微藻生物反应器
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理主要基于微藻的光合作用特性。
微藻在光合作用中，利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气。
光生物反应器则提供了一种受控的环境，支持微藻的生长和光合作用过程。
具体来说，光生物反应器通过控制系统对光、温度、营养物质等微藻生长所需条件进行调控，为微藻提供最佳的生长环境。
在反应器中，光能被特定波长的光源（如LED灯）提供，确保微藻能够吸收到所需的光能进行光合作用。
同时，反应器中的温度控制系统保持适宜的温度，确保微藻的正常代谢活动。
此外，反应器中的营养物质浓度也是影响微藻生长的关键因素。
通过向反应器中添加适量的营养物质（如氮、磷等），可以满足微藻生长所需的营养需求。
同时，反应器中的pH值、溶氧量等参数也需要进行监测和调控，以确保微藻生长环境的稳定。
通过这些调控措施，光生物反应器可以模拟微藻的自然生长环境，实现大规模培养微藻的目标。
这种培养方式具有高效率、低能耗、低污染等优点，因此在微藻生物能源、生物肥料等领域具有广阔的应用前景。
光生物反应器简介
应用对象：
微藻
柱式
封闭式
平板式 管道式
光生物反应器
开放式：跑道池
微藻的研究和应用
1、上世纪40年代，德国人试验用硅藻生产可做燃料 的脂类； 2、50年代至70年代, 许多国家开展小球藻、栅藻、 新月藻、螺旋藻等微藻的培养与开发研究, 主要用作 鱼、虾、贝、蟹育苗中的饵料和生产单细胞蛋白。 3、80年代后人们逐渐认识到微藻在进化上的多源性、 遗传的多样性, 藻细胞中有一些特殊的次级代谢物, 而且可以利用其生长繁殖迅速、光能转换率高、对环 境适应性强、易于遗传改良的特点进行大规模培养, 微藻在各领域的开发应用价值成为人们关注的热点。
图5 抛物面型导光槽垂直地面时槽底与水平地面 上的光强对比图
发现经过一天的测试，尽管有槽壁的遮阴，抛物面 型的导光槽内底部的光强可以经常性的高于槽外水平面 上的光强。尤其是当导光槽与水平面垂直放置的时候， 这种现象更是明显。当水平面的太阳辐射光强在 100000～130000lx范围左右时，到达槽底的光强竟然高 达130000～170000lx左右。 这就说明这样的改善是有效的。
99.2mm
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40
206.3mm
150mm
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11061mm61m61mm图1 抛物面型 导光槽示意图
图2 倾斜面型 导光槽示意图
图3 垂直型导光 槽示意图
图4 导光槽导光模拟计算效果图
根据计算机的模拟计算结果，3种形状的 导光槽可以成功地把太阳光反射到槽底，如图 4所示。从图中可以看出，若出光口宽度相等， 抛物面型导光槽的导光效果最好，而垂直面型 的导光效果最差。当然可以预见的是，如把这 些导光槽加长，放入螺旋藻的培养液中，将使 培养液内部的光强条件得到很好的改善。
海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展
海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展近年来，随着全球能源需求的增长和对可持续发展的追求，海洋藻类生物质被认为是一种潜力巨大的可再生能源资源。
藻类生物质利用不仅可以替代传统能源源，还具有减少温室气体排放和改善环境质量的优势。
在利用海洋藻类生物质的过程中，反应器技术的发展起到了至关重要的作用。
本文将对海洋藻类生物质利用的反应器技术研究进展进行探讨。
海洋藻类生物质利用的反应器技术主要集中在藻类培养、藻类退化与利用三个方面。
藻类培养反应器技术是海洋藻类生物质利用的关键环节。
目前，常见的藻类培养反应器包括传统的塔式反应器、光生物反应器、膜反应器等。
塔式反应器是最早也是最常用的藻类培养反应器之一。
它具有结构简单、操作方便的优势，但存在传质不均、气液分散不均匀等问题。
