一种光合微生物培养装置及其安装方法

摘要

本发明涉及一种培养装置及其安装方法，所述培养装置包括由至少两组支架构成的本体，所述本体上还设有连接所述各组支架的丝网，所述支架为由底梁以及至少第一侧梁和第二侧梁构成的至少一边可活动开闭的三角形结构，所述本体内部设有与所述至少两组支架内侧相配合的透明培养容器。本发明的培养装置重心较低，结构稳定性较好，对地面的平整度要求不高，更适合室外规模化养殖。本发明采用了可活动开闭的三角形结构，一个侧面丝网可以打开，便于塑料袋的装卸与更换；此外，本发明结构简单、密闭性较好，是一种适于室外工业化规模养殖的廉价封闭式培养装置；而且，本发明的原材料可提前在工厂加工成预制件，现场安装工作量较小，操作简便。

权利要求

1.一种光合微藻生物培养装置，其特征在于：所述培养装置包括由至少两组支架构成的本体，所述本体上还设有连接所述各组支架的丝网，所述支架为由底梁(5)以及至少第一侧梁(1)和第二侧梁(2)构成的至少一边可活动开闭的三角形结构，所述本体内部设有与所述至少两组支架内侧相配合的透明培养容器。

2.根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于：所述第一侧梁(1)与所述底梁(5)为固定连接，所述第二侧梁(2)与所述底梁(5)为转动连接，所述第二侧梁(2)与所述第一侧梁(1)之间为活动连接。

3.根据权利要求2所述的培养装置，其特征在于：所述透明培养容器为筒状塑料袋(11)，所述塑料袋(11)顶部设有热压宽边(10)，所述热压宽边(10)上设有至少一个悬挂孔(14)。

4.根据权利要求1或2或3所述的培养装置，其特征在于：所述至少两组支架呈阵列排布。

5.根据权利要求4所述的培养装置，其特征在于：所述塑料袋(11)上设有外导管(12)和/或检测口(13)。

6.根据权利要求4所述的培养装置，其特征在于：所述塑料袋(11)的底部设有双路供气机构(20)。

7.根据权利要求4所述的培养装置，其特征在于：所述培养装置还包括通过管道和泵(29)与所述透明培养容器相连的混合池。

8.根据权利要求7所述的培养装置，其特征在于：所述培养装置包括两组或两组以上的内部设有透明培养容器的本体，相邻两组本体之间至少设有一个混合池。

9.根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于：所述的丝网包括连接所述至少两组支架第一侧梁(1)的第一侧面丝网(3)、连接所述至少两组支架第二侧梁(2)的第二侧面丝网(4)，以及连接至少两组支架底梁(5)的底面丝网(6)。

10.根据权利要求9所述的培养装置，其特征在于：所述第一侧面丝网(3)和第二侧面丝网(4)的下部网格密度大于上部网格密度。

11.根据权利要求1所述的培养装置，其特征在于：在所述底梁(5)与第二侧梁(2)活动连接端的外侧，还设有限位件。

12.一种光合微藻生物培养装置的安装方法，包括如下步骤：

制造辅助模具，在硬质材料上根据相邻两组支架的距离开设两个与侧梁和/或底梁宽度尺寸相配合的凹槽；

组装支架，将第一侧梁与底梁安装组合固定，并将第二侧梁与底梁之间转动连接；

组装本体，使用辅助模具，将至少两组固定为一体的第一侧梁与底梁组成阵列；在各个底梁上铺设底面丝网，并将第一侧面丝网底端凸起处插入底面丝网长边处的缝隙中后，使用辅助模具将第一侧面丝网与第一侧梁之间临时固定；

安装透明培养容器，将透明培养容器悬挂在第一侧面丝网顶部的突起处；将第二侧面丝网底端凸起处插入底面丝网长边处的缝隙中后，将第二侧梁设置在第二侧面丝网的外围，并扣上第一侧梁与第二侧梁顶端的活动连接件。

