KR101418297B1 - Apparatus and method for culturing microalgae - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세조류의 배양효율을 증가시키기 위하여, 투명재질로 구성된 벽과 깔대기 형상의 바닥을 갖는 수조; 상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구; 상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프; 상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프; 일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 순환배양액의 배출에 의해 수조 내의 배양액에 회전력을 가할 수 있도록 수조 내의 벽에 가까운 위치에 배치된 제2파이프; 상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체 공급장치; 및 일말단이 상기 기체 공급장치에 연결되며, 타말단에 형성된 스파저 또는 기체 주입구가 배양액 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 주입하는 기체공급관을 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치를 제공한다.The present invention relates to a water tank having a wall made of a transparent material and a funnel-shaped bottom in order to increase the culture efficiency of microalgae; A circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank; A first pipe having one end connected to the circulation culture liquid outlet and the other end extending to the outside of the water tank; A circulation pump connected to the other end of the first pipe; A second pipe disposed at a position close to a wall in the water tank so that a circulation fluid inlet formed at the other end of the circulation pump is connected to the circulation pump and extends from the circulation pump so as to apply rotational force to the culture fluid in the water tank; A gas supply device installed outside the water tank to supply a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank; And a gas supply pipe connected at one end to the gas supply device and configured to inject a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the culture liquid, the sparger or gas injection port being formed at the other end of the circulation water- do.
Description
본 발명은 미세조류 반응장치 및 배양방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 미세조류를 배양하기 위한 순환수조 광반응장치 및 이를 이용한 미세조류 배양방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microalgae reaction apparatus and a culture method, and more particularly, to a circulatory aquarium reaction apparatus for culturing microalgae and a microalgae culture method using the same.
미세조류란 광합성하는 미생물을 총칭하며 이산화탄소, 빛과 물을 이용하여 광합성하며 독립영양생활을 할 수 있는 현미경으로 개체를 확인할 수 있는 작은 생명체이다. 지구상에 생성되는 전체 산소의 약 40% 정도가 미세조류에 의해 생성되고 있으며, 지구상의 많은 생물의 먹이사슬에서 최말단으로 동물성 플랑크톤이나 초식성 어류의 먹이가 되는 생태계의 가장 바탕이 되는 생명체이다. 미세조류는 과거 중남미의 아즈텍문명에서도 식량으로 사용했다는 기록이 있을 정도로 인류의 생활과 밀접하였지만 인공적으로 배양을 하여서 상업화한 것은 1960년대 이후의 일로 그 영양성분의 우수성과 인체에 대한 건강 기능성을 인정받아 건강기능 식품, 화장품 및 음료 등으로 널리 사용되고 있다. 특히 미세조류는 종 및 배양 방법에 따라 균체의 성분함량이 크게 달라져서 경우에 따라서는 균체무게의 85% 까지도 지질을 축적하는 특성이 있으므로 화석연료의 대체연료 및 온실가스 생성을 감축할 수 있는 청정에너지를 생산하는 수단으로 많은 연구가 진행되고 있다. Microalgae is a small organism that collectively refers to photosynthetic microorganisms, which can be identified by a microscope that can make carbon dioxide, light and water, and can do independent nutrition. About 40% of the total oxygen produced on Earth is produced by microalgae, and it is the most basic organism of ecosystems that feed on zooplankton and herbivorous fishes at the end of many food chains on Earth. Although the microalgae have been used in the Aztec civilization of Latin America for a long time, they have been closely related to the life of mankind, but they have been artificially cultivated and commercialized since the 1960's because of their nutritional superiority and health function to human body Health functional foods, cosmetics and beverages. In particular, microalgae have a characteristic that the content of cells varies greatly depending on the species and culture method, and therefore, even if up to 85% of the weight of the cells accumulates, lipids accumulate. Therefore, alternative fuels for fossil fuels and clean energy Many researches have been carried out as a means of producing.
미세조류의 생육에는 질소원과 그 밖의 생육에 필요한 인자들이 필요한데, 특히 빛, 이산화탄소 및 물을 이용하여 광합성을 하여 탄소화합물을 생성하는 독립영양생활을 하기 때문에 미세조류를 원활하게 배양하기 위해서는 이산화탄소와 빛의 효과적인 공급은 필수적이다. 미세조류의 배양 중에 균체침전이 생기면 물질전달이 원활하지 못하여 생육이 어려우며 특히 미세조류의 농도가 높은 경우에는 침전되지 않더라도 배양액 내부로 빛의 침투가 어려워 빛의 고갈현상이 발생하여 생육 저해를 받는 현상이 생긴다. 미세조류를 인공적으로 배양하기 위해서는 반응장치가 매우 중요한데, 특히, 미세조류 생장에 필수적인 빛과 이산화탄소의 원활한 공급이 이뤄지도록 하고 균체가 침전되지 않도록 장치를 설계하고 운전하는 것이 필요하다. In order to cultivate microalgae, nitrogen and other factors necessary for growth are needed. In particular, since photosynthesis is carried out using light, carbon dioxide and water to produce carbon compounds, An effective supply of In the case of microscopic algae culture, it is difficult to grow due to the lack of mass transfer. In case of high concentration of microalgae, it is difficult to penetrate into the culture medium even though it is not precipitated. . In order to artificially cultivate microalgae, a reaction device is very important. In particular, it is necessary to design and operate a device so that light and carbon dioxide, which are essential for microalgae growth, can be supplied smoothly and cells are not precipitated.
