CN114989949A - 一种倒v形结构的微藻多表面贴壁培养反应器及培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微藻培养技术领域，具体公开了一种倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器及培养方法。倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器包括：集液池、培养液储罐及培养液雾化器；所述集液池上设置至少一个倒V形结构，所述倒V形结构包括第一板件和第二板件，第一板件和第二板件呈预定角度于顶边搭接在一起；所述培养液储罐与所述集液池底部连接，用于收集滤液及储存培养液；所述培养液雾化器与所述培养液储罐连接，用于向第一板件和第二板件外表面喷洒培养液。通过反应器实现微藻的高效贴壁培养，减少或避免微藻生物膜的脱附以及在单位占地面积上营造更大的具良好光照的培养表面积，从而提高微藻的生物质产率。
Description
技术领域
本发明涉及微藻培养技术领域，尤其涉及一种倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器及培养方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
微藻作为一种光合固碳生物，能够利用可见光和无机碳进行光合作用生成包括蛋白质、脂肪酸、碳水化合物及其他次生代谢物在内的多种化合物，广泛应用于CO2固定、生物能源、食品饲料、医药健康品的生产以及废水处理。在全球范围内，以微藻大规模培养为基础的微藻生物技术产业正在形成。
但微藻产业应用的核心在于微藻的大规模高效培养。目前的微藻培养主要包括开放式跑道池(openpond)与光生物反应器(photobioreactor，PBR)两种形式培养。开放式跑道池培养的优点在于培养装备建造和运行的成本较低，但由于开放池的光照面积/体积比较小，液体上下混合较差，因此只有上部表层水体的藻细胞能够接受较充足的光照而生长，因此微藻光能利用率低，生长速度慢、产率低(一般只有7～20g/m2/d)，培养液浓度低、大规模生产占地面积大、水耗多，采收能耗高。采用透光材料的光生物反应器，如各式平板式反应器、气泡柱式反应器、螺旋管式反应器、水平管道式反应器等培养，由于光径限制只能做成低矮细薄结构，虽然培养效率较开放式跑道池有所提高，但反应器结构较复杂、单体规模小，大规模下反应器数量多，装备成本高，大规模或超大规模应用投资大，生产成本高，且同样难于明显降低水耗。
近年来人们发展了一种新的微藻培养方法，即生物膜贴壁培养(Liu，2013，等)，其基本原理是将微藻细胞接种在固体表面上形成一层微藻生物膜，在提供适当的培养基使藻膜保持润湿和足够N、P等营养物质，以及光照和碳源(NaHCO3，或CO2)下，微藻细胞增殖生长，生物膜逐渐变厚。显然，这种生物膜贴壁培养方法与上述传统的开放式跑道池或密闭式光生物反应器的大水体悬浮培养相比，水体量大幅度减少，实现了一种半干状态的附着培养，这为利用光强稀释构建多表面的微藻反应器结构、实现光能的高效利用和高的培养产率提供了基础。
在此基础上，人们发展了多种贴壁培养反应器结构，例如贴壁培养单元垂直安装在支架上，形成垂直双表面插板结构，插板的两个表面均粘附一层微藻细胞，太阳光通过两块插板间的间隙照入并因光的散射而使垂直表面的藻细胞获得高照而生长。通过调节两块插板的高度和间距来调节反应器培养表面积和占地面积的比例，从而调节培养表面的光强，通过这种方式提高微藻对太阳光能的利用率和微藻的占地面积产率。但这种方法在实现应用中存在的问题是光能利用率不够高，以及附着于培养表面的藻细胞很容易脱附。在安装、采收和清洗等操作维护上也非常不方便，工程应用放大困难。
还有将上述插板改为布帘，每块布帘垂直悬挂在一个转轴上，通过形成类似于立式传送带的双面挂帘结构，挂帘表面粘附一层微藻细胞，挂帘随转轴电机转动使微藻培养表面周期性地通过顶部高光照区，产生所谓的明暗循环。与上述方法相同，也产生相似的低光能利用和藻膜脱附问题。
