CN105316217A - 人工光源微藻养殖装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工光源微藻养殖装备，包括：反应容器，反应容器上设有盖板且反应容器容纳供微藻生长的培养液；进出料装置，微藻通过进出料装置泵入或泵出反应容器；发光装置，用于产生微藻生长所需的光源；营养布料装置，营养布料装置用于向反应容器内提供微藻生长所需的营养；和气体分布器，气体分布器用于向反应容器内提供微藻生长所需的气体。本发明的养殖装备中还设置了红外光源，培养液中提供了适量的锰离子并通入适量的二氧化碳，使得微藻养殖效率大大提升。且本发明的人工光源微藻养殖装备可控性较强，有利于实现稳定持续的工厂化生产。

Description

人工光源微藻养殖装备

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及人工光源微藻养殖装备。

背景技术

微藻生物质是生物质利用的未来发展方向，具有能量转化效率高的特点，与普通陆生农作物相比，单位面积的产率可高出数十倍，从而可实现工厂化养殖。微藻生长的基本原理是利用微藻光合作用，将二氧化碳转化为微藻自身的生物质从而固定了碳元素，并通过微藻自身的特性与机能合成油脂、蛋白质、多糖、纤维素等生物质。利用物理或化学方法把微藻细胞内的有用物质转化到细胞外，再进行提炼加工，从而生产出生物柴油、藻类多糖等产品。由此，在实际生产中，即可通过藻类的光合作用，将废水废气中的营养物质和二氧化碳转化为生物燃料、蛋白质等有高利用价值的产品。在石油价格大幅上升，粮食短缺问题日渐突出的今天，该产业有着广阔的发展前景。

为进一步提高微藻生物柴油的单位产量、实现立体化养殖，必须使用专用的微藻养殖光反应器。现有技术中的微藻养殖光反应器虽然相比较跑道池、多级池等露天直接养殖，养殖密度、单位面积产量都有明显提高，但是由于微藻生长与有效物定向诱导生产时所用的光源仍为自然光，微藻对太阳光的利用并不充分，具有不确定与不可控性，与工厂化生产稳定、持续的要求完全背道而驰，加之营养补充、二氧化碳充气等辅助养殖功能也未实现自动化，使其与实际产业化应用尚有较大距离。

因此，目前本领域迫切需要一种技术能够克服上述现有技术中的微藻养殖光反应器的可控性差、自动化程度低、效率低的弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种可根据不同种类藻类不同阶段的养殖需求配比最佳的光源、二氧化碳、营养、温度、流速等要素的人工光源微藻养殖装备，从而实现超高密度微藻养殖的稳定、可控，满足产业化需求。

为达到上述目的，本发明提供了一种人工光源微藻养殖装备，所述人工光源微藻养殖装备包括：

反应容器，所述反应容器上设有盖板且所述反应容器容纳供微藻生长的培养液；

进出料装置，所述进出料装置与所述反应容器密封连接；

发光装置，所述发光装置设在反应容器内部且当所述反应器工作时，所述发光装置至少部分或全部浸没于所述的培养液，从而在反应容器内提供微藻生长所需的光，其中所述发光装置所发出的光的光强在反应容器的深度方向(Z轴方向)是均匀的或大致均匀的；

营养布料装置，所述营养布料装置可向所述培养液中提供锰离子；和

供气装置，所述供气装置用于向所述反应容器内提供微藻生长所需的气体。

在一优选实施例中，所述培养液中的锰离子源来自MnCl₂·4H₂O，且每升所述培养液中添加的MnCl₂·4H₂O的质量为5-50mg。

在一优选实施例中，所述发光装置工作时发射至少三个不同波长的光，其中包括波长为600-680nm的光、波长为420-500nm的光，以及波长为700-780nm的光；和/或

所述发光单元发出的复合光的色温为1000-20000K，较佳地1500-6000K。

在一优选实施例中，所述三个不同波长的光包括波长为650-670nm的光、波长为440-460nm的光，以及波长为710-730nm的光。

在一优选实施例中，所述发光装置包括导光板和发光单元，所述发光单元嵌于所述导光板，所述发光单元产生的光透过导光板传导使导光板整体发光，所述发光装置还包括支架，所述支架用于固定支撑所述导光板，所述支架与所述反应容器和/或所述盖板可拆卸地连接；和/或

