CN202193783U - 微生物养殖*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种微生物养殖***，包括：光生物反应器，在所述光生物反应器中养殖微生物；太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置用于调节到达光生物反应器的太阳辐射。根据本实用新型，由于利用太阳能电池装置来调节到达光生物反应器的太阳辐射，因此，能够为微生物的养殖提供适宜的光照，以促进微藻的生长，提高微藻的生物量。同时，能够降低光生物反应器的温度，从而降低光生物反应器温度控制的成本；另外，太阳能电池兼用作发电目的，能够提高太阳能综合利用的效率。

Description

微生物养殖***
技术领域
本实用新型涉及微生物养殖***，尤其涉及一种能够提高太阳能综合利用水平的微生物养殖***。
背景技术
光生物反应器是利用太阳光对具有光合能力的微生物进行养殖的装置。微藻作为一种微生物，能有效利用光能、CO2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，可以通过微藻培养来生产保健食品、食品添加剂、饲料、生物肥料、化妆品及其他天然产品。因此，利用光生物反应器高密度养殖微藻已经越来越普遍。
光合作用的条件主要包括光照强度、温度、CO2浓度等。目前的微藻培养装置已经能够很好地控制光合反应气体中CO2的浓度，而温度的控制比较困难。在水环境中，温度是一个极为重要的生态因子。生物的生长需要有一定的温度范围，在这一温度范围内，生物才能进行其正常的生长繁殖等生命活动，称为适温范围。当温度变化超出适温范围时，生物的生命活动就要受到影响，甚至死亡。特别是，生态学家认为，高温对生物的生命活动影响更为严重，导致生物死亡更快。例如：微藻生长的适温范围为8-32摄氏度，最适温度范围20-25摄氏度，在35摄氏度时，能在一天内保持恢复繁殖的能力，38摄氏度只能维持2小时左右，40摄氏度时30分钟便致死。因此，适当地控制温度，以提高微生物例如微藻的生物量是微生物养殖的一个目标。
为了控制微藻养殖的温度，现有技术中，在日照强温度高时，通常采用给光生物反应器喷淋冷水来降温的方法，这样本身消耗能量，而且耗费人工和水资源，使得光生物反应器温度控制的成本提高。
实用新型内容
本实用新型致力于解决上述现有技术中的问题，提出一种微生物养殖***，其能够低成本地控制光生物反应器的温度，并能提高太阳能综合利用效率。
根据本实用新型，提出一种微生物养殖***，包括：光生物反应器，在所述光生物反应器中养殖微生物；太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置用于调节到达光生物反应器的太阳辐射，所述太阳能电池装置为太阳能电池板的形式，所述太阳能电池板覆盖在所述光生物反应器的上方。
根据本实用新型的一个实施例，所述太阳能电池板包括多个并排布置的太阳能电池板。
根据本实用新型的一个实施例，所述微生物养殖***还包括水容器，所述水容器设置在太阳能电池板的表面上，用于吸收太阳辐射的热量，从而生产生热水。
根据本实用新型的一个实施例，所述微生物养殖***还包括蓄电池，太阳能电池装置连接到蓄电池，以将光伏发电产生的电能储存起来。
根据本实用新型的一个实施例，所述微生物养殖***还包括蓄热装置，用于储存水容器中产生的热水。
根据本实用新型的一个实施例，太阳能电池板与光生物反应器间的角度可调节，以调节到达光生物反应器的太阳辐射，所述太阳能电池装置为薄膜电池的形式，所述薄膜电池覆盖在光生物反应器的表面上。
根据本实用新型的一个实施例，所述薄膜电池是按一定距离间隔地布置在光生物反应器的表面上的多个条状电池的形式。
根据各个实施例，可以通过选择太阳能电池装置来调节太阳能电池装置的透光率20-70％。
所述条状电池的宽度与所述条状电池间的间距的比可以为1∶0.1至1∶100，优选为1∶1。
根据本实用新型，由于利用太阳能电池装置来调节到达光生物反应器的太阳辐射，因此，能够为微生物的养殖提供适宜的光照，以促进微藻的生长，提高微藻的生物量。同时，由于太阳能电池还起到遮阳的作用，因此，能够降低光生物反应器的温度，从而降低光生物反应器温度控制的成本；另外，太阳能电池兼用作发电目的，能够提高太阳能综合利用的效率。
