光生物反应器
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
光生物反应器
光生物反应器是一种类似植物的生物技术工具，它可以将太阳能转化为更加有用的能源，用于生物活动。
它是一种利用植物和其他生物系统来制备有机物和化学反应的新技术。
这项技术可以为生物和社会经济发展提供新的可能性。
光生物反应器可以使得光能和生物的反应器被有效的结合在一起，从而使生物反应器能够从太阳能中获得更多的能量。
在此反应器中，光能是用来刺激生物反应器中的特定生物系统，从而促进有机化学反应、有机物合成和特定生物活动。
例如，光生物反应器可以被用来从太阳能中提炼出氢、氧或其他碳水化合物，从而制备植物和微生物生物量。
此外，光生物反应器还可以改善能源转换效率，从而使能量使用更有效。
光生物反应器使用生物体内的自然光合作用机制来实现能源的转换，从而使能源的转换更加高效。
光生物反应器还可以改善能源在社会经济发展过程中的使用效率。
利用光生物反应器可以实现生物资源的高效利用，而且可以减少能源的消耗，从而改善能源利用效率，为社会经济发展做出应有的贡献。
另外，光生物反应器还可以实现重要的环境保护功能。
光生物反应器可以减少有机物的排放，从而减少对环境的污染。
此外，光生物反应器还可以利用光能作为能源，从而减少对可再生能源的消耗，从而考虑到环境保护的需求。
综上所述，光生物反应器是一种非常有效的技术，它可以有效转化太阳能，使得有机物的合成、生物活动的提高和能源的转换更加高效。
此外，光生物反应器还能够改善能源在社会经济发展过程中的使用效率，以及实现环境保护，为社会经济发展提供新的可能性。
因此，光生物反应器有可能成为未来最重要的技术之一，并可以被广泛的应用于实际的生产和使用过程中。
光生物反应器
光生物反应器
光生物反应器是指能够用于光合微生物及其具有光合作用能力的组织或者细胞培养的一类装置。
主要有：柱状内环流气升式光生物反应器、管道式光生物反应器、敞开式光生物反应器。
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。
管道式光生物反应器一般采用透明的直径较小的硬质塑料或玻璃有机玻璃管弯曲成不同形状利用透明的管道借助外部光源进行工厂化藻类繁殖生产由于密封的管道系统易与其他加工设备配套可用泵将管道内生长到一定生物量的藻体传递到下道工序整个过程实现自动化。
敞开式光生物反应器是目前国内外微藻大规模培养中应用最多的培养系统，典型代表就是敞开式跑道池。
虽然敞开式跑道池存在培养效率低及易受污染等问题，但从目前而言，其造价便宜、操作简单、运行成本低且易于放大，适合于能源微藻大规模、低成本藻体的生产。
光生物反应器的设计和应用
光生物反应器的设计和应用光生物反应器是一种生物反应器，以光为能量源，通过光合作用让植物、藻类等光合生物进行光生物合成，产生氧气和有机物质，同时可以消耗二氧化碳，对环境产生重要的改善作用。
在治理环境污染、提高环境质量、生产化学品等方面具有很大的应用前景。
一、光生物反应器的设计原则在设计光生物反应器时，需要考虑以下几个方面的因素：1、光合作用光生物反应器的关键在于利用光合作用。
根据光合生物的类型和特点不同，选择光源的类型和特点也会不同。
蓝色、白色和红色LED灯都可作为光源使用。
其中，蓝色LED灯可以用于深水培养藻类，红色LED灯可以用于绿色植物的生长，白色LED灯则可以同时用于两者的生长。
2、气体传输和混合光生物反应器中，光合生物在进行光合作用的同时需要消耗二氧化碳和产生氧气。
为了让气体能够顺畅地在光生物反应器中流动，需要考虑气体传输和混合。
常用的方法包括增加搅拌器、加装气泵等方式来增加气体的交换速度。
3、深度和曝光时间在光生物反应中，光线可以照射到液体中的植物、藻类等光合生物的表层。
因此，深度和曝光时间对于反应器的设计也很重要。
增加系统的深度和曝光时间可以提高反应器的稳定性和生产能力。
4、温度管理光生物反应器的温度管理也非常重要。
在照明和氧气输送的同时，会产生一定量的热能，使光生物反应器的温度升高。
因此，需要考虑温度管理方面的问题，以保持光生物反应器的温度稳定。
二、光生物反应器的应用1、环境污染治理光生物反应器可以用于环境污染治理。
