本实用新型属于微藻培养技术领域，尤其涉及一种用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器。
背景技术：
目前，微藻生物技术生产的生物质能源具有替代传统生物质能源的潜质，可满足未来世界发展所需能源。利用微藻生产的高附加值产品，在食品、化妆品、医药及水产养殖等领域拥有巨大潜力，其大量产生的生物柴油存在能够替代化石燃料的可能。
光生物反应器(photobioreactor，pbr)是微藻培养所需的主要工程设备，也是影响微藻规模化培养的主要因素。目前，pbr主要分为开放式与封闭式两类。
封闭式光pbr具有培养条件稳定，光照表面积体积比大，培养密度和单位面积产量高等优点。封闭式pbr分为平板式、管道式、柱状气升式、搅拌式发酵罐、浮式薄膜袋等，其中，柱状式反应器具有结构简单、易于操作、清洗简单、能耗较低等优点，加之气升式系统，提高了co2利用效率，且微藻培养过程中无需搅拌，避免了机械搅拌带来是损伤，并因此得到了广泛研究和应用。
将太阳光用于微藻培养，可有效降低微藻培养成本，但太阳光中的紫外成分可造成藻细胞损伤，且太阳辐射受地域、季节和培养时间的限制，因此，pbr中多采用人工光源，种类主要为荧光灯。
柱状气升式pbr存在一个主要的问题，即随着藻细胞密度的不断增加，微藻自身形成的遮蔽效应阻碍了外部光源的进入，培养后期，圆柱中间区域的微藻培养液无法得到充足光照，从而影响藻细胞的进一步增加。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：微藻高密度培养后期，圆柱中间区域无法得到充足光照。
解决以上问题及缺陷的难度为：在微藻培养后期藻液光密度急剧增加的情况下，若使培养体系中心得到充足的光照，一方面可减少柱状pbr的直径来降低光的衰减，另一方面可增大光强，使更多光量子到达pbr中心。前者在减少直径的同时带来了pbr体积的下降，后者增大光强也增加了光源数量的需求以及电能的输入，两种方法均加大了能耗投入，增加了微藻的培养成本。
解决以上问题及缺陷的意义为：在既不过多减少pbr直径、不额外增加光源和电能投入的前提下，通过改变pbr自身结构，来达到微藻高密度培养的目的，这在增加微藻产量和降低微藻培养成本方面是非常有意义的。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器。
本实用新型是这样实现的，一种用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器设置有：
pbr外壳；
所述pbr外壳内设置有灯槽，所述灯槽内设置有荧光灯管；所述pbr外壳上下两端分别密闭连接有法兰；所述pbr外壳内部靠近下端位置卡接有承托层，所述承托层下侧设置有曝气石；
所述pbr外壳一侧由上至下匀均设置有4个取液口，所述取液口上固定有有球形阀门；所述取液口下侧设置有曝气口，所述pbr外壳另一侧下端设置有进水口。
进一步，所述法兰上均开设有螺丝，所述相邻螺丝呈90°；所述上端法兰中部设置有两个排气口。
进一步，所述曝气石通过pvc管与所述曝气口密闭连接。
进一步，所述承托层上设置有多个通孔，所述通孔直径为3mm。
进一步，所述法兰与pbr外壳之间设置有硅胶垫片。
进一步，所述灯槽内还设置有镇流器和电源，所述镇流器和电源与所述荧光灯管电性连接。
结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：
第一、本实用新型改进了现有柱状气升式pbr的结构，内设灯槽，将外置光源改为内置光源，在本实用新型的柱状气升式pbr中，微藻高密度培养后期依然能够高效利用光能，促进了微藻持续、快速增长。
第二、本实用新型可提升微藻培养液的温度，无需额外温控。24℃室温条件下，外置光源柱状气升式pbr藻液温度稳定在26.5±0.5℃，而内置光源柱状气升式pbr藻液温度稳定在32±0.5℃；
第三、本实用新型尤其适用于喜爱高温的微藻高密度培养以及在冬天进行的微藻培养；
第四、本实用新型可显著提升微藻生长速率与最大生物量。培养至第6天，内置光源柱状气升式pbr斜生栅藻光密度达到1.301，外置光源pbr即对照组为1.035，实验组约为对照组的1.3倍；生物量方面，实验组在第6天达到0.623g/l，约高出对照组(0.452g/l)38％。另外，根据生长曲线判定，最佳的采收时间为第5天，此时实验组光密度为1.298，生物量为0.609g/l，分别高出对照组45.2％和52.9％。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器结构示意图；
图中：1、法兰；2、排气口；3、螺丝；4、灯槽；5、荧光灯管；6、取液口；7、承托层；8、进水口；9、曝气口；10、曝气石。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
