一种光生物反应器的制作方法

本实用新型涉及微藻类培养技术领域，尤其涉及一种光生物反应器。

背景技术：

微藻是一类陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合作用度高的自养植物；在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。随着传统化石能源(石油、煤炭等)的日益枯竭，微藻作为可再生能源(油脂等)得到了人们的高度重视，具有重要社会意义；所以微藻产业显示出广阔的应用前景。

光生物反应器是一种用于光合生物细胞或组织培养、具有较高光合效率的装置。尤其是微藻和光合细菌等生物在最佳条件下能够进行高密度、高产量、高品质的连续、半连续培养。不断研发出新型高效、简易适用于研究和生产的高效光反应器，正成为藻类和光合生物技术发展的重要组成部分。多年的光反应器研究结果表明，管道式的光合反应器具有应用发展前景。

现有技术中，光生物反应器主体管道中的培养液通常采用流程泵作为循环动力带动培养液形成循环；但是流程泵产生的机械剪切力对培养液中的微藻的伤害程度较大，不能保证微藻的正常成长。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种光生物反应器，其采用培养液的溢流现象形成循环，故其在循环过程中对微藻的伤害小，确保微藻的正常成长，且结构简单，易于推广。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种光生物反应器，包括循环缓冲装置、光生物反应器主体管道、以及动力装置；所述光生物反应器主体管道设置有循环进液端与循环出液端，且分别与所述循环缓冲装置连接；所述动力装置驱动所述光生物反应器主体管道内的液体上升并从所述循环出液端溢流流向所述循环缓冲装置。

所述循环缓冲装置为循环缓冲罐；所述光生物反应器主体管道至少部分透明。

使用使，在所述光生物反应器主体管道中注入一定量的微藻培养液，一定量的微藻培养液可理解为：当所述动力装置作用于所述光生物反应器时，所述微藻培养液上升过程中能够发生溢流现象，即流出所述光生物反应器。

采用上述结构，在没有动力装置作用的状态下，所述光生物反应器主体管道与所述循环缓冲装置中的微藻培养液趋于平衡，即不发生循环交换；当所述动力装置作用于所述光生物反应器时，位于所述光生物反应器主体管道中的微藻培养液液位上升且发生溢流现象，溢流出的微藻培养液通过循环出液端进入到循环缓冲装置中，此时循环缓冲装置中的微藻培养液的液位上升，此时原本的平衡被打破，为求新的平衡，故而所述循环缓冲装置中的微藻培养液会通过所述循环进液端进入至所述生物反应器主体管道中，达到一个新平衡，形成一次循环；故而只要所述动力装置持续作用于所述光生物反应器，所述光生物反应器主体管道与所述循环缓冲装置中的微藻培养液就会持续循环；由于采用溢流现象和液面平衡现象，实现循环，大大减小了对微藻的伤害，确保其存活率。

进一步地，所述动力装置为气体动力装置。

利用气体作为动力装置，即向所述光生物反应器中打入气体；进入到光生物反应器中的气体会在所述光生物反应器主体管道搅动并抬高位于所述光生物反应器主体管道中的微藻培养液的液面，使其发生溢流现象。

采用上述结构，其一，气体进入至微藻培养液中后不会对培养液造成不利的影响，或者影响微藻的品质；其二，气体会对微藻培养液进行搅动，使得光生物反应器主体管道中的微藻能够和光照较为均匀的接触，从而使得光能够有效利用。

具体的，气体动力装置包括气源、以及连接气源与所述光生物反应器的气体压力输送管；其中所述气源可以是但不局限于空压机、压缩空气存储器、存储空气的压力罐、或存储压缩气体的钢瓶。存储的压缩气体可以是但不局限于压缩液化气体、二氧化碳、氧气、惰性气体或者上述种类的混合气体。该气源的作用在于提供具有一定压力的气体。

进一步地，所述动力装置与所述光生物反应器主体管道连接并形成动力连接端，所述动力连接端位置不高于在所述光生物反应器主体管道内液体的最高液位，且在动力装置驱动状态下，位于所述光生物反应器主体管道中的液体能从循环出液端溢流出。