13.根据权利要求12所述的安装方法，其特征在于：所述方法还包括在所述底梁与第二侧梁活动连接端的外侧上部设置限位件的步骤。

说明书

一种光合微生物培养装置及其安装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物反应器，特别是涉及一种光合微生物培养装置及其安装方法。

背景技术

[0002] 光合微生物或植物细胞，可利用太阳能、水和简单的矿物质合成有机物及氢气、甲烷等形式无机物。微藻就是其中一个典型代表，它是一类个体微小的光能自养型单细胞生物，具有分布广泛、种类繁多、光合效率高、生长速度快、适应性强等特点。微藻每年固定的CO2约占全球净光合产量的40％，再加上其富含酯类、烃类、蛋白、可溶性多糖、虾青素、β-胡萝卜素等高价值天然色素，因此在环保、能源和健康等问题倍受瞩目的今天，微藻越来越受到人们的关注。

[0003] 微藻的大规模、低成本养殖是制约微藻产业化发展的瓶颈，简易、高效培养装置的开发是微藻规模化养殖的关键。培养装置的研发先后出现了柱式、管式、板式等类型，近年来由于板式光合微生物培养装置在光合效率等方面的优势，已成为业界关注重点。板式光合微生物培养装置因其外观呈板状(长方体状)而得名，主要包括硬质材料式和软质材料式两大类。硬质材料的板式光合微生物培养装置由玻璃板或PVC板等透明硬板材料构成，有时还会辅以框架结构；软质材料的板式光合微生物培养装置由丝网框架和塑料袋构成，与硬质材料的板式光合微生物培养装置相比结构更为简单、成本更为低廉、更易于产业化放大。但其仍然存在着结构稳定性不足、塑料袋更换困难等问题。

[0004] 美国专利WO2004/074423A2、WO2005/006838和中国专利200720023436.8公开了由丝网和塑料袋构成的板式光合微生物培养装置。这些板式光合微生物培养装置由丝网、框架结构和塑料袋构成。丝网和框架结构构成板状腔体，并提供强度，保持培养装置的外形；塑料袋衬于丝网腔体内部，并装有培养物。通过输气管向培养装置中输入空气及二氧化碳，实现碳源供给和培养液的循环搅动，以进行培养物的养殖。

[0005] 上述板式光合微生物培养装置主要存在以下技术缺陷：1、结构的稳定性不足，由于其径向截面均为底边较窄的矩形，故重心较高，从而对地面的平整度要求较高；2、装置的灵活性不高，使得塑料袋的拆卸困难；由于在培养物的养殖过程中为保证培养物质量，需定期更换塑料袋，向窄而长(规模化应用时培养装置可能会长达几十至上百米)的丝网腔体内铺入塑料袋，实际操作非常困难。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提出一种结构简单、便于安装拆卸、重心较低、结构稳定的三角形光合微生物培养装置，从而增加培养装置的可操作性和环境适应性。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种培养装置，所述培养装置包括由至少两组支架构成的本体，所述本体上还设有连接所述各组支架的丝网，所述支架为由底梁以及至少第一侧梁和第二侧梁构成的至少一边可活动开闭的三角形结构，所述本体内部设有与所述至少两组支架内侧相配合的透明培养容器。

