光生物反应器简介光生物反应器简介.ppt

光生物反应器 应用对象： 光生物反应器 封闭式 开放式：跑道池 柱式 平板式 管道式 微藻 微藻的研究和应用 1、上世纪40年代，德国人试验用硅藻生产可做燃料的脂类； 2、50年代至70年代, 许多国家开展小球藻、栅藻、新月藻、螺旋藻等微藻的培养与开发研究, 主要用作鱼、虾、贝、蟹育苗中的饵料和生产单细胞蛋白。 3、80年代后人们逐渐认识到微藻在进化上的多源性、遗传的多样性, 藻细胞中有一些特殊的次级代谢物, 而且可以利用其生长繁殖迅速、光能转换率高、对环境适应性强、易于遗传改良的特点进行大规模培养, 微藻在各领域的开发应用价值成为人们关注的热点。 这里的主要介绍两种微藻 螺旋藻 其营养丰富, 蛋白质含量可占干重的60%～70%, 细胞内富含氨基酸、维生素、β胡萝卜素、微量元素、小分子多糖、糖蛋白、不饱和脂肪酸等多种生物活性物质, 且营养成分含量十分均衡、合理, 因此螺旋藻长期被作为功能性保健食品和饲料添加剂使用。另外由于螺旋藻细胞具有使蛋白质高效表达的机制, 且能容受高浓度的单一蛋白, 对外源蛋白容受力高, 培养条件简单, 繁殖快, 成本低等优点, 使其成为极具开发潜力的生物反应器。 钝顶螺旋藻培养条件处于最佳水平 时最终培养产率为 平板式光生物反应器更能保持相对高的透光性,从而保证细胞能够有效地进行光合作用,有利于藻细胞密度的提高.结构简单易于控制价格低廉等优点减少占地提高空间利用率 平板式光生物反应器具有光径小、A/V（采光面积/体积）比高和L/D（光/暗循环时间）低的特点,以获得高的培养效率,而且由于该光生物反应器结构简单,可以很容易根据需要进行无限性地放大,适合微藻的工业化大规模培养. 纤细角毛藻当通气速率为15L/min时,培养密度和生长速率分别达到了 和 柱状内环流气升式光生物反应器的结构特点为:整体为玻璃-不锈钢结构,耐酸和碱的腐蚀、可全方位接受光照,具有pH、温度和溶解氧自动调节、监控和记录的功能; 可进行完全灭菌,实现藻体的纯培养.反应装置简图 实际图 管道式光生物反应器一般采用透明的直径较小的硬质塑料或玻璃有机玻璃管弯曲成不同形状利用透明的管道借助外部光源进行工厂化藻类繁殖生产 由于密封的管道系统易与其他加工设备配套 可用泵将管道内生长到一定生物量的藻体传递到下道工序 整个过程实现自动化。 敞开式光生物反应器是目前国内外微藻大规模培养中应用最多的培养系统，典型代表就是敞开式跑道池。虽然敞开式跑道池存在培养效率低及易受污染等问题，但从目前而言，其造价便宜、操作简单、 运行成本低且易于放大，适合 于能源微藻大规模、低成本藻 体的生产。 敞开式跑道池通常为环形 结构，培养液深度15一30cm， 具有两个或者多个循环水道， 依靠蹼轮搅拌以促进培养液混 合。敞开式跑道池于20世纪60 年代开始应用至今，主体结构 几乎没有变化，几十年来国内 外对其所开展的研究工作甚少。 但开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大, 并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染, 同时水分蒸发严重, 二氧化碳供给不足, 这些因素都将导致藻细胞培养密度偏低、采收成本较高。能适应大池培养的微藻藻种必须是在极端环境下能快速生长的藻种, 然而能满足这些条件的藻种目前并不是太多, 有许多尝试改进该系统, 但还是只能用于螺旋藻、小球藻及盐藻等少数能耐受极端环境的微藻培养。所以我们选取了螺旋藻作为我们研究的对象。 最佳光强因培养密度和培养条件而异，当培养密度较低时，最佳光强在7500Lx左右，而当培养密度很高时，螺旋藻甚至可以忍受高达97800Lx左右的光强。但是，由于在液体中光强迅速衰减，在一般的养殖条件下，太阳光只能穿透几厘米深的培养液，无法深入到培养液的内部，在培养液内部的螺旋藻都普遍存在着光强不足的缺陷，在高密度养殖的条件下，这个问题尤为突出。所以我们就设计了一种装置，来改善这种情况。 图1 抛物面型导光槽示意图 图2 倾斜面型导光槽示意图 图3 垂直型导光槽示意图 图4 导光槽导光模拟计算效果图 　　根据计算机的模拟计算结果，3种形状的导光槽可以成功地把太阳光反射到槽底，如图4所示。从图中可以看出，若出光口宽度相等，抛物面型导光槽的导光效果最好，而垂直面型的导光效果最差。当然可以预见的是，如把这些导光槽加长，放入螺旋藻的培养液中，将使培养液内部的光强条件得到很好的改善。 图5 抛物面型导光槽垂直地面时槽底与水平地面上的光强对比图 发现经过一天的测试，尽管有槽壁的遮阴，抛物面型的导光槽内底部的光强可以经常性的高于槽外水平面上的光强。尤其是当导光槽与水平面垂直放置的时候，这种现象更是明显。当水平面的太阳辐射光强在100000～130000lx范围左右时，到达槽底的光强竟然高达130000～1