如图1所示，本实施例提供的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器包括：法兰1、排气口2、螺丝3、灯槽4、荧光灯管5、取液口6、承托层7、进水口8、曝气口9、曝气石10。
本实施例中，pbr外壳由透明亚克力板材制作完成，亚力克板材厚度10mm，有效容积4.0l；pbr外壳内设置有灯槽4；灯槽4内设置有荧光灯管5，pbr外部还设置有镇流器和电源，镇流器和电源与荧光灯管5电性连接；荧光灯为飞利浦lifemax系列，30w，6500k日光色，型号为tl-d30w/54-765；镇流器额定功率50w，电源为220v电源线。
内置光源pbr通过将荧光灯管5内置于柱状气升式pbr中，一方面通过光源自身发热给予藻液较合适的生长温度，另一方面，在微藻培养后期，内置光源可有效穿透藻液，达到较好的光利用效率，解决了微藻培养后期，外置光源无法穿透藻液减缓生长的问题；同时，灯槽4内置，干湿分离，光源完全与培养液分离，不会造成触电风险。
本实施例中，pbr外壳上下两端分别密闭连接有法兰1，上端法兰1中部设置有两个排气口2，法兰1上均开设有螺丝3，相邻螺丝3呈90°；通过法兰1、螺丝3和硅胶垫片进行密封，通过螺丝3的固定作用，法兰1中间的硅胶垫片在强力的挤压作用下起到了密封作用，以达到隔绝空气并防止藻液溢出的目的。
本实施例中，pbr外壳内部靠近下端位置卡接有承托层7，承托层7上设置有多个通孔，通孔直径为3mm；承托层7下侧设置有曝气石10，曝气石10通过pvc管与曝气口9密闭连接；由曝气石10、pvc管、曝气口9、可调式空气泵和气体流量计完成曝气工作，曝气量控制在0.3vvm，即气流量控制在1.2l/min；承托层7由多个孔径直径为3mm的亚克力板材制成，方便气泡通过承托层7以达到提供co2的目的。
本实施例中，pbr外壳一侧由上至下匀均设置有4个取液口6，取液口6上固定有球形阀门；pbr外壳另一侧下端设置有进水口8。
本实用新型的工作原理为：将待培养对象放置于pbr外壳内的承托层7上侧，培养时，通过镇流器和电源为荧光灯管5供电产生光能，通过可调式空气泵控制曝气石10曝气，气体流量计检测气体流量大小，气泡透过通孔到达承托层7上侧提供co2。
本实用新型与常规外置光源pbr相比，对于微藻生长有着较好的促进作用。在微藻生长温度方面，在室温为24℃的环境条件下，常规外置光源pbr的藻液温度稳定在26.5±0.5℃，而本实用新型pbr藻液温度稳定在32±0.5℃，因此，本实用新型尤其适用于喜高温微藻高密度培养以及在寒冷环境中进行的微藻培养。
在微藻生长方面，斜生栅藻培养至第6天，内置光源柱状气升式pbr光密度达到1.301，外置光源pbr即对照组为1.035，实验组约为对照组的1.3倍；生物量方面，实验组在第6天达到0.623g·l-1，约高出对照组(0.452g·l-1)38％。另外，根据生长曲线判定，最佳的采收时间为第5天，此时实验组光密度为1.298，生物量为0.609g·l-1，分别高出对照组45.2％和52.9％；对于钝顶螺旋藻培养，接种时，初始生物量为0.300g·l-1，至培养结束时，内置光源pbr组钝顶螺旋藻生物量达到3.825g·l-1，对照组为2.551g·l-1。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
1.一种用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器设置有：
pbr外壳；
所述pbr外壳内设置有灯槽，所述灯槽内设置有荧光灯管；所述pbr外壳上下两端分别密闭连接有法兰；所述pbr外壳内部靠近下端位置卡接有承托层，所述承托层下侧设置有曝气石；
所述pbr外壳一侧由上至下匀均设置有4个取液口，所述取液口上固定有球形阀门；所述取液口下侧设置有曝气口，所述pbr外壳另一侧下端设置有进水口。
2.如权利要求1所述的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述法兰上均开设有螺丝，所述相邻螺丝呈90°；所述上端法兰中部设置有两个排气口。
3.如权利要求1所述的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述曝气石通过pvc管与所述曝气口密闭连接。
4.如权利要求1所述的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述承托层上设置有多个通孔，所述通孔直径为3mm。
5.如权利要求1所述的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述法兰与pbr外壳之间设置有硅胶垫片。
6.如权利要求1所述的用于微藻高密度培养的内置光源光生物反应器，其特征在于，所述pbr外部还设置有镇流器和电源，所述镇流器和电源与所述荧光灯管电性连接。
技术总结