一种微藻培养的生物反应器的制作方法

1.本技术涉及微藻培养生物技术领域，尤其涉及一种微藻培养的生物反应器。


背景技术：

2.微藻通常是指含有叶绿素a并能进行光合作用的微生物的总称，属于原生生物的一种。海洋里的微藻是一类结构简单、个体微小的植物，其具有生长速度快、光合固碳能力强的特点，成为最具有潜力的能源生物资源之一。
3.目前微藻主要是采用人工培养，包括开放式和封闭式。开放式培养主要是利用培养池或输水管型培养池等基础容器，其具有装置简单、管理方便的优点，但是这种开放式培养的微藻容易被污染，且藻细胞密度较低，存在生产效率低下的缺点。封闭式培养主要是利用透明封闭的玻璃罐，通过外加光照、加热装置等控制光照、温度，以调节培养条件。但是由于微藻生长迅速，很容易造成反应罐内分散不均匀；并且微藻具有趋光性，在其生长的过程中容易贴壁生长，这些都会导致反应器内的有效辐射光强度下降，影响微藻的生长，甚至导致微藻的死亡分解。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术提供一种微藻培养的生物反应器，其可以降低微藻的贴壁生长现象，从而有效提高微藻的培养效率。
5.一种微藻培养的生物反应器，包括罐体、与罐体配合的顶盖、曝气装置以及排气管；
6.所述曝气装置包括设于罐体内的曝气组件、为曝气组件提供气体的气泵以及连接曝气组件和气泵的气管；
7.所述曝气组件包括固设于罐体底部的支撑底座、水平设于支撑底座上的支撑轴、气道以及喷气管；
8.所述气道为环形的中空结构，其通过支撑轴与支撑底座连接；
9.所述气道上开设有进气孔，所述进气孔连接于气管；
10.所述喷气管沿气道的轴向分布并连通连接于气道，所述喷气管远离气道的一端开设有排气孔。
11.通过采用上述技术方案，在使用生物反应器培养微藻时，将微藻以及培养液投入罐体后，盖上顶盖；根据培养需要，通过曝气装置对罐体供应二氧化碳，多余的其他通过排气管排出。其工作原理为：启动气泵，二氧化碳气体通过气管、进气孔进入气道中，然后通过连通于气道的喷气管的排气孔排出，从而可以在培养液中形成气泡，所形成的气泡可以带动培养液波动，从而对罐体的内壁产生冲刷的作用，使粘附于罐体内壁的藻细胞剥离；同时气泡还可以对培养液起到一定的搅拌作用，降低藻细胞在罐体的沉积现象。
12.可选的，所述喷气管远离气道的一端铰接有可沿气体流出方向转动的防护板，用于遮挡排气孔。
13.由于培养的过程是间歇性曝气，为了防止在非曝气期间，藻细胞将排气孔堵塞而影响曝气效果，通过采用上述技术方案，在非曝气期间可以对排气孔进行遮挡，而在曝气期间，气体从喷气管中冲出时可以将防护板顶开，不会影响到曝气效果。
14.可选的，所述气道的内部沿支撑轴的轴向方向被分为两个空腔，两个空腔之间不连通；
15.所述进气孔的数量为两个，两个进气孔分别位于两个空腔处；
16.所述气管的数量为两个，两个进气孔分别连接两个气管；
17.所述喷气管的下管壁开设有喷气孔；
18.所述支撑轴转动连接于支撑底座。
19.通过采用上述技术方案，启动气泵，一条气管的进气阀门关闭，另一条气管的进气阀门开启，此时气体仅从一条气管进入气道的一个空腔中，而后再从与该空腔连通的喷气管排出；由于喷气管的下管壁开设有若干个喷气孔，在气体向下冲击力的作用，会推动该侧的喷气管向上摆动，另一侧的喷气管会向下摆动，从而带动气道围绕支撑轴转动；当气道触碰到罐底时，则停止转动。然后开启另一条气管的进气阀门，关闭先前的气管的进气阀门，此时气体会从另一条的气管进入连通于该气管的空腔中，再从与该空腔连通的喷气管排出，可以使得该侧的喷气管向上摆动。
20.通过交替向气道的两个空腔进气，可以实现气道的上下摆动，一方面可以以机械搅拌的方式降低藻细胞的沉积，另一方面在喷气管上下摆动的过程中，从排气孔喷出的气体形成的气泡可以从沿着罐体内壁上浮，进一步降低藻细胞对罐体内壁的粘附，从而提高微藻培养效率。