미세조류의 옥외 배량 배양 장치 중에 레이스웨이 폰드(raceway pond) 형 반응장치는 수차를 이용하여 배양액을 순환시키는 방식으로 배양액의 흐름에 의해 미세조류 균체가 가라앉지 않고 순환되며 빛을 골고루 받을 수가 있어 효과적으로 미세조류를 배양할 수 있기에 널리 사용되고 있고, 수조형 미세조류 반응장치는 다양한 형태의 수조에 이산화탄소와 빛을 공급하도록 설계하여 비교적 대량으로 미세조류를 배양할 수 있는 간단한 구조의 광생물반응기로서, 기체분산 공급 장치를 사용하여 배지 중에 공기와 이산화탄소의 혼합기체를 분산 공급하여 균체의 침전을 방지하고 자연광 또는 인공광을 조사하여 미세조류를 배양하는 장치이다. The raceway pond-type reaction device in the outdoor microbial cultivation apparatus circulates the culture medium by using the aberration, and the microbial cells are circulated by the flow of the culture medium without being settled, and the light can be uniformly received The micro-algae reactor is widely used because it can cultivate microalgae. The reactor is designed to supply carbon dioxide and light to various types of water tanks and is capable of culturing microalgae in a relatively large amount. A dispersion feeder is used to disperse and feed a mixed gas of air and carbon dioxide in a medium to prevent precipitation of microbial cells, and cultivate microalgae by irradiating natural light or artificial light.
그러나 레이스웨이 폰드형 반응장치는 이산화탄소의 공급 효율이 미흡하고 배양액 상부에만 빛이 도달하기 때문에 광 이용성 떨어져 심도를 낮출 경우 설치에 넓은 면적의 토지가 필요하고 배양액이 쉽게 증발되어 물의 소모가 많은 단점이 있고, 종래의 수조형 반응장치는 단순히 공기와 이산화탄소의 혼합기체를 배양액 속에 분사하는 방식이므로 이산화탄소를 배양액 중에 용해시키는 용해율이 떨어질 뿐 아니라 미세조류를 배양액 속에서 분산시키는 능력이 효율적이지 못하여 균체의 침전을 완전히 방지할 수 없고, 균체의 운동흐름성이 낮아서 광 이용율이 떨어지는 문제점이 있다.However, in the case of the raceway pond type reaction device, since the supply efficiency of the carbon dioxide is insufficient and the light reaches only the upper part of the culture liquid, if the depth of light utilization is decreased, a large area of land is required for installation and the culture liquid is easily evaporated, In addition, since the conventional water-based reaction apparatus simply injects a mixed gas of air and carbon dioxide into the culture solution, the dissolution rate of dissolving carbon dioxide in the culture solution is lowered and the ability to disperse the microalgae in the culture solution is not efficient. Can not be completely prevented, and the flowability of the cells is low, resulting in a problem that the light utilization factor is lowered.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 이산화탄소의 공급효율을 높이고, 균체의 침전을 방지하며 분산성을 높임으로써 이산화탄소와 광 이용성을 향상시킬 수 있는 수조형 광생물 반응장치 및 그를 이용한 미세조류 배양방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the various problems including the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for improving carbon dioxide supply efficiency by improving the supply efficiency of carbon dioxide, And a method for culturing microalgae using the same. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 따르면, 투명재질로 구성된 벽과 깔대기 형상의 바닥을 갖는 수조; 상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구; 상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프; 상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프; 일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 순환배양액의 배출에 의해 수조 내의 배양액에 회전력을 가할 수 있도록 수조 내의 벽에 가까운 위치에 배치된 제2파이프; 상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체 공급장치; 및 일말단이 상기 기체 공급장치에 연결되며, 타말단에 형성된 스파저 또는 기체 주입구가 배양액 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 주입하는 기체공급관을 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a water tank having a wall made of a transparent material and a funnel-shaped bottom; A circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank; A first pipe having one end connected to the circulation culture liquid outlet and the other end extending to the outside of the water tank; A circulation pump connected to the other end of the first pipe; A second pipe disposed at a position close to a wall in the water tank so that a circulation fluid inlet formed at the other end of the circulation pump is connected to the circulation pump and extends from the circulation pump so as to apply rotational force to the culture fluid in the water tank; A gas supply device installed outside the water tank to supply a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank; And a gas supply pipe connected at one end to the gas supply device and for injecting a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the culture liquid, the sparger or gas injection port being formed at the other end of the circulation water- do.