光生物反应器是利用太阳能光照提供光合作用所需的能量，通过控制反应器内部光线照射强度和照射时间，优化藻类培养环境。
膜反应器则通过使用半透膜分离和浓缩藻类细胞，提高藻类的生物质积累效率。
对于藻类退化与利用，反应器技术可以有效提高藻类生物质的产率和质量。
藻类退化主要包括干燥、破碎和提取等工艺步骤。
传统的藻类退化方法通常采用机械破碎和化学溶解等方式，但存在能耗大、操作繁琐、产品纯度低等问题。
近年来，超声波、微波和离子液体等新型退化技术被广泛应用于藻类生物质退化过程中。
这些新技术具有操作简单、退化效率高、产品纯度高等优点，对藻类生物质的利用具有较大的潜力。
利用反应器技术将退化后的藻类生物质进行高值化利用是另一个重要的研究方向。
藻类生物质的高值化利用主要包括油脂、蛋白质和多糖等方面。
以油脂为例，利用酶法、超临界流体萃取等技术可以高效地从藻类中提取油脂。
此外，利用藻类生物质生产生物柴油、生物氢和生物电等也是当前关注的研究热点。
这些高值化利用技术不仅能够增加藻类生物质的经济价值，还可以减少对传统石化能源的依赖，实现可持续发展。
在海洋藻类生物质利用的反应器技术研究中，仍存在一些亟待解决的问题。
以微藻为原料的第三代生物燃料的研究概况
以微藻为原料的第三代生物燃料的研究概况摘要温室效应与石化能源紧缺已成为全球问题，生物燃料作为一种可再生且环境友好的替代能源受到人们的普遍关注。
不少微藻油含量高，环境适应性强，净碳值几乎为零，是第三代的生物燃料最重要的原料之一。
本文综述了目前海藻在生产生物燃料过程中的优势、培养方法、技术概况等，提出了目前存在的问题及未来的发展期望。
关键词：微藻;生物燃料;培养方法;转化技术AbstractBiofuel is payed more and more attention as a kind of renewable and environmentally friendly alternate energy source as global warming and fossil energy shortage are becoming global problems. Many microalgaes have higher oil content, better enironmental adaptation and net carbon value is almost to zero. It's the most important raw material of the third generation biofuel. In this article, the advantages of the process of microalgaes' producing biofuel at present, the training method and the outline of technology is reviewed in this article. The problems exists now and the future prospect are proposed as well.Key Words:Microalgae;Biofuel;Training;Method;Transforming Technology1 前言20世纪90年代以来，以燃料乙醇和生物柴油为代表的第一代生物质能得以发展。
微藻生物反应器综述
微藻及其生物反应器研究进展张林存生技0911 0920212115摘要：生物反应器是微藻大量培养的一场革命，它使微藻高效、大规模化生产成为可能。
本文对微藻的研究历史、应用现状，特别是微藻生物反应器以及作为新型可再生能源的微藻柴油作了简要综述。