所述发光装置中，发光单元为LED，且LED的数量为1-10000/导光板；较佳地为10-1000/导光板。

在一优选实施例中，所述供气装置可向所述培养液中通入二氧化碳和空气的混合物，其中二氧化碳占混合气体总体积的0.1-10％，较佳地占0.5-5％；和/或

二氧化碳通入压力为0.1-1MPa；和/或

二氧化碳释出孔径为0.1-50nm。

在一优选实施例中，所述养殖设备中还设有用于检测和控制所述培养液中二氧化碳通入量的监测及自动化控制***，其中

当所述监测及自动化控制***检测到所述培养液中的pH≥5.5时，含二氧化碳的混合气体被持续通入所述培养液中；而当所述培养液中的PH<5.5时，所述培养液中暂停通入二氧化碳。

在一优选实施例中，所述反应容器的周围设有温控装置，所述温控装置用于维持反应容器内的液体环境温度处于适合微藻生长的范围内；和/或

所述供气装置包括气体细化分布器，在向反应容器中通入气体的过程中，带有一定压力的气体通过该细化器的小孔均匀细散地逸出，从而促使气体与营养物质分散于液态培养体系中。

在一优选实施例中，所述人工光源微藻养殖装备中还设有用于监测所述培养液中锰离子或其他离子浓度的水质监测仪，所述水质监测仪的取水口位于液面以下，其中

当所述水质监测仪监测到所述培养液中的锰离子或其他离子的浓度低于预设数值时，所述水质监测仪能够发出提醒，使得所述营养布料装置进行锰盐或其他营养盐的添加。

在一优选实施例中，所述人工光源微藻养殖装备适用于小球藻、栅藻、雨生红球藻等淡水真核藻的养殖。

在一优选实施例中，所养殖的藻类的接种浓度为0.1g/L-2g/L(藻类干重/培养液体积)，更佳地0.2g/L-0.6g/L。

在一优选例中，发光装置所发出的光的光强在反应容器的水平方向(包括X轴和Y轴方向)基本均匀。

在一优选例中，所述“均匀的或大致均匀的”指任一深度处的光强D1与在整个深度范围的平均光强Dm满足下式：

1.5≥D1/Dm≥0.7。

较佳地，1.2≥D1/Dm≥0.8；更佳地1.1≥D1/Dm≥0.9。

在一优选例中，反应容器的周围设有温控装置，该温控装置用于维持反应容器内的液体环境温度处于适合微藻生长的范围内。

在一优选例中，该养殖设备中的养殖温度为10-30℃，更佳地为20-30℃。

在一优选例中，该温控装置可包括电加热或蒸汽加热***、冷水降温***等，例如控温水管。

在一优选例中，人工光源微藻养殖装备还设有监测***，用于监测液体环境的参数，参数选自：PH值、温度和/或养料浓度。

在一优选例中，在盖板上设有出气孔。

在一优选例中，该人工光源微藻养殖装备中设有多块导光板，较佳地30-1000块，更佳地40-800块，最佳地50-500块。

在一优选例中，导光板由具有防弱酸性能的透明有机材料制成。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的立体剖视图；

图2是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的立体剖视示意图；

图3是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的主视剖视示意图；

图4是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的俯视剖视示意图；

图5是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的发光装置的立体示意图；

图6a是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的发光装置的主视图；

图6b是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的发光装置的侧视图；

图6c是根据本发明一个实施例的人工光源微藻养殖装备的发光装置的俯视图；

图6d是根据图6b中B部分的放大图；

图7a-7c是根据本发明其他实施例的人工微藻养殖设备的简化俯视示意图；以及

图8是根据本发明其他实施例的人工微藻养殖设备的侧截面示意图。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种人工光源微藻养殖装备，通过特殊设计的发光装置等结构，本发明的反应器不仅缩短培养时间，而且能够显著提高微藻的生物量密度和总有效物含量，从而可制备品质更好的生物质原料及产品。在此基础上完成了本发明。