상기 순환 수조형 광생물 반응장치에 있어서, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 근처에 배치되거나 상기 제1파이프 또는 상기 제2파이프에 연결됨으로써 상기 순환배양액 유입구를 통해 이산화탄소가 주입되게 할 수 있다.The sparger or the gas inlet may be disposed near the circulation fluid outlet, or may be connected to the first pipe or the second pipe to allow carbon dioxide to be injected through the circulation fluid inlet .
상기 순환 수조형 광생물 반응장치에 있어서, 상기 기체공급관은 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 작으며, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 내에 형성되어 유출되는 순환배양액 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급할 수 있다. In the circulating-fluid-type bioreactor, the gas supply pipe has a diameter smaller than that of the circulating culture liquid outlet, and the sparger or the gas inlet is formed in the circulation culture liquid outlet and flows out, and carbon dioxide or carbon dioxide Can be supplied.
상기 순환 수조형 광생물 반응장치에 있어서, 상기 수조 내부 또는 외부에 상기 수조 내로 빛을 공급할 수 있는 광원이 추가로 구비될 수 있다.In the circulating hydrogel bioreactor, a light source capable of supplying light into the water tank may be further provided inside or outside the water tank.
본 발명의 또 다른 일관점에 따르면, 투명재질로 구성된 벽과 깔대기 형상의 바닥을 갖는 수조; 상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구; 상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프; 상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프; 일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 상기 수조 내에 형성되어 상기 수조 내로 순환배양액을 공급하는 제2파이프; 상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체 공급장치; 및 직경이 상기 순환배양액 유출구보다 작고, 일말단이 상기 기체 공급장치에 연결되며, 타말단에 형성된 스파저 또는 기체 주입구가 상기 순환배양액 유출구 내에 형성되어 상기 순환배양액 유출구를 통해 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체가 공급되도록 하는 기체공급관을 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a water tank having a wall made of a transparent material and a funnel-shaped bottom; A circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank; A first pipe having one end connected to the circulation culture liquid outlet and the other end extending to the outside of the water tank; A circulation pump connected to the other end of the first pipe; A second pipe connected at one end to the circulation pump and extending therefrom and having a circulation fluid inlet formed at the other end thereof in the water tank and supplying the circulation fluid into the water tank; A gas supply device installed outside the water tank to supply a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank; And a sparger or a gas inlet formed at the other end is formed in the circulation culture liquid outlet so that carbon dioxide or carbon dioxide is supplied through the circulation culture liquid outlet, There is provided a circulating water-based photobioreactor having a gas supply pipe for supplying a mixed gas.
본 발명의 또 다른 일관점에 따르면, 투명재질로 구성된 벽과 깔대기 형상의 바닥을 갖는 수조, 상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구, 상기 순환배지 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프, 상기 제1파이프의 타말단과 연된 순환펌프, 및 일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 수조 내의 벽의 가까운 위치에 배치된 제2파이프를 구비한 순환 수조형 광생물 반응장치의 수조 내에 미세조류를 포함하는 배양액을 공급하는 배양액 공급 단계; 및 상기 배양액을 상기 순환펌프를 작동시켜 상기 순환배양액 유출구로부터 뽑아내어 상기 순환배양액 유입구를 통해 다시 주입함으로써, 수조 내의 배양액에 회전력을 줄 수 있도록 하는 배양배지 순환단계를 포함하는 미세조류의 배양방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a water tank including a water tank having a wall made of a transparent material and a bottom in the form of a funnel, a circulating culture liquid outlet formed at the center of the bottom of the water tank, A circulation pump connected to the other end of the first pipe and a circulation fluid inlet formed at the other end of the circulation pump, the one end of which is connected to the circulation pump and extends from the circulation pump, Supplying a culture liquid containing microalgae into a water tank of a circulating-water-based photobioreactor having a second pipe; And a culture medium circulating step of circulating the culture medium through a circulation pump, operating the circulation pump to withdraw the culture medium from the circulation culture medium outlet and injecting the culture medium through the circulation culture medium inlet, / RTI >
상기 미세조류 배양방법에 있어서, 상기 순환 수조형 광생물 반응장치는 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급할 수 있도록 추가로 기체공급장치를 구비하고, 상기 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체는 기체공급장치에 연결되고 말단에 구비된 스파저 또는 기체 주입구를 통해 수조 내로 공급될 수 있고, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 근처에 배치되거나 상기 제1파이프 또는 상기 제2파이프에 연결됨으로써 상기 순환배양액 유입구를 통해 이산화탄소가 주입될 수 있으며, 상기 기체공급관은 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 작고, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 내에 위치할 수 있다.In the microalgae culture method, the circulating water-based photobioreactor further comprises a gas supply device for supplying a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank, and the gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide Is connected to the gas supply device and can be supplied into the water tank through a sparger or a gas inlet provided at the end, and the sparger or the gas inlet is disposed near the circulation culture liquid outlet, or the first pipe or the second pipe The carbon dioxide can be injected through the circulation fluid inlet, the gas supply pipe may be smaller in diameter than the circulation fluid outlet, and the sparger or the gas inlet may be located in the circulation fluid outlet.