关键词：微藻、生物反应器、微藻柴油Microalgae and Its Research Progress in BioreactorZhang Lin-cun Biotech0911 0920212115Abstract: Bioreactor is a revolution in large scale culture of microalgae. It makes the efficient, large scale production of microalgae possible. This paper makes a brief summary about the study history and the current application of microalgae, especially the bioreactor of microalgae and a new renewable energy——microalgae biodiesel.Keywords: microalgae, bioreactor, microalgae biodiesel微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养单细胞生物，是地球上最早诞生的重要生命类群，不少种类有数万年甚至十亿年发展的演化。
也是地球有机资源的初级生产力。
迄今已知的藻类约有3万余种，其中微藻约占70％。
藻类不仅富含蛋白质、脂肪和碳水化合物这三大类人类所必需的物质，而且还含有各种氨基酸、维生素、抗生素、高不饱和脂肪酸以及其它多种生物活性物质，是人类向海洋索取食品、药品、生化试剂、精细化工产品、燃料以及其它材料的一种重要途径。
微藻生物反应器的研究进展
产业化 的关键 技术之一 。
１ 微藻 和微藻 生物反应 器 的研究 历史及 其特点
为争夺技术上 的制高 点 ， 近年来 ， 国 、 国和 日本 美 德
等发达国家已经把海洋 生物技术列 为重点发展 方 向。尤 其是将海洋微藻的大规模培 养及其天 然活性物质 的分离 提取等技术放 在首位 。与 国外 相 比， 国的微 藻生物 技 我
冰雪覆盖 的南 北两极 ，Ｈ极 高 或很低 的湖 泊水 潭 、 碱 ｐ 盐
沼泽 甚 至 盐 度 饱 和 卤水 ， 大 洋 深 处 、 山 口 、 热 温 泉 、 在 火 地
目前 ， 藻类生物 反应器 已成 为高 效 、 快速 、 大量 培 养
藻类 的关键 设备 。在研究 、 发和生 产 中均 需使 用不 同 开 的光生物 反应器 ， 在反应体积扩大后 ， 的供 给往往受 到 光
维普资讯
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６・ （ 总第 １３期） ５
水 利 渔 业
２０ ０ ７年 第 ２ ７卷 第５期
微 藻 生 物 反应 器 的研 究 进 展
孟春 晓 ， 高政权
（ 山东 理 工 大 学 生 命 科 学 学 院 ， 山东 淄 博 ２ ５４ ） ５ ０ ９
基础研究 ， 新型光生物反应器研制 ， 微藻 的高密度大规模 培养 ， 海洋赤 潮微 藻的大量 培养 、 分类 与鉴定 ， 微藻基 因 工程及微 藻生物活性物质的分离 纯化等多 方面进行 了系
统 的 研 究 ， 得 了较 大 的 进 展 Ｊ 取 。
强大的生命力使 其家族 在地球 上广 泛分 布 ， 括终 年被 包
干旱沙漠等生命极端环境中都有微藻繁衍生息 。 我 国藻类产量 居世 界首位 。藻 类 除 了作 为食 品 外 ， 还是 生产药 物 、 健品 、 保 饲料 、 轻化 工及生 物工程产 品 的 重要原料 。进行鱼 、 、 虾 贝类 的育苗 和养殖需要大 量的微 型藻类作饵料 ， 藻类还与水处理和环境 保护密切 相关… 。 微藻生物资源的开发对 于减缓土地 、 环境 、 能源 和人 口危 机， 弥补传统农作物 的不足与局 限 ， 以及促进传统农 业 向 工业化生产过 渡都具 有重 要 的意义。经过 ３ ０多年微 藻 工业化生产 以来 ， 人们逐渐意识 到 ， 藻工业发展 的潜 力 微
微藻培养反应器课件
在开放式培养系统中，微藻在自 然环境下生长，反应器可以是一 个池塘或一个玻璃瓶等开放式容
器。
封闭式培养
在封闭式培养系统中，微藻在人工 控制的环境下生长，反应器可以是 一个密封的容器或管道等。
半封闭式培养
在半封闭式培养系统中，微藻在部 分受控的环境下生长，反应器可以 是一个有遮盖的池塘或一个有透明 玻璃盖的容器等。
微藻培养反应器课件
目录
