CN105779268B - 一种培养光合生物的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种培养光合生物的装置及方法，其中的装置包括顶部可见光的用于容纳培养液的培养区，在所述培养区内安装有扰流机构，所述扰流机构具有可沿所述培养区底面持续运动的斜面；所述扰流机构用于依靠所述斜面在其持续运动过程中对所述培养区底部的培养液产生的斜向上的持续推力，推动所述培养区底部的培养液向液面持续运动。采用本发明的装置及方法培养光合生物，不仅能提高光合生物的生长效率，而且能节约能耗。

Description

一种培养光合生物的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种培养光合生物的装置及方法，尤其涉及一种培养微藻的装置和方法。
背景技术
光合生物是一类能够利用光进行光合作用的生物，例如光合细菌和微藻。微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO2，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品有望同时达到替代化石能源、减少CO2排放等目的。
光合生物一般在光生物反应器(或装置)中进行培养。光生物反应器目前主要有开放式和封闭式两种。无论是开放式光生物反应器，还是封闭式光生物反应器，都需要将反应器置于光源下进行培养，光源可以是太阳光，也可以是人工光源，为了降低培养成本，一般利用太阳光在室外培养。现有技术中，无论是那种形式的光生物反应器，均需要将培养液流动起来(传动)，一方面是为了避免光合生物“结团”，影响其正常生长；另一方面是为了更好的传光和传质。
尽管已有众多关于化工过程传质的文献，但光合生物培养过程的传质与化工过程的传质不同，并且光合生物的培养过程中还存在化工过程所没有的问题，比如机械力损伤、传光等。
一方面，光只能在水中传播有限的距离；另一方面，细胞之间的相互遮挡，也会影响光合生物的正常受光，因此在培养光合生物时，为了保证其生长效率，都会对培养液的液厚进行限制。对于培养微藻而言，为了接受较充足的光照，培养液的液厚一般不超过60cm，最常见的液厚为10cm～30cm。
为了改善光合生物的受光，出现了采用薄层培养液培养的方法，如美国专利US5981271公开了一种使培养液形成薄层流动的培养工艺与装置，能够大幅提高培养液的浓度和生产效率。一方面，该方法不容易解决易“逃逸”营养物质的损耗问题，比如CO2；另一方面建立薄层流动也会导致较高的能耗。
中国专利申请CN102421887A公开了一种培养光合生物的方法，包括：提供培养室，向所述培养室引入培养基和光合生物，并暴露于光之下，然后利用气流控制部件控制气体通过培养基，所述气流带动所述培养基的蒸发。在实际培养中，为了避免光合生物沉降，必须通入大量的气体，而这必然导致能耗的增加和培养液的剧烈蒸发，这对降低能耗与水耗显然是不利的。
中国专利申请CN102260629A公开了一种板式光生物反应器，包括至少一个流道，其中，每一流道包括：至少2块上挡板，设置于光照面的内壁上；至少2块下挡板，设置于无光面的内壁上；其中，上挡板和下挡板的长度方向与培养液流动方向的夹角为20°～70°，且夹角方向相反。该板式反应器具有特定的内部结构，能够实现藻细胞在光生物反应器的光区和暗区之间穿梭，从而提高微藻的培养效率。但是，该方案操作时需要将全部培养液循环流动起来以通过光生物反应器内的挡板，显著增加了运行能耗。
前述的现有技术，或者能耗、物耗大，或者过于复杂，因此都不适合大规模、高效率的培养光合生物，特别是不适合以获得生物能源为目的的培养过程。
规模化培养微藻时，实际采用的是池塘或跑道池。跑道池就是采用浆轮驱动培养液沿着跑道状的浅池流动，培养液在流动的过程中接受光照。由于微藻的不断增殖，藻细胞之间相互遮挡的情况也不断加剧，因此跑道池很难进行高密度培养，其最终培养液的光密度值一般小于2。池塘同样存在上述的问题，并且还存在着传动、传质、采收等其他方面的问题。
综上可见，为了实现大规模、高效率的培养光合生物，亟需研发新的培养技术，以更好地解决培养光合生物过程中的传光、传质和传动问题。
