培養(yǎng)藻類和原核生物的薄膜裝置、生物反應(yīng)器和生物反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)藻類和原核生物的薄膜裝置、生物反應(yīng)器和生物反應(yīng)器系統(tǒng)，屬于藻類制備培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻能夠利用簡(jiǎn)單的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素，在光合作用(日光和人工照明)的情況下，將0)2和水轉(zhuǎn)化為我們生活需要的各種有機(jī)化合物(如色素、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和脂肪酸、多糖和礦物質(zhì)等人體必需的營(yíng)養(yǎng)成份)。由于藻類具有高效光利用率，以及從周圍環(huán)境中快速高效吸收營(yíng)養(yǎng)素(如CO2、氮、磷等)并轉(zhuǎn)化成有機(jī)化合物的能力，使藻類具有解決食品短缺、能源危機(jī)和0)2減排的巨大經(jīng)濟(jì)潛力。
[0003]在相關(guān)技術(shù)中，利用具體各種不同形狀并安裝在室內(nèi)空間中的光生物反應(yīng)器作為用于養(yǎng)殖微藻的養(yǎng)殖設(shè)備。光生物反應(yīng)器用玻璃如昂貴的耐熱玻璃(pyrex)形成，該耐熱玻璃增加透光度并用于巴氏滅菌或其應(yīng)用材料。另外，光生物反應(yīng)器包括人工照明裝置。因此，將投入更多的資金和技術(shù)來制造光生物反應(yīng)器，且在制成光生物反應(yīng)器之后需要很多費(fèi)用來維護(hù)/修理和操作光生物反應(yīng)器。為擴(kuò)大光生物反應(yīng)器的規(guī)模要花很多費(fèi)用，另外，由于光生物反應(yīng)器需要寬闊空間，所以光生物反應(yīng)器涉及空間限制。而且，應(yīng)供應(yīng)和定期更換用于養(yǎng)殖微藻的培養(yǎng)基。另外，應(yīng)清除微藻生長(zhǎng)時(shí)所產(chǎn)生的排泄物和干擾海微藻的生長(zhǎng)的代謝物。也就是說，有制造成本增加和發(fā)生空間限制的局限性。此外，需要用于管理和操作光生物反應(yīng)器的人力、設(shè)備和費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種制備藻類成本低，管理和生產(chǎn)簡(jiǎn)單的培養(yǎng)藻類和原核生物的薄膜裝置、生物反應(yīng)器和生物反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明提供的培養(yǎng)藻類和原核生物的薄膜裝置，所述薄膜裝置具有兩個(gè)彼此相對(duì)的內(nèi)面并且彼此相對(duì)的內(nèi)面具有若干個(gè)隔縫，每?jī)蓚€(gè)相鄰的隔縫形成一個(gè)單獨(dú)腔室，其特征在于，所述隔縫不完全隔離兩個(gè)腔室，所有單獨(dú)腔室的底部是相通的，形成第一無阻連接腔室。
[0006]進(jìn)一步的，所有單獨(dú)腔室的頂部是相通的，形成第二無阻連接腔室。
[0007]所述薄膜裝置具有一個(gè)或多個(gè)用于為藻類提供二氧化碳，煙道氣，熱能，制冷或營(yíng)養(yǎng)物的供養(yǎng)設(shè)備，所述供養(yǎng)設(shè)備通過一條或多條軟管與設(shè)備連接，并部分處于系統(tǒng)內(nèi)部。
[0008]兩個(gè)內(nèi)面分別擁有兩條外緣寬邊和兩條外緣長(zhǎng)邊并且兩個(gè)相對(duì)內(nèi)面的彼此相對(duì)的外緣寬邊相連接，形成了具有薄膜內(nèi)面的管狀薄膜并且管狀薄膜內(nèi)面擁有2個(gè)內(nèi)表面。
[0009]薄膜裝置的寬度在0.2米與6米之間，尤其是在0.5米與2米之間。
[0010]兩個(gè)相鄰隔縫的距離是2厘米至200厘米，優(yōu)選的，其距離值在5厘米與20厘米之間。所述薄膜材料的薄膜厚度為0.1毫米至100毫米，優(yōu)選的，所述薄膜材料的薄膜厚度為0.2毫米和5毫米之間。
[0011]薄膜裝置長(zhǎng)度在0.5米與3萬米之間，優(yōu)選的，其中所述長(zhǎng)度值為2米至100米。
