微藻光生物反应器ppt
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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。
生物反应器ppt课件
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技术参数：
标准配置：
1、罐体系统：
罐体全容积：5L；工作容积：2~4L
罐体材质：硼硅玻璃+316L不锈钢；罐盖材质： 316L不锈钢
罐体设计压力：0.1Mpa；夹套设计压力： 0.25Mpa
罐盖结构：标准温度、PH、 DO 传感器插口各1 个；标准泡沫电极插口1个；通用补料接口2个； 接种口1个；排气口1个；取样管口1个
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发酵罐 发酵罐若
根据其使用对象区分， 可有：嫌气发酵罐、好 气发酵罐、污水生物处 理装置等。
其中嫌气发酵罐最为
简单，生产中不必导入 空气，仅为立式或卧式 的筒形容器，可借发酵 中产生的二氧化碳搅拌 液体。（见彩图）
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产品名称：5L离位灭菌自动台式发酵罐 型 号： SY-3005QB
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8
3、植物细胞培养的特殊条件
(1)光照：离体培养的植物细胞对光照条件不严格， 因为细胞生长所需要的物质主要是靠培养基供给， 但光照不但与光合作用有关，而且与细胞分化有关。
(2)激素：植物细胞的分裂和生长特别需要植物激 素的调节，促进生长的生长素和促进细胞分裂的分 裂素是最基本的激素。
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（二）描述方法
动力学的研究目的是定量地描述过程 的速率以及影响过程速率的诸多因素。
生物过程动力学研究的主要问题是生物 反应的速率，特别是细胞生长的速率、各 种基质组分的消耗速率、代谢产物的生成 速率。
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常用的有：
⑴反应速率：单位时间物质浓度的变化量。如：细胞
的生长速率、代谢产物的生成速率等。
产生的（开始时需接入菌种），为防止杂菌污染和活 性衰退，一般采用分批釜式反应器；
微藻培养与光生物反应器分析解析共41页
微藻培养与光生物反应器分析解析
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己
微藻培养反应器课件
开放式培养
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。
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。
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。
微藻培养与光生物反应器教学讲义
02
03
04
光照系统设计
选择合适的光源和光照强度， 确保微藻能够充分进行光合作
用。
营养物质供应系统
设计合理的营养物质供应方式 ，保证微藻生长所需的营养充
足且均衡。
生长环境调控系统
实现对温度、pH值、溶解氧 等生长环境的精确调控，确保 微藻能够在适宜的环境中生长
。
反应器结构优化
通过对反应器结构的优化设计 ，提高光能利用率和微藻生长
速率，降低培养成本。
PART 04
微藻培养与光生物反应器 的结合
REPORTING
WENKU DESIGN
PART 04
微藻培养与光生物反应器 的结合
REPORTING
WENKU DESIGN
微藻在光生物反应器中的生长特性
光合作用与生长速率
微藻在光生物反应器中通过光合作用将光能转化为化学能， 其生长速率受光照强度、光质、光周期等光环境因素的影 响。
生态修复
微藻能够吸收废水中的营 养物质，净化水质，同时 降低水体富营养化程度， 有助于生态修复。
光生物反应器的应用
提高微藻产量
光生物反应器通过优化光照、温 度、营养盐等条件，促进微藻生
长，提高生物质产量。
降低成本
光生物反应器可实现微藻培养的自 动化和规模化，降低生产成本，提 高经济效益。
拓展应用领域
管式光生物反应器
具有较大的光照面积和较高的光能利用率， 适用于大规模培养。
封闭式光生物反应器
光能利用率高，微藻生长速率快，但结构复 杂，成本较高。
平板式光生物反应器
结构简单，易于清洗和维护，适用于实验室 规模的研究。
光生物反应器的类型与结构
开放式光生物反应器
微藻培养与光生物反应器
常采用的是NaHCO3。
温度
一般在18～25℃，但因藻种的不同其最适温度有所差异， 具有不同的温度忍受限，如某些蓝藻可在93℃下正常生活， 而另外一些绿藻则可在冰雪中生长。
微藻的异养培养
微藻在无光照的条件下，利用外源有机物包括糖类、 蛋白水解物、有机酸等进行生长。
异养用培养基一般是在光能自养培养基的基础上添加 葡萄糖、乙酸盐、甘油等有机碳源，蛋白等有机氮源
等。
微藻大规模异养培养的优缺点
与光合自养培养相比较，微藻大规模异养培养具有如下优点:
1)
微藻生长繁殖速度加快，藻生物量浓度大大提高。在异 养培养时，藻细胞浓度可达到或接近大肠杆菌及酵母的 浓度。如美国Market公司异养培养Nitzschia alba以生产 EPA时，64h藻体浓度达45－48g/L(Barclay et al, 1994)。 Running等人(Running et al,1994)异养培养Chlorella pyrenoidosa 以生产维生素C，藻浓度最高可达100g/L。
