一種可快速沉澱收穫的顆粒微藻培養方法與流程
2023-04-25 02:08:26
本發明涉及微藻培養技術領域，尤其是涉及一種可快速沉澱收穫的顆粒微藻培養方法。
背景技術：
近年來，微藻作為生物柴油原料的潛在價值受到了越來越多的關注，微藻能有效地利用太陽能將CO2、H2O和無機鹽轉化為有機物，生產包括生物柴油在內的各種高價值產品，對於解決能源持續供應問題和全球暖化問題都具有巨大的潛在價值。目前微藻的培養主要採用懸浮培養系統，所得的微藻濃度通常在2g/L以下，然而, 微藻的分離與採收一直是限制其大規模應用的瓶頸。
目前通過離心分離、絮凝分離等手段從懸浮藻液中收穫微藻通常需要付出較高的費用，並且所需操作時間也較長，這些都極大地制約了微藻生產的發展。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有技術的微藻分離方法所存在的上述問題，提供了一種步驟簡單，可操作性強，能能實現微藻的沉澱分離，大大簡化微藻收穫操作，顯著降低微藻收穫費用的可快速沉澱收穫的顆粒微藻培養方法。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種可快速沉澱收穫的顆粒微藻培養方法，具體步驟為：在柱狀光生物反應器中進水至工作體積後接種微藻進行培養，期間每天按進水、生長、沉澱、出水四個階段操作，培養至微藻的顆粒直徑為0.4~1.0 mm，顆粒的沉降速度為12~20 m/h時完成整個培養過程，進行沉澱分離即可收穫顆粒微藻；其中，以柱狀光生物反應器中水體積為基準，第一個月中柱狀光生物反應器的日進水、日出水體積為15~20%，之後日進水、日出水體積以每月5~10%的速度遞增，控制日進水、日出水體積為40~50%，控制每日進水、出水時間≤30min；每日生長時間控制在10~15h，期間進行不間斷曝氣；第一周，每日沉澱時間控制在120~150min，之後每日沉澱時間按每周減少10~20min的速度遞減，最終控制每日沉澱時間20~40min。微藻的直徑通常在10μm以下，懸浮培養的微藻養殖系統通常無法完成微藻的沉澱分離過程，需要通過投加絮凝劑或離心等方法完成微藻的收穫，本發明利用柱狀光生物反應器進行微藻培養、收穫，對培養過程進行了優化改進，空氣可在反應器內部循環流動，通過逐步提高每一周期的進出水體積，同時縮短沉澱時間，達到利用水力篩分作用逐漸淘汰懸浮微藻並促進微藻以團聚方式緊密結合的效果，在培養過程中通過沉降即可同時實現沉澱分離並最終以獲得具有較好沉澱性能的顆粒微藻，且所需沉澱時間只需20~40 min，不僅能快速實現沉澱分離，而且極大地簡化了微藻的收穫操作，能顯著降低微藻的收穫費用。採用本方法培養出的顆粒微藻外觀顏色為綠色至深綠色，形狀為球形或橢球型，直徑為0.4~1.0 mm，顆粒的沉降速度為12~20 m/h，曝氣採用安裝在反應器底部的連接空壓機的曝氣頭，通過曝氣帶動培養的微藻在反應器內進行循環流動，在供氧的同時使懸浮微藻上浮，提高分離效果；進水採用富含氮磷的微藻培養基如BG11培養基或通過超濾膜過濾去除了細菌等雜質的富含氮磷的廢水，其根據需要培養的微藻種類進行選擇調整。
作為優選，所述柱狀光生物反應器的高度與直徑比值為8~12：1
作為優選，所述柱狀光生物反應器的工作體積為柱狀光生物反應器體積的75~80%。
作為優選，微藻接種量為100~200mg/L。
作為優選，所述微藻為小球藻、衣藻或柵藻。
作為優選，柱狀光生物反應器的光源採用室外光源或人工光源，反應器表面的光照強度在80~110μmol m−2 s−1。
作為優選，生長期間曝氣量為0.05~0.1m3/(m3·h)。