为了使本实用新型的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1是根据本实用新型的第一实施例的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。
图2A和2B是根据图1的微生物养殖***的太阳能电池的布置的变化实施例的示意图。
图3是根据本实用新型的第二实施例的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。
图4是根据本实用新型的第二实施例的变化实施方式的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。
图5是采用图1的电池布置的微生物养殖***的一个示例的示意图。
具体实施方式
以下仅通过例子说明本实用新型的具体实施方式。本实用新型亦可通过其它不同的方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节可在不背离本实用新型的总体构思的情况下进行各种调整与变更。再者，附图仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，故图示不一定按比例绘制，并且图示中仅显示与本实用新型有关的部件，但显然本实用新型可根据实际应用包括其它的部件。在各视图中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。
图1是根据本实用新型的第一实施例的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。图2A-2B是根据图1的微生物养殖***的太阳能电池的布置的变化实施例的示意图。如图1和图2A-2B所示，以太阳能电池板1作为顶棚搭建在光生物反应器2的上方。在光生物反应器2中养殖例如微藻的微生物。太阳能电池板1设置用于调节到达光生物反应器2的太阳辐射。
图1所示的太阳能电池板1为平直板形状，覆盖在平板式光生物反应器2的上方。图2A所示的太阳能电池板1为弯曲板形状，也覆盖在平板式光生物反应器2的上方。虽然图中未示出，但可以理解，太阳能电池板1也可以具有其它形状，光生物反应器2也可以是其它形式的反应器，例如管式或柱式反应器。另外，搭建在光生物反应器上方的太阳能电池板1可以为多个并排的太阳能电池板，如图2B所示。这样，需要的时候，可以通过堆叠多个电池板或以拉门方式移动电池板之间的间隔，来调节到达光生物反应器的太阳辐射。
如图1所示的太阳能电池板1可以是半透明太阳能电池板。通过选择电池材料可获得不同的透光性能。根据本实用新型的一个实施例，半透明太阳能电池板由单结透光型非晶硅制成，透光率为20％～70％，优选为20％。太阳能电池板1也可以采用不透明材料，以利用光生物反应器2周围的散光进行微藻养殖。
另外，透光率也可以通过调节太阳能电池板1与光生物反应器2之间的角度来调节。当希望增加透光率时，尽量使太阳能电池板的受光面与太阳光线接近水平，当希望减小透光率时，尽量使太阳能电池板的受光面与太阳光线接近垂直。关于这一点，可以根据当地所处地理位置来确定，比如在接近赤道的纬度比较低的地方，太阳能电池板可以与地面接近垂直放置，而在纬度较高的地区，可以减小与地面的倾斜角度。倾斜角度一般在5～40度，最好在30度左右。另外，可以根据每天的太阳升落情况来调节太阳能电池板的倾斜角度，尽量实现受光面与太阳光水平。
发明人发现，当太阳辐射强度达到一定程度，特别是对于直射到光生物反应器的太阳辐射，会对微藻的生长产生不利的影响。而利用太阳能电池板将太阳辐射的透光率降到10％～70％，特别是20％，从而利用透过太阳能电池板的一部分太阳辐射以及光生物反应器周围的散光进行微藻养殖，能够为微生物的养殖提供适宜的光照，以促进微藻的生长，提高微藻的生物量。同时，由于太阳能电池还起到遮阳的作用，因此，能够降低光生物反应器的温度，从而降低光生物反应器温度控制的成本；另外，太阳能电池兼用作发电目的，能够提高太阳能综合利用的效率。
图3是根据本实用新型的第二实施例的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。图3所示的太阳能电池装置为薄膜电池1’的形式，所述薄膜电池1’覆盖在光生物反应器2的表面上。所述薄膜电池1’可以是单结透光型非晶硅光伏电池，也可以是非透光型双结硅基薄膜电池。与图1和2所示的第一实施例相同，通过选择电池材料可获得不同的透光性能。例如选择单结透光型非晶硅光伏电池，透光率为10％～70％，优选为20％。该实施例可以获得与图1和2所示的实施例相同的效果。