[0008] 优选地，所述第一侧梁与所述底梁为固定连接，所述第二侧梁与所述底梁为转动连接，所述第二侧梁与所述第一侧梁之间为活动连接。

[0009] 更优选地，所述透明培养容器为筒状塑料袋，所述塑料袋顶部设有热压宽边，所述热压宽边上设有至少一个悬挂孔。

[0010] 进一步，所述至少两组支架呈阵列排布。

[0011] 优选地，所述塑料袋上设有外导管和/或检测口。

[0012] 更优选地，所述塑料袋的底部设有双路供气机构。

[0013] 优选地，所述培养装置还包括通过管道和泵与所述透明培养容器相连的混合池。

[0014] 优选地，所述培养装置包括两组或两组以上的本体，相邻两组本体之间至少设有一个混合池。

[0015] 优选地，所述的丝网包括连接所述至少两组支架第一侧梁的第一侧面丝网、连接所述至少两组支架第二侧梁的第二侧面丝网，以及连接至少两组支架底梁的底面丝网。

[0016] 更优选地，所述第一侧面丝网和第二侧面丝网的下部网格密度大于上部网格密度。

[0017] 优选地，在所述底梁与第二侧梁活动连接端的外侧，还设有限位件。

[0018] 本发明的另一目的在于提供一种培养装置的安装方法，该安装方法包括如下步骤：制造辅助模具，在硬质材料上根据相邻两组支架的距离开设两个与侧梁和/或底梁宽度尺寸相配合的凹槽；组装支架，将第一侧梁与底梁安装组合固定，并将第二侧梁与底梁之间转动连接；组装本体，使用辅助模具，将至少两组固定为一体的第一侧梁与底梁组成阵列；在各个底梁上铺设底面丝网后，将第一侧面丝网底端凸起处插入底面丝网长边处的缝隙中，并使用辅助模具将第一侧面丝网与第一侧梁之间临时固定；安装透明培养容器，将透明培养容器悬挂在第一侧面丝网顶部的突起处；将第二侧面丝网底端凸起处插入底面丝网长边处的缝隙中后，将第二侧梁设置在第二侧面丝网的外围，并扣上第一侧梁与第二侧梁顶端的活动连接件。

[0019] 优选地，所述方法还包括在所述底梁与第二侧梁活动连接端的外侧上部设置限位件的步骤。

[0020] 基于上述技术方案，本发明的优点是：

[0021] 本发明的培养装置重心较低，结构稳定性较好，对地面的平整度要求不高，更适合室外规模化养殖；本发明采用了可活动开闭的三角形结构，至少一个侧面丝网可以打开，便于塑料袋的装卸与更换；此外，本发明结构简单、密闭性较好，是一种适于室外工业化规模养殖的廉价封闭式培养装置；而且，本发明的原材料可提前在工厂加工成预制件，现场安装工作量较小，操作简便。

附图说明

[0022] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0023] 图1为本发明培养装置本体一种优选实施例的结构示意图；

[0024] 图2为本发明培养容器一种实施例的侧视结构示意图；

[0025] 图3为图2所示结构的正视剖面图；

[0026] 图4为本发明安装方法初始安装状态的示意图；

[0027] 图5为本发明安装方法辅助模具的放大示意图；

[0028] 图6为本发明安装方法中间安装状态的示意图；

[0029] 图7为本发明培养装置本体另一种优选实施例的结构示意图；

[0030] 图8为本发明培养容器另一种实施例的侧视结构示意图；

[0031] 图9为图8所示结构的正视剖面图；

[0032] 图10、图11为本发明活动连接件的结构示意图；

[0033] 图12为本发明培养装置本体又一种优选实施例的结构示意图；

[0034] 图13为本发明培养装置另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0035] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0036] 实施例1

[0037] 如图1所示，本发明的培养装置主要由本体和透明培养容器两部分组成，其中本体由至少两组支架共同形成，优选地，所述的至少两组支架呈阵列排布，例如平行排成一排，形成本体部分；所述本体上还设有连接所述各组支架的丝网。支架为由底梁5以及至少第一侧梁1和第二侧梁2构成的至少一边可活动开闭的三角形结构。优选地，第一侧梁1与底梁5在底角处通过固定连接件8相连或直接焊死，第二侧梁2与底梁5在底角处通过转动连接件9相连，即第二侧梁2与底梁5连接，但可绕转动连接件9进行转动。第一侧梁1与第二侧梁2在顶角处通过活动连接件7相连，即第一侧梁1与第二侧梁2的连接可根据需要随时打开。如此，第一侧梁1、第二侧梁2以及底梁5便构成了稳定的三角形支架结构。多个这样的三角形支架呈阵列排布，便形成了本发明的本体结构。底面丝网6平铺于各底梁5处，第一侧面丝网3位于第一侧梁1内侧，第二侧面丝网4位于第二侧梁2内侧。