• 微藻培养反应器概述 • 微藻培养反应器的工作原理 • 微藻培养反应器的操作流程 • 微藻培养反应器的维护与保养 • 微藻培养反应器的技术参数与性能评估 • 养反应器概述
定义与特点
定义
微藻培养反应器是一种用于培养 微藻的设备，通常由光合反应器 、搅拌器、照明系统等组成。
食品补充
某些微藻富含蛋白质、脂 肪、维生素等营养成分， 可作为一种食品补充。
微藻培养反应器的历史与发展
历史
微藻培养反应器的研究和应用已有多年历史，最初主要用于藻类生物量的生产，近年来逐渐发展成为一项受到关 注的技术，应用领域不断扩大。
发展
随着技术进步和科研深入，微藻培养反应器的效率和稳定性不断提高，成本也在逐渐降低，使得这项技术在更多 领域的应用成为可能。同时，新型反应器的设计和优化也在不断推进，如光生物反应器、气升式反应器等，将进 一步促进微藻培养反应器的应用和发展。
05
微藻培养反应器的技术参数与 性能评估
技术参数的设定与选择
反应器尺寸
根据培养规模和产能需求，选择合适 的反应器尺寸。
反应器材质
选择耐腐蚀、抗氧化的材质，以保持 长期稳定运行。
搅拌和循环系统
根据培养液的粘度、密度等特性，设 计合理的搅拌和循环系统，确保培养 液充分混合和氧气传递。
海洋生物,海洋活性物质和海洋药物
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(3)抗真菌、抗细菌和抗病毒物质：从海泥和单胞藻
中分离的代谢物及从棘皮动物、被囊动物中分离的化合物具有 抗菌作用。海洋真菌的顶头孢菌的代谢产物可制成头孢菌类的 抗菌素。从被囊动物分离的化合物对病毒则有抑制作用。
(4)具有心血管活性化合物：从海洋生物中可分离出多
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我国海洋药物资源的研究与开发方向是 海洋新药、中成药和保健食品等相结合， 为医药工业和保健食品工业开发新产品。
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定义：
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一 吸 附 柱 层 析
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在洗脱过程中，柱内不断地发生解吸、吸附，再解吸、 再吸附的过程。即被吸附的物质被溶剂解吸而随溶剂向下移 动，又遇到新的吸附剂颗粒被再吸附，后面流下的溶剂又再 解吸而使其下移动。经过一段时间以后，该物质会向下移动 一定距离。此距离的长短与吸附剂对该物质的吸附力以及溶 剂对该物质的解吸(溶解)能力有关。不同的物质由于吸附力 和解吸力不同 ，移动速度也不同。
种具有心血管活性的化合物，例如，从单胞藻、鱼油中分离出 多种不饱和脂肪酸(如EPA、DHA等)具有防止血小板聚结和心血 管硬化的功能。
(5)其他生物活性化合物：从红藻、海绵、柳珊瑚等海
洋生物中都可以分离出不同生理活性的化台物。从柳珊瑚中分 离的前列腺素经变化后具有生理活性。从海人草中分离的海人 草酸具有驱虫等作用。
目前受到广泛重视的两种主要的新技术:
一、微藻生物反应器培养技术 二、灌注层析技术
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一、微藻生物反应器培养技术
① 开放式—生长快速、附加值低、条件要求不高
美国宇航局开发出藻类生物反应器
Ｋｅ ｏ ｄ ｌ ｎ ｃ ｌｕ ｏ ｅ，ａ ｒ ｌ ｃｄ，ａ ｒ ｌ ｍｉ ｅ，ｓ ｎｈｅ ｉ ，ｗａｅ ｄｓ ｒ ｔｏ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｉ ｏ ｅｌ ｌｓ ｇ ｃ ｉａｉ ｙ ｃ ｅ ｙａ ｄ ｙ ｔ ｓｓ ｔｒａ ｏ ｐ ｉｎ
ｔ ｅ ｏ ｔ ｍ ｏ ｄｔｏ ｓｆｒ ｇ ａ ｏ ｏｙ ｚ ｔ ｎ ｗｅ ｅ ｓ ｆｌｏ ：ｉｎ ｃ ｌｕ ｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ３． ｈ ｐｉ ｍｕ ｃ ｎ ｉ ｎ ｏ ｒ ｆ ｃ ｐ ｌｍｅ ａ ｉ ｒ ａ ｏｌｗｓ ｌｇ ｏ ｅｌ ｌｓ ｏ ｔ ｎ ０％ ， ｓ ａｉ ｆ ｉ ｔ ｏ ｍａ ｓ ｒ ｔｏ ｏ