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

生物反应器

本发明的内置光源生物反应器人工光源微藻养殖装备适用于小球藻、栅藻、雨生红球藻等淡水真核藻的高密度产业化养殖。

如图1和图2所示，所述人工光源微藻养殖装备包括反应容器1、发光装置2、进出料装置3、盖板5、气体分布器6、营养布料装置、温控装置7、以及监测和控制***等。反应容器1上设有盖板5，反应容器1与进出料装置3密封连接，且进出料装置上设有阀门和开关，用于控制进出料的进行或停止，反应容器1内设有发光装置2用于产生微藻生长各阶段所需的稳定光源，反应容器1的底部设有气体分布器6用于通入微藻生长各阶段所需的气体，营养布料装置用于向反应容器中提供养料，反应容器的周围设有温控装置7(图示为控温水管)用于保持反应容器内溶液的温度在适合微藻数量繁殖与个体生长的温度范围内。

该生物反应器的下部(如约30％～90％，或50％～70％的高度)可埋于地下。

该生物反应器可设置在发电厂周围，利用发电产生的废水废气作为微藻养殖的物质和能量来源，具有环保减排的作用。该反应容器1可以为不透光的密闭容器，在阴雨天与夜间也可以通过自身的发光装置进行发光，供微藻生长所用。在该养殖装备中设有监测及自动化控制***，用于监测水温、PH值、CO2浓度、TDS、吸光度、光强度等，并能够根据需要对上述条件进行自动化控制。

图3是该人工光源微藻养殖装备的主视剖视示意图；如图3所示，在反应容器的壁上设有温控装置7，温控装置7可以为任何合适的形式，包括电加热或蒸汽加热***、冷水降温***，例如控温隔套等。较佳地，温控装置7为控温水管，发电厂排出的具有一定温度的废水可用于在控温水管中流通以保持生物反应器内的温度在20℃～30℃之间。

在生物反应器的盖板5的顶部设有出气孔，用于释放微藻光合作用产生的氧气。

图4是该人工光源微藻养殖装备的俯视剖视示意图。如图所示，在人工光源微藻养殖装备的底部设有气体分布器6，气体分布器6可为旋转式、槽式、管式或其他任何合适的形式。在微藻养殖过程中，通过气体分布器向反应容器中通入二氧化碳、空气或其他气体。较佳地，本实例中采用旋转式气体分布器，在通入气体的过程中，气体分布器6旋转带动通入的气体与底部容器内液体的扰动，从而有利于气体与营养物质在溶液中均匀分布。

在反应容器的一个或多个位置(例如容器壁上、容器底部、容器顶部和盖板内侧等)安装营养布料装置。营养布料装置在微藻生长的不同阶段提供不同的养料。

反应容器中其他营养物质的通入速率与CO₂的通入速率可成一定的比例，通过CO₂在线监测***可以确定溶液中CO₂的溶解量，同时通过监测***监测溶液的PH值获知溶液的酸碱度。控制***能够控制的CO₂和营养物质的通入速率，保证溶液中营养物质的溶解量及PH值在适合微藻生长繁殖或产油的范围内。

本发明的反应容器可采用玻璃钢制作而成，且反应容器可具有任何合适的外形和尺寸。容器表面较光滑，且较佳地，容器表面有可移动的封闭式盖板。

如图7a-7c所示，该反应容器可以为长环形立体容器。该容器的总长度为2m-500m，较佳地为10m-200m；容器截面高宽比为0.5:1-1:0.5；高度为20cm-400m，较佳地为为50cm-200cm。较佳地，如图8所示，容器的底部截面中间低两边高，最低点位于中心，两边底部斜度为5°-60°，更佳地为10°-30°。

容器在中间部分的截面可变化为封闭式圆筒，圆筒直径为20cm-400m，更佳地为50cm-200cm，该部分长度可为20cm-100cm，更佳地可为20cm-50cm。容器的不同截面形状的转换部分呈光滑连接。

本发明的养殖设备还包括其他供气装置，例如图中未示出的气源、混合器、输气管等。本发明中气源主要为空气与二氧化碳。混合器主要用于混合空气与二氧化碳，混合器可采用文丘里管或静态混合器。输气口材质可为陶瓷微孔或树脂微孔结构，微孔直径为0.1-10微米，更佳地为0.5-5微米。气体分布器设置于养殖容器底部，气体分布器的下端距离容器内底0-5cm。如图所示，反应容器底部可设有多个并排等间隔布置的气体分布器。使用时，气体分布器的供气压力为0.2-20Mpa，更佳地为0.5-5Mpa。

较佳地，本发明的养殖设备中的营养布料装置可为位于容器上部的带孔管道，营养液经管道流至容器上方后可经小孔均匀喷洒至容器内的培养液中。此外，发明人经过实验和探究，发现在培养液中提供一定量的锰离子，能够有效地提高养殖效益。因此，本发明的养殖设备的营养布料装置会向培养液中提供锰离子。