[0012]本發(fā)明中所述薄膜膜材料為導(dǎo)光體；薄膜材料擁有納米顆粒和/或微米顆粒，其對(duì)薄膜材料的物理和/或化學(xué)特性產(chǎn)生影響；所述薄膜材料具有涂層，所述薄膜材料和/或涂層被可以用作光譜過濾器和/或用做半透鏡。薄膜的材料可以根據(jù)不同情況的需要，通過加入不同元素，如微米或納米顆粒完成。
[0013]本發(fā)明還提供一種培養(yǎng)藻類和原核生物的生物反應(yīng)器，由若干個(gè)上述所述的薄膜裝置排列連接制成。生物反應(yīng)器中薄膜裝置的一個(gè)或兩個(gè)外緣長(zhǎng)邊被密封，以使液體藻類混合物貯存在生物反應(yīng)器中，并且有生物反應(yīng)器開口。
[0014]所述的生物反應(yīng)器有一個(gè)用于冷卻或加熱所述藻液的溫控設(shè)備，所述溫控設(shè)備具有一條制熱/冷卻管，其與藻液進(jìn)行熱交換接觸。
[0015]所述的生物反應(yīng)器有一條固定管，薄膜裝置以懸掛形式與其固定。
[0016]所述的生物反應(yīng)器有一臺(tái)用于為藻液注入二氧化碳或煙道氣的注氣設(shè)備，注氣設(shè)備由一條注氣管連接，其被藻液包圍。
[0017]所述的生物反應(yīng)器有一臺(tái)用于從藻液中收割藻類的收割設(shè)備，所述收割設(shè)備由一條收割管連接。
[0018]生物反應(yīng)器的排列方式選自直線的，圓形，部分圓形，橢圓形，部分橢圓形，彎曲或傾斜中的一種或多種的組合。
[0019]生物反應(yīng)器的排列通過一臺(tái)控制或調(diào)節(jié)單元與一臺(tái)相配的調(diào)設(shè)單元來調(diào)節(jié)。
[0020]生物反應(yīng)器的排列通過傳感器信號(hào)為基礎(chǔ)來調(diào)節(jié)，所述傳感器是用于測(cè)量藻液中的光強(qiáng)度、太陽位置、光波長(zhǎng)、波長(zhǎng)條件的。
[0021 ] 生物反應(yīng)器上設(shè)有溢流閥，溢流閥是單項(xiàng)閥。
[0022]本發(fā)明還提供一種培養(yǎng)藻類和原核生物的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，由上述的生物反應(yīng)器組成，所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)安裝在一個(gè)框架上，其中所述生物反應(yīng)器以一個(gè)接一個(gè)排列方式排列。
[0023]所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)還包括風(fēng)能發(fā)電裝置和太陽能發(fā)電裝置。
[0024]一種培養(yǎng)藻類和原核生物的膜系統(tǒng)，包括所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明涉及的生物反應(yīng)器，其最少包括兩個(gè)通過第一連接方式連接的培養(yǎng)腔室。此外，本發(fā)明還涉及一種光合生物反應(yīng)器農(nóng)場(chǎng)。
[0026]藻類和原核生物將被培養(yǎng)于生物反應(yīng)器中并大量生產(chǎn)。通常，培養(yǎng)會(huì)除自養(yǎng)方式夕卜，同樣通過混養(yǎng)和/或異養(yǎng)和發(fā)酵方式得以實(shí)現(xiàn)。
[0027]將光合與活性表面面積最大化，盡量縮短光路對(duì)光合生物反應(yīng)器的規(guī)劃與對(duì)使用者提供了重要的生產(chǎn)參數(shù)。光合生物反應(yīng)器的另外一個(gè)挑戰(zhàn)在將系統(tǒng)擴(kuò)展至龐大產(chǎn)化業(yè)規(guī)模，在于普遍適用性和力學(xué)承載度方面的性價(jià)比。
[0028]該目地是通過一種薄膜裝置，尤其用于為培養(yǎng)光合活性生物體提供一個(gè)生物反應(yīng)器，使用透明的薄膜材料，特別是一種聚乙烯材料，其中所述薄膜裝置具有兩個(gè)彼此相對(duì)的內(nèi)面并且彼此相對(duì)的內(nèi)面擁有一個(gè)隔縫，由此產(chǎn)生兩個(gè)單獨(dú)腔室，其中此隔縫并不完全將兩個(gè)腔室隔離，從而使得兩個(gè)單獨(dú)腔室形成第一無阻連接。
[0029]由此可以提供一種用來制造生物反應(yīng)器的可擴(kuò)展的薄膜裝置。此外，薄膜裝置簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)成就了生物反應(yīng)器的低成本生產(chǎn)。