藻细胞较低，因而微藻培养系统中的气液传质过程将出现
许多新的问题；此外，海水对一般的材料具有腐蚀性，因
而所用设备在材料选择上又会遇到新的问题。
尽管微藻自养培养过程会出现上述新的特点，但 其中所涉及到的基本问题仍同好氧生物培养过程相似， 如传递问题、流体力学问题、在线检测与自动控制问 题、培养动力学问题、过程优化放大问题等。 由上可见，借鉴我国生化工程已有的知识和方法， 来解决微藻大规模自养培养问题将是一条捷径。
第二部分微藻营养模式营养模式能源碳源光能自养photoautotrophy光照co2混合营养mixotrophy光照有机碳和co2异养heterotrophy有机物有机碳光自养培养异养培养异养光自养串联培养混合营养培养微藻原核微藻蓝藻真核微藻其它微藻主要的营养方式是光自养也存在着其他的营养模式微藻光自养培养微藻大多数是专性光合自养生物以光作为能量还原co2同化为碳水化合物而获得生物量
《光生物反应器简介》课件
光周期
光生物反应器必须具有规律的光周期控制，确保反应器中的光合作用正常进行。
微生物发酵
微生物在光生物反应器中生长。温度、pH值等因素的改变会影响微生物的生长和代谢。
光生物反应器的发展趋势
模块化
未来光生物反应器将倾向于模块 化设计，可根据需要组装。
新材料
随着光生物反应器应用的不断扩 大，出现了很多新材料。
食品工业
光生物反应器可以用于制作食品添加剂、饲料 等。
生态环保
光生物反应器可用于城市光生物固碳、净水和 海洋光合作用等领域。
光生物反应器的优势
环保节能
高生物质产量
光生物反应器是一种绿色环保的 生产方式，使用太阳能作为能源， 无需化石燃料。
光生物反应器的生物质产量远高 于传统培养方式。
微生物发酵效率高
光生物反应器简介
光生物反应器是一种利用光合生物进行二氧化碳固定和产生生物质的装置。 可以加速生物质的生产，有广泛的应用前景。
光生物反应器的定义
光合作用
光生物反应器是利用光合作用进 行生物合成的一种反应器。
微藻反应器
光生物反应器的一种，用于微藻 发酵和二氧化碳固定。
光生物反应器
又称光合生物反应器，一种利用 太阳能进行微生物生产的反应器。
智能化
智能化设计可通过数据分析来改 进设计，提高生产效率。
光生物反应器的原理
1
一、光营养作用
利用光合生物固定CO2进行生物合成。
2
二、太阳能转化
通过太阳能将原料转化为能量。
3
三、微生物发酵
使用微生物对原料进行发酵，产生生物质。
光生物反应器的应用领域
能源领域
光生物反应器可用于生物质能源生产研究，成 为解决能源危机的一种方法。
光生物反应器必须具有规律的光周期控制，确保反应器中的光合作用正常进行。
微生物发酵
微生物在光生物反应器中生长。温度、pH值等因素的改变会影响微生物的生长和代谢。
光生物反应器的发展趋势
模块化
未来光生物反应器将倾向于模块 化设计，可根据需要组装。
新材料
随着光生物反应器应用的不断扩 大，出现了很多新材料。
食品工业
光生物反应器可以用于制作食品添加剂、饲料 等。
生态环保
光生物反应器可用于城市光生物固碳、净水和 海洋光合作用等领域。
光生物反应器的优势
环保节能
高生物质产量
光生物反应器是一种绿色环保的 生产方式，使用太阳能作为能源， 无需化石燃料。
光生物反应器的生物质产量远高 于传统培养方式。
微生物发酵效率高
光生物反应器简介
光生物反应器是一种利用光合生物进行二氧化碳固定和产生生物质的装置。 可以加速生物质的生产，有广泛的应用前景。
光生物反应器的定义
光合作用
光生物反应器是利用光合作用进 行生物合成的一种反应器。
微藻反应器
光生物反应器的一种，用于微藻 发酵和二氧化碳固定。
光生物反应器
又称光合生物反应器，一种利用 太阳能进行微生物生产的反应器。
智能化
智能化设计可通过数据分析来改 进设计，提高生产效率。
光生物反应器的原理
1
一、光营养作用
利用光合生物固定CO2进行生物合成。
2
二、太阳能转化
通过太阳能将原料转化为能量。
3
三、微生物发酵
使用微生物对原料进行发酵，产生生物质。
光生物反应器的应用领域
能源领域
光生物反应器可用于生物质能源生产研究，成 为解决能源危机的一种方法。
7讲第1节微藻特点与培养技术PPT课件
鼓泡式、气升式
管道式（垂直式）
管道、平板倾斜式
管道式（螺旋式）
平板式
箱式
新型光源系统
问题：微藻密闭式光生物反应器以什么形状 为主？为什么？ 光程短，利于光吸收，减少光衰减的影响。
（3）不饱和脂肪酸：含有大量的γ-亚麻酸等人体必需的不 饱和脂肪酸。
（4）多糖：具有抗辐射，增强免疫效果。
（5）叶绿素：含量极为丰富，是普通蔬菜含量的10倍以上。
（6）脂肪：含量只有5%，且不含胆固醇，可使人体在补充必 要蛋白时避免摄入过多热量。
2.小球藻Chlorella
一百多年前生物学家拜尔尼克（M.W.Beyernick）博士发 现；把希腊文Chlor(绿色)和拉丁文表示细小物质Ella组 合，将其命名为Chlorella。因为它的直径只有3～8微米。 形状呈圆球形。
物，一般呈蓝色。有1个纲――蓝藻纲和3个目。 蓝藻门在大约35亿年前就已在地球上出现。
蓝藻和细菌在细胞结构与生物化学性质方面很类 似，结构简单，无真正的细胞核和细胞器，主要 通过细胞分裂进行增殖，能进行光合作用放出O2。
35亿年前细菌、蓝藻出现，进行光合作用，放出 氧气。改变了大气组成与特点，为生物进化及高 等生命诞生起了非常重要的作用。
（二）分类
