[科普中国]-光生物反应器

简介

光反应器的研究在世界面临石油危机时就已经开始了，当时科学研究工作者主要是用绿藻进行了大量的研究，其主要目的是研究其能否作为能源来替代石油资源。随着研究的不断深入，20世纪50年代时人们就已经对光生物反应器有了一定程度的掌握，但是这时人们研究出来的各种类型的光生物反应器主要是停留在理论的试验研究，没有任何一种光反应器用于实践生产中。而这种研究大多是封闭式的光反应反应器，开放式的光生物反应器也在这时得到了很大程度的发展，主要原因是开放式的光生物反应器的操作条件容易控制，不像密闭式的光生物反应器那样难以控制，受到外部环境的影响较大；此外，开放式的光生物反应器的投资成本比较低，而且相关的设备要求也没有密闭式的光生物反应器那样精密，占地空间还比较小，能够很好的利用空间。开放式的光生物反应器主要用于螺旋藻、小球藻和盐藻等多种微藻的大规模培养并取得了良好的效果。1

开放式光生物反应器所谓的开放式光生物反应器，顾名思义，就是指在一种开放的条件下进行生物的培养和相关的过程反应。开放式光反应器主要有两种基本的类型，分别是水平式的光生物反应器和倾斜式的光生物反应器。水平式的光生物反应器的得名主要原因是它的反应器的系统是水平放置在地上，反应器中的培养液或者说营养液不能实现自己供给，必须通过外部的力量使得培养液能够循环，而这种循环主要是通过桨轮或者旋转臂的转动来实现。而倾斜式的光生物反应器和水平式光生物反应器最主要的区别就是它的反应器是放置于一个倾斜面上，而其培养液同样不能通过内部的循环而自己供给，也必须在外部的力量下使得培养液进行循环，但这种循环主要是依靠泵的动力使培养液在斜面上形成湍流来完成的。1

虽然开放式生物反应器结构简单，不占用较大的空间，而且建造的成本也比较低。但是它具有很多缺点，主要原因是它是开放式的，而微生物的繁殖条件有的比较严格，受外部环境的影响比较大，因此其培养的条件就不稳定，容易受到外部的干扰而影响最后的产氢效果，并且这种开放式的光生物反应器，需要的光照量比较大，但是在实际的转化过程其光合转化的效率却很低，能量主要还是依靠微生物的内部物质循环来提供，这对微生物的生长不利。1

密闭式光生物反应器密闭式光生物反应器，顾名思义，其最主要的特点就是它是密封的，和外部环境是隔绝的。密闭式光生物反应器主要是用透明的材料建造的，主要是有利于内部的微生物利用光照，还有一点就是有利于观察内部反应变化的现象。这种密闭式的光生物反应器和开放式的光生物反应器相比主要优势是它可以实现一定程度的连续式的生产，并且由于其与外部的环境是隔绝的，不容易受到外部环境的影响，能够按着微生物生长的既定的目标进行下去，并且这种光生物反应器的应用范围比较广，产氢的效率也比较高，当然产氢的纯度也比较高。但是密闭式光生物反应器的建造成本比较高，需要较高的投资才有可能完成，但是一旦建成光生物反应器，它对于反应过程中的温度以及相关微生物生长的条件能够进行有效的控制，并且也容易操作，还能够在一定程度下降低环境的污染。1