[发明专利]一种盐藻无损伤循环培养装置

说明书

本发明提供了一种盐藻无损伤循环培养装置，包括采用负压与正压相结合的液位差气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，气升式反应器添加旁路循环，可根据装置内溶解氧浓度单独控制阀门的大、小或开、关，另增加二氧化碳补气装置与溶氧解析机构在结构上分离。本发明采用射流器引入消毒压缩空气，提升盐藻液上升实现无损伤循环，二氧化碳补充模块与溶氧解析模块物理隔离，旁路循环可根据交换柱内溶氧值调整旁路循环流量与循环时间，提高了二氧化碳的利用效率，进而促进盐藻细胞光合作用而提高生物产量，最终实现卤水养殖盐藻的人工可控性。

技术领域

本发明涉及盐藻培养装置技术领域，具体涉及一种盐藻无损伤循环培养装置。

背景技术

盐藻是具有双鞭毛的单细胞绿藻，其鞭毛长度为细胞长度的1-2倍，且极易受外界机械力损伤。其细胞壁结构主要由糖蛋白复合物组成而缺乏刚性的纤维素组分，这种柔性细胞结构特性也导致了盐藻细胞在产业化养殖过程中极易受外界机械剪切力的损伤而出现生长衰退甚至细胞死亡。此外，盐藻细胞的损伤和死亡会释放大量有机物至培养体系中，促进细菌、甚至敌害生物的繁殖；溶解在体系中的蛋白等有机物在补气装置的作用下会产生大量气泡，进而引起更多盐藻气浮聚集而死亡。

目前，盐藻尚无成功的异养发酵工业化成功案例。因此，盐藻工业化生产全部采用光合自养模式，即通过盐藻细胞的光合作用进行生物质积累和次级代谢产物合成，进而收获富含特定代谢产物的盐藻作为后续产品加工的原料。光合作用依赖盐藻中Rubisco酶，但Rubisco酶既可以与CO₂发生反应通过光合作用过程合成有机物供细胞生长；又可以与O₂发生反应进行光呼吸作用分解有机物，消耗细胞的物质与能量，进而降低盐藻的产量，因此，在盐藻培养过程中需要尽量降低培养体系中dO₂(溶解性氧气)同时提高dCO₂(溶解性二氧化碳)的值，以促进盐藻细胞进行光合作用而抑制其光呼吸作用。

盐藻的的工业化实践和核心装置在设计时必须考虑两大因素：在降低剪切力的同时，保证富含盐藻细胞混合液进行充分的循环以促进细胞进行光合作用。因此，低剪切力甚至无剪切力的循环模块是盐藻产业化化养殖工艺设计的核心与关键。蔡志武的“一种产业化培养微藻的生产装置”(中国专利，CN201245640Y)公开了一种气推运行的封闭光生物反应器模型，但是该发明仅适用于水平流动的液体。罗光宏等人的“一种盐藻培养装置”(中国专利，CN209722114U)采用电机驱动搅拌轴和搅拌翅对盐藻培养液进行搅拌以避免细胞贴壁，但是其机械转动依然会引入外源机械剪切力，可能对细胞造成损伤；此外，搅拌也会提高设备的能耗。何雅玲等人的“一种自吸氧式管式光生物反应器”(中国专利，CN107043693B)通过引入燃料电池组吸收反应器中的高浓度溶解氧，但仍需要借助于循环水泵实现藻液的循环。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种盐藻培养装置，完全不依赖于离心泵、无外界机械剪切力的条件下使盐藻液高效循环，光合氧解析过程和补充二氧化碳过程物理隔离，实现降低溶解性氧气，提高溶解性二氧化碳，进而促进盐藻细胞进行光合固碳，同时抑制其光呼吸过程。

基于上述问题，本发明提出的技术方案是一种盐藻无损伤循环培养装置，包括气升式反应器、与气升式反应器上端与下端均相通的光生物反应器，气升式反应器包括交换柱、连接在交换柱下端的长度可调的竖直管路、竖直管路底部的离心泵、设置在竖直管路上的射流器、底部与射流器下端的所述竖直管路连通的氧气循环管路、连接在氧气循环管路顶部的空气压缩机。

所述气升式反应器上设置旁路循环管路，所述旁路循环管路顶端与交换柱连通，底端与射流器下端的所述竖直管路连通，旁路循环管路上安装液体流量计。

气升式反应器顶部远离光生物反应器的一侧连接负压管路，其中，负压管路末端连接三通，所述三通一端连接在位于其上方的负压抽气机上，另一端连接溢流管路，溢流管路末端连接位于其下端的废液收集箱。

气升式反应器顶部与光生物反应器连接的管路上连接二氧化碳钢瓶。