ｚｔ ｎｏ ｇ ｏｅ ｕ ｓ ｉ ｃｙ ｃ ａｉ Ａ ／ ｃｙ ｍ ｄ （ Ｍ） ｕｉ Ｎ ａ ｏ ｆｌ ｎｃｌ ｌ ｅ ｗｔ ａｒ ｉ ｃ ｉ ｉ ｌｏ ｈ ｌ ｄ（ Ａ） ａｒｌ ｉｅ Ａ ， ｓ ｇ Ｎ， 一ｍｅ ｙｅｅ ｂｓｃ ｌ ｉｅ ａ ｎ ｔ ｌｎ ｉ ｒ ａ ｄ ｈ ａｙ ｍ （ ＭＢ ）ａ ｒｓｌ ｋｒ ｎ ｍ ｏｉｍ ｐｒｕ ａｅ Ａ Ｓ ｓｉｉａ ｒＦｃｏｓｓｃ ｓｄ ｓｇ ｆ ｒｓｌ ｋ ｒ Ｎ Ａ ｓｃ ｓｎ ｅ ｄａ ｍ ｎｕ ｅｓｌ ｔ（ Ｐ ）ａ ｎ ｉｔ ． ａｔ ｕｈ ａ ｏａｅｏ ｏｓｎ ｅ ． ｏ ｉ ａ ｆ ｔｏ ｒ ｃ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ Ａ ｅ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔｒ ｓｓａ ｃ ｔａ ｔ ｒ ｓｎ ｇ ｌｗｉ ｈ ａ ｅ ｉｔｎ ｅ，ｓ ｌ ｔｌ ｒ ｎ ｅ， ｎ ｉｈ ｓｒ ｎ ｔ ｓｐ ｅ ａ ｅ ｙ ｇ ａｔｃ ｐ ｌｍｅ ｉ ｈ ａｔ ｏｅ ａ ｃ ａ ｄ ｈ ｇ ｔｅ ｇｈ ｗａ ｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ｒｆ ｏ ｏ ｙ ｒ—
微藻培养的光生物反应器
知识介绍微藻培养的光生物反应器刘志伟1) 余若黔2) 郭 勇4)(华南理工大学食品与生物工程学院,广州510640)张 晨3)(嘉应学院生物系,梅州514015)摘要 介绍了用于微藻培养的各种密闭式光生物反应器,包括发酵罐式、管式和平板式生物反应器及光照系统。
关键词 微藻,培养,光生物反应器Photobioreactors for cultivating microalgaeLIU Zhiwei ,YU Ruoqian ,G UO Yong(C ollege of F ood Engineering and Biotechnology ,S outh China University of T echnology ,G uangzhou 510640)ZH ANG Chen(Department of Biology ,Jiaying C ollege ,Meizhou 514015)Abstract The hermetic photobioreactors used to cultivate microalgae were introduced ,including fermenter style ,tubular and flat plate bioreactor.I lluminated system were als o discussed.K ey w ords microalgae ,cultivation ,photobioreactor 第一作者:刘志伟,男,1969年生,博士研究生,讲师,从事发酵工程方面的研究。
微藻能有效利用光能、C O 2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质,可以培养微藻来生产健康食品、食品添加剂、动物饲料、生物肥料及其他天然产品。
另外,近年来分子遗传学和基因工程研究证实,大肠杆菌的载体和启动因子往往可以适用于蓝藻,尤其是单细胞蓝藻的转基因,这使得蓝藻基因工程得到了较快的发展,利用藻类为宿主的基因产物的生产也日益受到关注,因此微藻的培养受到广泛重视。
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3、柱式光生物反应器
• 柱状内环流气升式光 生物反应器的结构特 点为:整体为玻璃-不 锈钢结构,耐酸和碱 的腐蚀、可全方位接 受光照,具有pH、温 度和溶解氧自动调节、 监控和记录的功能; 可进行完全灭菌,实 现藻体的纯培养。
封闭式光生物反应器的优点