微藻有原核微藻和真核微藻两大类。 根据微藻生长环境可分为水生微藻、陆生微藻和 气生微藻三种生态类群。 水生微藻又有淡水生和海水生之分，根据分布又 可分为浮游微藻和底栖微藻。
已工业化生产或有应用价值、能大量培养的种类 分别属于4个门：蓝藻门、绿藻门、金藻门和红 藻门。
蓝藻门(Cyanophyta)是能进行光合作用的原核生
（三）微藻生产生物制品的特点
利用太阳能和CO2通过光合作用生产有机物，生长 速度快、效率高、能耗低。 可以利用贫瘠土地、盐碱地等极端环境：杜氏藻 是真核生物中最耐盐的生物，能在5.5 mo l/L 饱 和盐浓度中生存。螺旋藻最耐碱的生物，能在 pH11以上还能存活。 微藻培养简单，容易产业化。 微藻提取有效成分不需要复杂的前处理。 许多微藻可产生有生理活性的化合物。 营养价值高：多糖、蛋白质、色素、微生物、微
《生物反应器》PPT课件 (2)
精选PPT
40
（1E-1）
(1) 菌体均衡生长，用单一参数生物量 来描述菌体生长。
(2) 发酵中菌体呈丝状，浓度较大，最 高达40g/L，因此采用contois方程来关 联比生长速率，即:
（1E-1）
精选PPT
41
(3) 在发酵过程中菌丝缠绕成球，菌球 直径为50一300µm，球内基质浓度受到 扩散阻碍，因此用基质的有效浓度来代替
一是全混式，即反应器内各点浓度及其它条件均一；
二是活塞流式，即反应器内物质沿一定方向流动，完全 没有反向混合。讨论反应动力学时常常假定生物反应 是在全混的状态下进行的。而实际反应装置因其流动 特点常常介于上述两种理想流动之间，讨论及计算比 较复杂。
精选PPT
14
生物反应过程的核心问题是细胞的生长
细胞的生长(繁殖)、代谢是一个复杂的 生物化学过程，既包括有各种细胞内的生 化反应、胞内与胞外的物质交换，也包含 有胞外的物质传递及生化反应。与一般化 学工程不同，这个反应体系的特点是多相、 多组分、非线性的体系。多相指的是体系 内常含有气相、液相以及菌体(固)相，而 各相状态及物理性质不同，相内的反应及 传递各有特点，相间还有复杂的相互作用。
发酵液中浓度，即：
s＝S－KixΒιβλιοθήκη (1E一2)精选PPT
42
(4) 青霉素的合成受到糖的非竞争性抑制 作用。
(5) 在合适的条件下氮源、溶氧均不是限 制性基质。
基于上述假设(亦即物理模型)可以建立数 学模型。
(1E－3)
精选PPT
43
上式中V表示发酵的体积，因此各式中最后一项表示由 于流加物料导致体积变化而引起的各组分的“稀释”作
上述3种模型在实际过程分析中应用较少， 本章不作详细讨论。
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• 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。
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。
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 使用这种反应器，这类反应器每个可大到几千 平方米。
• 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。
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 。
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。
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。
• 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。
• 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。
密闭式光生物反应器
• 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
• 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。
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。
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 使用这种反应器，这类反应器每个可大到几千 平方米。
• 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。
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 。
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。
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。
• 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。
• 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。
密闭式光生物反应器
• 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
• 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。