由于不同规格的光生物反应器中的所述光生物反应器主体管道的规格也不同；故在所述动力装置的驱动下，位于所述光生物反应器主体管道中的微藻培养液能够上升的程度也不同；故而装入所述光生物反应器主体管道中的微藻培养液必须不低于在该规格的光生物反应器主体管道能发生溢流现象的溢流最低液位。

在采用气体搅动使微藻培养液上升的情况下，所述动力连接端的位置不高于所述光生物反应器主体管道目前装入的微藻培养液的最高液位，且该液位不低于溢流最低液位；确保在动力装置的驱动下，气体能够对微藻培养液进行搅动，且能使液位上升并从循环出液端溢流出。

具体的，所述气体压力输送管与所述动力连接端连接。

进一步地，所述动力连接端位于所述光生物反应器主体管道偏下的位置。

采用上述结构，所述气体从所述光生物反应器主体管道偏下的位置进入，再在管道内上升；增大了对所述光生物反应器主体管道内微藻培养液的搅动范围；进一步使得微藻能够和光照较为均匀的接触，从而使得光能够有效利用。

进一步地，所述光生物反应器主体管道上的循环进液端与循环出液端具有垂直高度差，且在较底端形成所述循环进液端，在较高端形成所述循环出液端；所述循环出液端与所述循环缓冲装置的上部连接，所述循环进液端与所述循环缓冲装置的底部连接。

采用上述结构，动力装置使得所述光生物反应器主体管道中的液位提高并从位置较高的所述循环出液端溢流至循环缓冲装置中，此时循环缓冲装置的压力增大，故循环缓冲装置中底部的微藻培养液通过较低位置的循环进液端进入所述光生物反应器主体管道中，形成循环。

进一步地，所述光生物反应器主体管道包括若干主管、以及用于连接主管与主管的弯管；所述弯管的两头设置有弯头；若干所述主管依靠所述弯管形成螺旋盘绕上升的管道。

采用上述结构，所述光生物反应器主体管道整体成螺旋盘绕上升的管道，增加了空间利用率，使得所述光生物反应器中能够增加微藻的培养量。

具体的，所述光生物反应器包括支架，所述光生物反应器主体管道固定于所述支架上。

进一步地，所述动力装置与所述光生物反应器主体管道连接并形成动力连接端；所述弯管包括用于连接两头弯头的连接管；所述动力连接端设置在其中一个连接管上。

设置有动力连接端的连接管采用三通管。

具体的，所述主管、连接管采用透明管道，使得所述光生物反应器主体管道的受光率增加，有利于对管内的微藻的培养成长。

进一步地，所述循环缓冲装置设置有用于排出气体的排气孔。

随着所述气体动力装置往所述光生物反应器主体管道中的气体量的增多，会使得所述光生物反应器主体管道内的压力增加，为了避免过大的压力对微藻产生不利影响，故而在所述循环缓冲装置设置排气孔；气体通过动力连接端进入所述光生物反应器主体管道中，并在管道中上升，从所述循环出液端进入所述循环缓冲装置中，最后从排气孔排出。

进一步地，所述光生物反应器包括助力泵，所述助力泵设置在所述循环缓冲装置与所述循环进液端之间的管道上。

采用上述结构，所述助力泵可以辅助所述动力装置，作用于微藻培养液，为所述微藻培养液的循环提供助力。

进一步地，所述光生物反应器包括清洗球入口，所述清洗球入口设置在所述助力泵与所述循环进液端之间的管道上。

采用上述结构，当需要对所述光生物反应器进行清洗时，向所述清洗球入口投入清洗球，清洗球会在助力泵的作用下，沿着所述光生物反应器主体管道运动并对管道进行清洗，最终最终进入所述循环缓冲装置。

进一步地，所述光生物反应器主体管道上设置有led光源。

采用上述结构，利用led光源对光生物反应器进行补光；有利于所述微藻的成长。

进一步地，所述光生物反应器包括电器控制柜。

采用上述结构，所述电器控制柜对所述光生物反应器进行控制，实现对微藻培养液的连续、半连续培养。

进一步的，所述循环缓冲装置与所述助力泵之间的管道上设置有第一阀门；所述助力泵与所述清洗球入口之间的管道上设置有第二阀门；所述清洗球入口与所述循环进液端之间的管道上设置有第三阀门；所述循环缓冲罐与所述循环出液端之间的管道上设置有第四阀门。