利用微藻来固定工业废气中的NOx，一方面可以将NOx最终转化成有用的微藻生物质；另一方面又可以降低培养微藻的成本，兼具经济和环境双方面的重要意义。化工工业所产生的NOx数量巨大，因此如果要用微藻固定工业废气中的NOx，就需要使微藻固定NOx的速率与工业排放NOx的速率相匹配，并尽量减少微藻培养装置的占地面积，以目前跑道池的生产效率，还无法满足这种实际的需要。通常，光能自养的效率小于30g.m-2.d-1，室外大规模培养的效率一般低于10g.m-2.d-1，以这样的效率进行工业废气脱硝会占用大量的土地，已知在微藻培养过程中加入有机碳源，可以大大提高微藻的生长速率，然而添加有机碳源极易招致藻液被细菌污染，严重影响微藻的正常生长，甚至导致培养失败。而采用无菌化操作，又必然会导致成本大幅度增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种结构简单、建造成本低，培养效率更高且能耗更小的光合生物培养装置。本发明的另一个目的是提供一种利用该装置培养光合生物的方法。本发明的又一个目的是提供一种利用该装置固定工业废气NOx的方法。
由背景技术可知，尽管现有技术比如跑道池已经为光合生物的生长提供了流动，但这些技术在规模化培养时的生产效率仍比较低、能耗较高。发明人经过深入研究发现，通过强制培养液以特定的方式流动，就能够进一步提高光合生物的培养效率；进一步的研究还发现，只需在培养微藻的藻液中加入少量的EM菌，就能够抑制有害细菌的繁殖，大幅度提高微藻的生长速率，更重要的是，在加入EM菌后，即使不对培养环境进行灭菌处理，也能够顺利地进行光能兼养，从而大大降低了培养的成本。
本发明人基于上述发现完成了本发明，其主要内容如下：
1.一种培养光合生物的装置，包括顶部可见光的用于容纳培养液的培养区，其特征在于，在所述培养区内安装有扰流机构，所述扰流机构具有可沿所述培养区底面持续运动的斜面；所述扰流机构用于依靠所述斜面在其持续运动过程中对所述培养区底部的培养液产生的斜向上的持续推力，推动所述培养区底部的培养液向液面持续运动；所述斜面的运动区域覆盖所述培养区底面的全部或大部分区域。
2.按照1所述的装置，其特征在于，所述培养区为圆柱状，所述斜面为长方形斜平面并可绕所述圆柱中心轴持续转动；所述长方形斜平面的长边平行于所述圆柱底面并沿所述圆柱的径向设置
3.按照2所述的装置，其特征在于，所述斜面的数目为n个，并以圆柱中心轴为对称轴按n次轴对称设置，n＝3～20，优选n＝6～12；所述斜面相对于水平面的倾斜角度为20°～80°，优选30°～60°。
4.按照2所述的装置，其特征在于，所述扰流机构由圆板和固定于该圆板上的长方形斜板构成，所述圆板的半径与所述圆柱的半径相同或略小于所述圆柱的半径。
5.按照权利要求1～4任一所述的装置，其特征在于，所述扰流结构由机械传动机构或磁力驱动。
6.按照1～5任一所述的装置，其特征在于，在所述培养区内设置自动检测培养液pH值并据此调节曝气量的曝气装置。
7.一种培养光合生物的方法，其特征在于，在权利要求1～6任一所述的装置中进行。
8.按照7所述的方法，其特征在于，所述光合生物为微藻，优选绿藻或蓝藻，更优选小球藻、栅藻、单针藻或螺旋藻；培养温度为15～40℃，优选为25～35℃；培养液pH值为6～11，优选为7～9；光强为1000勒克斯～200000勒克斯，优选为5000勒克斯～150000勒克斯。
9.按照8所述的方法，其特征在于，培养液层高度为0.1m～2m，所述斜面高度与培养液层高度的比值为0.01～0.5；调节所述斜面的运动速度使微藻的运动速度为5cm/s～500cm/s，更优选为40cm/s～400cm/s。
10.按照8或9所述的方法，其特征在于，以NO3 -和/或NO2 -作为氮源。
11.一种利用微藻固定工业废气NOx的方法，包括：
(1)对工业废气脱硝的步骤，以获得硝盐和/或亚硝盐；
(2)采用权利要求10的方法培养微藻的步骤；本步骤中，以步骤(1)所获得的硝盐和/或亚硝盐作为氮源，并在培养液中加入EM菌和有机碳源，EM菌的加入量为1×106个/L培养液～9×108个/L培养液，优选为1×107个/L培养液～5×108个/L，将培养液中有机碳源的浓度控制在1g/L培养液～30g/L培养液，优选控制在2g/L培养液～10g/L培养液。
本发明取得了如下的技术效果。
第一，尽管现有技术中已经为培养光合生物提供了各种形式的流动，但这些流动中，相当多的部分对“提高光合生物生长效率”而言是不必要的。本发明通过强制培养液以特定的方式流动，不仅能大幅度提高光合生物的生长效率，而且能节约能耗。