还有基于多层水平传送带的微藻贴壁培养装置，虽然处于传送带上半部的微藻层直接接受光照，不易发生藻层脱附，但当转至传送带下半部时微藻层完全依靠藻层与传送带表面的粘附力来附着，重力脱附趋势更严重，且下半部完全背光，导致整个传送带表面的微藻只有一半时间处于光照，另一半时间处于黑暗，微藻的生物质产率不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器及培养方法，解决微藻贴壁培养反应器存在的藻膜易因重力和水流冲刷发生脱附、光能利用率不高、培养效率不高，以及装备放大困难的问题，通过反应器实现微藻的高效贴壁培养，减少或避免微藻生物膜的脱附以及在单位占地面积上营造更大的具良好光照的培养表面积，从而提高微藻的生物质产率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，包括：集液池、培养液储罐及培养液雾化器；所述集液池上设置至少一个倒V形结构，所述倒V形结构包括第一板件和第二板件，第一板件和第二板件呈预定角度于顶边搭接在一起，所述第一板件和第二板件朝向外部的表面用于培养微藻；所述培养液储罐与所述集液池底部连接，用于收集滤液及储存培养液；所述培养液雾化器与所述培养液储罐连接，用于向第一板件和第二板件外表面喷洒培养液。
在另一优选的实施方式中，所述第一板件和第二板件为矩形平板，所述第一板件和第二板件的角度范围为10～50゜，倒V形结构的高度范围为0.2～1.0米。
在另一优选的实施方式中，所述第一板件和/或第二板件外表面设置多个凸起或凹坑。
在另一优选的实施方式中，所述凸起或凹坑的形状为：圆形、方形、三角形、水平条状或波纹状。
在另一优选的实施方式中，所述培养液雾化器安装于倒V形结构的上方向下喷雾；或，所述培养液雾化器安装于集液池上向上喷雾；或，所述培养液雾化器安装于倒V形结构侧上方水平喷雾；或，所述培养液雾化器安装于一根水平杆上进行往复或圆周运动喷雾。
在另一优选的实施方式中，所述集液池和培养液储罐之间设置藻液过滤采收器，用于藻细胞的过滤收集。
在另一优选的实施方式中，所述培养液储罐安装有温度传感器和冷热交换器，通过所述温度传感器控制冷热交换器的冷热源开闭来控制培养液温度。
在另一优选的实施方式中，所述培养液储罐安装有pH传感器和CO2曝气器，通过所述pH传感器控制CO2气体的通断来控制培养液pH值并为培养液补碳。
在另一优选的实施方式中，所述培养液储罐与培养液雾化器之间设置高压水泵和时间继电器，所述培养液储罐内的培养液通过所述高压水泵经管路流入培养液雾化器，培养基雾化量的雾化时间通过时间继电器控制培养液阀门开闭时长与频率来调节。
本发明实施例还提供了一种利用上述所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器的培养方法，包括：
微藻培养操作时，将浓缩的微藻种子液均匀喷洒或涂刷在倒V形结构表面，接种密度控制在10～80g/m2，开启培养液雾化器以一定频率和流量向培养表面的微藻细胞提供雾化培养基，以满足微藻细胞生长所需水和营养物质；
待培养表面微藻细胞生长到一定厚度后进行微藻采收操作时，增大培养液雾化器的雾化量、或延长雾化时间、或采用其他水流使培养表面粘附的微藻细胞被部分或全部冲刷下来；
经集液池流入微藻过滤采收器进行藻细胞采收；
重新接种或利用培养表面的残留藻种进入下一个培养周期。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明利用倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，倾斜的两个板件减少或避免了微藻生物膜的脱附，全部入射的太阳光都能够照射到培养表面上的微藻细胞上，大幅度提高单位占地的微藻培养表面积，充分利用光能，提高微藻培养的面积产率，该面积产率可达到现有技术中面积产率的3～9倍，生产效果提升极为显著。
2、本发明可以通过调节倒V形结构的顶角大小，以及增减倒V形结构的间距来调节培养表面上的光强及分布，可为不同光需求的微藻提供更合适的光照环境。
3、本发明中倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器不需要任何固定、悬挂与支承装置，结构简单，可方便地通过增加倒V形结构培养单元的数量来实现规模放大。
4、本发明采用雾化的方式为微藻贴壁培养提供培养液，培养液用量少，布液均匀。
5、本发明的倒V形结构表面采用不同形状，规则或不规则的凸起或凹坑，有利于微藻在培养表面粘附成膜，进一步减少或避免微藻生物膜的脱附，并且维持表面一定的持水量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器示意图；
图2是实施例1的螺旋藻面积产率；
图3是实施例2的螺旋藻面积产率；
图4是实施例3的螺旋藻面积产率；
图5是实施例4的螺旋藻面积产率；
图6是实施例5的螺旋藻面积产率；
图7是实施例6的螺旋藻面积产率；
图8是实施例7的螺旋藻面积产率；
图9是实施例8的螺旋藻面积产率；
图10是实施例9的栅藻面积产率。
图中：1、集液池；2、倒V形结构；3、培养液雾化器；4、藻液过滤采收器；5、培养液储罐；6、pH传感器；7、温度传感器；8、冷热交换器；9、CO2曝气器；10、高压水泵；11、时间继电器；