21.可选的，所述喷气孔开设于喷气管靠近排气孔的一端。
22.通过采用上述技术方案，根据杠杆原理，喷气孔开设于喷气管靠近排气孔的一端，可以提供更大的向上的冲击力。
23.可选的，所述支撑底座上固设有限位杆，所述限位杆位于气道的下方。
24.通过采用上述技术方案，在喷气管上下摆动的过程中，当气道触碰到限位杆时，可以起到限制其继续向下运动的作用，避免喷气管反复接触罐底而对其造成磨损破坏，可以起到延长曝气组件使用寿命的作用。
25.可选的，所述曝气组件还包括支撑环，所述支撑环固定连接于喷气管且与气道同轴设置。
26.可选的，所述支撑环位于喷气管的下方。
27.通过采用上述技术方案，支撑环的作用可以对喷气管起到支撑的作用，从而增加了结构。
28.可选的，所述排气管的开口端向下设置。
29.本技术为封闭式生物反应器，为了保持罐体内的气压平衡，在顶盖上设置有排气管。通过采用上述技术方案，排气管的开口端向下，可以减少空气中的污染物从排气管进入罐体内，从而进一步降低环境污染对微藻培养的影响。
30.综上所述，本技术具有以下有益效果：
31.1、由于本技术通过曝气组件，气体连通于气道的喷气管的排气孔排出，可以在培养液中形成气泡，所形成的气泡可以带动培养液波动，从而对罐体的内壁产生冲刷的作用，
使粘附于罐体内壁的藻细胞剥离；同时气泡还可以对培养液起到一定的搅拌作用，降低藻细胞在罐体的沉积现象。
32.2、本技术通过交替向气道的两个空腔进气，可以实现喷气管的上下摆动，一方面可以以机械搅拌的方式降低藻细胞的沉积，另一方面在喷气管上下摆动的过程中，从排气孔喷出的气体形成的气泡可以从沿着罐体内壁上浮，进一步降低藻细胞对罐体内壁的粘附，从而提高微藻培养效率。
33.3、本技术通过在支撑底座上设置的限位杆，可以限制喷气管向下运动的幅度，避免喷气管反复接触罐底而对其造成磨损破坏，可以起到延长曝气组件使用寿命的作用。
附图说明
34.图1是本技术实施例1的生物反应器的整体结构示意图。
35.图2是本技术实施例2的曝气组件的结构示意图。
36.图3是本技术实施例2的喷气管的局部放大示意图。
37.图4是本技术实施例2中的曝气组件的工作状态图，(a)为非曝气期间的曝气组件的状态图；(b)为向一端空腔充气时的曝气组件的状态图；(c)为向另一端空腔充气时的曝气组件的状态图。
38.图中：1、罐体；2、顶盖；3、曝气装置；31、曝气组件；311、支撑底座；312、支撑轴；313、气道；3131、进气孔；314、喷气管；3141、排气孔；3142、喷气孔；315、防护板；316、限位杆；317、支撑环；32、气泵；33、气管；4、排气管。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的描述。
40.实施例1
41.一种微藻培养的生物反应器，参照图1，生物反应器包括罐体1、与罐体1配合的顶盖2、曝气装置3以及排气管33，其中，罐体1为透明材质，优选的，本实施例中的罐体1为有机玻璃材质。当需要提供光照时，可在罐体1外放置光源(图中未画出)，光线透过透明的罐体1可为微藻提供光照。
42.在使用生物反应器培养微藻时，将微藻以及培养液投入罐体1后，盖上顶盖2；根据培养需要，通过曝气装置3对罐体1供应二氧化碳，多余的其他通过排气管33排出。本实施例中，排气管33的开口端向下，可以减少空气中的污染物从排气管33进入罐体1内，从而进一步降低环境污染对微藻培养的影响。