第二，本发明的装置结构简单、建造成本低。
第三，不论是光能自养，还是兼养，在藻液中加入EM菌，均能够有效地抑制有害细菌的繁殖，大幅度提高微藻的生长速率。这一特点使本发明更适合大规模培养微藻，特别是在兼养时，由于不需要进行消毒灭菌，因此使本发明具有更大的优势。根据本发明，微藻以极高的效率消耗无机氮源，使本发明十分适合于固定工业废气中的NOx。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1本发明装置的侧剖图及其扰流机构的俯视图。
图2对比例装置的侧剖图及其传动机构的俯视图。
图3实施例1、2、3和对比例1的光合生物生长曲线。
图4实施例4、5、6、7和对比例2的光合生物生长曲线。
图5实施例8和对比例3的光合生物生长曲线。
附图标记说明
1 培养区 2 驱动机构
3 圆板 4 斜板
5 侧壁 6 底壁
7 顶壁 8 培养液入口
9 培养液出口 D 光照方向
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中，如无相反说明，上、下或高度等术语均针对于重力方向而言。
本发明提供了一种培养光合生物的装置，包括顶部可见光的用于容纳培养液的培养区，其特征在于，在所述培养区内安装有扰流机构，所述扰流机构具有可沿所述培养区底面持续运动的斜面；所述扰流机构用于依靠所述斜面在其持续运动过程中对所述培养区底部的培养液产生的斜向上的持续推力，推动所述培养区底部的培养液向液面持续运动；所述斜面的运动区域覆盖所述培养区底面的全部或大部分区域。
根据本发明，所述的“顶部可见光”是指所述装置的结构或选择的材料能够使所述培养区的培养液接受来自其顶部的阳光的照射，比如所述培养区的顶部敞开或者用透光材料制造。根据本发明，所述装置的侧壁可以用透光或不透光的材料制造；优选用透光材料制造以使所述培养区的培养液能够在侧面接受光的照射。
根据本发明，所述的斜面既可以是倾斜的平面，也可以是倾斜的下凹曲面。
根据本发明，所述斜面的运动速度优选为20～500cm/s，更优选30～200cm/s。
根据本发明，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，使所述斜面的运动区域覆盖大于50％的所述培养区的底面区域，比如大于50％至60％、60％～70％、70％～80％、80％～90％、90％～95％或95％以上的所述培养区的底面区域。
根据本发明，所述培养区的占地面积一般为1m2～500m2，优选为1m2～100m2。
优选的情况下，所述培养区为圆柱状，所述斜面为长方形斜平面并可绕所述圆柱中心轴持续转动；所述长方形斜平面的长边平行于所述圆柱底面并沿所述圆柱的径向设置。更优选的情况下，所述斜面的数目为n个，并以圆柱中心轴为对称轴按n次轴对称设置，n＝3～20，优选n＝6～12。所述斜面相对于水平面的倾斜角度为20°～80°，优选30°～60°；所述斜面的高度为0.05m～0.5m，优选为0.1m～0.2m。
作为上述优选情况的一种具体实施方式，所述扰流机构由圆板和固定于该圆板上的长方形斜板构成，所述圆板的半径与所述圆柱的半径相同或略小于所述圆柱的半径。
根据本发明，可以采用任何现有已知的方式驱动所述的扰流结构，比如由机械传动机构或磁力驱动。
根据本发明，可在所述培养区内设置自动检测培养液pH值并据此调节曝气量的曝气装置。本发明人通过大量试验发现，对于光能自养或兼养的培养方式，当微藻代谢碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属磷酸盐、碱金属磷酸氢盐之一或其任意组合时，如果在微藻的培养过程中不向藻液中通入CO2或者不加入pH调节剂，则藻液的pH值会上升，特别当微藻代谢碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐或其组合时，藻液pH值呈现较快的上升趋势。一般培养微藻的pH值为6～11，最常见的或培养效率最高时的pH为中性左右，当培养液含有上述营养物质时，为了避免培养液的pH值超出微藻生长所允许的范围或更高效地培养微藻，本发明优选至少用含CO2的气体为微藻的培养过程提供部分碳源，通过控制含CO2的气体的通入量，可以方便地将藻液的pH值控制在合适的范围内。