상기 미세조류 배양방법에 있어서, 상기 순환 수조형 광생물반응장치는 상기 수조 내부 또는 외부에 상기 수조 내로 빛을 공급할 수 있는 광원을 추가로 구비할 수 있다.In the microalgae culturing method, the circulating water-based photobioreactor may further include a light source capable of supplying light into the water tank inside or outside the water tank.
본 발명의 또 다른 일관점에 따르면, 투명재질로 구성된 벽과 깔대기 형상의 바닥을 갖는 수조, 상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구, 상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프, 상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프; 일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배지 유입구가 순환배양액의 배출에 의해 수조 내의 배양액에 회전력을 가할 수 있도록 수조 내의 벽에 가까운 위치에 배치된 제2파이프, 상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체공급장치, 및 일말단이 상기 기체공급장치에 연결되며 타말단에 형성된 기체 주입구를 통해 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 주입하는 기체공급관을 구비하며, 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 근처에 배치되거나 상기 제1파이프 또는 제2파이프에 연결되는, 순환 수조형 광생물 반응장치의 상기 수조 내에 미세조류를 포함하는 배양배지를 공급하는 배양배지 공급단계; 및 상기 배양배지를 상기 순환펌프를 작동시켜 상기 순환배양액 유출구로부터 뽑아내어 상기 순환배양액 유입구를 통해 다시 배양액 내에서 주입할 때 적당한 방향으로 배출하여 배지에 회전력을 줄 수 있게 주입함과 동시에 상기 기체 주입구를 통해 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 상기 순환배양액와 함께 수조 내로 공급시키는 배양액 순환 및 기체 공급단계를 포함하는 미세조류의 배양방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a water treatment apparatus comprising a water tank having a wall made of a transparent material and a bottom in the form of a funnel, a circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank, A first pipe extending to the outside, a circulation pump connected to the other end of the first pipe, A second pipe connected at one end to the circulation pump and extending from the circulation pump, and a circulation medium inlet formed at the other end is disposed at a position close to the wall in the water tank so as to apply rotational force to the culture liquid in the water tank by discharging the circulation culture liquid; A gas supply device for supplying a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank and supplying a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide through a gas inlet formed at one end to the gas supply device, Wherein the gas inlet is disposed near the circulation culture liquid outlet or connected to the first pipe or the second pipe, wherein the gas inlet is connected to the circulation culture liquid outlet, A culture medium supplying step of supplying the culture medium; And discharging the culture medium in a proper direction when the culture medium is injected into the culture medium through the circulation culture medium inlet port by operating the circulation pump and injecting the culture medium into the culture medium so as to impart rotational force to the culture medium, A method of culturing a microalgae comprising a circulation of a culture medium and a gas supply step of supplying a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide to the water tank together with the circulating culture liquid through a gas supply line.
상기 미세조류 배양방법에 있어서, 상기 기체공급관은 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 작고, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 내에 위치할 수 있다.In the microalgae culture method, the gas supply pipe may be smaller in diameter than the circulation culture liquid outlet, and the sparger or the gas inlet may be located in the circulation culture liquid outlet.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물반응장치는 배양액을 순환시키며 순환배양액 유입구에 이산화탄소를 함께 공급하고 순환배양액을 수조 내로 주입함으로써 배양액에 교반효과를 주어 균체에 운동흐름을 부여하고 이산화탄소의 용해성을 향상시킬 수 있는 반응장치로서 미세조류를 배양함에 있어 기존의 이산화탄소 혼합기체를 기포로 배양액 중에 분사 공급하는 장치에 비해 빠른 속도로 미세조류가 생육하여 미세조류의 배양효율이 높아 효과적으로 미세조류를 대량생산할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The circulating water-based photobioreactor according to one embodiment of the present invention as described above circulates the culture liquid, supplies carbon dioxide to the circulation culture liquid inlet, and injects the circulation culture liquid into the water tank, thereby stirring the culture liquid. As a reaction device capable of imparting a flow and improving the solubility of carbon dioxide, the microalgae are cultivated at a higher rate than the conventional device for spraying and feeding the carbon dioxide gas mixture into the culture medium, Can be effectively used to mass-produce microalgae. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물 반응장치의 개략적인 구조를 도시한 개요도이다.