43.参照图1和图2，曝气装置3包括设于罐体1内的曝气组件31、设于罐体1外的气泵32以及连通曝气组件31和气泵32的气管33。曝气组件31包括固设于罐体1底部的支撑底座311、水平固设于支撑底座311上的支撑轴312、气道313、喷气管314。气道313为环形的中空结构，其与支撑轴312固定连接，气道313通过支撑轴312与支撑底座311连接。气道313的底端开设有进气孔3131，进气孔3131连接于气管33。喷气管314沿气道313的轴向分布并连通连接于气道313，喷气管314远离气道313的一端开设有排气孔3141。其工作原理如下：启动气泵32，二氧化碳气体通过气管33、进气孔3131进入气道313中，然后通过连通于气道313的喷气管314的排气孔3141排出，可以在培养液中形成气泡，所形成的气泡可以带动培养液波
动，从而对罐体1的内壁产生冲刷的作用，使粘附于罐体1内壁的藻细胞剥离；同时气泡还可以对培养液起到一定的搅拌作用，降低藻细胞在罐体1的沉积现象。
44.参照图2和图3，由于培养的过程是间歇性曝气，为了防止在非曝气期间，藻细胞将排气孔3141堵塞而影响曝气效果，本实施例优选在排气孔3141处设置单向转动的防护板315。防护板315铰接于喷气管314的端部，并且其尺寸大于排气孔3141，在非曝气期间可以对排气孔3141进行遮挡，而在曝气期间，气体从喷气管314中冲出时可以将防护板315顶开，不会影响到曝气效果。
45.参照图1和图2，为了能够提高气泡对罐体1内壁的冲刷效果，本实施例中的喷气管314的长度比较长，使其排气孔3141能够尽可能靠近罐体1内壁；为了增加结构的稳定性，在喷气管314的下方固设有用于支撑喷气管314的支撑环317，且支撑环317与气道313同轴设置。
46.实施例2
47.本实施例与实施例1的不同之处在于曝气组件31的结构，以及气管33的数量为两条。
48.为了能够进一步降低罐体1内藻细胞的沉积以及贴壁现象，实施例2的曝气组件31进一步设置为可以上下摆动。
49.参照图1和图2，本实施例中的曝气组件31包括固设于罐体1底部的支撑底座311、转动连接于支撑底座311的支撑轴312、固设于支撑底座311且位于气道313下方的限位杆316、气道313以及喷气管314。气道313与支撑轴312固定连接，气道313通过水平放置的支撑轴312与支撑底座311连接。
50.气道313为环形的中空结构，其内部沿支撑轴312的轴向方向被平分为两个空腔，两个空腔之间不连通。气道313的底端在位于两个空腔的位置分别开设有两个进气孔3131，两个进气孔3131分别连通于两个气管33。
51.参照图1、图2和图4，喷气管314沿气道313的轴向分布并连通连接于气道313，喷气管314远离气道313的一端开设有排气孔3141；喷气管314的下管壁靠近排气孔3141的一端开设有若干个喷气孔3142。其工作原理如下：启动气泵32，一条气管33的进气阀门关闭，另一条气管33的进气阀门开启，此时气体仅从一条气管33进入气道313的一个空腔中，而后再从与该空腔连通的喷气管314排出；由于喷气管314的下管壁开设有若干个喷气孔3142，在气体向下冲击力的作用，会推动该侧的喷气管314向上摆动，另一侧的喷气管314会向下摆动，从而带动气道313围绕支撑轴312转动；当气道313触碰到位于支撑底座311上的限位杆316时，则停止转动。然后开启另一条气管33的进气阀门，关闭先前的气管33的进气阀门，此时气体会从另一条的气管33进入连通于该气管33的空腔中，再从与该空腔连通的喷气管314排出，可以使得该侧的喷气管314向上摆动。
52.参照图1和图2，通过交替向气道313的两个空腔进气，可以实现气道313的上下摆动，一方面可以以机械搅拌的方式降低藻细胞的沉积，另一方面在喷气管314上下摆动的过程中，从排气孔3141喷出的气体形成的气泡可以从沿着罐体1内壁上浮，进一步降低藻细胞对罐体1内壁的粘附，从而提高微藻的培养效率。
53.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。