为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。
正如背景技术中所介绍的，贴壁培养单元垂直安装在支架上，形成垂直双表面插板结构，从插板间隙中射入的光只有部分因散射至侧面照亮培养表面，其他部分光会直接穿过不能被微藻利用，因此光能利用率不够高；更重要的是由于培养表面垂直于地面，附着于培养表面的藻细胞很容易由于重力作用，以及从插板顶部供给的培养液的冲刷作用而脱附，培养表面难于形成稳定的藻细胞生物膜。另一种方式中，布帘垂直悬挂在一个转轴上，通过形成类似于立式传送带的双面挂帘结构，其部分光线也会直接穿过两块挂帘之间的间隙而没有被微藻所利用，同时挂帘上的细胞也很容易因重力或培养基水流冲刷而脱附。
相比较而言，本发明中两个板件倾斜设置，减少或避免了微藻生物膜的脱附，通过调节倒V形结构的顶角大小，以及增减倒V形结构的间距，大幅度提高单位占地的微藻培养表面积，充分利用光能，提高微藻培养的面积产率，该面积产率可达到现有技术中面积产率的2～9倍，生产效果提升极为显著。
如果将单个插板以一定角度倾斜，类似于太阳能板的方式阵列，只有向光面培养微藻。由于只有向光面培养微藻，且为使每块培养板之间不发生严重的光遮挡，板间距较大，因此单位占地面积的微藻培养表面积不大，微藻产率最高也只有10～22g/m2/d，培养效率不高。
本发明的微藻多表面贴壁培养反应器包含一个水平倾斜度(方向)约5～25°的集液池1，集液池较低一侧有一个排液口，该排液口通过管路与藻液过滤采收器4相连并实现藻细胞的过滤收集。在集液池上紧密排列整齐放置若干倒V形棱板结构的微藻贴壁培养单元(以下简称倒V形结构2)，若干培养共用一个培养液雾化器3。培养液雾化器3可安装在倒V形结构2上方约30～100cm处向下喷雾，也可安装在集液池上向上喷雾，安装的雾化器数量以保证所有倒V形结构2都能够被雾化器喷出的锥形雾化面所覆盖为宜。藻液过滤采收器4的滤液流入培养液储罐5。在培养液储罐5中可以添加水和培养基组分等。培养液储罐5中安装有一个pH传感器6和温度传感器7，在底部安装有一个CO2的纳米曝气器9用于向培养液补碳。通过pH传感器6控制CO2气体的通断来控制培养液pH值，通过温度传感器7控制冷热交换器8的冷热源通断来控制培养液的温度。利用高压水泵10将培养液储罐5内的培养液经管道用于培养基雾化，通过时间继电器11控制培养液阀门开闭时长与频率来调节雾化时长和雾化频率。
本发明的主要工作过程是：将本发明置于光照环境中。先将微藻种子培养液均匀喷洒或喷涂在倒V形结构2表面，培养液储罐5中装入适合特定微藻藻种生长的培养基，开启CO2通气补碳与温度、pH控制器，待培养液pH值和温度达至设定值后，开启雾化器为倒V形结构2表面的微藻提供雾化培养基，调节雾化阀门的开闭时间和开闭频率，使雾化液能够使培养单元表面的藻细胞完全润湿但又不会被冲刷掉。培养一定时间后，培养单元表面生长有足够藻细胞时，调节雾化器时长与频率，使雾化量加大，将培养单元表面的部分或全部微藻细胞被雾化水冲刷下来，经集液池流入藻液过滤采收器4实现微藻的过滤采收，收集获得藻泥，滤液循环利用。
实施例1：
在一个不锈钢材质的集液池(长0.6m，宽1m，深0.05m)，一共放置62个倒V形培养单元。每个倒V形培养单元由两块PVC板搭接而成，每块PVC板长0.25m，高0.2m，厚2.5mm，PVC板表面均匀挖有直径为2mm，深1mm的圆形孔，相隔两孔的孔中心距为4mm。搭接后的顶角为10゜。全部培养单元总培养面积6.2m2，全部培养单元占地面积为0.54m2，因此面积稀释倍数约为6.2/0.54＝11。培养液储罐内装入钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)(市购)培养基20升，其组成(每1升培养基)为:碳酸氢钠16.80克，磷酸氢钾0.5克，硝酸钠2.5克，氯化钠1.0克，硫酸镁0.2克，硫酸铁0.01克，硫酸钾1.0克，一水氯化钙0.04克，EDTA0.08克，用NaOH溶液调pH8.0)。在集液池的全部培养单元区域正中间上方0.5m处悬挂1个压力雾化器，雾化器喷咀直径为0.3mm。将预先培养好的螺旋藻种子液(浓度约为30g/L)用喷壶均匀喷洒在棱板表面，接种密度控制在20g/m2左右。在雾化器上方安装多根LED灯管作为光源，灯管面积可覆盖全部培养单元，测量倒V形培养单元顶部的平均光强约为400μmol/m2/s。培养液储罐通入纯CO2气体，设定pH为9.0，并通过该pH反馈控制CO2的通断(即当pH值小于9时，停止CO2通入，当pH大于9时，恢复CO2通入)。将装置置于实验室中，培养液储罐温度设定为28℃，其通过一个恒温水浴连接热交换器来控制培养液温度。