도 2는 도 1의 순환 수조형 광생물 반응장치의 평면도(a), 정면도(b) 및 우측면도(c)이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 순환배양액 유출구 내에 형성된 기체주입구를 구비한 순환 수조형 광생물 반응장치를 이용한 순환배양방법(-■-), 본 발명의 다른 일실시예에 따른 수조 내에 형성된 스파저를 구비한 순환 수조형 광생물 반응장치를 이용한 순환배양방법(-×-), 및 종래기술의 수조 내에 형성된 스파저를 구비한 비순환형 광생물 반응장치를 이용한 비순환 배양방법(-▲-)에 따라 배양한 테트라셀미스 sp. KCTC 12236 BP의 배양 결과를 기록한 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a schematic structure of a circulation-water-based photobioreactor according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a plan view (a), a front view (b), and a right side view (c) of the circulating-water type photobioreactor of Fig.
FIG. 3 is a schematic view illustrating a circulation culture method (- - -) using a circulating water-based photobioreactor having a gas inlet formed in a circulation culture liquid outlet according to an embodiment of the present invention, Circulation culture method (- - -) using a circulating water-based photobioreactor equipped with a sparger and a non-circulation culture method using a non-circulating photobioreactor equipped with a sparger formed in a conventional water tank (- -). ≪ / RTI > KCTC 12236 BP. ≪ / RTI >
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물 반응장치의 개략적인 구조를 도시한 개요도이다. 상기 순환 구조형 광생물 반응장치(1)는 기본적으로 투명재질의 벽(101)과 깔대기 형상의 바닥(102)으로 구성된 수조(10)를 포함하며, 수조의 바닥(102)의 가운데 부분에는 배양액(20)이 유입되는 순환배양액 유출구(103)이 형성되어 있고, 순환배양액 유출구(103)은 제1파이프(104)에 의해 순환펌프(105)에 연결되며, 순환펌프(105)에 일말단이 연결된 제2파이프(106)의 타말단에는 순환배양액 유입구(107)가 형성되며 순환배양액 유입구(107)는 수조 내에 구비되어 배양액 수면(108) 아래에 위치한다. 순환펌프(105)가 작동되면, 순환배양액 유출구(103)을 통해 배양액(20)이 유출되며 상기 유출된 배양액(20)은 순환배양액 유입구(107)를 통해 다시 수조로 유입되는데 순환배양액 유출구(103)와 순환배양액 유입구(107)의 높이의 차이로 인해 발생하는 위치에너지와 순환펌프(105)에 의해 발생하는 배양액(20)의 유체 운동에너지에 의해 수조(10) 내에 배양액(20)의 와류가 발생하여, 균체의 침전을 방지하고, 균체의 운동유동성을 주며, 기체가 쉽게 용해되도록 하는 배양액(20)의 교반효과가 나타난다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물 반응장치는 기체공급장치(109)와 일말단이 기체공급장치(109)에 연결되고 타말단에 기체주입구(111)를 구비한 기체공급관(110)을 추가적으로 구비할 수 있는데, 이때 기체주입구(111)는 순환배양액 유출구(103) 바로 근처에 위치를 하거나 제1파이프(104) 또는 제2파이프(106)에 T자 관으로 연결됨으로써, 수조(10) 내로 배양액(20)과 함께 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체가 함께 공급될 수 있다. 이렇게 배양액(20)과 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체가 함께 공급되면 배양액(20)의 혼합과 함께 이산화탄소가 배양액 내에 더 잘 녹을 수 있게 됨으로써, 미세조류의 배양효율이 증가된다.1 is a schematic diagram showing a schematic structure of a circulation-water-based photobioreactor according to an embodiment of the present invention. The circulatory-
한편, 선택적으로 순환배양액 유출구(103) 근처에 위치하거나 제1파이프(104) 또는 제2파이프(106)에 연결된 기체주입구(111) 대신에 스파저(미도시)가 기체공급관(110)의 타말단에 구비될 수 있다. 이 때 상기 스파저는 배양액 내로 이산화탄소를 분산시키는 역할을 수행하며 순환배양액 유출구(103) 근처가 아니라 수조(10) 배의 배양액(20) 내에 잠기는 위치라면 어느 위치라도 위치할 수 있다. 기체를 공급할 때 순환배양액 유출구(103)로 공급함으로써 기체가 배양액 내에 오래 머무르게하고 배양액 내로 쉽게 용해됨으로써 미세조류의 이산화탄소를 이용한 탄소동화작용이 효율적으로 일어날 수 있다.Alternatively, a sparger (not shown) may be provided in the vicinity of the circulation
도 2는 상기 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물 반응장치를 보다 상세히 묘사하기 위한 3면도(평면도, 정면도 및 우측면도이다). FIG. 2 is a three-dimensional view (plan view, front view, and right side view) for further illustrating the circulation-water-based photo-bioreactor according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
실시예 1: 배양액 순환 수조형 미세조류 반응장치의 제조Example 1: Production of a circulating water micro-algae reaction apparatus for culture liquid
지름 1.5 m에 높이 1 m의 원통형으로 원통은 투명한 재질이며 원통하단은 완만한 경사를 가지고 중앙으로 집중 되는 깔대기 형태로 상기 깔대기 형상의 꼭지점 부분인 바닥 중앙에 순환배양액 유출구가 있으며 상기 순환배양액 유출구를 통하여 배출된 배양액이 순환펌프를 통해 순환배양액 유입구를 통해 주입되어 순환하는 장치를 가졌으며 순환배양액 유출구에 혼합기체를 직접 주입할 수 있도록 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 더 작은 기체공급관의 말단에 구비된 기체주입구가 상기 순환배양액 유출구 내에 형성된 것을 특징으로 하는 본 발명의 미세조류 배양 장치(도 1 및 도 2)를 사용하였다.The cylinder has a diameter of 1.5 m and a height of 1 m. The cylinder is made of a transparent material. The bottom of the cylinder has a gentle slope and is centered at the center. The center of the bottom of the funnel has an outlet for circulating culture liquid. And a circulation pump for circulating the culture fluid discharged through the circulation pump through the circulation fluid inlet and circulating the circulation fluid through an inlet of the circulation culture fluid, A micro-algae culture apparatus of the present invention (FIGS. 1 and 2) was used, in which a gas inlet was formed in the circulation culture liquid outlet.