另外，为了更好地观测培养条件及光合生物的生长状态，根据实际需要，还可以在培养装置中设置有溶氧探测器、温度探测器、光强度探测器、电导率探测器、光合生物浓度探测器等本领域技术人员所能想到的用于观测培养条件及光合生物的生长状态的各种仪器中的一种或多种，以便于实时观测和监控各个参数。
本发明还提供了一种培养光合生物的方法，其特征在于，在前述的任一装置中进行。
本发明中，光合生物包括微藻和光合细菌，对于微藻的种类没有特别的限制，比如可以选择绿藻或蓝藻。本发明优选培养产油微藻，更优选那些具有较大的产业利用价值的产油工程微藻，例如小球藻、栅藻、螺旋藻、金藻和三角褐指藻中的至少一种。
微藻生长需要必要的条件，比如适宜的温度，充足的光照，足够的水、CO2以及氮肥、磷肥等营养物质，调控藻液中的溶解氧、pH值在合适的范围内等。尽管对于不同的微藻，这些条件不尽相同，但这些都是本领域已知的。
一般而言，培养温度为15～40℃，优选为25～35℃；培养液pH值为6～11，优选为7～9；光强为1000勒克斯～200000勒克斯，优选为5000勒克斯～150000勒克斯。
对于培养液，可以根据所培养的光合生物，采用本领域常用的培养液，为微藻生长提供所需的氮、磷、钾等营养元素，例如BG11培养液。
根据微藻生物量的增长情况以及培养液中营养物质的消耗情况，需要及时补充不足的营养物质。根据本发明，任何补加营养物质的方式都是可用的，比如分段补加或连续补加，只要能将营养物质的量控制在合适的范围内即可。
根据本发明，培养液层高度为0.1m～2m，所述斜面高度与培养液层高度的比值为0.01～0.5。根据本发明，既可以在现有的培养液层高度下培养光合生物，也可以在高于现有的培养液层高度下培养光合生物，比如在高于跑道池的培养液层高度下培养光合生物。
根据本发明，调节所述斜面的运动速度使微藻的运动速度为5cm/s～500cm/s，更优选为40cm/s～400cm/s。
根据本发明，优选以NO3 -和/或NO2 -作为氮源。
本发明还提供了一种利用微藻固定工业废气NOx的方法，包括：
(1)对工业废气脱硝的步骤，以获得硝盐和/或亚硝盐；
(2)采用权利要求10的方法培养微藻的步骤；本步骤中，以步骤(1)所获得的硝盐和/或亚硝盐作为氮源，并在培养液中加入EM菌和有机碳源，EM菌的加入量为1×106个/L培养液～9×108个/L培养液，优选为1×107个/L培养液～5×108个/L，更优选为1×107个/L培养液～1×108个/L；将培养液中有机碳源的浓度控制在1g/L培养液～30g/L培养液，优选控制在2g/L培养液～10g/L培养液。
尽管使用有机碳源会增加部分培养成本，但其培养效率也大为提高，使后续加工过程得以简化，因此如果能够避免无菌培养，就能够避免消耗大量蒸汽对***进行严格灭菌处理，从而大幅降低培养成本。根据本发明，特别优选那些兼养的微藻，比如小球藻、栅藻、螺旋藻或单针藻。令人惊讶的是，以兼养方式培养这些微藻时，只要加入一定数量的EM菌，即使不进行消毒灭菌，培养也会顺利进行，微藻的生长速率大大加快，即使水源含有大量有害细菌和/或敞开培养，结果也是如此；而不加入EM菌时，兼养通常会失败。
根据本发明，可用的有机碳源包括但不限于糖、有机酸、有机酸盐、醇、纤维素水解物和淀粉水解物中的至少一种；比如可选自葡萄糖、果糖、乙酸、乙酸钠、乳酸、乙醇、甲醇、纤维素水解物和纤维素水解物中的至少一种，较佳的选择是葡萄糖。
所述的EM菌(Effective Microorganisms)属于现有技术，其主要由属于光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群、发酵系的丝状菌群的几十种微生物组成，是一种市售的活菌制剂。所述的EM菌既可根据已有知识自行配制，也可以通过商购获得，使用前需根据已有知识或商购制剂的说明进行发酵。
以下结合附图，以一种具体的实施方式为例，更详细地说明本发明。
如图1所示，本发明的培养装置内有顶部可见光的用于容纳培养液的培养区1，培养区1内设置有扰流机构(圆板3和斜板4)及其驱动机构2；所述扰流机构由驱动机构2驱动，能够在培养区1内转动，以引导培养区底部的培养液向培养区液面运动(即向光照方向D运动，强化培养液在光照方向上的运动程度)。本发明中，扰流机构的作用在于驱动培养区底部的培养液向培养区液面运动，其不同于现有的静止的扰流构件，这些扰流构件的作用都是通过阻碍流体流动以形成扰流。本发明的扰流机构通过驱动培养区底部的培养液向培养区液面运动，即可增加培养液在光照(阳光)方向的流量，减少水平流量(垂直于光照方向的流量)，对于大规模培养光合生物而言，这不仅能简化装置、提高效率，而且能大大节约能耗。
