CN107365691B - 一种可控制生物浓度的微藻培养装置及方法 - Google Patents

一种可控制生物浓度的微藻培养装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种可控制生物浓度的微藻培养装置及方法，涉及微藻培养。利用部分微藻，如螺旋藻，毯藻，束丝藻等静置时上浮聚集，通气时均匀分布的特点，反应器设计为生长区和静置区两部分，生长区的微藻通过降液管溢流被连续性的采收到静置区，同时等体积的含有未使用的营养物质的培养基通过液体输送装置(泵)，抽液管，排液管回流入生长区继续利用。在一定范围内，通过控制合理微藻的采收量达到控制生长区生物浓度和优化光分布的目的，实现了微藻的高效培养和连续性采收的有机结合，提高微藻的生产力。

Description

一种可控制生物浓度的微藻培养装置及方法
技术领域
本发明涉及微藻培养，尤其是涉及一种可控制生物浓度的微藻培养装置及方法。
背景技术
微藻作为一种可替代化学能源和减少二氧化碳的排放的可再生能源，被视为一种非常有前景的生物固碳方式。微藻的间歇式培养过程中，生物量不断积累，光透过率呈指数下降，距离入射光较远的微藻没有足够光照进行光合作用，导致生产力的下降。常见的解决方法有优化光源分布，降低生物浓度。例如，中国专利公开号CN106701532A发明LED微藻组合培养装置，使微藻培养器皿各方位都能匀质接收不同波长LED光的照射，创造高效、优质的培养条件，该方法造成额外的能源消耗提高生产成本。中国公开专利号CN106687605A提出半连续培养，通过定期用新鲜培养基替换藻液，降低生物量浓度，提高藻液透明度，该方法增加了培养基化药的用量。
微藻前采收工艺是一个将微藻培养和采收结合起来的为了同时实现微藻的高效培养和有效采收的微藻培养工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制生物量浓度的微藻培养装置。
本发明的另一目的在于提供一种控制生物量浓度的微藻培养方法。
所述控制生物浓度的微藻培养装置由生长区和静置区两部分组成，所述生长区中设有降液管，所述降液管通入静置区，生长区顶部由顶盖和内密封圈组成，生长区设有排液管、连接气体分布器的进气管、排气管；所述生长区与静置区由外密封圈连接，所述静置区中设有一个短套管和一个长套管，静置区的底部设有底座，短套管连接降液管，长套管中连接抽液管，抽液管连接泵，泵接入排液管。
所述生长区和静置区材料可采用透明亚克力。
所述控制生物量浓度的微藻培养方法的具体步骤如下：
1)微藻被接种到控制生物浓度的微藻培养装置的生长区培养；
2)开通降液管，使部分藻液流入静置区，且静置分层后连接好蠕动泵，降液管上端与液面平齐，将静置区的下层未使用的培养基通过抽液管和排液管抽入生长区，生长区藻液由降液管溢流静置区；
3)微藻大量积累在静置区，每天将静置区下层的培养基抽到容器中，将静置区上层的微藻取出，向容器中补充清水(由于螺旋藻分离减少的体积量)至原体积后加入静置区，打开蠕动泵继续培养和采收。
在步骤1)中，所述微藻为静置培养时上浮聚集，通气时均匀分布的微藻，所述微藻包括钝顶螺旋藻、极大螺旋藻、鱼腥藻、毯藻、束丝藻等中的至少一种；入射光强可为50～400μmolm-2s-1，光源可采用太阳光或其他发光源；所述培养的温度可为15～35℃；所述接种的体积浓度可为0.1～0.5gL-1；所述通气时的通气量可为0.01～0.5vvm；CO2/空气体积分数可为0.03％～30％。
在步骤3)中，所述采收可采用连续性前采收；所述前采收时的生物浓度可为0.5～3.5g L-1；所述微藻的采收体积速率与泵的流量相同。
本发明利用部分微藻，如螺旋藻，毯藻，束丝藻等中的至少一种在静止状态下上浮聚集，在通气状态下均匀分布的特点，将微藻的培养与连续性采收有机的结合起来，从而实现光生物反应器中光分布的优化和生物浓度的控制，所述控制生物量浓度的微藻培养方法实现了微藻的提前采收，光分布的优化以及生物浓度的控制，提高了微藻生产力。
在微藻的间歇式培养过程中，生物浓度的不断提高，光透过率呈指数下降，导致距离入射光远的微藻没有足够的光照进行光合作用，降低微藻的生产力。
附图说明
图1为本发明所述控制生物浓度的微藻培养装置的结构组成示意图。
图2为微藻在采收速率为0.1,0.15,0.25,0.30mL min-1条件下的生长曲线。
图3为微藻生物浓度被控制在0.16,0.18,0.20g L-1条件下的生长曲线。
具体实施方式
参见图1，所述控制生物浓度的微藻培养装置由生长区3和静置区5两部分组成，材料为透明亚克力，生长区3中设有降液管7通入静置区5，顶部由顶盖1和内密封圈2组成，设有排液管11、连有气体分布器13的进气管12、排气管14。生长区3与静置区5由外密封圈4连接，静置区5中设有一个短套管8和一个长套管9，底部设有底座6，短套管8连接降液管7，长套管9中连接抽液管10，抽液管10连接泵15并接入排液管11。在图1中，标记A为光源。
所述控制生物浓度的微藻培养方法的具体步骤如下：
(1)微藻被接种到装置的生长区，培养一段时间；
(2)当生物浓度达到一定程度后，开通降液管使部分藻液流入静置区且静置分层后链接好泵(此时降液管上端与液面平齐)，将下层未使用的培养基通过抽液管和排液管抽入生长区，生长区藻液由降液管溢流静置区；
(3)微藻大量积累在静置区，每天将静置区下层的培养基抽尽，将上层的的微藻取出，向抽出的培养基中补充少量清水(由于螺旋藻分离减少的体积量)至原体积后加入静置区，打开泵继续培养和采收，控制采收量来控制生长区生物浓度。
以下给出具体实施例。
实施例1
螺旋藻接种量为0.0952g L-1，浓度达到2.245g L-1时开始采收，泵流速为0.10mLmin-1,在经过12天的培养后，螺旋藻总产量达4.164g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高19.8％。
实施例2
螺旋藻接种量为0.0952g L-1，浓度达到2.245g L-1时开始采收，泵流速为0.15mLmin-1,在经过12天的培养后，螺旋藻总产量达4.397g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高26.5％。
实施例3
螺旋藻接种量为0.0952g L-1，浓度达到2.245g L-1时开始采收，泵流速为0.25mLmin-1,在经过12天的培养后，螺旋藻总产量达4.604g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高32.4％。
实施例4
螺旋藻接种量为0.0952g L-1，浓度达到2.245g L-1时开始采收，泵流速为0.30mLmin-1,在经过12天的培养后，螺旋藻总产量达4.297g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高23.6％。
实施例5
螺旋藻接种量为0.2541g L-1，浓度达到1.6g L-1时开始采收且控制泵流速使浓度保持不变,在经过11天的培养后，螺旋藻总产量达4.555g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高34.6％。
实施例6
螺旋藻接种量为0.2541g L-1，浓度达到1.8g L-1时开始采收且控制泵流速使浓度保持不变，在经过11天的培养后，螺旋藻总产量达4.893g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高44.6％。
实施例7
螺旋藻接种量为0.2541g L-1，浓度达到1.6g L-1时开始采收且控制泵流速使浓度保持不变,在经过11天的培养后，螺旋藻总产量达4.435g L-1，相比无前采收的间歇式培养生产力提高31.1％。
图2给出微藻在采收速率为0.1,0.15,0.25,0.30mL min-1条件下的生长曲线；图3给出微藻生物浓度被控制在0.16,0.18,0.20g L-1条件下的生长曲线。
本发明利用所设计的溢流单元通过连续型的前采收微藻，控制了装置内微藻的生物浓度，优化了光分布。本发明利用部分微藻，如螺旋藻，毯藻，束丝藻等静置时上浮聚集，通气时均匀分布的特点，反应器设计为生长区和静置区两部分，生长区的微藻通过降液管溢流被连续性的采收到静置区，同时等体积的含有未使用的营养物质的培养基通过液体输送装置(泵)，抽液管，排液管回流入生长区继续利用。在一定范围内，通过控制合理微藻的采收量达到控制生长区生物浓度和优化光分布的目的，实现了微藻的高效培养和连续性采收的有机结合，提高微藻的生产力。

