專利名稱：空間微藻光生物反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型應用于長期載人航天環控生保技術研究領域，特別涉及載人航 天空間條件下微藻培養和微藻生理生化研究領域。
背景技術：
建立安全可靠的長期載人環控生保系統，是未來人類空間飛行和地外星球 定居與開發等飛行任務成功的關鍵。通過生物技術，模擬自然生態學的原理， 在地外建立生物再生式生保系統，是目前國際上研究的熱點。
在生物再生式生保系統中，微藻作為其中的關鍵生物部件，不僅能提供氧 氣和營養豐富的藻類蛋白，而且還具有清除系統中二氧化碳等廢氣和凈化廢水
的功能。針對空間環境條件特點，如何進行微藻培養？目前，美、俄和歐空局 已在研制幾種微藻光生物反應器，但未見相關技術的報道。我國在微藻光生物 反應器研制方面的工作，主要集中于微藻的地面條件培養。針對空間微重力條 件微藻培養裝置的研制，目前國內還未見相關報道。
目前的地面微藻培養裝置不能適用于空間環境使用。比如反應器主體大 多采用開放式設計，這不能適應空間密封環境的需要；其二氧化碳的添加采用 鼓泡形式直接在培養液中添加，但由于空間環境是^L重力或無重力環境，使很 C02難融入到培養基，這樣造成C02利用率低；此外，《效重力條件下的氣/液分 離主要采取動態離心的方法進行，巨大的離心力將嚴重損傷藻體細胞，這種方 法顯然不適合藻類等活性生物體的培養。因此這些方式都不能適用于空間環境。
實用新型內容
本實用新型需要解決的主要技術問題是克服現有技術不足，針對空間微 重力條件的特點，提供一種空間微藻培養過程中反應器主體內藻體/培養、^/二氧 化碳氣體三相均勻分布、高效供應培養液中二氧化碳氣體、能脫除藻液中溶解氧的空間微藻光生物反應器。
本實用新型的技術解決方案是空間微藻光生物反應器，包括反應器主體、 光源供應組件、藻液循環回路、溶解氧脫除組件、二氧化碳供應組件、溫度控 制組件、循環泵和參數測量控制組件；反應器主體、循環泵、溶解氧脫除組件、 二氧化石友供應組件和溫度控制組件沿藻液循環方向依次連接在藻液循環回路 上；光源供應組件位于反應器主體上下兩側；參數測量控制組件包括參數測量 裝置和參數控制單元；參數測量裝置連接在藻液循環回路上的反應器主體之后， 參數控制單元通過電信號分別與光源供應組件、溫度控制組件、二氧化碳供應 組件和溶解氧脫除組件連接。
所述的反應器主體采取臥式反應釜結構，反應釜的攪拌器采用左右平衡的 兩片螺旋漿葉形式。
所述的循環泵為隔膜泵，其泵頭不直接接觸藻液。
循環泵的最大功率為40W，最大流速為5.0升/分鐘。
所述溫度控制組件采用熱交換器，交換介質為恒溫水。
所述參數測量裝置采用多探頭形式，用來測量藻液的溫度(T)、溶解氧(DO)、 酸堿度(pH值)、電導度(EC值)和藻體濃度。
所述溶解氧脫除組件和二氧化碳供應組件分別由一個圓柱狀殼體和中空纖 維膜組成。
本實用新型與現有技術相比的優點在于
1、 本實用新型采用臥式反應釜結構形式作為反應器主體，滿足了微藻培養 過程中低剪切力的需要，并降低了系統總能耗；而且采用的左右平衡螺旋漿葉 膜片結構設計，在剪切力很小的情況下實現了微藻反應器主體內固液氣三相的 均勻分布，從而能夠充分滿足藻體的生長需要。
2、 本實用新型中的循環泵采用隔膜泵，隔膜泵的泵頭不直接接觸培養液， 同時控制循環泵的最大功率和最大流速，在為藻液循環提供主要動力同時，大 大減小對藻體的積4成損傷。3、 本實用新型采用透氣不透水的中空纖維膜管技術，使得二氧化碳氣體以 無泡形式向培養液中滲透，從而達到供應的二氧化碳量和藻體吸收二氧化碳的 量始終處于平衡狀態，使C02的吸收利用率達到90%以上。這不僅提高了藻體 對二氧化碳的吸收利用率，而且大大減輕了空間微重力條件下的氣/液分離負荷。
4、 本實用新型采用中空纖維膜管技術進行溶解氧的脫除，使含有飽和溶解 氧的藻體培養液在流經脫氧膜組件時，溶解氧在中空膜管內的負壓作用下透過 膜管壁上的微孔進入膜管內腔被分離出來，及時地排除了培養液中的溶解氧。
此外，本實用新型不僅為進一步開展我國空間受控生態生保系統研究奠定 了重要基礎，也為地面進行微藻生理生化等基礎研究提供了新的技術手段。
圖1為本實用新型空間微藻光生物反應器工作流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，空間微藻光生物反應器，包括反應器主體1、光源供應組件2、 藻液循環回路3、溶解氧脫除組件4、 二氧化碳供應組件5、溫度控制組件6、 循環泵7和參數測量控制組件；反應器主體1、循環泵7、溶解氧脫除組件2、 二氧化碳供應組件3和溫度控制組件6沿藻液循環方向依次連接在藻液循環回 路3上；光源供應組件2位于反應器主體1的上下兩側。
參數測量控制組件包括參數測量裝置8和參數控制單元9;參數測量裝置8 連接在藻液循環回路3上的反應器主體1之后，參數控制單元9通過電信號分 別與光源供應組件2、溶解氧脫除組件4、 二氧化碳供應組件5以及溫度控制組 件6連接。
反應器主體1采取臥式反應釜結構，反應釜的攪拌器采用左右平衡的兩片 螺旋漿葉形式。在反應釜內，固相在液相內被漿葉均勻分散；液相被漿葉提升， 在氣相中飛散開來，產生細樣支液滴；氣體被漿葉背面負壓區吸入液相，形成氣 泡。大量的液滴和氣泡存在使氣一液傳質面積很大。在反應器主體1內，漿葉 的轉速跟流動場基本無關，可維持低剪切力的流動場，從而滿足螺旋藻生長的要求 反應器主體1材質為透明的有機玻璃，結構為圓柱體結構。其體積大小 應根據所要求生產藻體的多少、所放出的氧氣量以及所提供的光源等條件來確
定。本實用新型中的反應器主體1內徑為15厘米，長為45厘米，反應釜的有 機玻璃厚度為1.0厘米。
本實用新型中的光源供應組件2選用電磁感應燈，共2盞，分別位于反應 器主體1的上下兩側，功率大小為80W。
循環泵7為隔膜泵，其泵頭不直接接觸藻液，最大功率為40瓦，最大流速 為5.0升/分鐘。
本實用新型的溫度控制組件6采用熱交換器，交換介質為恒溫水。
參數測量裝置8采用多探頭形式，用來測量藻液的溫度(T)、溶解氧(DO)、 酸堿度(pH值)、電導度(EC值)和藻體濃度。
本實用新型的空間微藻光生物反應器動態工作過程如下:.