如前所述，通过本发明的扰流机构，能够在培养区内建立培养液在培养区底部与培养区液面之间的往复运动，使光合生物(比如微藻)间歇地暴露在光照下。在本实施方式中，光合生物的运动速度优选为5～500cm/s，更优选为40～400cm/s。在较强烈的光照下，光合生物的运动速度越高则培养效果越好、培养效率越高。
本发明的扰流机构可以有多种的结构形式，在此仅示例性地举出一种简单的形式。如图1所示，所述扰流机构包括圆板3和安装于该圆板上的多个长方形斜板4，驱动机构2用于驱动所述扰流机构在培养区1内转动，长方形斜板4的长边沿圆板3的径向设置，相邻斜板间的夹角相同或基本相同。如图1所示，将培养液置于一个水平放置的圆柱状水池中，而扰流机构(圆板3和长方形斜板4)放置于培养液的液面下，靠近圆池的底部，并通过一定的机械结构固定。在所述扰流机构转动时，圆池底部的培养液经斜板4的推动，大部分被引导沿光照方向D向液面运动，而圆池液面的培养液则沿着光照方向D向圆池底部运动，通过这种方式，就在培养区内建立培养液在培养区底部与培养区液面之间的往复运动，使得培养液中的光合生物间歇地暴露在光照下。
在本实施方式中，圆柱状水池的半径为0.2～5m；培养液的液厚优选为10cm～60cm，更优选为10cm～30cm；斜板4的高度与培养液液厚的比值优选为1/3～1/20，更优选为1/3～1/10；斜板4相对于圆板3(圆板3水平设置于圆池底面)的倾斜角度优选为20°～80°，更优选为30°～60°。所述斜板的转动速率在1rpm～200rpm之间，即可获得较好的效果。采用上述的方式和参数，即可大大提高培养效率。
本发明中，培养装置既可以是封闭的，也可以是开放的，本领域技术人员可根据具体的培养环境进行选择。如果采用封闭式培养，为接受阳光的照射，培养装置的顶壁应当用透明材料制造；为了避免光合生物贴壁，影响正常的受光，所述顶壁应当与培养液面间隔一定的距离。比如，图1中的培养装置可以是箱型长方体，圆柱状培养区置于该箱体中，所述箱体的顶壁7与培养区液面以一定距离间隔开。
本实施方式中，驱动机构2优选为电机。
除非另有定义，本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的含义。在有冲突的情况下，以本说明书的定义为准。
在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知的那些而无需进行任何改变。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此形成的技术方案或技术思想均视为本发明原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合明显不合理。
本发明所公开的所有特征可以任意组合，这些组合应被理解为本发明所公开的内容，除非本领域技术人员认为该组合明显不合理。本说明书所公开的数值点，不仅包括具体公开的数值点，还包括各数值范围的端点，这些数值点所任意组合的范围都应被视为本发明已公开的范围，不论本文中是否一一公开了这些数值对。
下面通过实施例进一步说明本发明。
藻液光密度值(OD680值)测定：光密度值用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值，作为微藻浓度的指标。
溶液氮含量的测定：采用ICS3000型离子色谱仪(美国Dionex公司)测定水溶液中的NO3 -含量或者NO2 -含量，仪器配有E640淋洗液自动发生器、电导检测器和变色龙色谱工作站；IonPac AS11-HC型分离柱(250mm×4mm i.d.)；IonPac AG11型保护柱(50mm×4mmi.d.)；ASRS-ULTRA阴离子自身抑制器。淋洗液：KOH溶液；流速为1mL/min；淋洗液浓度：30mmol/L；进样量为60μL；柱温为30℃；抑制电流100mA；外标法峰面积定量。
细菌计数：按以下步骤进行细菌计数
