光生物反应器

光生物反应器是用于微藻（如小球藻、螺旋藻）大规模培养的专用设备，通过优化光能利用和CO₂传质，实现高密度光合培养（生物量浓度5-20g/L）。系统广泛应用于

生物燃料、高价值藻粉及色素生产，具有可控性强、生产效率高的特点。 

一、设备组成 

1. 光反应单元：透明管/板式结构（玻璃/PMMA材质）、内置LED光源（波长450-680nm，光强100-500μmol/m²/s） 

2. 气体交换系统：CO₂注入装置（浓度1-5%） 、气升式/鼓泡式混合（0.1-1vvm） 

3. 温控模块：水循环夹层（控温20-30℃±1℃）、散热风扇（防光热积累） 

4. 监测系统：在线pH/DO/Temp传感器、光学密度检测仪（OD680） 

二、工作原理 

1. 光合培养阶段：光照周期调控（光暗比12:12或连续光照）、CO₂溶解维持pH7.5-8.5（自动补加NaHCO₃缓冲） 

2. 营养供给：补加BG-11等培养基（N/P/K比例优化）、限制性营养控制（如氮饥饿诱导油脂积累） 

3. 生物量收获：絮凝+离心分离（回收率＞90%） 

三、设计方法 

1. 光路优化：光程＜250px（确保透光均匀） 、反射内壁设计（光利用率提升30%） 

2. 规模放大：模块化并联（单单元50-1000L）、气升式循环（降低剪切力） 

3. 能效设计：太阳能辅助供电、余热回收系统 

四、操作流程 

1. 系统灭菌：化学消毒（1%H₂O₂冲洗）→培养基过滤除菌（0.22μm） 

2. 接种启动：初始OD680=0.1-0.3 →渐进提升光强（100→400μmol/m²/s） 

3. 过程控制：每日监测生物量增长率 →动态调整CO₂流量（0.5-2L/min） 

4. 采收处理：培养终点（5-10天）→膜过滤或离心浓缩 

五、维护保养 

1. 日常维护：每日清洁透光面（防藻膜附着）、检查气体分布器通畅性 

2. 定期维护：每月校准光学传感器、季度更换通气过滤器 

3. 长期保养：年度检查光源衰减（更换LED模块）、密封件防老化处理（硅胶件每2年更换）