图4是根据本实用新型的第二实施例的变更实施方式的微生物养殖***的太阳能电池的布置的示意图。如图4所示的作为太阳能电池装置的薄膜电池是按一定距离间隔地布置在光生物反应器2的表面上的多个条状电池1”的形式。条状电池1”可以是单结透光型非晶硅光伏电池，也可以是非透光型双结硅基薄膜电池.所贴条状电池1”的宽度与电池之间的间隔的比例是1∶0.1～1∶100，优选1∶0.1～1∶10，最好是1∶1。同样，可以通过堆叠或拉门方式控制条状电池的宽度与条状电池之间的间隔的比例，从而控制光反应器2的表面上贴电池部分与暴露部分的比例。由于细胞处于不断运动中，有时被电池部分遮挡，有时通过暴露部分暴露，因此，通过设计条状电池1”的宽度与电池之间的间隔的比例，可以使得光生物反应器2内的细胞被透过暴露部分的太阳辐射照射的持续时间在1-100ms范围内，而被电池部分遮蔽的持续时间在10-1000范围内，即细胞被照射和遮蔽的明暗时间长比控制在大于0.1的范围内。与第一实施例和第二实施例相同，通过选择电池材料可获得不同的透光性能。
此外，本实施例通过在光生物反应器表面上按一定距离间隔配置太阳能电池，可以将照射到光生物反应器上的连续光转变成非连续光，从而能够为微生物的养殖提供适宜的光照，以促进微藻的生长，提高微藻的生物量。同时，由于太阳能电池还起到遮阳的作用，因此，能够降低光生物反应器的温度，从而降低光生物反应器温度控制的成本；另外，太阳能电池兼用作发电目的，能够提高太阳能综合利用的效率。
图5是采用图1的电池布置的微生物养殖***的一个示例的示意图。如图5所示，微生物养殖***还包括水容器3，所述水容器3设置在太阳能电池板1的表面上，用于吸收太阳辐射的热量，从而产生热水。所述水容器3选择可透过太阳光的透明材料。所述微生物养殖***还包括蓄电池4，太阳能电池板1连接到蓄电池4，以将光伏发电产生的电能储存起来备用，例如夜间为光生物反应器2的人工光源提供电力。所述微生物养殖***还包括蓄热装置5，用于储存水容器3中产生的热水，从而储存热量备用，例如夜间为光生物反应器2加温。
本实用新型的优点有一下几方面：
1、将太阳能电池和微藻养殖一起结合，提高了光利用率。
2、同样面积的土地，既养殖微藻又进行太阳能发电，节约空间，提高土地利用率。
3、实现了微藻养殖过程中低成本温度控制，使得反应器内温度能达到稳态，避免温度过高或过低影响微藻存活和生长速度，使微藻养殖周期缩短。
4、由于能低成本控制温度，因此，在任何地理位置、任何季节均能养殖微藻，使年产量提高。
试验
发明人进行了根据本实用新型的微生物养殖***以及根据现有技术的光生物反应器培养微生物的试验，试验条件如下：
以小球藻(Chlorella)为对象(其他藻类均可)，分别在作为对照的现有技术的光生物反应器和本实用新型的如图5的微生物养殖***中，采用改良SM培养基(培养基成分及其含量见下表1-6)，以相同密度接种对数期藻种(转培后5-7天形成)，初始OD750(细胞数量)为0.2。在自然光照下培养该绿藻，从反应器底部通过曝气头通入空气与CO2混合气体，气液体积比为1∶16。培养周期为6天。
表1.改良SM培养基的组成及其含量
  #   成分   使用浓度
  1   Spir溶液1   500mL/L
  2   Spir溶液2   500mL/L
注：下划线表示需要事先配制成母液，所述母液的配制参见下表2-3。
表2.Spir溶液1的组成及其含量
Figure BDA0000086375030000071
表3.Spir溶液2的组成及其含量
  #   成分   使用浓度   终浓度
  1   NaNO3   2.5g/500mL   36.2mM
  2   K2SO4   1g/500mL   5.73mM
  3   NaCl   1g/500mL   17.1mM
  4   MgSO4·7H2O   0.2g/500mL   0.81mM
  5   CaCl2·2H2O   0.04g/500mL   0.36mM
  6   P-IV金属溶液   6mL/0.5L
  7   Chu微量营养溶液   1mL/0.5L
  8   维生素B 12   1mL/0.5L
注：下划线表示需要事先配制成母液，所述母液的配制参见下表4-6。
