
第二循环泵；12
‑
出水管线；13
‑
第三循环泵；14
‑
第二进水支管；15
‑
第一进水支管；16
‑
进水总管；17
‑
排水支路；18
‑
排水管；19
‑
自来水箱；20
‑
排料管；21
‑
料液采收口；22
‑
led光源；23
‑
上盖；24
‑
釜体；25
‑
加热夹套；26
‑
压力表；27
‑
第一排气管线；28
‑
第二排气管线；29
‑
液位计；30
‑
加热棒；31
‑
溢流管线；32
‑
进水口；33
‑
曝气盘；34
‑
温度传感器；35
‑
ph计；36
‑
集气室；37
‑
集束套筒；38
‑
中空纤维膜束；39
‑
固定块；40
‑
框式过滤器；41
‑
调节阀门。
具体实施方式
21.以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步详细的说明。如图1所示，一种多营养模式培养微藻的反应器，包括反应釜1、浓缩系统、温度控制系统；所述反应釜1包括釜体24、设置在釜体24上可拆卸的上盖23、套装釜体24外部的加热夹套25；所述上盖23的下表面的中心部位设置有led光源22；所述反应釜1的上盖23上设置有接种口7。所述上盖与釜体可以采用现有技术中的螺纹连接或者卡扣连接的方式。所述上盖23上贯穿设置有空气管线5、二氧化碳管线6；所述空气管线5和所述二氧化碳管线6位于反应釜1外部的一端分别于与空压机和二氧化碳压力气源连通，两者位于反应釜1内部的一端分别与固定在反应釜1内的曝气盘33和曝气膜组件连通；所述加热夹25的上部设置有第一排气管线27；
所述反应釜1内还设置有用于测试藻液温度和ph值的温度传感器34以及ph计35；所述反应釜1底部设置有排料管20；
22.所述浓缩系统包括中空纤维膜组件2、第一循环泵10以及返料管线9，所述第一循环泵10的进口与反应釜1底部的料液采收口21通过管路连通，其出口与中空纤维膜组件2底部的进料口连通；所述返料管线9的一端与上盖23上的返料口连通，其另一端与中空纤维膜组件2上部的清液出口连通；所述中空纤维膜组件2的顶部设置有浓缩液出口管8；所述第一循环泵10为隔膜泵。
23.所述温度控制系统包括热水箱3、设置在热水箱内的加热棒30、第二循环泵11；所述第二循环泵11的出口与热水箱3下部的进水口32连通，其进口与进水总管16的一端连通；所述进水总管16的另一端分为第一进水支管15和第二进水支管14，所述第一进水支管15的另一端与加热夹套25底部的排水口连通，所述第二进水支管14与自来水箱19连通；所述热水箱3的顶盖上贯穿设置有出水管线12，第二排气管线28，溢流管线31；所述出水管线12位于热水箱3外的一端与加热夹套25的上部连通；所述热水箱3内设置有液位计29。所述第一排气管线27和所述第二排气管线28上均设有压力表26。
24.所述的曝气膜组件包括设置在釜体24侧壁上的集气室36，以及至少一束中空纤维膜束38；所述集气室36的上端与所述二氧化碳管线6连通；所述集气室36的底部嵌设有若干集束套筒37，所述中空纤维膜束38的上端固定在集束套筒37内并延伸至集气室36内，其下端固定在釜体24底部固定块39上；所述中空纤维膜束38由多根下端封闭、上端开口的中空纤维膜丝束成一束，且所述中空纤维膜丝的内部与集气室36的内部连通。
25.还包括有回收系统；所述回收系统包括回收箱4，第三循环泵13；所述溢流管线31与所述回收箱4连通，所述第三循环泵13的进口与回收箱4的底部通过管路连通，其出口与通过管路与自来水箱19连通；所述回收箱4与所述第三循环泵13之间设置有框式过滤器40。所述回收箱4的底部设置有排水管18。
26.所述第一进水支管15与所述回收箱4之间通过排水支路17连通。所述第一排气管线、所述第二排气管线、所述返料管线、所述空气管线、所述二氧化碳管线、所述出水管线、所述溢流管线、所述进水总管、第一进水支管、第二进水支管、所述排水支路、所述浓缩液出口管、排水管、排料管等管线上均设置有调节阀门。
