[实用新型]一种模块化藻类光生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于微藻生物技术领域，特别涉及一种高效模块化藻类光生物反应器，它利用藻类的高效光合作用适用于空间飞行和潜艇航行的生命保障系统中藻类生物量高效生产及CO₂固定和O₂再生。 

背景技术

自人类开始进行空间载人探索，受控生态生命支持系统就作为载人航天的基础而得到各方面的重视，其中涉及的CO₂去除和O₂再生是受控生态生命支持系统研究的一个关键技术。微藻生物由于适应性好，培养简单，运行稳定，可高效快速地生产航天乘员所需的食物及氧气等特点，成为受控生态生命支持系统研究的重要生物之一，而微藻的生长依赖于高效的光生物反应器，因此设计专用于空间封闭系统高效的微藻光生物反应器是进行相关研究的关键。 

空间微藻光生物反应器的设计要满足：生物在反应器中生长迅速、光能利用率高，反应器维护和控制简单，在空间微重力环境下可有效分离液体中的气体。 

空间藻类光生物反应器设计的关键之一是要提供藻类高生长速率的培养条件，需要在提高光能利用率和加强液体物质交换同时减少剪切力上等技术上进行改进。提高光能利用率可以通过提高光照表面积与体积之比的方式进行，而加强液体物质交换同时减少剪切力就需要选用稳定高效的循环系统，在培养液流动和装置方面进行优化，达到二者兼顾的目的。目前空间专用的光生物反应器主要采用气升式(MELISSA，ESA)和板式(BIOS-3，Russia)，也有采用卧式反应釜式（郭双生等），但这些反应器的主要限制是光照面积与体积比值较小，因此光能转化效率不高，另外培养液的流动不稳定，会产生很强的剪切力，影响细胞的生长。 

另外光源的选择也会影响反应器效率，目前广泛使用的光源，如太阳光、金属卤素灯、冷白炽灯等存在能耗大，发热强，容易损坏等缺点，因此近年来开发了许多以LED为光源的反应器，但需要在波长选择和配比进一步优化以适应藻类生长，此外，LED光源相应的配件标准化程度不高，现有的光强测控方面较复杂，均需要进一步改进。 

空间微重力环境的重要现象是气体和液体不分离，因此如何实现微重力下的气液分离一直是藻类反应器的难点之一。目前大多数的研究多采用动态离心方式进行，也有采用中空纤维膜方式，但离心法会依赖离心机，不论在功耗还是体积重量上都对于空间飞行要求不利，中空纤维膜法存在效率低、容易堵塞等问题，因此急需开发出稳定高效的气液分离技术应用于空间藻类反应器。 

传统设计的反应器整体集成了培养、搅拌、气体分离和测控等功能器件，设计复杂，各个部件不能单独运行或方便更换，大大降低了设备的稳定性，同时加大了操作的复杂程度。 

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种模块化藻类光生物反应器，结构简单，使用方便，本实用新型采用模块化、标准化的设计思路则可以在藻类培养、搅拌、气体分离和测控等功能上实现组合优化，各个单元部件既可以单独运行，也可以组合运行，还可以根据实际方便需要增加或删除，不但可以大大提高设备运行的稳定性，培养效率提高5-8倍，而且对于后期的维护和更换等工作提供了很大的便利，为进一步优化设计和扩充反应体积等方面提供了良好的标准化实验设备平台。 

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施： 

一种模块化藻类光生物反应器，它包括空间藻类光生物反应器由藻类培养标准模块、光照标准模块、换气标准模块、培养液测控单元和气体测控单元，它由藻培养模块、光照模块、透气模块；LED光源、Biofoil膜、第一进气口、第二出气口、第一进液口、第一出液口、组合螺栓、第一蠕动泵、第二蠕动泵、LED光源、光敏电池、 pH探头、溶解氧温度探头、电导率探头、换液进口、第一换液出口、第二进液口、第二出液口、第二进气、第一气泵、氧气测定探头、二氧化碳测定探头、第一换气进气口、第二换气出气口、第二气泵、第二出气口组成。

其连接关系如图1所示：本反应器的主体为藻类培养标准模块；藻类培养标准模块透明侧面与光照标准模块通过螺栓连接；而藻类培养标准模块的另一侧面也通过螺栓与换气标准模块相连；藻类培养标准模块与培养液测控单元通过软管相连，连接关系为藻类培养标准模块的第一进液口与培养液测控单元第二出液口相连，藻类培养标准模块的第一出液口与培养液测控单元的第二进液口相连；换气标准模块与气体测控单元通过软管相连，连接关系为换气标准模块的第一进气口与培养液测控单元出的第二气口相连，换气标准模块的第一出气口与培养液测控单元的第二出液口相连。