실험예 1: 배양액 순환 수조형 광생물 반응장치 및 기체주입구를 사용한 미세조류 배양Experimental Example 1: Culturing microalgae using a circulating water-based photobioreactor and a gas inlet
미세조류인 테트라셀미스 sp. KCTC 12236 BP를 배양하였으며 배양 방법은 (사례1) 공기와 이산화탄소 혼합기체를 기체공급을 통해 순환배양액 유출구를 통해 직접 주입하며 동시에 배양액도 순환배양액 유출구를 통해 연속적으로 배출시킨 후 순환배양액 유입구로 분사하며 순환시킴으로써 미세조류를 배양하였다. 사용한 배지는 대한민국 인천 앞바다에서 채취하여 모래여과로 불순물을 제거한 자연해수에 f/2 배지를 혼합한 것을 1000 L 사용하였는데, f/2 배지의 조성은 표 1과 같다.The microalgae tetracellis sp. KCTC 12236 BP was cultured. (Example 1) The air and carbon dioxide mixed gas was injected directly through the circulation fluid outlet through the gas supply, and the culture fluid was continuously discharged through the circulation fluid outlet and sprayed into the circulation fluid inlet Microalgae were cultured by circulation. The used medium was collected from the offshore of Incheon, Korea and 1000 L of f / 2 medium mixed with natural seawater in which impurities were removed by sand filtration was used, and the composition of f / 2 medium is shown in Table 1.
0.075 g
0.005 g
1 ml
3.15 g
4.36 g
0.0098 g
0.0063 g
0.022 g
0.01 g
0.018 g
배양은 대한민국 인천시 용현동 인하대학교 내의 옥외에서 2012년 4월에 실시하였으며 비가 올 경우에는 투명 비닐 덮개로 덮어서 빗물이 들어가지 않게 하였다. 배양 초기 테트라셀미스 sp.의 접종 후 초기농도는 0.05 g/L 이며, 이때 주입한 혼합기체로는 2% 이산화탄소가 포함된 공기를 사용하였으며 분당 100 L씩 연속적으로 공급하였다. 배양액 중 세포농도는 쿨터 카운터(모델 multi-sizer, Coulter Electronics, Inc., Hialeah. FL. U.S.A.)로 측정하였다.Cultivation was carried out in April 2012 outdoors in Inha University, Yonghyun-dong, Incheon, Korea. In case of rain, it was covered with a transparent plastic cover to prevent rainwater from entering. The initial concentration of Tetracellis sp. After inoculation was 0.05 g / L, and the injected mixture was continuously supplied with air containing 2% carbon dioxide and 100 L / min. The cell concentration in the culture was measured with a Coulter counter (model multi-sizer, Coulter Electronics, Inc., Hialeah, FL, USA).
실험예 2: 배양액 순환 수조형 광생물 반응장치 및 스파저를 사용한 미세조류 배양 Experimental Example 2: Culturing microalgae using a circulating water-based photobioreactor and a sparger
상기 실험예 1에서 사용한 기체주입구 대신 공기와 이산화탄소 혼합기체를 스파저를 통해 배양액 중으로 분사하며 배양액은 순환배양액 유출구를 통해 배출시킨 후, 순환펌프를 이용하여 순환배양액 유입구로 유입시켜 순환하는 방법을 사용하여 미세조류를 배양하였다. 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하다.In place of the gas inlet used in Experimental Example 1, air and carbon dioxide mixed gas were injected into the culture liquid through a sparger, and the culture liquid was discharged through a circulation liquid outlet and circulated through a circulation pump inlet And microalgae were cultured. The remaining conditions are the same as in Experimental Example 1 above.