表4.P-IV金属溶液的组成及其含量
  #   成分   使用浓度   终浓度
  1   Na2EDTA·2H2O   0.75g/L   2mM
  2   FeCl3·6H2O   0.097g/L   0.36mM
  3   MnCl2·4H2O   0.041g/L   0.21mM
  4   ZnCl2   0.005g/L   0.037mM
  5   CoCl2·6H2O   0.002g/L   0.0084mM
  6   Na2MoO4·2H2O   0.004g/L   0.017mM
表5.Chu微量营养溶液的组成及其含量
  #   成分   使用浓度   终浓度
  1   CuSO4·5H2O   0.02g/L   0.78μM
  2   ZnSO4·7H2O   0.044g/L   0.15μM
  3   CoCl2·6H2O   0.02g/L   0.084μM
  4   MnCl2·4H2O   0.012g/L   0.064μM
  5   Na2MoO4·2H2O   0.012g/L   0.052μM
  6   H3BO3   0.62g/L   10μM
  7   Na2EDTA·2H2O   0.05g/L   0.13μM
表6.维生素B12储液的组成及其含量
注：本领域的技术人员应该理解，除非另外指明，本实用新型所用的试剂均可从普通的生物试剂公司或化学试剂公司购买，其配制方法也是本领域的技术人员公知的。
表7.小球藻培养结果(OD750)
Figure BDA0000086375030000092
表7显示小球藻在用本实用新型的控温方法条件下和太阳光直射条件下的光生物反应器中的生长结果。结果显示该藻在本养殖***条件下生物量比对照组生物量提高了约1.8倍.
应当理解，虽然已经参照实施例和附图描述了本实用新型，但实施例和附图并非用于限制本实用新型。在不偏离本实用新型的实质的情况下，对本实用新型所作的任何变形都在本实用新型的范围内。

Claims (11)

1.一种微生物养殖***，其特征在于，包括：光生物反应器，在所述光生物反应器中养殖微生物；太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置用于调节到达光生物反应器的太阳辐射，所述太阳能电池装置为太阳能电池板的形式，所述太阳能电池板覆盖在所述光生物反应器的上方。
2.根据权利要求1所述的微生物养殖***，其特征在于，所述太阳能电池板包括多个并排布置的太阳能电池板。
3.根据权利要求1或2所述的微生物养殖***，其特征在于，太阳能电池板与光生物反应器间的角度可调节，以调节到达光生物反应器的太阳辐射。
4.根据权利要求1所述的微生物养殖***，其特征在于，所述微生物养殖***还包括水容器，所述水容器设置在太阳能电池板的表面上，用于吸收太阳辐射的热量，从而生产生热水。
5.根据权利要求1所述的微生物养殖***，其特征在于，所述微生物养殖***还包括蓄电池，太阳能电池装置连接到蓄电池，以将光伏发电产生的电能储存起来。
6.根据权利要求1所述的微生物养殖***，其特征在于，所述微生物养殖***还包括蓄热装置，用于储存水容器中产生的热水。
7.一种微生物养殖***，其特征在于，包括：光生物反应器，在所述光生物反应器中养殖微生物；太阳能电池装置，所述太阳能电池装置设置用于调节到达光生物反应器的太阳辐射，所述太阳能电池装置为薄膜电池的形式，所述薄膜电池覆盖在光生物反应器的表面上。
8.根据权利要求7所述的微生物养殖***，其特征在于，所述薄膜电池是按一定距离间隔地布置在光生物反应器的表面上的多个条状电池的形式。
9.根据权利要求1或7所述的微生物养殖***，其特征在于，通过选择太阳能电池装置来调节太阳能电池装置的透光率为20-70％。
10.根据权利要求8所述的微生物养殖***，其特征在于，所述条状电池的宽度与所述条状电池间的间距的比为1∶0.1至1∶100。
11.根据权利要求8所述的微生物养殖***，其特征在于，所述条状电池的宽度与所述条状电池间的间距的比为1∶1。
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Granted publication date: 20120418

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