1.样品洗涤：吸取1ml样品，用1×PBS洗涤2-3次；2.初步分离：根据藻类和细菌离心力的不同，首先用1000rpm离心2min，初步分离藻类(细菌在上清液中，藻类呈沉淀)；如果藻类含量较高时，再次重复；3.收集上清，此时上清中的藻类数量可忽略不计，8000rpm离心5min，弃上清；4.用500ul细菌破膜剂重悬沉淀，室温反应15min；5.8000rpm离心5min，用1×PBS洗涤2次菌液；6.加入100ul 1×PBS重悬菌体，加入5ul PI染液母液，室温反应30min；7.荧光显微镜下观察细菌并计数，4个大方格内细菌数量最高为1000个，大于1000个时，稀释菌液一定倍数重新计数；8.计算公式：
所测溶液中细菌密度＝计数结果/4×稀释倍数×4×104个/ml
主要试剂耗材：
所用试剂耗材 生产厂家
PI Viability Staining Solution 四正柏Cat No.FXP002
破膜剂 锐尔康Cat No.REK3004
磷酸缓冲液(10×PBS，pH7.4，细胞培养级，无菌) 锐尔康Cat No.REK3013
细胞爬片 NEST
主要仪器：
所用仪器 生产厂家
计数板 上海精密仪器
荧光显微镜 Olympus BX-51
微藻的培养基：培养基成分见表1～表4。
表1 培养基BG11
组分 组成，mg/L
K2HPO4·3H2O 40
NaNO3 1500
Na2CO3 20
MgSO4·7H2O 75
CaCl2·2H2O 36
柠檬酸 6
柠檬酸铁铵 6
EDTA二钠 1
微量元素A5 1
表2 微量元素A5
组分 组成，mg/L
H3BO3 2860
MnCl2·4H2O 1810
ZnSO4·7H2O 222
CuSO4·5H2O 79
NaMoO4·5H2O 390
Co(NO3)2·6H2O 50
表3 异养培养基
表4 微量元素
组分 组成，g/L
H3BO3 2.86
MnCl2·4H2O 0.11
ZnSO4·7H2O 9.22
CuSO4·5H2O 1.00
(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.10
Co(NO3)2·6H2O 0.90
EM菌：实施例中所用的益生菌为康源绿洲生物科技有限公司生产的如金益生菌，使用前按其说明进行激活处理，PH＜4。
实施例1
本实施例用于说明本发明的培养光合生物的方法。
采用如图1所示的光合生物培养装置培养小球藻。采用BG11培养基，氮肥为0.3g/L尿素，控制温度为20～30℃之间，藻种起始浓度OD680为0.5，通入2％(v/v)的CO2通气培养。培养区(圆池)直径为1m，圆板直径为0.9m，斜板4数目为8个，斜板长度0.45m，斜板与水平面的夹角为45度，斜板高度为3cm，藻液液厚为20cm，启动光合生物培养装置中的电机使扰流机构(圆板和斜板)转动(斜板与水平面夹角所对方向与藻液运动方向相同)，调节其转动速度使微藻的运动速度为60cm/s(通过多普勒测速仪测定)。每天检测藻液的OD680值，连续培养14天后收获，微藻的生长曲线见图3。
实施例2
本实施例用于说明本发明的培养光合生物的方法。
按照实施例1的方法培养小球藻，不同之处仅在于：斜板与水平面的夹角为60度，斜板高度为5cm，藻液液厚为30cm，启动光合生物培养装置中的电机使扰流机构(圆板和斜板)转动，调节其转动速度使微藻的运动速度为80cm/s(通过多普勒测速仪测定)，藻液在扰流机构的驱动下发生上下运动。微藻的生长曲线见图3。
实施例3
本实施例用于说明本发明的培养光合生物的方法。
按照实施例1的方法培养小球藻，不同之处仅在于：斜板与水平面的夹角为30度，调节其转动速度使微藻的运动速度为40cm/s(通过多普勒测速仪测定)。微藻的生长曲线见图3。
对比例1
按照实施例1的方法培养小球藻，不同之处仅在于：不启动扰流机构，而是用桨轮驱动藻液流动，使微藻的运动速度为60cm/s(通过多普勒测速仪测定)。具体区别见图2，在圆池径向安装一个浆轮，用其驱动藻液流动，该桨轮的长度为90cm，不启动本发明的扰流机构，此时斜板起扰流件的作用(斜板与水平面夹角所对方向与藻液运动方向相反)。微藻的生长曲线见图3。
实施例4