进一步的，所述阻力泵与所述第二阀门之间的管道上设置有第一排液口；所述第四阀门与所述循环出液端之间的管道上设置有第二排液口。

采用上述结构，能够实现所述光生物反应器的不同种工作状态；

工作模式一：打开所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，关闭助力泵，关闭第一排液口与第二拍液口；微藻培养液只在动力装置的驱动下完成循环，此时助力泵相当于管道，不提供任何助力。

工作模式二：打开所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，开启助力泵，关闭第一排液口与第二拍液口；微藻培养液在动力装置与助力泵的驱动下完成循环，此时，助力泵会为微藻培养液提供循环助力。

清洗模式一：先关闭第二阀门与第三阀门，使得清洗球入口独立出来，避免在放入清洗球的过程中，管内液体的流出；待放入清洗球后，开启第二阀门、第三阀门，将装有清洗球的管道接入；关闭第一排液口与第二排液口，开启助力泵，所述清洗球在助力泵的作用下，完成对管道的清洗。

清洗模式二：在循环缓冲装置中装入清水，打开所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第二排液口、以及助力泵，关闭第四阀门，清水在助力泵的驱动下，对管道进行清洗，清洗后的水在第四阀门处被拦截并从第二排液口流出。

取样模式：打开所述第一排液口就可对所述光生物反应器内的微藻培养液进行取样。

卸料模式：打开第一阀门、第二阀门、第三阀门、第二排液口以及助力泵，关闭第四阀门，所述光生物反应器中的微藻培养液在助力泵的驱动下从第二排液口处排出卸料。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型光生物反应器采用溢流来实现微藻培养液的循环，减少循环过程中对微藻的伤害小，确保微藻的正常成长。

(2)本实用新型光生物反应器采用气体动力装置，其不仅减小对微藻的伤害，而且可以搅动微藻培养液，使得微藻能和光照较均匀的接触。

(3)本实用新型光生物反应器设置有助力泵，能够为微藻培养液的循环提供额外助力。

(4)本实用新型光生物反应器配套有清洗装置，且能实现不同形式的清洗方式。

(5)本实用新型光生物反应器配套有led光源，能够为微藻提供额外的光，有利于微藻的培养。

(6)本实用新型光生物反应器配套有电器控制柜，实现对微藻培养液的连续、半连续培养。

(7)本实用新型光生物反应器结构简单，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型光生物反应器的结构示意图；

附图标记：1循环缓冲装置；2光生物反应器主体管道；201循环进液端；202循环出液端；203主管；204弯管；2041弯头；2042连接管；3动力装置；301气源；302气体压力输送管；4动力连接端；5助力泵；6清洗球入口；7led光源；8电器控制柜；9第一阀门；10第二阀门；11第三阀门；12第四阀门；13第一排液口；14第二排液口；15支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，一种光生物反应器，包括循环缓冲装置1、光生物反应器主体管道2、以及动力装置3；所述光生物反应器主体管道2设置有循环进液端201与循环出液端202，且分别与所述循环缓冲装置1连接；所述动力装置3驱动所述光生物反应器主体管道2内的液体上升并从所述循环出液端202溢流流向所述循环缓冲装置1。

所述循环缓冲装置1为循环缓冲罐；所述光生物反应器主体管道2至少部分透明。

使用使，在所述光生物反应器主体管道2中注入一定量的微藻培养液，一定量的微藻培养液可理解为：当所述动力装置3作用于所述光生物反应器时，所述微藻培养液上升过程中能够发生溢流现象，即流出所述光生物反应器。