培养开始时，开启离心泵，并调节液体流量，刚接种第1天雾化器雾化频率设定为开1s停50s，第2天后设定为开2s停30s。培养三天后，棱板表面的螺旋藻生长并完全覆盖在棱板表面，局部区域出现气泡(螺旋藻光合放氧产生的氧化，表明螺旋藻生长良好)。将雾化上频率设定为连续雾化，大约5分钟后，培养单元表面的螺旋藻细胞大部分被培养液冲刷下去，但培养单元表面凹坑处仍然残留有足够微藻细胞(约15～20g/m2)。冲洗液经集液池流至采收器通过200目绢筛过滤。收集采收器绢筛上的全部螺旋藻泥，用蒸馏水重悬洗涤，再用200目绢筛过滤，收集藻泥于80℃热风烘箱中烘干8小时称重。调节雾化频率为开2s停30s，进行下一轮循环培养。之后每2天重复上述采收过程。整个培养实施共进行了5轮共计11天培养，每轮获得的螺旋藻干重分别为100.9g，51.7g，56.8g，53.2g和46.8g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：62.3g/m2/d，4-5天：47.9g/m2/d，6-7天：52.6g/m2/d，8-9天：49.3g/m2/d和10-11天：43.1g/m2/d，如图2所示。需要说明的是，本实施例中获得的面积产率是目前已公开的专利或研究论文中面积产率的3～9倍，生产效果提升极为显著。
实施例2：
同实施例1，只是将倒V形结构培养单元的顶角调整为20゜，共放置30个培养单元，总培养面积3.0m2，因此培养面积稀释倍数约为3.0/0.52＝5.7。培养共进行了5轮共计11天培养，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为75.3g，43.6g，44.3g，40.9g和38.8g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：48.3g/m2/d，4-5天：43.6g/m2/d，6-7天：44.3g/m2/d，8-9天：40.9g/m2/d和10-11天：38.8g/m2/d，如图3所示。
实施例3：
同实施例1，每个培养单元两块PV板搭接成倒V形，顶角为50゜，PVC板表面挖4.5*1.5mm，深1.5mm方孔，孔间距为6mm。共放置12个培养单元，因此培养单元的总培养面积1.2m2，占地面积为0.50m2，因此培养面积稀释倍数约为1.2/0.50＝2.36。培养共进行了5轮共计11天，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为27.8g，14.9g，16.5g，17.2g和16.6g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：18.5g/m2/d，4-5天：14.9g/m2/d，6-7天：16.5g/m2/d，8-9天：17.2g/m2/d和10-11天：16.6g/m2/d，如图4所示。
实施例4：
同实施例1，PVC板改为用45#水泥掺入30％河砂预浇注水泥板，水泥板尺寸为长0.25m，高0.4m，厚3mm。在预浇注水泥板表面未干时，用外径3mm，内径2mm的不锈钢管在水泥板表面随机垂直压痕，压深度控制1.5-2mm，从而在水泥板表面形成直径为2mm，深度为1.5-2mm的圆柱形凸台，凸台中心间距约为3-6mm。每个培养单元的两块水泥板的搭接顶角为30゜。共放置10个培养单元，总培养面积2.0m2，占地面积0.52m2，因此培养面积稀释倍数约为2.0/0.52＝3.8。培养共进行了5轮共计11天培养，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为58.0g，38.0g，36.5g，38.4g和33.9g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：37.2g/m2/d，4-5天：36.5g/m2/d，6-7天：35.1g/m2/d，8-9天：36.9g/m2/d和10-11天：32.6g/m2/d，如图5所示。
实施例5：
同实施例4，用45#水泥掺入30％河砂预浇注水泥板，水泥板尺寸为长0.25m，高0.4m，厚3mm。在预浇注水泥板表面未干时，用小刀在水泥表面刮拉出沟槽，沟槽宽约为4mm，深1.5mm，沟槽间距约为4mm。每个培养单元的两块水泥板的搭接顶角为20゜。共放置14个培养单元，总培养面积2.8m2，占地面积0.49m2，因此培养面积稀释倍数约为2.8/0.49＝5.7。接种密度为50g/m2，培养共进行了5轮共计11天培养，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为84.1g，53.4g，50.1g，55.8g和47.6g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：57.2g/m2/d，4-5天：54.5g/m2/d，6-7天：51.1g/m2/d，8-9天：56.9g/m2/d和10-11天：48.6g/m2/d，如图6所示。