采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)，培养过程加入2g/L的葡萄糖，控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO2培养，当藻液PH＞10时通入CO2，当藻液PH＜7.5时停止通入CO2。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，每天检测藻液的OD680值，微藻的生长曲线见图4。其中，EM添加量为3.6×106个/L藻液，养殖过程中监测藻液的细菌计数＜8×106个/mL藻液，连续培养14天后收获。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于：EM添加量为1.8×107个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数＜1×107个/mL藻液。微藻的生长曲线见图4。
实施例6
本实施例与实施例4的区别仅在于：EM添加量为3.6×107个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数＜2×107个/mL藻液。微藻的生长曲线见图4。
实施例7
本实施例与实施例4的区别仅在于：EM添加量为7.2×107个/L藻液。养殖过程中监测藻液的细菌计数＜5.8×107个/mL藻液。微藻的生长曲线见图4。
对比例2
本对比例与实施例4的区别仅在于：不添加EM菌。养殖过程中监测藻液的细菌计数最高达到了1.2×108个/mL藻液。微藻的生长曲线见图4。
从图4中可见，在兼养条件下，添加EM菌促进了微藻的生长。
实施例8
首先采用BG11培养基(按表1添加营养成分，培养液不进行灭菌处理)培养小球藻(来自中国石化微藻藻种库，编号Chlorella sp.RIPP-1)；当OD680值为4时，按表3规定量补加一次异养培养基营养成分。控制温度为20～30℃之间，通入压缩空气与CO2培养，当藻液PH＞10时通入CO2，当藻液PH＜7.5时停止通入CO2。培养过程中采用自然日光培养，白天光照强度最高可达60000勒克斯，添加2g/L的葡萄糖，并按2.9×107个/L藻液的量添加EM菌，每天检测藻液的OD680值；培养1天后再次加入10g/L的葡萄糖，并按3.6×107个/L藻液补加EM菌；培养至第5天时再次补加葡萄糖10g/L，养殖过程中监测藻液的细菌计数最高为9.7×106个/mL藻液，连续培养8天后收获，最后一次加入葡萄糖后停止通入CO2，结束养殖时藻液PH值为8.6，离心分离得到藻泥与养藻残液。分析养藻残液中的NO3 -与NO2 -的总含量＜10μg/g。微藻的生长曲线见图5。
对比例3
本对比例与实施例8的区别仅在于：不添加EM菌。监测培养过程中藻液细菌计数最高为13.6×108个/mL藻液。微藻的生长曲线见图4。
从图5中可见，添加EM菌大大促进了微藻的生长并迅速消耗了无机氮源。

Claims (9)

1.一种培养微藻的装置，包括顶部可见光的用于容纳培养液的培养区，其特征在于，在所述培养区内安装有扰流机构，所述扰流机构具有可沿所述培养区底面持续运动的斜面；所述扰流机构用于依靠所述斜面在其持续运动过程中对所述培养区底部的培养液产生的斜向上的持续推力，推动所述培养区底部的培养液向液面持续运动；所述斜面的运动区域覆盖80％～90％、90％～95％或95％以上的所述培养区的底面区域；
所述培养区为圆柱状，所述斜面为长方形斜平面并可绕所述圆柱中心轴持续转动；所述长方形斜平面的长边平行于所述圆柱底面并沿所述圆柱的径向设置；
所述扰流机构由圆板和固定于该圆板上的长方形斜板构成，所述圆板的半径与所述圆柱的半径相同或略小于所述圆柱的半径。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述斜面的数目为n个，并以圆柱中心轴为对称轴按n次轴对称设置，n＝3～20；所述斜面相对于水平面的倾斜角度为20°～80°。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扰流结构由机械传动机构或磁力驱动。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述培养区内设置自动检测培养液pH值并据此调节曝气量的曝气装置。