采用上述结构，在没有动力装置3作用的状态下，所述光生物反应器主体管道2与所述循环缓冲装置1中的微藻培养液趋于平衡，即不发生循环交换；当所述动力装置3作用于所述光生物反应器时，位于所述光生物反应器主体管道2中的微藻培养液液位上升且发生溢流现象，溢流出的微藻培养液通过循环出液端202进入到循环缓冲装置1中，此时循环缓冲装置1中的微藻培养液的液位上升，此时原本的平衡被打破，为求新的平衡，故而所述循环缓冲装置1中的微藻培养液会通过所述循环进液端201进入至所述生物反应器主体管道中，达到一个新平衡，形成一次循环；故而只要所述动力装置3持续作用于所述光生物反应器，所述光生物反应器主体管道2与所述循环缓冲装置1中的微藻培养液就会持续循环；由于采用溢流现象和液面平衡现象，实现循环，大大减小了对微藻的伤害，确保其存活率。

优选的，所述动力装置3为气体动力装置。

利用气体作为动力装置3，即向所述光生物反应器中打入气体；进入到光生物反应器中的气体会在所述光生物反应器主体管道2搅动并抬高位于所述光生物反应器主体管道2中的微藻培养液的液面，使其发生溢流现象。

采用上述结构，其一，气体进入至微藻培养液中后不会对培养液造成不利的影响，或者影响微藻的品质；其二，气体会对微藻培养液进行搅动，使得光生物反应器主体管道2中的微藻能够和光照较为均匀的接触，从而使得光能够有效利用。

具体的，气体动力装置包括气源301、以及连接气源301与所述光生物反应器的气体压力输送管302；其中所述气源301可以是但不局限于空压机、压缩空气存储器、存储空气的压力罐、或存储压缩气体的钢瓶。存储的压缩气体可以是但不局限于压缩液化气体、二氧化碳、氧气、惰性气体或者上述种类的混合气体。该气源301的作用在于提供具有一定压力的气体。

优选的，所述动力装置3与所述光生物反应器主体管道2连接并形成动力连接端4，所述动力连接端4位置不高于在所述光生物反应器主体管道2内液体的最高液位，且在动力装置3驱动状态下，位于所述光生物反应器主体管道2中的液体能从循环出液端202溢流出。

由于不同规格的光生物反应器中的所述光生物反应器主体管道2的规格也不同；故在所述动力装置3的驱动下，位于所述光生物反应器主体管道2中的微藻培养液能够上升的程度也不同；故而装入所述光生物反应器主体管道2中的微藻培养液必须不低于在该规格的光生物反应器主体管道2能发生溢流现象的溢流最低液位。

在采用气体搅动使微藻培养液上升的情况下，所述动力连接端4的位置不高于所述光生物反应器主体管道2目前装入的微藻培养液的最高液位，且该液位不低于溢流最低液位；确保在动力装置3的驱动下，气体能够对微藻培养液进行搅动，且能使液位上升并从循环出液端202溢流出。

具体的，所述气体压力输送管302与所述动力连接端4连接。

优选的，所述动力连接端4位于所述光生物反应器主体管道2偏下的位置。

采用上述结构，所述气体从所述光生物反应器主体管道2偏下的位置进入，再在管道内上升；增大了对所述光生物反应器主体管道2内微藻培养液的搅动范围；进一步使得微藻能够和光照较为均匀的接触，从而使得光能够有效利用。

优选的，所述光生物反应器主体管道2上的循环进液端201与循环出液端202具有垂直高度差，且在较底端形成所述循环进液端201，在较高端形成所述循环出液端202；所述循环出液端202与所述循环缓冲装置1的上部连接，所述循环进液端201与所述循环缓冲装置1的底部连接。

采用上述结构，动力装置3使得所述光生物反应器主体管道2中的液位提高并从位置较高的所述循环出液端202溢流至循环缓冲装置1中，此时循环缓冲装置1的压力增大，故循环缓冲装置1中底部的微藻培养液通过较低位置的循环进液端201进入所述光生物反应器主体管道2中，形成循环。

优选的，所述光生物反应器主体管道2包括若干主管203、以及用于连接主管203与主管203的弯管204；所述弯管204的两头设置有弯头2041；若干所述主管203依靠所述弯管204形成螺旋盘绕上升的管道。

