一種軟體板式光生物反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微藻培養光生物反應器領域，具體地，本發明涉及一種內部增強、多流道并聯的軟體板式光生物反應器。
【背景技術】
[0002]隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的日益嚴重，人們開始尋找新的替代能源。作為一種能有效地利用光能將h20、CO2和無機鹽轉化為有機資源的光能自養型單細胞生物，微藻具有油脂含量高、生長周期短、產量高的優點，在世界范圍內受到了越來越多的關注，被認為是一種最有前途的生物能源原料。此外，微藻還含有人類所必需的蛋白質、碳水化合物、多不飽和脂肪酸以及其它生物活性物質。
[0003]微藻產業發展的前提條件是進行規模化培養，從而獲得充足的生物質原料。微藻大規模培養可以分為開放式和封閉式。開放式微藻培養是指各種開放池，經過多年發展，已應用于商業化微藻大規模培養中(Borowitzka L.T., B1resourceTechnology, 1991，38:251-252)，它具有技術簡單、投資低廉等特點，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的大規模培養中取得了良好的效果。但它同時存在培養條件不穩定、單位體積產率低、光能利用率低、不易保持純種培養等缺點。
[0004]封閉式培養是指采用多種形式(如柱式、管式和板式)的封閉式光生物反應器。與開放式培養相比，封閉式培養不容易受污染、節約水資源、培養密度高、收獲成本低，缺點是投資成本高(Pulz 0., Applied Microb1logy and B1technology, 2001, 57:287-293 ；Lee Y-K., Journal of Applied Phycology, 2001, 13:307-315 ；Tsygankov A.A., AppliedB1chemistry and Microb1logy, 2001, 37 (4): 333-341)。為了克服封閉式培養成本高的缺陷，一方面需要通過優化光生物反應器設計，提高光能利用率，從而大幅度提高產率?’另一方面則需要降低光生物反應器的投資成本以及培養所需的材料、能耗成本。
[0005]傳統的光生物反應器多采用玻璃或者不銹鋼等材質制造，它們穩定性以及耐久性高，但成本過高，難于大規模應用。因此，低成本光生物反應器引起了人們越來越多的重視，并且越來越多的應用于微藻的大規模培養(Tredici M.R.et al, B1technolB1eng, 2009, 102, 100-112.；Bergmann P.et al, Chem Ing Tech, 2013, 85, 202-205 ；ffillson, B., 2009, do1:10.1088/1755-1307/6/9/192015 ；Yoo J.J.et al,B1process B1systEng, 2013，36，729-736)。這類光生物反應器多采用軟體透光薄膜材料制成，易于批量制造，建設施工簡單，與傳統光生物反應器相比，成本大為降低。
[0006]光生物反應器的優化則主要是通過強化培養液的混合，使藻細胞在光區與暗區之間高頻率來回穿梭，實現閃光效應，從而提高光生物反應器的光能利用率和藻細胞的產量。閃光效應是光自養生物普遍存在的一種現象，即，當藻細胞在光生物反應器的光區與暗區之間來回穿梭，就可使得接受過光照的藻細胞及時進入暗區進行暗反應，同時使得完成了暗反應的藻細胞回到光區再次接受光照，這樣就使得進入光生物反應器的光量子被充分利用。如果藻細胞以特定頻率(通常高于IHz的頻率)在光生物反應器的光區與暗區頻繁置換時，會產生“閃光效應”，光能的利用率會得到很大提高(Janssen M, Slenders P, TramperJ, et al., Enzyme Microbial Technology,2001,29:298 ?305 ;Matthijs H.C.P, BalkeH, Mur L.R,et al., B1technology and B1engineering, 1996, 50:98-107 ；Xue S.Z,SuZ.F, Cong ff, Journal of B1technology, 2011, 151 (3), 271-277)。