[0038] 如图2和图3所示，本发明的培养容器由透明材料制成，优选为筒状塑料袋11。本实施例中，塑料袋11呈长圆筒状，塑料袋11的顶部沿长度方向上设有热压宽边10，以便于安装、悬挂等操作。在热压宽边10上，沿塑料袋11长度方向每隔一定距离打有一个悬挂孔14，安装和更换塑料袋时可通过悬挂孔14将塑料袋11整体挂在第一侧面丝网3或第二侧面丝网4顶端的突起处，以便于培养、装卸等后续操作。同时热压宽边10处还留有若干个使塑料袋11内部与外界环境相通的外导管12和/或检测口13。本实施例中，塑料袋11上既设有外导管12，也设有检测口13。外导管12用于塑料袋内气体和泡沫液的排出，检测口
13用于测量用仪器、探头及供水、供气管的插入。进一步优选地，塑料袋11的底部还装有排水口15，培养过程完成后培养液可经排水口15排出塑料袋11。

[0039] 进一步，本实施例的塑料袋11可直接将市售的透明塑料材料(注：市场现售的塑料布都是呈长筒状，并沿长度方向上卷成一卷)封口后直接使用，并在其靠近三角形支架顶角的位置沿长度方向开若干个孔，供液体、气体的输入、输出和探测器探头的插入之用。塑料袋横截面的周长小于等于丝网所围成的三角形支架的内部周长。且使用过程中，塑料袋11内的培养液不完全装满，液面距塑料袋顶端保持一定距离，以防向塑料袋内通气时液体从顶部的孔中溢出。此种技术方案可以极大地缩小本发明的制造成本，并达到培养目的。

[0040] 本实施例的技术方案能够有效地解决现有技术中培养装置重心过高、稳定性不足，进而对地面平整度要求较高的技术问题；也能弥补现有技术多为固定连接、塑料袋装卸困难，以及培养过程中出现的如泡沫等污物难以排出等问题。

[0041] 实施例1所述装置的安装方法包括如下步骤：

[0042] 如图4、图5和图6所示，本实施例中第一侧梁1、第二侧梁2、底梁5均由宽5厘米、厚3厘米的镀锌钢材制成。第一侧梁1长1.4米，底梁5长48厘米，第一侧梁1与底梁5在底角通过固定连接件8相连，优选地，在本实施例中，第一侧梁1与底梁5在底角固定连接处焊死。辅助模具16由木头、泡沫塑料或电木等有一定强度、便于切削或可塑的硬质材料制成。模具的两个凹槽17分别卡在相邻的两个侧梁上(如图4和图6所示)，本实施例中，相邻侧梁相距0.5米，再将底面丝网6平铺在所有底梁5上。第二侧梁2长1.4米与底梁5通过螺栓连接，螺栓并不完全拧紧，使底梁5与第二侧梁2之间具有1毫米左右空隙，使第二侧梁2能够围绕着螺栓转动。当然，底梁5与第二侧梁2之间也可以采用其他活动连接件或连接方式。

[0043] 第一侧面丝网3与第二侧面丝网4高1.3米，由5毫米粗衬塑丝网构成，所述第一侧面丝网3和第二侧面丝网4的下部网格密度大于上部网格密度，本实施例中，优选地丝网0.5米高度以下为5厘米见方的方格，0.5米高度以上是长10厘米宽5厘米的长方形网格，此种结构使得第一侧面丝网3与第二侧面丝网4在塑料袋11盛满培养液后，能够为本体和塑料袋11提供足够的支撑强度。