例如，将光生物反应器应用于城市污水处理中，可以使有害物质被自然分解，有效减少污水对环境的污染。
此外，光生物反应器还可以被应用于海洋、淡水湖、河流等水域的环境治理中。
2、生产化学品光生物反应器可以用于生产化学品，例如生产药品、食品和燃料等。
例如，光生物反应器可以被应用于制造生物柴油，以及生产酵母和藻类等有机物，为工业生产提供便利。
3、美化环境光生物反应器也可以用于美化环境。
林业光生物技术应用考核试卷
9.光生物技术的研究和应用不需要考虑植物种类和生态环境的差异。（×）
10.光生物技术在林业中的应用有助于提高森林的生态功能和可持续性。（√）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简述光生物技术在林业生产中的应用原理，并举例说明其在林业生产中的作用。（5分）
A.控制光照强度
B.控制光照时间
C.控制光照方向
D.控制光照颜色
8.光生物技术在林业中用于提高植物光合作用效率的方法是？（）
A.增加光照强度
B.降低光照强度
C.延长光照时间
D.缩短光照时间
9.下列哪种因素会影响光周期反应？（）
A.光照强度
B.光照时间
C.温度
D.水分
10.光生物技术在林业中的应用包括？（）
4.光生物反应器在林业中的应用主要包括？（）
A.植物生长调节
B.病虫害防治
C.基因转化
D.气体交换
5.下列哪种植物激素与光周期有关？（）
A.赤霉素
B.细胞分裂素
C.脱落酸
D.生长素
6.光生物技术在林业生产中主要用于？（）
A.提高种子发芽率
B.促进根系生长
C.提高果实品质
D.增强植物抗逆性
7.下列哪种方法可用于光周期调控？（）
A.光周期调控
B.光照强度调控
C.组织培养
D.基因转化
14.光生物技术在林业生产中的优点是？（）
A.无污染
B.效率高
C.成本低
D.操作简便
15.下列哪种植物适合采用光周期调控技术？（）
A.长日照植物
B.短日照植物
C.中日照植物
发酵工程 (第8章)
3、主要结构参数（自习）
4、主要性能指标（自习）
5、典型的气升环流发酵罐
BIOHOCH多气升管废水处理生化反应器
（三）机械搅拌自吸发酵罐
四弯叶自吸式叶轮转子
六直叶自吸式叶轮转子
转子（叶轮、自吸搅拌器）
定子（导轮）
三、固体培养设备
（一）自然通风固体曲发酵设备
曲架、曲盘、帘子
（二）机械通风固体曲发酵设备
1一输送带 2一高位料斗 3一送料小车 4一曲料室 5一进出料机 6一料斗 7一输送带 8一鼓风机 9一空调室 10一循环风道 11-室闸门
四、动植物细胞培育反应器
（一）动物细胞培养生物反应器
1、动物细胞悬浮培养反应器
双臂磁搅拌細胞培养瓶 双侧臂Celstir瓶
四臂磁搅拌細胞培养瓶 四侧臂Celstir瓶
10－空气排放口 11－空气，CO2混合室
12－收集（取样）口
密闭式光生物反应器优点： （1）无污染，能实现单种、纯种培养 （2）培养条件易于控制
（3）培养密度高，易收获
（4）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 （5）有较高的光照面积与培养体积之比，光能 和CO2利用率较高等突出优点
全挡板条件下 的搅拌流型
c、轴封
单端面机械轴封示意图
1 静环与罐体之间的密封：通常用 各种形状有弹性的辅助密封圈来防 止液体从静环与罐体之间泄漏。这 是一静密封。
单端面机械轴封 1- 弹簧 2- 动环 3- 硬质合金 4- 静环 5- O形密封圈
单端面机械轴封示意图
2 动环与轴之间的密封：也是用 各种形状有弹性的辅助密封圈来 防止液体从动环与轴之间泄漏。 这是一个相对静止的密封。但当 端面磨损时，允许其作补偿磨损 的轴向移动，这个补偿移动是靠 弹簧或波纹板来实现的。
微藻培养系统
在气提式PBR中，容器中的液体体积通过挡板分成两个相 连的区域。液体在反应器底部的二氧化碳供应引起的循 环流中移动。由于其相对较好的传质和循环，它提供了 最高的固定效率。这提供了低暴露于光辐射的低表面积 介质的高循环率，从而使光抑制作用最小。通过采用加 压气-液系统以在反应器中产生细小气泡，可以轻松调节 CO2浓度，而无需像在开放式池塘系统中那样使用挡板。 此外，在优化的PBR中，生成的微气泡具有较高的表面积 与体积之比，在介质中缓慢上升，从而使气体更好地溶 解在液体中。微气泡可以逐渐上升并在介质中坍塌，而 不是大气泡快速上升并在介质表面破裂到大气。