비교예: 종래 수조형 광생물 반응장치 및 스파저를 사용한 미세조류 배양Comparative Example: Culturing microalgae using conventional water-based photobioreactor and sparger
통상적인 수조형 광생물 반응장치의 운전방법과 같이 공기와 이산화탄소 혼합기체를 스파저를 사용하여 배양액 중으로 분사하되, 배양액 순환은 하지 않은 채로 배양을 수행하였다. 나머지 조건은 상기 실험예 1과 동일하다. As in the conventional method of operating the water-based photobioreactor, the air and the carbon dioxide mixed gas were injected into the culture solution using a sparger, and the culture was performed without circulating the culture solution. The remaining conditions are the same as in Experimental Example 1 above.
상기 세 가지 배양결과는 하기 표 2와 같았다.The results of the above three cultures were as shown in Table 2 below.
CO2, 순환배양액 유출구 주입CTPBR +
CO 2, circulatory fluid outflow injection
CO2, 배양액에 분사CTPBR +
CO 2, injection into the culture medium
CO2, 배양액에 분사TPBR +
CO 2, injection into the culture medium
상기 표 2에서 보는 바와 같이 배양 결과 통상적인 수조형 광생물 반응장치 (TPBR, tank photobioreactor)를 이용한 배양방식과 같은 방법으로 배양한 경우(비교예)에는 미세조류가 조금 성장하다 성장이 멈추었지만 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 수조형 광생물 반응장치(CTPBR, circulated tank photobioreactor)로 배양액을 순환하며 배양했을 때(실험예 2)는 세포 생육이 원활하였으며, 특히 이산화탄소와 공기 혼합기체를 순환배양액 유출구에 직접 주입하며 동시에 배양액을 순환하는 방식으로 운전하였을 때(실험예 1) 가장 빠르고 높은 농도로 미세조류가 배양되었다(도 3). As shown in Table 2, when the culture was performed by the same method as that of the conventional culture method using TPBR (tank photobioreactor) (comparative example), the microalgae grew little and the growth was stopped When the culture was circulated and cultivated with a circulating tank photobioreactor (CTPBR) according to an embodiment of the present invention (Experimental Example 2), the cell growth was smooth, and in particular, the carbon dioxide and air mixture were circulated in a circulating culture liquid The microalgae were cultured in the fastest and highest concentration (Figure 3) when injecting directly into the outlet and simultaneously operating the culture fluid circulation (Experimental Example 1).
본 발명은 상술한 실시예 및 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
1: 순환 수조형 광생물 반응장치 10: 수조
20: 배양액 101: 벽
102: 바닥 103: 순환배양액 유출구
104: 제1파이프 105: 순환펌프
106: 제2파이프 107: 순환배양액 유입구
108: 배양액 수면 109: 기체 공급장치
110: 기체공급관 111: 기체 주입구1: circulating water type photobioreactor 10: water tank
20: culture solution 101: wall
102: bottom 103: circulation culture fluid outlet
104: first pipe 105: circulation pump
106: second pipe 107: circulation fluid inlet
108: culture liquid water surface 109: gas supply device
110: gas supply pipe 111: gas inlet
Claims (11)
상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구;
상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프;
상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프;
일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 순환배양액의 배출에 의해 수조 내의 배양액에 회전력을 가할 수 있도록 수조 내의 벽에 가까운 위치에 배치된 제2파이프;
상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체 공급장치; 및
일말단이 상기 기체 공급장치에 연결되며, 타말단에 형성된 스파저 또는 기체 주입구가 배양액 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 주입하는 기체공급관을 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치.A water tank having a wall made of a transparent material and a funnel-shaped bottom;
A circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank;
A first pipe having one end connected to the circulation culture liquid outlet and the other end extending to the outside of the water tank;
A circulation pump connected to the other end of the first pipe;
A second pipe connected at one end to the circulation pump and extending from the circulation pump at a position near the wall in the water tank so that the circulating fluid inlet formed at the other end can apply rotational force to the culture fluid in the water tank by discharging the circulating culture fluid;
A gas supply device installed outside the water tank to supply a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank; And
And a gas supply pipe connected at one end to the gas supply device and configured to inject a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the culture liquid, the sparger or the gas injection port formed at the other end.
상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 근처에 배치됨으로써 상기 순환배양액 유출구를 통해 이산화탄소가 주입되는, 순환 수조형 광생물 반응장치.The method according to claim 1,
Wherein the sparger or the gas inlet is disposed near the circulation culture liquid outlet to inject carbon dioxide through the circulation culture liquid outlet.
상기 기체공급관은 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 작고, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 내에 위치하는, 순환 수조형 광생물 반응장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas supply pipe is smaller in diameter than the circulation culture liquid outlet and the sparger or the gas inlet is located in the circulation culture liquid outlet.
상기 수조 내부 또는 외부에 상기 수조 내로 빛을 공급할 수 있는 광원을 추가로 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치.The method according to claim 1,
Further comprising a light source capable of supplying light into the water tank inside or outside the water tank.