实施例6：
同实施例5，雾化喷头在14个培养单元的中间位置的集液池底板上，向上喷雾，雾化频率设定为开3s停30s。接种密度为80g/m2，培养共进行了5轮共计10天，分别在第2，4，6，8，10天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为60.0g，51.5g，53.3g，57.0g和49.6g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-2天：61.3g/m2/d，3-4天：52.5g/m2/d，5-6天：54.4g/m2/d，7-8天：58.2g/m2/d和9-10天：50.6g/m2/d，如图7所示。
实施例7：
同实施例5，在集液池上方的左前角和右后角各安装下个雾化喷头，喷头路距培养单元顶部约0.45mm，一个喷头从左前角向右喷，一个喷头从右后角向左喷，两个雾化喷头为交替喷雾，喷雾间隔为30s，喷雾时间为1s。接种密度为30g/m2，培养共进行了5轮共计10天，分别在第2，4，6，8，10天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为58.9g，57.0g，54.6g，52.4g和56.5g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-2天：60.1g/m2/d，3-4天：58.2g/m2/d，5-6天：55.7g/m2/d，7-8天：53.5g/m2/d和9-10天：57.7g/m2/d，如图8所示。
实施例8：
同实施例4，只是第2天后设定为开4s停20s。培养共进行了5轮共计11天，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的螺旋藻重量分别为64.4g，42.5g，40.1g，42.7g和37.2g。因此螺旋藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：41.3g/m2/d，4-5天：40.9g/m2/d，6-7天：38.6g/m2/d，8-9天：41.1g/m2/d和10-11天：35.8g/m2/d，如图9所示。
实施例9：
采用PVC板作于搭接倒V形培养单元，PVC板表面均匀挖有边长为2mm，深1mm的三角形孔，孔中心距为5mm。其他同实施例1。用于二形栅藻(Scenedesmusdimorphus)(市购)培养。培养液改用BG11培养基20升，培养基组成为:每1升培养基含硝酸钠1.5克，磷酸氢钾0.04克，七水合硫酸镁0.0375克，二水合氯化钙0.036克，柠檬酸0.006克，柠檬酸铁铵0.006克，EDTA二钠盐0.001克，碳酸钠0.02克，硼酸0.00286克，四水合氯化锰0.00186克，七水合硫酸锌0.00022克，二水合钼酸钠0.00039克，五水合硫酸铜0.00008克，六水合硝酸钴0.00005克，用氢氧化钠或盐酸调节培养基pH为7.0。二形栅藻预先在气泡柱式光生物反应器中培养7天，藻液沉降后去上清，收集浓缩藻泥，加BG11培养基配成浓度为28g/L的种子液，用喷壶向培养单元表面喷洒接种，接种密度约为18g/m2。雾化频率为通1要停35s。培养液储罐的pH设定为7.8，并通过该pH反馈控制CO2的通断(即当pH值小于7.8时，停止CO2通入，当pH大于7.8时，恢复CO2通入)。采收器上采用1200目不锈钢网过滤。培养共进行了5轮共计11天，分别在第3，5，7，9，11天采收，每轮采收获得的二形栅藻重量分别为81.1g，44.3g，44.3g，41.3g和43.2g。因此栅藻的单位占地面积产率分别为：1-3天：52g/m2/d，4-5天：42.6g/m2/d，6-7天：42.6g/m2/d，8-9天：39.7g/m2/d和10-11天：41.5g/m2/d，如图10所示。
实施例10：