Claims (9)

1.一种可控制生物浓度的微藻培养装置，其特征在于由生长区和静置区两部分组成，所述生长区中设有降液管，所述降液管通入静置区，生长区顶部由顶盖和内密封圈组成，生长区设有排液管、连接气体分布器的进气管、排气管；所述生长区与静置区由外密封圈连接，所述静置区中设有一个短套管和一个长套管，静置区的底部设有底座，短套管连接降液管，长套管中连接抽液管，抽液管连接泵，泵接入排液管。
2.如权利要求1所述一种可控制生物浓度的微藻培养装置，其特征在于所述生长区和静置区材料采用透明亚克力。
3.控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于采用如权利要求1～2任一项所述一种可控制生物浓度的微藻培养装置，所述方法的具体步骤如下：
1）微藻被接种到控制生物浓度的微藻培养装置的生长区培养；所述微藻为静置培养时上浮聚集，通气时均匀分布的微藻；
2）开通降液管，使部分藻液流入静置区，且静置分层后连接好蠕动泵，降液管上端与液面平齐，将静置区的下层未使用的培养基通过抽液管和排液管抽入生长区，生长区藻液由降液管溢流静置区；
3）微藻大量积累在静置区，每天将静置区下层的培养基抽到容器中，将静置区上层的微藻取出，向容器中补充清水至原体积后加入静置区，打开蠕动泵继续培养和采收。
4.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于在步骤1）中，所述微藻包括钝顶螺旋藻、极大螺旋藻、鱼腥藻、毯藻、束丝藻中的至少一种。
5.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于入射光强为50～400μmolm-2s-1，光源采用太阳光或其他发光源。
6.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于在步骤1）中，所述培养的温度为15～35℃；所述接种的体积浓度为0.1～0.5 gL-1。
7.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于在步骤1）中，所述通气时的通气量为0.01～0.5 vvm；CO2/空气体积分数为0.03%～30%。
8.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于在步骤3）中，所述采收采用连续性前采收；所述前采收时的生物浓度为0.5～3.5 g L-1。
9.如权利要求3所述控制生物量浓度的微藻培养方法，其特征在于在步骤3）中，所述微藻的采收体积速率与泵的流量相同。
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