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。
Good
Good
Good
Good Good
Good
Light efficiency
Low Middle
High
High
High
High High
High
Growth rate Low High
High
High
High
High High
High
谢谢观看
The variation in properties of different cultivation systems
Cultivation system
Raceway pond Multi-layer bioreactor Airlift
photobioreactor Tubular
photobioreactor Flat plate
平板式光生物反应器
袋式培养系统
Bag PBR是一种半连续PBR，可在透明 聚乙烯袋中培养微藻。将这些袋悬挂并 放置在笼子中，并在阳光下放置多个隔 板。空气从袋子的底部喷出，并在底部 将袋子密封成圆锥形，以防止细胞沉降。 在进行室外中试工厂之前，这通常用于 实验室规模。
膜光合生物反应器
膜PBR基本上是将膜集成到气举 或管状PBR中，以产生细小气泡， 从而更好地将CO2质量转移到介 质中。膜的表面积大，微孢子会 产生直径5.5-10.1 mm的细小气 泡。理想的膜式PBR应该：①易 于时安防装止；O2②积良累好；的③C膜O必2 分须配耐，碱同性 和酸性条件；④减少膜污染； ⑤高耐久性。然而，细小气泡的 分散在反应器内部产生浑浊的状 态降低了光的穿透。解决此局限 性的方法是将气体和光传输系统 分成两个独立的系统。
过滤式光合生物反应器
过滤PBR包括一个透明的培养箱和 一个回收箱，由它们之间的膜隔开。 过滤PBR的初始操作需要将悬浮的 微藻细胞悬浮在培养槽中。当培养 基通过膜进料时，微藻细胞被过滤 并附着在膜上，形成生物质。微藻 细胞可以很容易地被流动的液体培 养基冲洗掉，随后可以收集到活细 胞。然后，液体培养基从再循环罐 再循环，并连续再循环回到培养罐。 该系统易于启动，并且可以消除下 游加工生物质应用的收获成本。但 是，必须控制培养基的流速，以使 对微藻均匀分布和附着的干扰最小。
气提式PBR具有有效的气体滞留性，但由于其具有高的细 胞剪切效应，难以控制温度，复杂的液体流态和较高的 运行成本，因此难以扩大规模。
气提式光生物反应器
管道光生物反应器
管状PBR系统是大规模户外培养中 最引人注目的系统。管状PBR由透 明材料制成，并放置在室外阳光直
射下。将微藻培养在容器中，允许
向培养基中添加空气，二氧化碳和
通常认为它最适合微藻培养，但反
应器的大小和长度仅限于参数控制， O可2以去达除到和的CO最2消大耗容。量迄约今为为20止L。，浓它缩 培养液的进一步增加使管的长度和
直径增加。因此，难以按比例放大
并且唯一的解决方案是增加反应器 单元。
平板PBR的单位体积比表面积大，可实现较大 的辐照区，具有成本效益，可进行大量培养， 并具有出色的生物质生产率。平板PBR已实现 短光路和陡峭的光梯度，并且可以通过添加用 于向光梯度通气的挡板来进一步增强。使用鼓 泡技术的通气率可以表示为每单位体积培养基 （vvm）的气体体积流量。对于5％（v/v）或 10％（v/v）的CO2曝气，建议的最佳曝气率为 0.023-1.000 vvm，而平板PBR的最佳曝气率为 0.05 vvm。平板PBR具有可扩展性，可容纳 1000至2000 L的容量。局限性包括温度控制困 难，近壁区域有限的生长程度和流体动力应力。
养分。和通过反应器去除氧气。通
过使用机械泵，介质以高湍流通过
管循环并返回到储层。管中的流速 范围为30 cm/s至50 cm/s，以确保 CO2分布，明/暗循环并防止细胞沉 积。微藻的一部分通过太阳能收集
管循环后通常会收获。管的直径通 常为5-20cm，以使阳光能够穿透， 从而产生更高的微藻生产率。尽管
photobioreactor Bag photobioreactor
Membrane photobioreactor
Filtration photobioreactor
Cost Scale-up
Energy
Consumption
LowEasyL源自wMiddle EasyLow
High Difficult
Middle
High Difficult
High
High Middle
Middle
Low High
Middle Difficult
Middle Middle
High Middle
Middle
Space
High Low Low Low Low Low Low Low
Gas transfer
Fair Fair