1. 培养密度高。微藻细胞浓度每升可达几克 （比敞开式跑道池中的细胞浓度高出1～2个 数量级），这给采收带来了很大的方便。 2. 培养条件易于控制。除了自然光强度无法控 制外，其它条件均可自动控制，这对微藻代 谢产物的大量积累非常有利。 3. 无污染，可实现纯种培养。 4. 生产期可延长，甚至可终年生产。 5. 适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于 微藻代谢产物的生产。对于转基因微藻及同 位素标记性化合物产生藻，则必须用封闭式 光生物反应器来培养。
• 其中密闭式光生物反应器与敞开式相比具有独 特的优点, 在微藻培养中商业化规模的成功取 决于其生产成本。现代技术日新月异, 各种新 材料、新型高效光源的出现与使用, 加上基础 理论研究的深入, 必将使密闭光生物反应器更 为成熟, 生产成本不断降低,从而真正应用到 工业化生产中。
敞开式光生物反应器
在敞开式反应器中，典型且最常用的是敞
开式跑道池，它是最古老的藻类培养反应器，
且一直沿用至今。目前微藻的大规模培养主要
使用这种反应• • • • 密闭式光生物反应器又包括： 管道式光反应器 平板式光反应器 柱式光反应器
1、管道式光反应器
• 微藻生物反应器的研制不仅对现有微藻产业的 改造和发展起着关键作用, 而且可以用于进行 高附加值化合物、药物等的生产。微藻生物反 应器在微藻研究工作中更是一个必不可少的重 要工具和手段, 进行微藻的几乎所有研究工作, 如用藻类生物反映器取代现有的简陋而不完备 的设备、设施, 均可使研究工作变得更简单, 得到更准确、可靠的结果。人类正面临人口膨 胀、陆地资源减少和环境恶化这3大全球性问 题。单一的陆地资源已经很难适应经济快速发 长的需要, 开发利用海洋资源是解决这些问题 的主途径之一。一场以开发海洋生物资源为标 志的蓝色革命正在世界范围内蓬勃兴起。
微藻主要种类
螺旋藻(Spirulina)
小球藻(Chlorella)
杜氏藻(Dunaliella)
微藻生物反应器
微藻自养培养用的反应器有两大类： • 敞开式光生物反应器 • 密闭式光生物反应器
影响微藻光生物反应器设 计的主要因素及设计原则：
1 尽可能使反应器充分利用光能，保证稳定的最 大生物量产率； 2 尽可能保持最高的钢能转化效率，保证反应器 整体的高效率运转； 3 选用适宜的材料并根据所培养藻类的特点确定 反应器大小、形状及结构； 4 反应器总体结构简洁、实用。
2、平板式光反应器
• 平板式光生物反应器主要是由透明的玻璃或有 机玻璃板制成, 可以根据太阳光强度及入射方 向的变化, 调节最适的采光方向, 增大透光率, 通过调节不同的反应器厚度维持短的光通路, 保证有效液层充分受光, 混合强度也可调节, 易实现高密度培养。反应器主要由光源、循环 装置、平板式反应器、控温系统、培养介质与 CO2 供给系统组成。反应器采用太阳光或卤素 灯, 光强通过调节光源与反应器的距离或光辐 射入射方向加以控制, 反应器内混合系统有气 升式混合、底部鼓泡混合或机械搅拌 。
生物工程设备 —微藻生物反应器
微藻
• 微藻是地球上最早诞生的重要生命类群, 是某 些极端环境下的幸存者和适应者, 不少种类有 数万年甚至十亿年发展的演化。微藻强大的生 命力使其家族在地球上广泛分布, 包括终年被 冰雪覆盖的南北两极, pH 极高或很低的湖泊 水潭、盐碱沼泽甚至盐度饱和卤水, 在大洋深 处、火山口、地热温泉、干旱沙漠等生命极端 环境中都有微藻繁衍生息。 • 我国藻类产量居世界首位。微藻工业发展的潜 力取决于生物反应器技术的发展, 而这也是微 藻生物技术产业化的关键技术之一。
• 管道式光反应器是利用透明的管道, 借助外部 光照条件进行工厂化藻类培养。后来发展为垂 直管道式、倾斜可调管道式、水平管道式等多 种形式。水平管道式采用泵循环、气升循环等 方式混合, 多数采用自然光, 有的采用人工光 源。 • 垂直管道式采用机械搅拌、鼓泡、气升混合, 可分为螺旋管道式和鼓泡柱式等。培养液溶氧 蓄积与闭路管道中内温过高, 藻细胞在窄管系 统循环不畅, 受光不均等问题在一定程度上限 制了该系统大规模应用。另外, 透明的聚乙烯 管比较脆弱, 玻璃钢管的成本较高也是一个限 制因素。