5.一种培养微藻的方法，其特征在于，在权利要求1～4任一所述的装置中进行。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微藻为绿藻或蓝藻；培养温度为15～40℃；培养液pH值为6～11；光强为1000勒克斯～200000勒克斯。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，培养液层高度为0.1m～2m，所述斜面高度与培养液层高度的比值为0.01～0.5；调节所述斜面的运动速度使微藻的运动速度为5cm/s～500cm/s。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，以NO3 -和/或NO2 -作为氮源。
9.一种利用微藻固定工业废气NOx的方法，包括：
(1)对工业废气脱硝的步骤，以获得硝盐和/或亚硝盐；
(2)采用权利要求8的方法培养微藻的步骤；本步骤中，以步骤(1)所获得的硝盐和/或亚硝盐作为氮源，并在培养液中加入EM菌和有机碳源，EM菌的加入量为1×106个/L培养液～9×108个/L培养液，将培养液中有机碳源的浓度控制在1g/L培养液～30g/L培养液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981271A (en) * 1996-11-06 1999-11-09 Mikrobiologicky Ustav Akademie Ved Ceske Republiky Process of outdoor thin-layer cultivation of microalgae and blue-green algae and bioreactor for performing the process
CN2558659Y (zh) * 2002-06-26 2003-07-02 江门市蓬江区海豚水族有限公司 自动化连续生产跑道式光生物反应器
CN101082024A (zh) * 2006-05-31 2007-12-05 上海泓宝绿色水产科技发展有限公司 参池菌的制备和修复海参养殖池环境的方法
CN201459112U (zh) * 2009-05-05 2010-05-12 华东理工大学 用于高粘体系多粘类芽孢杆菌发酵的搅拌装置
CN104073435A (zh) * 2014-07-02 2014-10-01 杭州鑫伟低碳技术研发有限公司 一种可移动式全天候微藻补光生物反应培养***及培养方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981271A (en) * 1996-11-06 1999-11-09 Mikrobiologicky Ustav Akademie Ved Ceske Republiky Process of outdoor thin-layer cultivation of microalgae and blue-green algae and bioreactor for performing the process
CN2558659Y (zh) * 2002-06-26 2003-07-02 江门市蓬江区海豚水族有限公司 自动化连续生产跑道式光生物反应器
CN101082024A (zh) * 2006-05-31 2007-12-05 上海泓宝绿色水产科技发展有限公司 参池菌的制备和修复海参养殖池环境的方法
CN201459112U (zh) * 2009-05-05 2010-05-12 华东理工大学 用于高粘体系多粘类芽孢杆菌发酵的搅拌装置
CN104073435A (zh) * 2014-07-02 2014-10-01 杭州鑫伟低碳技术研发有限公司 一种可移动式全天候微藻补光生物反应培养***及培养方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
" Photolithotrophic cultivation of Laminaria saccharina gametophyte cells in a stirred-tanked bioreactor";Hans Qi等;《Biotechnology and Bioengineering》;19950205;第45卷(第3期);第252页第2栏材料和方法部分、第253页1300毫升光生物反应器设计部分、第255页2栏最后2段，图2 *

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