较佳地，本发明的养殖设备还设有循环推进装置，循环推进装置可具有螺旋桨式或螺杆式的推进桨叶，用于***内水体的流动与循环。推进桨叶转速为10-1000rpm，更佳地为20-400rpm。

此外，本发明的养殖设备还可整合用于检测培养液中锰离子浓度的在线式水质监测仪，以便控制培养液中的锰离子浓度达到最有利于微藻养殖的范围。该水质监测仪的水样取水口位于液面以下，可定时自动采样。在水样自动送入检测仪之前经过微过滤***，过滤精度为T级。当监测到锰离子含量低于5mg/L(或其他设定的数值)时，***自动开启营养盐添加或者提醒管理人员进行营养盐补料。

本发明的养殖设备内的培养液的pH范围为5-10,更佳地为6-8。本发明的养殖设备还可整合PH在线监测传感器，用于测量培养液中的pH值，以便控制培养液中通入二氧化碳的浓度。当培养液中pH高于6.5(或其他设定的数值)时，***自动开启二氧化碳阀门，向池中通入二氧化碳气体；当ph低于6.5(或其他设定的数值)时，***关闭二氧化碳阀门，通气装置只向池中通入空气或者直接停止通入气体，从而有效调节二氧化碳的通入量，以获得微藻繁殖与生长的最佳二氧化碳条件。

发光装置

图5为发光装置2的立体示意图。发光装置的设置使得生物反应器可在无阳光或其他外部光源的情况下进行养殖生产等正常运作。如图5所述，所述发光装置由支架9、LED发光单元组10和导光板11构成，导光板11由支架9固定，支架9的顶端固定在盖板5上，LED发光单元组10位于导光板11的顶部，导光板11或全部伸入液面之下。在本发明的生物反应器中，设有多个发光装置2，各个导光板均可以单独地安装或拆卸。

导光板可用透明有机材料(例如亚克力)制成，且具有防弱酸性能。LED发光单元组在导光板的顶部与导光板直接接触，LED发光单元组发出的光可透过导光板传导并使导光板整体发光。较佳地，导光板平行放置，两块板之间的距离为可为5cm-50cm，更佳地，为10cm-20cm。发光板照度可以根据需要进行调整。

发光装置2的支架9的顶端与盖板5可拆卸地连接，从而便于发光装置的拆除、更换或重新安装；发光装置2悬挂在反应容器中而不接触容器的底部，因而不影响容器底部气体分布器的旋转。应理解，发光装置的支架也可以以其他任何合适的方式在任何合适的位置与反应容器固定。

图6a-6c分别是人工光源微藻养殖装备的发光装置的主视图、侧视图和俯视图；图6d是图6b中B部分的放大图。

LED发光单元组10包括一个个小的LED发光单元，发光单元所产生的光可以是复合色或者单色光，单色LED发光波长范围为350-900nm，复合光色温范围为1500-20000K。单个导光板上的LED发光单元的数量可以是1-10000个。

光源为LED光源

发光装置工作时能够发射不同波长的光。该不同波长的光包括：波长为:600-680nm，更佳地650-670nm的光A；波长为420-500nm，更佳地440-460nm的光B；700-780nm，更佳地710-730nm的光C(红外光)。

发明人经过长期深入的实验探究，发现发光装置所发出不同波长的光的配比在以下范围时，养殖设备内的微藻养殖效益可达到较高的水平。发明人通过实验发现，相同照射功率的情况下，补充特定波长的近红外光后，可使微藻产量提高10-25％：

A:B＝10:1～2:1；

A:C＝20:1～3:1。

此外，发光装置的光照强度可以调整，光照时亮暗交替(发光功率变化)。较佳地，暗光时发光功率为亮光时发光功率的0％-80％更佳地为0％-60％。较佳地，暗光照射时间为亮光照射时间的10％-300％更佳地20％-100％

其中发光装置所发出的光的光强在反应容器的深度方向(Z轴方向)是均匀的或大致均匀的；发光装置所发出的光的光强在反应容器的水平方向(包括X轴和Y轴方向)基本均匀。“均匀的或大致均匀的”指任一深度处的光强D1与在整个深度范围的平均光强Dm满足下式：