多层生物反应器
多层生物反应器系统已被认为是处理废水的可行且 具有成本效益的培养系统。它由几层储水箱体组成， 一层又一层地排列。多层池塘的中试规模已达到 2000 L至40000 L的容量。它已成功用于在离心液 和动物粪便废水中进行微藻培养。在重力作用下从 顶部到底部容器，进行混合并向上泵送，使介质再 次循环回到顶部容器。除日光照射外，还可以安装 人造光源每一层水箱的顶部，以确保充足的光源供 应。此系统的好处在于，由于其排列成排，因此需 要的空间更少，易于扩展且具有成本效益，同时其 局限性与其他类型的开放式池塘系统相似。
微藻培养系统
目录
一、开放式池塘系统 ①跑道池 ②多层生物反应器
二、封闭式系统 ①气提式光生物反应器 ②管道光生物反应器 ③平板式光生物反应器 ④袋式光生物反应器 ⑤膜式光生物反应器 ⑥过滤式光生物反应器
跑道池培养系统
跑道池培养系统，作为一个开放的池塘系统，深 15至25厘米。它配备了叶轮搅拌装置，以确保良 好的循环和营养均匀。另外，通过在流道中放置 挡板来控制和引导培养液的流动。这促进了池塘 的液速以每秒30厘米以上的速度运行。跑道池是 目前商业规模最常用的大规模养殖系统。它用于 小球藻，螺旋藻，雨生红球菌和杜氏藻的商业培 养。如果与封闭的光生物反应器系统进行比较， 则水道栽培产生的小球藻生物量生产力较低。
膜式光生物反应器-概述说明以及解释
膜式光生物反应器-概述说明以及解释1.引言1.1 概述膜式光生物反应器是一种利用光合作用原理进行生物合成反应的装置。
它通过将微生物固定在薄膜表面，利用光能和二氧化碳来促进微生物的生长和代谢过程。
这种反应器具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于生物工程、环境保护等领域。
本文将系统介绍膜式光生物反应器的原理、优点及应用领域，为读者深入了解该技术提供参考。
1.2 文章结构文章结构部分主要包括了引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将介绍膜式光生物反应器的背景和意义，阐明文章研究的动机和目的。
引言部分将从概述、文章结构和目的三个方面展开论述。
在正文部分，我们将详细介绍膜式光生物反应器的原理、优点和应用领域。
通过对膜式光生物反应器的原理进行解析，揭示其工作机理和特点；对膜式光生物反应器的优点进行分析，展示其在水处理、能源生产等方面的优势；最后，探讨膜式光生物反应器在生物工艺和环境领域的应用前景。
在结论部分，我们将对整篇文章进行总结，展望膜式光生物反应器未来的发展方向，提出进一步的研究建议，并得出结论。
结论部分将从总结、展望和结论三个方面展开论述。
1.3 目的本文旨在深入探讨膜式光生物反应器这一新型技术的原理、优点以及应用领域。
通过对膜式光生物反应器的详细介绍和分析，旨在帮助读者更好地理解这一技术的工作原理和优势，并探讨其在环境保护和资源回收利用方面的重要作用。
同时，本文也旨在对膜式光生物反应器未来的发展趋势进行展望，为相关研究和应用提供参考和指导。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的研究人员和工程师提供一定的启发和帮助，促进膜式光生物反应器技术的进一步发展和应用。
2.正文2.1 膜式光生物反应器的原理膜式光生物反应器是一种利用光合微生物进行废水处理的装置，其原理基于光合微生物能够利用光能将有机物质转化为生物质和氧气的特性。
在膜式光生物反应器中，通过光能的输入和适当的氧气供应，可以促进光合微生物的生长和代谢活动。
光生物反应器
光生物反应器
随着经济的不断发展，全球气温和大气污染日益严重，现有的农业生产方式也越来越无法满足人们对于持续可持续发展的要求。
光生物反应器就是为了解决这些问题而设计的一种技术。
它是一种把太阳能转换成化学能量的装置，利用光能驱动农业生物反应，从而改变农业现代化的生产模式，实现农业的可持续发展。
首先，光生物反应器的设计以及技术的优势。
经过多年的研发，该装置的技术发展已是非常成熟。
它具有节能效果显著，可以有效地利用太阳能，延长光的使用时间，提高作物的产量，减少能源的消耗。