[0007]通過一定內部結構的設計可以強化培養液的混合，其中在光生物反應器內加入靜態混合器或者擋板，不僅可以強化培養液的混合，也可以實現微藻細胞的閃光效應。中國專利CN201010193837.4提供了一種具有特定內部結構的板式光生物反應器，其通過在生物反應器內壁的光照面和無光面沿著培養液流動方向設置擋板使藻液呈螺旋形流動，以實現藻細胞在光生物反應器的光區與暗區之間的來回穿梭，發揮藻細胞的“閃光效應”，從而提高微藻規模培養的光能利用率和提高微藻細胞的產量。但用軟體材料制作多個流道的此種光生物反應器時，存在著受力集中部位，使得反應器容易破裂，降低了光生物反應器的使用壽命，而且各個流道培養液入口距離反應器培養液入口的距離不同(如CN201010193837.4說明書附圖3所示)，導致各個流道內培養液流速和流動狀況有差異，使得光生物反應器內部分流道光能利用率較低，從而影響了微藻培養時光生物反應器整體的光能利用率和微藻細胞的產量。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于，針對上述問題，提供一種內部增強的、多流道并聯的、各流道流速一致的軟體板式光生物反應器，以解決專利CN201010193837.4所述的軟體板式光生物反應器存在的容易破裂、不同流道內培養液流速有差異等問題。
[0009]本發明的軟體板式光生物反應器整體結構如圖1所示，除了具備CN201010193837.4所述的板式光生物反應器特征外，即一個流道或者至少二個相互并聯的流道，所述每一流道包括:
[0010]-至少2塊上擋板3，設置于光照面的內壁面上；
[0011]-至少2塊下擋板4，設置于無光面的內壁面上；
[0012]其中，上擋板和下擋板的長度方向與培養液流動方向的夾角大小為20?70度，且夾角方向相反；
[0013]還包括:反應器培養液入口 1、反應器培養液出口 2、主體薄膜5、筋板6、拉帶7，
[0014]所述流道之間由筋板6分隔，所述筋板6為軟體板式光生物反應器整體成型中光照面和無光面的主體薄膜5被直接粘結或焊接形成的粘結縫或焊接縫，起分隔板作用。
[0015]所述的反應器培養液入口 I和反應器培養液出口 2分別成對角設置于軟體板式光生物反應器上流道培養液入口 8 一端和流道培養液出口 9 一端，反應器培養液入口 I與流道培養液入口 8形成反應器培養液入口腔10，反應器培養液出口 2與流道培養液出口 9形成反應器培養液出口腔11 ；
[0016]所述反應器培養液入口腔10和/或反應器培養液出口腔11內設有一拉帶7，所述拉帶7為一軟體薄膜，其上下邊緣被直接粘結或焊接在光生物反應器內壁上。
[0017]所述軟體板式光生物反應器主體薄膜5上筋板6部位的材料厚度大于等于其他部位的材料厚度。所述主體薄膜5上筋板6部位的材料厚度優選是其它部位材料厚度的1.1-3倍。
[0018]所述的反應器培養液入口腔10在充滿培養液時，沿垂直于流道培養液入口 8延長線方向的截面積順培養液流動方向逐漸減小，最大處和最小處的截面積比值為2:1-5:1。
[0019]所述的反應器培養液出口腔11在充滿培養液時，沿垂直于流道培養液出口 9延長線方向的截面積順培養液流動方向逐漸增大，最大處和最小處的截面積比值為2:1-5:1。
[0020]所述反應器培養液入口腔10的截面積順培養液流動方向逐漸減小，避免了在中國專利CN201010193837.4中沒有變徑的方案中入口腔的兩端的液體線速度和壓力差異過大(靠近反應器培養液入口 I的一端處的液體線速度和壓力很高，遠離反應器培養液入口I的一端處的液體線速度和壓力很低)、各個流道內的流速不一致、部分流道光能利用率較低的問題，使得本發明的光反應器培養液入口腔10內培養液的線速度和壓力更均勻，也使得本發明的光反應器的各個并聯的流道內的培養液流速更均衡，培養液入口腔10內培養液的線速度更接近各個并聯的流道內的培養液流速從而減少(培養液從光反應器培養液入口腔10進入各個并聯的流道時)流道培養液入口 8處流場的擾動和流動阻力