(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211017468.2 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 朱菲菲　霍书豪　阿里　邵聪　 胡新娟　贺朝文　崔溢　邹彬　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 陈佳佳 (51)Int.Cl. C12M 1/24(2006.01) C12M 1/04(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12N 1/12(2006.01)C12N 1/20(2006.01) C12R 1/01(2006.01) (54)发明名称 一种外嵌式光 生物反应 器及其应用 (57)摘要 本发明提供了一种外嵌式光生物反应器及 其应用， 属于生物工程技术领域； 所述外嵌式光 生物反应器在通气培养微藻的过程中从而实现 藻液混合、 传质、 光合效率、 CO2固定效率的加强， 进而提高微藻生物产量； 在本发明中， 所述外嵌 式光生物反应器包括中心柱、 连接在中心柱两侧 的外部弯管、 内嵌曲体和中心柱底部的曝气 口； 外部弯管与内嵌曲体的组合在保证藻液整体流 动通常、 回流可循环的同时， 尽可能的增加了藻 液流动时的涡流量， 促进了混合效率， 内嵌曲体 的存在是形成藻液整体上升流和下降流的保障， 同时也提高了CO2在反应器内的停留时间， 提高 了固碳效率。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 115322876 A 2022.11.11 CN 115322876 A 1.一种外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 所述外嵌式光生物反应器被划分成上升管 和下降管， 具体包括中心 柱、 内嵌曲体(4)、 外 部弯管和曝气孔； 所述中心柱包括中心柱体(6)和与中心柱体(6)底部封闭连接的中心柱底板(7)， 中心 柱体(6)外 部连接有外 部弯管， 中心 柱体(6)内部嵌有 多个内嵌曲体(4)； 所述外部弯管包括多个外部弯管a(3)和外部弯管b(5)， 多个外部弯管a(3)纵 向布置在 中心柱体两侧， 且在中心柱体(6)两侧交错排列； 所述每个外部弯管a(3)上端与内嵌曲体 (4)连通， 下端与中心柱体(6)连通； 所述外部弯管b(5)设在中心柱体(6)顶端， 两端均与中 间柱体(6)连通； 所述曝气孔包括曝气孔a(1)和曝气孔a(2)， 分别设在中心柱体(6)底部两侧的外部弯 管a(3)上。 2.根据权利要求1所述的外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 所述中心柱体(6)的高度、 中心柱体(6)的直径和外 部弯管的内径比为7～10:1:0.2 ～0.4。 3.根据权利要求1所述的外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 所述外嵌式光生物反应器 设有多个外部弯管a(3)和与外 部弯管a(3)相同数量的内嵌曲体(4)， 其数量 为7～10个。 4.根据权利要求1所述的外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 所述外部弯管a(3)的下端 与中心柱体(6)连通的位置为： 在下一个内嵌曲体(4)的下方外侧的中心柱体(6)上， 且外部 弯管a(3)的下端不与下一个内嵌曲体(4)连通。 5.根据权利要求1所述的外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 通过调整外部弯管a(3)和 内嵌曲体(4)的数目来调节中心 柱体(6)的高度。 6.根据权利要求1所述的外嵌式光生物反应器， 其特征在于， 所述内嵌曲体(4)为漏斗 状， 上端口径与中心 柱体(6)直径相同， 下端接口直径与外 部弯管a(3)内径 尺寸相同。 7.权利要求1～6任一项所述外嵌式光生物反应器在促进藻液混合传质和 CO2固定中的 应用。 8.