1.5≥D1/Dm≥0.7。

较佳地，1.2≥D1/Dm≥0.8；更佳地1.1≥D1/Dm≥0.9。

实际上，LED发光单元组10可以位于导光板11的底部或者嵌于发光板的其他合适的位置，只要保证其发出的光可在整块导光板中传导使得整块导光板发光即可。

较佳地，LED发光单元组的能量来源为太阳能光板吸收太阳能而产生的电能。如此以来，本发明的生物反应器虽没有直接利用太阳能，但通过太阳能光板将不稳定的太阳能收集起来用于发电，将其产生的电稳定地供应给生物反应器的发光单元组使其持续地发光，保证微藻养殖的稳定、持续性。

生产养殖***

微藻的数量繁殖和个体增重阶段可在同一个生物反应器中进行，但需要随着生长的进行，更换发光装置，改变营养物质通入的种类与速率，过程较为复杂。

为了实现高效的大规模养殖，可采用多个生物反应器串联或并联组成大规模的生产养殖***。生物反应器之间的串联或并联通过进出料口连接，通过泵***可以完成生物反应器之间的进料和出料。

考虑到微藻养殖过程中的数量变化，对光源和营养物质的需求量也在不断发生变化，可采用多个生物反应器串联的养殖***，例如，采用三个生物反应器串联的***完成微藻生产的全部生长过程：

将适量的藻种放入第一级生物反应器中，繁殖增加至一定数量，通过进出料口进入第二级生物反应器进行进一步生长繁殖，而后再进入第三级生物反应器，不再繁殖，只主要进行个体生长，而较少繁殖。

在第一级和第二级生物反应器中设置有发光波长仅适合有利于微藻繁殖的发光装置，且营养布料装置向反应容器中通入磷酸铵、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾等氮氧化物作为氮磷源，同时添加铁、锌等其他微藻生长所必须的营养盐，气体分布器向反应容器中通入氮氧化物和CO2，第二级生物反应器中发光强度和营养物质供应速率较第一级生物反应器大，以适应繁殖增多的微藻的生长需求；在第三级生物反应器中设置有发光波长仅适合有利于微藻个体生长的发光装置，PH和温度等同时调节至适合微藻个体生长的条件，气体分布器向反应容器中通入CO2。

不同级的生物反应器可根据需求选择不同的尺寸，例如第一级生物反应器的尺寸较后两级较小。

第一级生物反应器中的微藻排出至第二级生物反应器后，可向第一级生物反应器通入新的藻种，同时进行新一轮养殖。为了提高藻种的纯度，可从第二级生物反应器排出的微藻中过滤出部分作为第一级生物反应器的藻种。

培养方法

本发明提供了一种培养微藻的方法，该方法包括步骤：

1.提供本发明的人工光源微藻养殖装备；

2.将藻种投放于该人工光源微藻养殖装备中，向反应器中提供微藻生存所需的养料(包括氮源、磷源、无机盐(例如锰、铁、锌、镁等)并提供二氧化碳或空气，开启发光装置产生微藻生长所需的光。

适用于本发明的微生物没有特别限制，只要其可利用光源进行生长。代表性的微生物包括(但并不限于)：绿藻门、蓝藻门、金藻门和红藻门微藻。一种优选的微生物是小球藻(Chlorellales)淡水种。本发明的养殖设备和养殖工艺尤其适用于小球藻、栅藻、雨生红球藻等淡水真核藻的养殖。

营养成分

本发明的养殖设备的反应容器中所养殖微藻的接种浓度为0.1g/L-2g/L(微藻干重/培养液体积)，更佳地0.2g/L-0.6g/L。营养布料装置以及供气装置所提供的营养成分的供应量应根据接种和饲养浓度来确定，当接种和饲养浓度提高时应适当提高营养盐浓度，并在养殖过程中保持和补充营养盐的消耗。

本发明的养殖设备可通入二氧化碳作为碳源。较佳地，二氧化碳与空气混合通入，其中二氧化碳占混合气体总体积的0.1-10％，较佳地为0.5-5％；二氧化碳通入压力为0.1-1MPa；二氧化碳释出孔径为0.1-50nm更佳地1-20nm。

本发明的养殖设备内的培养液的pH范围为5-10,更佳地为6-8。为了更好地控制培养液中二氧化碳的通入两，在一优选实施例中，当培养液中的pH≥5.5时，可持续通入含二氧化碳的混合气体；而当PH<5.5时，可暂停通气。