[0044] 进一步，将第一侧面丝网3的底端凸起处插入底面丝网6长边处的窄缝中，再用模具将其与第一侧梁1临时固定。塑料袋11由1毫米厚透明塑料薄膜制成，呈长圆筒状，开口端经热合封闭。顶部沿长度方向上经热压压出4厘米宽度的热压宽边10。顶部压边处沿塑料袋长度方向每隔0.5米打有直径为1厘米的悬挂孔14。同时顶部压边处每隔1.5米处还留有1个使塑料袋内部与外界环境相通的外导管12，外导管12为由硬质材料制成的细管(直径0.6厘米)或由塑料的延伸部分(直径0.6厘米)构成，每隔2米处还留有检测口13。塑料袋11底部经热合热塑处理装有排水口15及排水阀22。将塑料袋11的悬挂孔14套在第一侧面丝网3顶部的突起处，再将第二侧面丝网4的底端凸起处插入底面丝网6长边处的窄缝中，最后将第二侧梁2包在第二侧面丝网4外围，并扣上第一侧梁1与第二侧梁
2顶端的活动连接件7。如图10和图11所示，本实施例所述的活动连接件7包括相互配合卡扣的第一部分29和第二部分30，该卡扣锁止结构，制造简单，操作方便，通过活动连接件
7能够使本发明的架体构成结构稳定、可随时根据需要打开的三角形结构。

[0045] 最后，如图7所示，在各底梁5与第二侧梁2活动连接端的外侧(相对于装有培养容器的内侧而言)上部，分别设置一个限位件。本实施例中所述限位件为长10厘米、倾角为60度的角钢19，从而能够限制第二侧梁2的活动范围，如图7所示。

[0046] 此外，如图8和图9所示，为达到较好的碳源供给及循环搅拌效果，在塑料袋11的底部还设置双路供气机构20，该双路供气机构20通过导气管21从外部向塑料袋11内进行供气，从而更好地满足培养要求。

[0047] 实施例2

[0048] 参见图12，本实施例中，第一侧梁1长1.5米、第二侧梁2长1.8米、底梁5长1米，三条梁构成直角三角形，此种本体结构能够满足靠近板墙等场所的布置要求，其他结构与上述实施例1相同。

[0049] 实施例3

[0050] 如图13所示，本实施例中塑料袋11内未装有供气机构，并且，所述培养装置还包括与所述通过管道和泵29与所述透明培养容器相连的混合池27或28，参见图13。所述培养装置包括两组或两组以上的本体(如图13中的两个本体26所示)及透明培养容器，相邻两组透明培养容器之间通过混合池27或28相连。混合池的形状既可以高而窄，如图13中所示的混合池27所示；也可以矮而宽，如图13中所示的混合池28所示，其形状没有限制，材料透光或不透光均可。二氧化碳供给、营养盐补充，及收获过程均可在混合池中进行，培养装置本体中的透明培养容器与混合池连通，培养液自行流入混合池。在混合池中，培养液与二氧化碳或营养物充分接触，同时释放溶液中的氧气，再经离心泵29将混合池中的培养液注入另一组本体内的透明培养容器中。相邻两组透明培养容器间至少设有一个混合池与两者分别相连。

[0051] 而且，本发明既可以两组本体(含透明培养容器)如图13所示，形成闭合回路；也可以通过至少两组本体(含透明培养容器)以串联、并联及混联的方式与混合池相连，实现规模化养殖。

[0052] 需要说明的是，本发明本体及透明培养容器的制作材料并不限于实施例中所述的材料，任何可以满足培养装置所需强度、韧性及耐腐要求的材料均可实现本发明。

[0053] 在各实施例的养殖过程中，可在培养液中加入与培养液密度相近的固体颗粒，如塑料小球，使之与培养液一同在反应器中流动，此过程中固体颗粒会与塑料袋产生碰撞，具有一定的清洁作用，可在一定程度上减少藻细胞在塑料袋表面的吸附。

[0054] 显而易见，本领域的普通技术人员，可以用本发明的一种培养装置及其安装方法，构成各种类型的生物培养仪器。

[0055] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。