光生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介課件

光生物反應(yīng)器應(yīng)用對(duì)象：光生物反應(yīng)器封閉式開(kāi)放式：跑道池柱式平板式管道式微藻微藻的研究和應(yīng)用1、上世紀(jì)40年代，德國(guó)人試驗(yàn)用硅藻生產(chǎn)可做燃料的脂類；2、50年代至70年代,許多國(guó)家開(kāi)展小球藻、柵藻、新月藻、螺旋藻等微藻的培養(yǎng)與開(kāi)發(fā)研究,主要用作魚(yú)、蝦、貝、蟹育苗中的餌料和生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。3、80年代后人們逐漸認(rèn)識(shí)到微藻在進(jìn)化上的多源性、遺傳的多樣性,藻細(xì)胞中有一些特殊的次級(jí)代謝物,而且可以利用其生長(zhǎng)繁殖迅速、光能轉(zhuǎn)換率高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于遺傳改良的特點(diǎn)進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng),微藻在各領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。螺旋藻其營(yíng)養(yǎng)豐富,蛋白質(zhì)含量可占干重的60%～70%,細(xì)胞內(nèi)富含氨基酸、維生素、β胡蘿卜素、微量元素、小分子多糖、糖蛋白、不飽和脂肪酸等多種生物活性物質(zhì),且營(yíng)養(yǎng)成分含量十分均衡、合理,因此螺旋藻長(zhǎng)期被作為功能性保健食品和飼料添加劑使用。另外由于螺旋藻細(xì)胞具有使蛋白質(zhì)高效表達(dá)的機(jī)制,且能容受高濃度的單一蛋白,對(duì)外源蛋白容受力高,培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單,繁殖快,成本低等優(yōu)點(diǎn),使其成為極具開(kāi)發(fā)潛力的生物反應(yīng)器。鈍頂螺旋藻培養(yǎng)條件處于最佳水平時(shí)最終培養(yǎng)產(chǎn)率為平板式光生物反應(yīng)器更能保持相對(duì)高的透光性,從而保證細(xì)胞能夠有效地進(jìn)行光合作用,有利于藻細(xì)胞密度的提高.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于控制價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)減少占地提高空間利用率

平板式光生物反應(yīng)器具有光徑小、A/V（采光面積/體積）比高和L/D（光/暗循環(huán)時(shí)間）低的特點(diǎn),以獲得高的培養(yǎng)效率,而且由于該光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以很容易根據(jù)需要進(jìn)行無(wú)限性地放大,適合微藻的工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng).柱狀內(nèi)環(huán)流氣升式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:整體為玻璃-不銹鋼結(jié)構(gòu),耐酸和堿的腐蝕、可全方位接受光照,具有pH、溫度和溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)控和記錄的功能;可進(jìn)行完全滅菌,實(shí)現(xiàn)藻體的純培養(yǎng).反應(yīng)裝置簡(jiǎn)圖實(shí)際圖管道式光生物反應(yīng)器一般采用透明的直徑較小的硬質(zhì)塑料或玻璃有機(jī)玻璃管彎曲成不同形狀利用透明的管道借助外部光源進(jìn)行工廠化藻類繁殖生產(chǎn)由于密封的管道系統(tǒng)易與其他加工設(shè)備配套可用泵將管道內(nèi)生長(zhǎng)到一定生物量的藻體傳遞到下道工序整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

敞開(kāi)式光生物反應(yīng)器是目前國(guó)內(nèi)外微藻大規(guī)模培養(yǎng)中應(yīng)用最多的培養(yǎng)系統(tǒng)，典型代表就是敞開(kāi)式跑道池。雖然敞開(kāi)式跑道池存在培養(yǎng)效率低及易受污染等問(wèn)題，但從目前而言，其造價(jià)便宜、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低且易于放大，適合于能源微藻大規(guī)模、低成本藻體的生產(chǎn)。

敞開(kāi)式跑道池通常為環(huán)形結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)液深度15一30cm，具有兩個(gè)或者多個(gè)循環(huán)水道，依靠蹼輪攪拌以促進(jìn)培養(yǎng)液混合。敞開(kāi)式跑道池于20世紀(jì)60年代開(kāi)始應(yīng)用至今，主體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化，幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)其所開(kāi)展的研究工作甚少。最佳光強(qiáng)因培養(yǎng)密度和培養(yǎng)條件而異，當(dāng)培養(yǎng)密度較低時(shí)，最佳光強(qiáng)在7500Lx左右，而當(dāng)培養(yǎng)密度很高時(shí)，螺旋藻甚至可以忍受高達(dá)97800Lx左右的光強(qiáng)。但是，由于在液體中光強(qiáng)迅速衰減，在一般的養(yǎng)殖條件下，太陽(yáng)光只能穿透幾厘米深的培養(yǎng)液，無(wú)法深入到培養(yǎng)液的內(nèi)部，在培養(yǎng)液內(nèi)部的螺旋藻都普遍存在著光強(qiáng)不足的缺陷，在高密度養(yǎng)殖的條件下，這個(gè)問(wèn)題尤為突出。所以我們就設(shè)計(jì)了一種裝置，來(lái)改善這種情況。圖1拋物面型導(dǎo)光槽示意圖圖2傾斜面型導(dǎo)光槽示意圖圖3垂直型導(dǎo)光槽示意圖圖4導(dǎo)光槽導(dǎo)光模擬計(jì)算效果圖圖5拋物面型導(dǎo)光槽垂直地面時(shí)槽底與水平地面上的光強(qiáng)對(duì)比圖

發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)一天的測(cè)試，盡管有槽壁的遮陰，拋物面型的導(dǎo)光槽內(nèi)底部的光強(qiáng)可以經(jīng)常性的高于槽外水平面上的光強(qiáng)。尤其是當(dāng)導(dǎo)光槽與水平面垂直放置的時(shí)候，這種現(xiàn)象更是明顯。當(dāng)水平面的太陽(yáng)輻射光強(qiáng)