一种基于权利要求1～5任一项所述的外嵌式光生物反应器来促进藻液混合传质和 CO2固定的方法， 其特 征在于， 具体包括如下步骤： (1)在无菌环境下挑选良好的单一微藻菌株接入培养基中， 设置光照强度、 pH和温度条 件进行培 养， 得到培养后的微藻 藻液； (2)将微藻藻液接种至外嵌式光生物反应器中， 然后通过底部曝气口进行通气使藻液 形成混流循环， 进 而促进藻液混合传质和CO2固定。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 所述微藻的培养条件为： 光照 强度12000±200lx， pH控制在8 ‑10， 温度27 ±2℃。 10.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 微藻藻液的接种量为0.5～ 1mg/L； 所通气体中含有15％～ 20％(v/v)的CO2， 通气量控制在0.01 ‑0.1vvm； 微藻藻液液面距离 外嵌式光 生物反应 器顶部5～10cm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115322876 A 2一种外嵌式光生物反 应器及其应用 技术领域 [0001]本发明属于生物工程 技术领域， 具体涉及一种外嵌式光 生物反应 器及其应用。 背景技术 [0002]由于传统化石燃料的的普遍使用， 温室气体排放量显著增加， 其中最为典型的是 二氧化碳(CO2)的排放， 需要对二氧化碳进行捕获和利用。 微藻被称为微细胞工厂， 其具有 非凡的二氧化碳固定能力， 比其他陆生物快10 ‑50倍， 生产1克干微藻生物质消耗1.83克 CO2。 微藻生物质可用于提取高蛋白、 脂质和碳水化合物， 并提供了良好 的营养成分(例如， 色素、 维生素、 多不饱和脂肪酸和无数其他营养成分)。 微藻还可用于处理废水， 特别是污水 废水、 猪场 废水、 制药废水和乳制品废水。 因此， 可利用微藻培养来捕获大型碳排放领域(如 发电厂)排 放的CO2并将废物转化为有用的商品。 [0003]近年来， 养殖微藻使用最广泛的工业级结构为如圆形和跑道式养殖池池， 其占全 球微藻年供应量的90％。 但是， 开放式系统具有传质差、 水分蒸发率高、 维持健康作物条件 的挑战高、 易受污染、 需要大面积建筑、 高电力和高劳动力成本的不足， 而封闭的光生物反 应器不易受污染， 可以提供最佳的生物生理条件， 从而实现更高的生物质生产率。 封闭的光 生物反应器(PBR)在营养、 温度、 pH值和光照方面具有 更大的调节 生长环境的能力。 因此， 可 以长期培 养单一的微藻品种， 同时降低外 部污染的风险。 [0004]目前， 研究人员开发了与PBR相关的各种技术， 例如通过使用光纤或光扩散器在腔 室内放置光源来进行内部照明， 一定程度上改善了光传递效果， 但其内置光源结构也在一 定程度上阻碍了 藻液流动， 降低了 混合特性。 文献中也讨论了在平柱或立柱PBR中安装挡板 或混合器以改善 混合， 效果相对理想， 但是挡板的存在 对丝状藻的流动容易产生死区， 造成 藻体累积。 在PBR的立管段安装了一个灯笼形设计的管子， 以产生多个涡流， 通过高效的CO2 固定和混合使生物质产量提高了50％； 水平管和三棱柱挡板的组合降低了NB ‑PBR与传统   PBR混合时间(MT)并增加了传质系数(MTC)， 因此实现了70％的生物质产量增加； Teslavalve  (特斯拉阀)安装在垂直柱PB R的内部， 以改善溶液中沿挡 板的混合， 从而将生 物质产量提高28.1％， 以上几种结构PBR均是添加内置特殊结构来进一步提高藻液流动 混 合， 但混合效果仍有提升空间， 并且这些PBR并没有较好 的固碳能力， CO2停留时间较短。 因 此需要对光 生物反应 器进行进一 步的优化。 发明内容 [0005]针对现有技术中存在不足， 本发明提供了一种外嵌式光生物反应器及其应用， 在 通气培养微藻的过程中从而实现藻液混合、 传质、 光合效率、 C O2固定效率的加强， 进而提高 微藻生物产量。 [0006]在本发明中， 所述外嵌式光生物反应器包括中心柱、 连接在中心柱两侧的外部弯 管、 内嵌曲体和中心柱底部的曝气孔； 外部弯管与内嵌曲体的组合在保证藻液整体流动通 常、 回流可循环的同时， 尽可能的增加了藻液流动时的涡流量， 促进了混合效率， 内嵌曲体说　明　书 1/7 页 3 CN 115322876 A 3