其次，光生物反应器的使用范围很广，可以应用于野外、农场、温室，甚至是家庭装置。
它可以有效地帮助农业提高生产效率，保证粮食稳定供应。
此外，光生物反应器可以提高农业的环境友好性。
它可以保护大气，减少空气污染，同时还可以减少农药的使用，从而降低就地水污染的风险。
它还可以改善农业环境，有助于农作物的生长，改善土壤质量，促进土壤恢复。
最后，光生物反应器还可以促进未来农业发展。
现代农业技术的发展需要考虑多种因素，包括生物服务和环境保护。
由于其强大的能力，光生物反应器有可能成为现代农业发展的核心技术。
它可以增强农产品的质量和生物服务，提高农业生产力，保护环境，确保可持续发展。
总之，光生物反应器是一种革命性的技术，可以大幅提高农业生
产的效率，节约能源，减少空气污染，保护环境，促进可持续发展，是一项绿色农业技术。
未来，随着科技的进步，光生物反应器将越来越受到重视，将成为未来农业发展的主要动力。
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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吉林大学 余灿
2012.04.26
• 概念 • 类型与结构 • 培养条件 • 生长动力学研究
概念
• 光生物反应器是培养有光合作用能力的细 胞或组织的反应器系统, 20世纪40年代首次 用于大规模培养微藻 , 目的是收获生物量作 为饵料, 或提取其中的活性化合物团。
营养物质
• 大型海藻是海洋植物, 其营养需求和海水成分 直接相关, 海水中有多种微量元素和其他生长 必须的物质, 因此配制人工海水培养液往往比 较复杂。为了简化, 一般可直接在天然海水中 添加氮、磷和铁等。人们对于铁元素被海藻的 利用情况了解很少, 氮是参与合成光合色素的 重要物质, 磷大量代谢进人ATP和NADPH, 因此 氮和磷成为研究较多的限制性营养物质。
培养条件的研究
实验材料 • 目前, 光生物反应器培养的大型海藻细胞或
组织主要有两种形式, 配子体和微繁殖体。 • 配子体是某些大型海藻如海带、裙带菜世
代交替的一种生命形式, 在形态上是微小、 不分化的丝状体, 适宜采用反应器悬浮培养 的方法培养。
光照
• 光照是反应器内细胞或组织进行光合作用 的能量来源, 包括光强度和光周期两个参数。
组成，管道式对光和利用率比气升式和搅 拌罐式都高, 适于工业规模生产, 目前主要用 于微藻大量培养 , 用于大型海藻细胞或组织 培养的报道还比较少见。
• 光生物反应器是一套完 整的培养体系, 除了反应 器主体外, 还有通气部分、
照明系统和测定装置。
通气部分一般由充气泵
或二氧化碳钢瓶及配气 装置、滤器（filter）、 流量计（flowmeter）、 气体分布器（sparger） 及增湿器（humidifier） 组成;照明系统包括光源 和定时器（timer）两部 分。
光生物反应器的类型和结构
• 培养大型海藻组织或细胞的光生物反应器 主要有三类, 分别是搅拌罐式、 鼓泡柱或气 升式和管道式光生物反应器（如下图）。
• 气升式中气流产生的剪切力远比搅拌罐式 中搅拌桨产生的小, 在培养大型海藻组织或
细胞中使用比广泛。管道式由螺旋管部分
（又称提升管）和储液部分（类似搅拌罐）
• 光生物反应器培养大型海藻细胞或组织时, 光强度必须满足细胞进行光合作用的需要, 否则将影响光合作用效率, 减少生物量积累。
• 当光周期不适宜时会诱导藻体分化区, 甚至 引起色素体解体和藻体死亡。
温度
• 大型海藻培养温度一般都比较低, 如 Laminaria属, 适宜温度为5~18℃左右,红藻 Agardhiella subulata在24℃左右。不适宜的 温度会影响细胞生长, 表现为诱导其分化或 是致死。
生长动力学研究
光强度生长动力学模型
光周期生长动力学模型
温度和盐度生长动力学模型
谢谢
无机碳利用和通气速率
• 海藻是光自养生物, 需要进行光合作用。目前, 光生物反应器培养大型海藻一般以空气中的二 氧化碳作为碳源, 由于其在大气中含量低仅位 0.03%, 且大多数大型海藻可以利用碳酸氢钠为 无机碳源, 因此人工海水培养液中一般添加适 量作为补充。海藻对重碳酸根、硝酸根以及磷 酸根的消耗使培养基的Ph值和碱度不断增高, 进一步促进大气中向培养基中扩散即所谓的生 物泵。