采用上述结构，所述光生物反应器主体管道2整体成螺旋盘绕上升的管道，增加了空间利用率，使得所述光生物反应器中能够增加微藻的培养量。

具体的，所述光生物反应器包括支架15，所述光生物反应器主体管道2固定于所述支架15上。

优选的，所述动力装置3与所述光生物反应器主体管道2连接并形成动力连接端4；所述弯管204包括用于连接两头弯头2041的连接管2042；所述动力连接端4设置在其中一个连接管2042上。

设置有动力连接端4的连接管2042采用三通管。

具体的，所述主管203、连接管2042采用透明管道，使得所述光生物反应器主体管道2的受光率增加，有利于对管内的微藻的培养成长。

优选的，所述循环缓冲装置1设置有用于排出气体的排气孔。

随着所述气体动力装置往所述光生物反应器主体管道2中的气体量的增多，会使得所述光生物反应器主体管道2内的压力增加，为了避免过大的压力对微藻产生不利影响，故而在所述循环缓冲装置1设置排气孔；气体通过动力连接端4进入所述光生物反应器主体管道2中，并在管道中上升，从所述循环出液端202进入所述循环缓冲装置1中，最后从排气孔排出。

优选的，所述光生物反应器包括助力泵5，所述助力泵5设置在所述循环缓冲装置1与所述循环进液端201之间的管道上。

采用上述结构，所述助力泵5可以辅助所述动力装置3，作用于微藻培养液，为所述微藻培养液的循环提供助力。

优选的，所述光生物反应器包括清洗球入口6，所述清洗球入口6设置在所述助力泵5与所述循环进液端201之间的管道上。

采用上述结构，当需要对所述光生物反应器进行清洗时，向所述清洗球入口6投入清洗球，清洗球会在助力泵5的作用下，沿着所述光生物反应器主体管道2运动并对管道进行清洗，最终最终进入所述循环缓冲装置1。

优选的，所述光生物反应器主体管道2上设置有led光源7。

采用上述结构，利用led光源7对光生物反应器进行补光；有利于所述微藻的成长。

优选的，所述光生物反应器包括电器控制柜8。

采用上述结构，所述电器控制柜8对所述光生物反应器进行控制，实现对微藻培养液的连续、半连续培养。

进一步的，所述循环缓冲装置1与所述助力泵5之间的管道上设置有第一阀门9；所述助力泵5与所述清洗球入口6之间的管道上设置有第二阀门10；所述清洗球入口6与所述循环进液端201之间的管道上设置有第三阀门11；所述循环缓冲罐与所述循环出液端202之间的管道上设置有第四阀门12。

进一步的，所述阻力泵与所述第二阀门10之间的管道上设置有第一排液口13；所述第四阀门12与所述循环出液端202之间的管道上设置有第二排液口14。

采用上述结构，能够实现所述光生物反应器的不同种工作状态；

工作模式一：打开所述第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12，关闭助力泵5，关闭第一排液口13与第二拍液口；微藻培养液只在动力装置3的驱动下完成循环，此时助力泵5相当于管道，不提供任何助力。

工作模式二：打开所述第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12，开启助力泵5，关闭第一排液口13与第二拍液口；微藻培养液在动力装置3与助力泵5的驱动下完成循环，此时，助力泵5会为微藻培养液提供循环助力。

清洗模式一：先关闭第二阀门10与第三阀门11，使得清洗球入口6独立出来，避免在放入清洗球的过程中，管内液体的流出；待放入清洗球后，开启第二阀门10、第三阀门11，将装有清洗球的管道接入；关闭第一排液口13与第二排液口14，开启助力泵5，所述清洗球在助力泵5的作用下，完成对管道的清洗。

清洗模式二：在循环缓冲装置1中装入清水，打开所述第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第二排液口14、以及助力泵5，关闭第四阀门12，清水在助力泵5的驱动下，对管道进行清洗，清洗后的水在第四阀门12处被拦截并从第二排液口14流出。

取样模式：打开所述第一排液口13就可对所述光生物反应器内的微藻培养液进行取样。

卸料模式：打开第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第二排液口14以及助力泵5，关闭第四阀门12，所述光生物反应器中的微藻培养液在助力泵5的驱动下从第二排液口14处排出卸料。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。