藻液進入反應器主體1內，開啟測量控制單元5和光源供應組件2，進行藻 體的正常培養。在培養過程中，參數測量裝置8測量藻液的溫度(T)、溶解氧(DO)、 酸堿度(pH值)、電導度(EC值)和藻體濃度，并將各種參M饋到參數控制 單元9,參數控制單元9根據參數變化情況和藻液培#求，對各部件進行控制。
當藻液的溶解氧含量高于設定值時，藻液從溶解氧脫除膜組件4中循環。 最后，含溶解氧較少的藻液由溶解氧脫除膜組件4上的藻液出口流出，重新進 入循環系統。
當藻液流經二氧化碳供應組件5時，二氧化碳進入到中空纖維膜，在氣體 壓力的作用下，由膜壁上的微孔擴散進入到藻液中，在組件中吸收二氧化石J^， 從二氧化碳供應組件5的藻液出口進入到循環系統。并通過溫度控制組件6進 行熱交換后，在系統內循環。
權利要求1、空間微藻光生物反應器，其特征在于包括反應器主體(1)、光源供應組件(2)、藻液循環回路(3)、溶解氧脫除組件(4)、二氧化碳供應組件(5)、溫度控制組件(6)、循環泵(7)和參數測量控制組件；反應器主體(1)、循環泵(7)、溶解氧脫除組件(4)、二氧化碳供應組件(5)和溫度控制組件(6)沿藻液循環方向依次連接在藻液循環回路(3)上；光源供應組件(2)位于反應器主體(1)外側，為反應器主體(1)內的藻液培養提供光照；所述參數測量控制組件包括參數測量裝置(8)和參數控制單元(9)；參數測量裝置(8)連接在藻液循環回路(3)上的反應器主體(1)之后，參數控制單元(9)通過電信號分別與光源供應組件(2)、溶解氧脫除組件(4)、二氧化碳供應組件(5)以及溫度控制組件(6)連接。
2、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述的反應器 主體(1 )采取臥式反應釜結構，反應釜的攪拌器采用左右平衡的兩片螺旋漿葉 形式。
3、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述光源供應 組件(2)對稱位于反應器主體(1 )上下兩側。
4、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述循環泵(7) 為隔膜泵，其泵頭不直接接觸藻液。
5、 根據權利要求1或4的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述循環 泵(7)的最大功率為40瓦，最大流速為5.0升/分鐘。
6、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述溫度控制 組件(6)采用熱交換器，交換介質為恒溫水。
7、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述參數測量裝置(9)采用多探頭形式，用來測量藻液的溫度、溶解氧、酸堿度、電導度和 藻體濃度。
8、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述的溶解氧 脫除組件(4)由一個圓柱狀殼體和中空纖維膜組成。
9、 根據權利要求1的空間微藻光生物反應器，其特征在于所述的二氧化 碳供應組件(5)由一個圓柱狀殼體和中空纖維膜組成。
專利摘要本實用新型公開了一種空間微藻光生物反應器，包括反應器主體、光源供應組件、藻液循環回路、溶解氧脫除組件、二氧化碳供應組件、溫度控制組件、循環泵和參數測量控制組件；反應器主體、循環泵、溶解氧脫除組件、二氧化碳供應組件和溫度控制組件沿藻液流動方向依次連接在藻液循環回路上；光源供應組件位于反應器主體外側；參數測量控制組件包括參數測量裝置和參數控制單元；參數測量裝置連接在藻液循環回路上的反應器主體之后，參數控制單元通過電信號分別與各組件連接。本實用新型的空間微藻反應器主體內藻體/培養液/二氧化碳氣體三相均勻分布、能高效供應培養液中二氧化碳氣體并脫除藻液中溶解氧，也可用于地面進行微藻生理生化研究使用。
文檔編號C12R1/89GK201148438SQ200720309340
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者唐永康, 秦利鋒, 艾為黨, 董文平, 郭雙生, 馬加爐 申請人:中國人民解放軍總裝備部航天醫學工程研究所