因此，本發明具有如下有益效果：利用柱狀光生物反應器進行微藻培養、收穫，對培養過程進行了優化改進，通過逐步提高每一周期的進出水體積，同時縮短沉澱時間，達到利用水力篩分作用逐漸淘汰懸浮微藻並促進微藻以團聚方式緊密結合的效果，在培養過程中通過沉降即可同時實現沉澱分離並最終以獲得具有較好沉澱性能的顆粒微藻，不僅能快速實現沉澱分離，而且極大地簡化了微藻的收穫操作，能顯著降低微藻的收穫費用。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明做進一步的描述。
實施例1
在高度與直徑比值為8：1的柱狀光生物反應器中進水至工作體積後接種微藻（小球藻）進行培養，柱狀光生物反應器的工作體積為柱狀光生物反應器體積的75%，接種量為100mg/L，柱狀光生物反應器的光源採用室外光源，反應器表面的光照強度在80μmol m−2 s−1，期間每天按進水、生長、沉澱、出水四個階段操作，培養至微藻的顆粒直徑為0.4mm，顆粒的沉降速度為12m/h時完成整個培養過程，進行沉澱分離即可收穫顆粒微藻；其中，以柱狀光生物反應器中水體積為基準，第一個月中柱狀光生物反應器的日進水、日出水體積為15%，之後日進水、日出水體積以每月5%的速度遞增，控制日進水、日出水體積為40%，控制每日進水、出水時間≤30min；每日生長時間控制在10h，期間進行不間斷曝氣，曝氣量為0.05m3/(m3·h)；第一周，每日沉澱時間控制在120min，之後每日沉澱時間按每周減少10min的速度遞減，最終控制每日沉澱時間40min。
實施例2
在高度與直徑比值為12：1的柱狀光生物反應器中進水至工作體積後接種微藻（衣藻）進行培養，柱狀光生物反應器的工作體積為柱狀光生物反應器體積的80%，接種量為200mg/L，柱狀光生物反應器的光源採用人工光源，反應器表面的光照強度在110μmol m−2 s−1，期間每天按進水、生長、沉澱、出水四個階段操作，培養至微藻的顆粒直徑為1.0 mm，顆粒的沉降速度為20 m/h時完成整個培養過程，進行沉澱分離即可收穫顆粒微藻；其中，以柱狀光生物反應器中水體積為基準，第一個月中柱狀光生物反應器的日進水、日出水體積為20%，之後日進水、日出水體積以每月10%的速度遞增，控制日進水、日出水體積為50%，控制每日進水、出水時間≤30min；每日生長時間控制在15h，期間進行不間斷曝氣，曝氣量為0.1m3/(m3·h)；第一周，每日沉澱時間控制在150min，之後每日沉澱時間按每周減少20min的速度遞減，最終控制每日沉澱時間20min。
實施例3
在高度與直徑比值為10：1的柱狀光生物反應器中進水至工作體積後接種微藻（柵藻）進行培養，柱狀光生物反應器的工作體積為柱狀光生物反應器體積的78%，接種量為150mg/L，柱狀光生物反應器的光源採用室外光源，反應器表面的光照強度在100μmol m−2 s−1，期間每天按進水、生長、沉澱、出水四個階段操作，培養至微藻的顆粒直徑為0.8 mm，顆粒的沉降速度為15m/h時完成整個培養過程，進行沉澱分離即可收穫顆粒微藻；其中，以柱狀光生物反應器中水體積為基準，第一個月中柱狀光生物反應器的日進水、日出水體積為18%，之後日進水、日出水體積以每月7%的速度遞增，控制日進水、日出水體積為45%，控制每日進水、出水時間≤30min；每日生長時間控制在12h，期間進行不間斷曝氣，曝氣量為0.08m3/(m3·h)；第一周，每日沉澱時間控制在130min，之後每日沉澱時間按每周減少15min的速度遞減，最終控制每日沉澱時間30min。
採用本發明的方法培養出的顆粒微藻外觀顏色為綠色至深綠色，形狀為球形或橢球型，所需沉澱時間只需20~40 min，極大地簡化了微藻的收穫操作，從而能顯著降低微藻的收穫費用。
以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。