27.工作过程：首先第二循环泵11启动，对热水箱以及加热夹套进行排气，同时将自来水灌满热水箱和加热夹套；装灌后加热棒30启动，开始对热水箱内的水升温，同时第二循环泵11开始对热水箱以及加热夹套内的水打循环，使其混合均匀，快速达到设定温度。当温度传感器显示加热夹套内的温度较高时，加热棒30关闭，第二进水支管14、溢流管线31上的阀门开启，温度较低的自来水进入热水箱，热水从溢流管线31进入回收箱4内，同时第二循环泵11不断将热水箱与加热夹套内的水不断循环，从而使冷水不断进入加热夹套，至温度降到合适值。回收箱内的水积累到一定量，且温度自然冷却至合适值，可以启动第三循环泵，将其返回至自来水箱备用。
28.当反应釜内的ph值较高时，开始二氧化碳管线上的阀门，向反应釜内补入二氧化碳，由于釜体内设有曝气膜组件，因此通过中空纤维膜束，二氧化碳以极小气泡的形式进入微藻中，可以有效地提高co2的利用率。当反应釜内的微藻培养一段时间后，达到采收条件，例如自养时干重密度达到3克升时，开启料液采收口连通第一循环泵管线上的调节阀门，经
过第一循环泵的作用进入中空纤维膜组件中，浓缩30~50倍后清液经过返料管线返回反应器继续当做培养液使用，浓缩液也就是产品从浓缩液出口管取走进一步离心或沉淀、烘干得到藻粉，亦或是浓缩藻液直接作为产品售卖；采收后通过反应釜上端的接种口补充新鲜培养基和营养盐，开启下一轮培养；因为浓缩之后返回反应釜的清液中还含有一定10~20%的藻细胞，所以不用再重新接种。
29.自养培养：
30.在反应釜中配置培养基至2/3的罐体体积，例如罐体60l，配置40lbg11培养基，培养小球藻，打开led光源，加热棒开始工作，通过热水箱中的热水将反应器中的培养基加热至接近80摄氏度，并维持30分钟，之后自然冷却至室温。开始接种，培养小球藻接种密度为0.3克/升，打开led光源，根据ph值调节co2管线上的阀门开或关，空气管线上的阀门常开，通气量为2l/min;当培养密度达到1克升至3克升时，可以打开料液采收接口，打开第一循环泵，将60l的培养液浓缩至3l，清液返回罐体，浓缩液直接作为产品或进一步烘干、制作成粉。在接种口重新补充一定比例的灭菌后的新鲜培养基，和营养盐，接着进行第二批次培养。
31.兼养培养
32.在反应釜中配置培养基至2/3的罐体体积，例如罐体60l，配置40lbg11培养基，同时添加1克升的葡萄糖；培养小球藻，打开led光源，加热棒开始工作，通过热水箱中的热水将反应釜中的培养基加热至接近80摄氏度，并维持30分钟，之后自然冷却至室温。开始接种，培养小球藻接种密度为0.3克升，打开led光源，根据ph值调节co2管线上的阀门开或关，空气管线上的阀门常开，通气量为2l/min;当培养密度达到10克升至30克升时，可以打开料液采收接口，打开第一循环泵，将60l的培养液浓缩至6l，清液返回罐体，浓缩液直接作为产品或进一步烘干、制作成粉。在接种口重新补充一定比例的灭菌后的新鲜培养基，和营养盐，接着进行第二批次培养。
33.异养培养
34.在反应釜中配置培养基至2/3的罐体体积，例如罐体60l，配置40lbg11培养基，同时添加5克升的葡萄糖；培养小球藻，关闭led光源，加热棒开始工作，通过水箱中的热水将反应釜中的培养基加热至接近80摄氏度，并维持30分钟，之后自然冷却至室温。开始接种，培养小球藻接种密度为0.3克升，空气曝气常开，通气量为6l/min;当培养密度达到30克升至60克升时，可以打开料液采收接口，打开第一循环泵，将60l的培养液浓缩至20l，清液返回罐体，浓缩液直接作为产品或进一步烘干、制作成粉。在接种口重新补充一定比例的灭菌后的新鲜培养基，和营养盐，接着进行第二批次培养。
35.上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。