培养液中的氮源可选择以下含氮化合物的一种或几种，且各种每升培养液中含氮化合物的通入量大致如下：

CO(NH₂)₂，500-1500mg/L；

NaNO₃，1000-3000mg/L；

NH₄HCO₃，1000-3000mg/L；

NH₄NO₃，500-1500mg/L。

培养液中的磷源可选择以下含磷化合物的一种或几种，且各种每升培养液中含磷化合物的通入量大致如下：

K₂HPO₄，20-80mg/L；

KH₂PO₄，20-80mg/L。

发明人经过长期而深入的研究，发现在培养液中加入适量的锰离子时，养殖效率大大提升。例如，可在培养液中添加浓度为5-50mg/L(添加剂重量/培养液体积)的MnCl2·4H2O。较佳地，通常藻种使用的培养基BG11培养基配比成的养殖***中MnCl2·4H2O浓度为1.86mg/L。

除了上述碳源、氮源、磷源、锰离子以外，培养液中常常加入以下其他营养盐，且其他营养盐的浓度范围如下：

MgSO₄·7H₂O，70-150mg/L；

CaCl₂·2H₂O，30-80mg/L；

柠檬，5-10mg/L；

柠檬酸铁，5-50mg/L；

H₃BO₃，1.5-5mg/L；

ZnSO₄·7H₂O，0.2-0.5mg/L；

Na₂MoO₄·2H₂O，0.2-0.8mg/L；

CuSO₄·5H₂O，0.05-0.3mg/L；

Co(NO₃)₂·6H₂O0.03-0.2mg/L。

制备方法

本发明提供了一种制备微藻生物质的方法，该方法采用通过前述方法制备的微藻藻液作为原料，进行加工，从而制得微藻成品，一种典型的加工过程包括步骤：

利用过滤、压滤或者气泡悬浮的方法收集微藻，低温烘干然后粉碎后即可得到微藻成品。

实施例1

在小型人工光源实验箱内进行微藻繁殖，所选藻种为蛋白核小球藻，接种浓度为0.3g/L(干重)。人工光源为三色LED光源，波长分别为650±5nm，440±5nm，720±10nm，三色光源配比为10:3:2，光线最暗处光强约为3000lx，亮暗交替时间为10小时(亮)：2小时(暗)，暗光功率约为亮光功率的40％。通入二氧化碳，压力为0.4Mpa，释出的陶瓷膜压力管的孔径为10nm，二氧化碳与空气混合占比为2％-3％，持续通气至PH＝6.5左右停止，降低二氧化碳与空气混合占比，直至PH区间保持为6.5-6.8之间。养殖温度保持为27度±1度。

本实施例中培养液的营养选择为：

CO(NH₂)₂，800mg/L；

NaNO₃，1200mg/L；

KH₂PO₄，50mg/L；

MgSO₄·7H₂O，100mg/L；

CaCl₂·2H₂O，40mg/L；

柠檬酸，6mg/L；

柠檬酸铁铵，25mg/L；

H₃BO₃，3mg/L；

MnCl₂·4H₂O，12mg/L；

ZnSO₄·7H₂O，0.3mg/L；

Na₂MoO₄·2H₂O，0.4mg/L；

CuSO₄·5H₂O，0.1mg/L；

Co(NO₃)₂·6H₂O，0.06mg/L。

每日监测三次以上离子浓度，并适当补料保持营养。

养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为1.07g/L。

对比例1：

采用同样方法，但MnCl₂·4H₂O浓度变为1.8mg/L，养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为0.71g/L。

对比例2：

采用同样方法，但培养基中不添加MnCl2·4H2O，养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为0.42g/L，且颜色发黄，出现漂浮死藻。

对比例3：

采用同样方法，但MnCl2·4H2O浓度变为100mg/L，养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为0.52g/L，出现漂浮死藻。

对比例4：

采用同样方法，但人工光源为两色LED光源，波长分别为650±5nm，440±5nm，两色光源配比为10:3，养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为0.82g/L。