상기 수조 바닥의 중앙부에 형성된 순환배양액 유출구;
상기 순환배양액 유출구에 일말단이 연결되고 타말단이 상기 수조 바깥쪽까지 연장된 제1파이프;
상기 제1파이프의 타말단과 연결된 순환펌프;
일말단이 상기 순환펌프로부터 연결되어 그로부터 연장되며 타말단에 형성된 순환배양액 유입구가 상기 수조 내에 형성되어 상기 수조 내로 순환배양액을 공급하는 제2파이프;
상기 수조 외부에 설치되어 상기 수조 내로 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 공급하기 위한 기체 공급장치; 및
직경이 상기 순환배양액 유출구보다 작고, 일말단이 상기 기체 공급장치에 연결되며, 타말단에 형성된 스파저 또는 기체 주입구가 상기 순환배양액 유출구 내에 형성되어 상기 순환배양액 유출구를 통해 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체가 공급되도록 하는 기체공급관을 구비하는, 순환 수조형 광생물 반응장치.A water tank having a wall made of a transparent material and a funnel-shaped bottom;
A circulation fluid outlet formed at the center of the bottom of the water tank;
A first pipe having one end connected to the circulation culture liquid outlet and the other end extending to the outside of the water tank;
A circulation pump connected to the other end of the first pipe;
A second pipe connected at one end to the circulation pump and extending therefrom and having a circulation fluid inlet formed at the other end thereof in the water tank and supplying the circulation fluid into the water tank;
A gas supply device installed outside the water tank to supply a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank; And
A sparger or a gas inlet formed at the other end is formed in the circulating culture medium liquid outlet so that the mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide through the circulation culture liquid outlet And a gas supply pipe for supplying a gas.
상기 배양액을 상기 순환펌프를 작동시켜 상기 순환배양액 유출구로부터 뽑아내어 상기 순환배양액 유입구를 통해 다시 주입함으로써, 수조 내의 배양액에 회전력을 줄 수 있도록 하는 배양배지 순환단계를 포함하는 미세조류의 배양방법.A circulation culture liquid outlet formed at the center of the bottom of the water tank; a first pipe having one end connected to the circulation culture solution outlet and the other end extended to the outside of the water tank; A circulation pump connected to the other end of the first pipe, a second pipe connected at one end to the circulation pump and extending from the circulation pump, and a circulation fluid inlet formed at the other end is disposed near the wall in the water tank, And a sparger or a gas inlet provided at an end of a gas supply pipe connected to the gas supply device and disposed near the circulation culture solution outlet to inject carbon dioxide through the circulation culture solution outlet, In a water tank of the circulating water-based photobioreactor A culture liquid supplying step of supplying a culture liquid containing microalgae; And
And a culture medium circulating step of circulating the culture medium through a circulation pump, operating the circulation pump, and withdrawing the culture medium from the circulation culture medium outlet and injecting the culture medium again through the circulation culture medium inlet, so as to give a rotation force to the culture medium in the water tank.
상기 배양배지를 상기 순환펌프를 작동시켜 상기 순환배양액 유출구로부터 뽑아내어 상기 순환배양액 유입구를 통해 다시 배양액 내에서 주입할 때 적당한 방향으로 배출하여 배지에 회전력을 줄 수 있게 주입함과 동시에 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구를 통해 이산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 혼합기체를 상기 순환배양액와 함께 수조 내로 공급시키는 배양액 순환 및 기체 공급단계를 포함하는 미세조류의 배양방법.A circulation culture liquid outlet formed at the center of the bottom of the water tank; a first pipe having one end connected to the circulation culture solution outlet and the other end extended to the outside of the water tank; A circulation pump connected to the other end of the first pipe; A second pipe connected at one end to the circulation pump and extending from the circulation pump, and a circulation medium inlet formed at the other end is disposed at a position close to the wall in the water tank so as to apply rotational force to the culture liquid in the water tank by discharging the circulation culture liquid; A gas supply device for supplying a mixed gas including carbon dioxide or carbon dioxide to the water tank and supplying carbon dioxide or carbon dioxide through a sparger or a gas inlet formed at one end of the gas supply device, Wherein the sparger or the gas inlet is disposed near the circulation culture liquid outlet, and the culture medium containing microalgae is supplied into the water tank of the circulating water-based photobioreactor A culture medium supplying step; And
When the circulation pump is operated to extract the culture medium from the circulation culture liquid outlet port and then injected into the culture liquid through the circulation culture liquid inlet port in a proper direction, the culture medium is injected so as to impart rotational force to the culture medium, And supplying a gas mixture containing carbon dioxide or carbon dioxide into the water tank together with the circulating culture liquid through the gas inlet, and a gas supplying step.
상기 기체공급관은 상기 순환배양액 유출구보다 직경이 작고, 상기 스파저 또는 상기 기체 주입구는 상기 순환배양액 유출구 내에 위치하는, 미세조류의 배양방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the gas supply pipe is smaller in diameter than the circulation culture liquid outlet, and the sparger or the gas inlet is located in the circulation culture liquid outlet.
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