在一个不锈钢材质的集液池(长6m，宽3.1m，深0.1m)，四周加高度为1.5m的有机玻璃围挡。在集液池上安装68块倒V形培养单元。倒V形结构的培养单元由预制水泥板搭接而成，每块水泥板板长1.5m，宽1m，水泥板在预浇注成型在表面用小刀沿长度方向刮成波纹条状，条纹凸起宽度为1.5mm，深度为2mm。搭接后的倒V形培养单元顶角为10゜。总培养面积204m2，占地面积18m2，因此培养面积稀释倍数约为204/18＝11.3。在集液池底均布17个雾化喷头，向上喷雾。将该反应器置于室外太阳光下用于微藻户外培养。培养实验于2022年5月在山东青岛崂山区进行。所用微藻为黄丝藻(Tribonemaminus)(市购)。黄丝藻先用异养发酵得到40g/L的种子液，静置去上清液后，用BG11培养基洗沉降的藻细胞2次以去除残糖，再用BG11培养基(实施例9)稀释配成浓度为20g/L的种子液。储液罐装入50LBG11培养液。pH值控制在7.5，培养液温度通冷水交换器控制在28度。用喷壶向培养单元表面喷洒接种，接种密度约为15g/m2。雾化频率为开2s停25s。培养期间早上7：00阳光光强为890μmol/m2/s，中午13：00光强为1700-2100μmol/m2/d，下午17：00光强为700-810μmol/m2/s。培养5天后另用清水通过压力喷壶手动冲洗培养表面，收集全部黄丝藻，烘干称重得藻重7450g，扣除初始接种的黄丝藻量204*15＝3060g后，黄丝藻培养5天的新增生物量4390g，折合黄丝藻5天的平均占地面积产率为4390/18/5＝48.8g/m2/d，取1克干燥的黄丝藻进行油脂含量分析，测得总脂含量为31％。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，包括：集液池、培养液储罐及培养液雾化器；
所述集液池上设置至少一个倒V形结构，所述倒V形结构包括第一板件和第二板件，第一板件和第二板件呈预定角度于顶边搭接在一起，所述第一板件和第二板件朝向外部的表面用于培养微藻；
所述培养液储罐与所述集液池底部连接，用于收集滤液及储存培养液；所述培养液雾化器与所述培养液储罐连接，用于向第一板件和第二板件外表面喷洒培养液。
2.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述第一板件和第二板件为矩形平板，所述第一板件和第二板件的角度范围为10～50゜，倒V形结构的高度范围为0.2～1.0米。
3.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述第一板件和/或第二板件外表面设置多个凸起或凹坑。
4.如权利要求3所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述凸起或凹坑的形状为：圆形、方形、三角形、水平条状或波纹状。
5.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述培养液雾化器安装于倒V形结构的上方向下喷雾；
或，所述培养液雾化器安装于集液池上向上喷雾；
或，所述培养液雾化器安装于倒V形结构侧上方水平喷雾；
或，所述培养液雾化器安装于一根水平杆上进行往复或圆周运动喷雾。
6.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述集液池和培养液储罐之间设置藻液过滤采收器，用于藻细胞的过滤收集。
7.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述培养液储罐安装有温度传感器和冷热交换器，通过所述温度传感器控制冷热交换器的冷热源开闭来控制培养液温度。
8.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述培养液储罐安装有pH传感器和CO2曝气器，通过所述pH传感器控制CO2气体的通断来控制培养液pH值并为培养液补碳。
9.如权利要求1所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器，其特征在于，所述培养液储罐与培养液雾化器之间设置高压水泵和时间继电器，所述培养液储罐内的培养液通过所述高压水泵经管路流入培养液雾化器，培养基雾化量的雾化时间通过时间继电器控制培养液阀门开闭时长与频率来调节。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的倒V形结构的微藻多表面贴壁培养反应器的培养方法，其特征在于，包括：
微藻培养操作时，将浓缩的微藻种子液均匀喷洒或涂刷在倒V形结构表面，开启培养液雾化器以一定频率和流量向培养表面的微藻细胞提供雾化培养基；
待培养表面微藻细胞生长到一定厚度后进行微藻采收操作时，增大培养液雾化器的雾化量、或延长雾化时间、或采用其他水流使培养表面粘附的微藻细胞被部分或全部冲刷下来；
经集液池流入微藻过滤采收器进行藻细胞采收；
重新接种或利用培养表面的残留藻种进入下一个培养周期。
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