对比例5：

采用同样方法，但不通入二氧化碳，只通入空气，养殖7天后，收集、过滤、烘干后称重，得最终生物质浓度为0.79g/L。

对比例6：

采用同样方法，但不通任何气体，藻体发生沉降，无法进行养殖。

结论

将上面的实施例和对比例的实验结果可以看出：

1.实施例1中MnCl₂·4H₂O的浓度为12mg/L，养殖7天后得到的最终生物质浓度为1.07g/L，而对比例1-3中或者减少或者增加MnCl₂·4H₂O的浓度，发现养殖7天后得到的最终生物质浓度都较实施例1有所减少，且一些对比例中出现了漂浮死藻，由此可以看出，在培养液中加入适量的锰离子的确有利于养殖设备中所养殖藻类的生长；

2.实施例1中采用配比为10:3:2的三色LED光源，而对比例4中采用了不发射红外光的两色LED光源，在其他培养条件相同的条件下，实施例1的养殖成果明显优于对比例4，由此可以看出，一定比例的红外光源有利于养殖设备中所养殖藻类的生长；

3.实施例1中通入一定混合占比的二氧化碳与空气的混合气体，而对比例5中不通入二氧化碳，对比例6中不通入任何气体，从养殖成果可以看出，通入适量混合比例的二氧化碳和空气，对藻类的生长和繁殖十分必要。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述人工光源微藻养殖装备包括：

反应容器，所述反应容器上设有盖板且所述反应容器容纳供微藻生长的培养液；

进出料装置，所述进出料装置与所述反应容器密封连接；

发光装置，所述发光装置设在反应容器内部且当所述反应器工作时，所述发光装置至少部分或全部浸没于所述的培养液，从而在反应容器内提供微藻生长所需的光，其中所述发光装置所发出的光的光强在反应容器的深度方向(Z轴方向)是均匀的或大致均匀的；

营养布料装置，所述营养布料装置可向所述培养液中提供锰离子；和

供气装置，所述供气装置用于向所述反应容器内提供微藻生长所需的气体。

2.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述培养液中的锰离子源来自MnCl₂·4H₂O，且每升所述培养液中添加的MnCl₂·4H₂O的质量为5-50mg。

3.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述发光装置工作时发射至少三个不同波长的光，其中包括波长为600-680nm的光、波长为420-500nm的光，以及波长为700-780nm的光；和/或

所述发光单元发出的复合光的色温为1000-20000K，较佳地1500-6000K。

4.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述发光装置包括导光板和发光单元，所述发光单元嵌于所述导光板，所述发光单元产生的光透过导光板传导使导光板整体发光，所述发光装置还包括支架，所述支架用于固定支撑所述导光板，所述支架与所述反应容器和/或所述盖板可拆卸地连接；和/或

所述发光装置中，发光单元为LED，且LED的数量为1-10000/导光板；较佳地为10-1000/导光板。

5.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述供气装置可向所述培养液中通入二氧化碳和空气的混合物，其中二氧化碳占混合气体总体积的0.1-10％，较佳地占0.5-5％；和/或

二氧化碳通入压力为0.1-1MPa；和/或

二氧化碳释出孔径为0.1-50nm。

6.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述养殖设备中还设有用于检测和控制所述培养液中二氧化碳通入量的监测及自动化控制***，其中

当所述监测及自动化控制***检测到所述培养液中的pH≥5.5时，含二氧化碳的混合气体被持续通入所述培养液中；而当所述培养液中的PH<5.5时，所述培养液中暂停通入二氧化碳。

7.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述反应容器的周围设有温控装置，所述温控装置用于维持反应容器内的液体环境温度处于适合微藻生长的范围内；和/或

所述供气装置包括气体细化分布器，在向反应容器中通入气体的过程中，带有一定压力的气体通过该细化器的小孔均匀细散地逸出，从而促使气体与营养物质分散于液态培养体系中。

8.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述人工光源微藻养殖装备中还设有用于监测所述培养液中锰离子或其他离子浓度的水质监测仪，所述水质监测仪的取水口位于液面以下，其中

当所述水质监测仪监测到所述培养液中的锰离子或其他离子的浓度低于预设数值时，所述水质监测仪能够发出提醒，使得所述营养布料装置进行锰盐或其他营养盐的添加。

9.如权利要求1所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所述人工光源微藻养殖装备适用于小球藻、栅藻、雨生红球藻等淡水真核藻的养殖。

10.如权利要求9所述的人工光源微藻养殖装备，其特征在于，所养殖的藻类的接种浓度为0.1g/L-2g/L(藻类干重/培养液体积)，更佳地0.2g/L-0.6g/L。