[0030]一個(gè)“薄膜”的特征在于，與它的厚度相比，它具有大面積的擴(kuò)張性，從而產(chǎn)生一種柔韌性。
[0031]一種“透明”的薄膜材料的特點(diǎn)在于可以使培養(yǎng)光合活性生物必要的光波長(zhǎng)穿透。薄膜可以作為濾光器，寬帶濾光器或不均勻視覺濾波器。
[0032]薄膜裝置可以最簡(jiǎn)單的形式在除去隔縫以外擁有兩層彼此重疊的薄膜。該“隔縫”是不能使藻類與可能使用的培養(yǎng)液和營(yíng)養(yǎng)液所滲透。隔縫可以通過焊接或粘接薄膜裝置完成。
[0033]“兩個(gè)單獨(dú)腔室”是指兩個(gè)在可以在里面培養(yǎng)藻類的腔室。
[0034]第一無阻連接腔室允許藻類從第一個(gè)單獨(dú)腔室進(jìn)入第二個(gè)單獨(dú)腔室，同時(shí)交換培養(yǎng)液或營(yíng)養(yǎng)液。隔縫大幅度增加了用于生產(chǎn)的生物反應(yīng)器的外表面，使得提高藻類受光率。
[0035]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的藻類培養(yǎng)裝置、生物反應(yīng)器及其生物反應(yīng)系統(tǒng)制造成本低，且沒有空間限制，方便而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模微藻養(yǎng)殖。
[0036]1:無盡的膜系統(tǒng)。
[0037]2:可以適用于各種地區(qū)，地域，面積。
[0038]3:每平米水容量極高。
[0039]4:可擴(kuò)大規(guī)模的。
[0040]5:可以與溫室結(jié)合，也可以不用溫室。
[0041]6:低成本。
[0042]7:可以與工業(yè)系統(tǒng)結(jié)合。
【附圖說明】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0044]圖1:本發(fā)明實(shí)施例1的薄膜裝置的示意圖。
[0045]圖2:本發(fā)明實(shí)施例2的由薄膜裝置制作的一個(gè)用于培養(yǎng)和收割藻類的生物反應(yīng)器示意圖。
[0046]圖3:本發(fā)明實(shí)施例3以直線形式連續(xù)排列在框架上的生物反應(yīng)器系統(tǒng)示意圖。
[0047]圖4:本發(fā)明實(shí)施例4以直線形式排列擁有彎角的生物反應(yīng)器示意圖。
[0048]圖5:本發(fā)明實(shí)施例5以橢圓形式排列的生物反應(yīng)器示意圖。
[0049]圖6:本發(fā)明實(shí)施例6排列在屋頂?shù)纳锓磻?yīng)器示意圖。
[0050]圖7:本發(fā)明實(shí)施例7多個(gè)以直線形式連續(xù)排列在框架上的生物反應(yīng)器示意圖。
[0051]圖中，103隔縫，107單獨(dú)腔室，111第一無阻連接腔室，113第二無阻連接腔室，115外緣寬邊，119外緣長(zhǎng)邊，125薄膜內(nèi)面，240制熱/冷卻管，250注氣管，260收割管，270固定管，280溢流閥，223生物反應(yīng)器開口，201生物反應(yīng)器，323框架，302第一生物反應(yīng)器部分，304第二生物反應(yīng)器部分，381屋頂。
【具體實(shí)施方式】
[0052]實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例提供一種管狀薄膜裝置。
[0053]本實(shí)施例提供的培養(yǎng)藻類和原核生物的薄膜裝置，所述薄膜裝置具有兩個(gè)彼此相對(duì)的內(nèi)面并且彼此相對(duì)的內(nèi)面具有若干個(gè)隔縫，每?jī)蓚€(gè)相鄰的隔縫形成一個(gè)單獨(dú)腔室，所述隔縫不完全隔離兩個(gè)腔室，所有單獨(dú)腔室的底部是相通的，形成第一無阻連接腔室。
[0054]進(jìn)一步的，所有單獨(dú)腔室的頂部是相通的，形成第二無阻連接腔室。
[0055]在一種實(shí)施案中，彼此對(duì)立的內(nèi)面擁有η個(gè)不完全隔離兩個(gè)相鄰腔室的隔縫，其中η是一個(gè)大于一的自然數(shù)，從而產(chǎn)生η+1個(gè)單獨(dú)腔室，特別是通過第一連接腔室和/或第二連接腔室被整體持續(xù)連接。這樣可以建立一個(gè)無盡的薄膜裝置，