一種養殖微藻的方法

2023-05-01 12:04:16 2

專利名稱：一種養殖微藻的方法
技術領域：
本發明涉及一種養殖微藻的方法。
背景技術：
微藻是一類在水中生長的種類繁多且分布極其廣泛的低等植物，它是由陽光碟機動 的細胞工廠，通過微藻細胞高效的光合作用，吸收co2，將光能轉化為脂肪或澱粉等碳水化 合物的化學能，並放出02。利用微藻生產生物能源與化學品可以同時達到「替代化石能源、 減少co2排放、淨化廢氣與汙水」三個目的。「微藻生物技術」的優勢在於以下幾個方面① 微藻是光合效率最高的原始植物，與農作物相比，單位面積的產率高出數十倍。微藻也是自 然界中生長最為迅速的一種植物，通常在24h內，微藻所含生物質可以翻倍，在其「指數生 長期」內其生物量翻倍時間可以縮短到3. 5h。②微藻可以生長在高鹽、高鹼環境的水體中， 可充分利用灘涂、鹽鹼地、沙漠進行大規模培養，也可利用海水、鹽鹼水、工業廢水等非農用 水進行培養，因此微藻可以不同農作物爭地、爭水。③產油率高，微藻幹細胞的含油量可高 達70%，微藻沒有高等植物的根莖葉等細胞分化，在缺氮等條件下，某些單細胞微藻可大量 積累油脂，是最有前景的產油生物。④微藻的培養需要利用工業廢氣中的C02，緩解溫室氣 體的排放，也可以吸收工業廢氣中的N0X，減少環境的汙染。⑤生產微藻生物柴油的同時，還 可以生產相當數量的微藻生物質，還可進一步獲得蛋白質、多糖、脂肪酸等高價值產品。「微藻高效規模化養殖技術」是微藻生物技術的核心之一。通過研究開發微藻規模 化養殖的新型設備與工藝來高效、低成本地獲得微藻生物量。微藻的養殖需要有充足的陽 光、C02、水和無機鹽，溫度通常要控制在20 30°C，養殖介質必須能夠提供組成微藻細胞的 無機元素，如1 、1(、51、？6等。通常來說，養殖微藻的費用要高於一般的農作物。微藻生物量的獲得有別於現有 的農業或林業作物，它需要特定的方法與裝置，光生物反應器(photobioreactor)就是用 於微藻培養的一類裝置，與一般的生物反應器具有相似的結構，具有光、溫度、溶解氧、C02、 pH值等培養條件的調節與控制系統。微藻的規模化人工養殖目前主要有開放池和封閉式光生物反應器兩種方式。無論 形式如何，降低成本、提高效率是最終目的。微藻生物柴油技術能否順利發展在很大程度上 取決於微藻規模化養殖技術的不斷進步。開放池培養最突出的優點就是結構簡單、成本低廉及操作簡單。主要有四種類型 淺水池、循環池、跑道池、池塘。其中最典型的開放池培養系統是Oswald 1969年設計的跑 道池反應器。跑道池反應器自上世紀50年代以來就被廣泛用於微藻的養殖。它由一條封閉 的環形淺池組成，池深一般為15 30cm，池道由水泥或粘土砌成，也可鋪上一層白色的塑 料。白天在槳輪前方連續進料，培養液由槳輪驅動沿跑道池流動，微藻在流動中不斷生長， 並於槳輪後部(循環結束點)被收穫。槳輪連續地操作以防止微藻沉降。在開放式跑道池 反應器中，系統的冷卻主要依靠水分的蒸發，因此系統溫度隨季節和時間變化比較顯著。蒸 發損失的水量也十分巨大，而且微藻產量容易因外界生物或灰塵的汙染而受到影響，任何生物以及其他藻類都極易浸入汙染，導致整個培養徹底 失敗，只有極少數能在極端環境中生長的微藻可以利用該方式養殖。強光、溫度波動、密度、 02、機械力容易傷害微藻生長，造成產率下降，因此生產效率也較低。封閉式光生物反應器，即封閉式培養系統，是用透明材料建造的生物反應器。這 種生物反應器除了能採集光能外，其他諸多方面與傳統的微生物發酵用生物反應器有許多 相似之處。自從1950年Cook研製出的一臺垂直管狀光生物反應器以來，各種類型光生物 反應器相繼問世，主要有垂直柱式、水平迴旋管式、垂直或水平板式及傳統攪拌罐式等四種 類型。此外，還有用聚乙烯等柔性材料製成的袋式生物反應器和袖式生物反應器、將圓形或 矩形金屬架用塑料密封后組成的反應器、矩形發光二極體為光源和光導纖維傳光式的反應 器，以及固定化細胞反應器等各種類型的光生物反應器。與開放池系統不同，封閉式光生物反應器可以實現微藻單種、純種的培養，而且培 養條件易於控制，培養密度高、易收穫，所以效率更高，但是建造與操作成本也隨之提高。例如中國專利ZL02134235.0公開了一種自動化連續生產管式光生物反應器，它 的反應容器為透明透光材料的圓柱型連通管，有入口端和出口端，並接入混合罐，反應器是 由多層「U」型連通管交叉疊加而形成的立體管道，光源位於連通管交叉疊加而形成的「#」 字型立體空間內。這種微藻養殖方式與設備儘管克服了開放池粗放的缺點，但結構複雜，大 規模裝置建造成本高昂，且難以充分利用自然陽光，不適於微藻低成本、大規模化養殖。中國專利ZL03128138. 9公開了一種封閉管式光生物反應器，由立體雙排平螺旋 式管道和獨特的U型連接彎頭，雙塔，零剪切力輸液泵，二氧化碳注氣裝置，冷熱交換器等 構成。雙塔中的排氧反應塔設有負壓噴射泵，可有效排除培養液中的蓄積氧，調控塔可以調 解液壓和以負壓向反應管道自動輸送培養液。該反應器克服了常規反應器佔地面積大，效 率低的缺點，可以實現規模化生產，但是結構複雜，製造成本高。而且反應器豎立放置，培養 液和藻液需要很大能耗從底部輸送到頂部，增加了微藻養殖成本。中國專利CN1721523A公開了一種微藻規模培養的光生物反應器，包括透明管道、 氣體解析裝置、附屬管道系統、培養參數感受和控制設施等組成。採用大型氣體解析裝置、 將平行排列的透明管道進行並聯，解決了封閉管道光生物反應器氣體交換的難題，但是同 樣存在製造成本和操作費用高昂的問題。中國專利CN1668185A公開了使用光生物反應器對氣體進行處理的方法和氣體處 理系統，按照公開的方法和裝置可以使微藻達到最大生長速度，有效吸收二氧化碳/或氮 氧化物。然而，該系統結構複雜，雖然採用計算機控制，但是大規模生產必然導致設備製造 成本高昂，不適於微藻生物質大量、低成本的獲得。中國專利ZL96216364. 3公開了一種密閉型循環潛層螺旋藻培養裝置，由溢流噴 射器、溢流板式光生物反應器、儲液槽、循環泵依次連接而成，其中採用透光材料製作的溢 流板式光生物反應器內裝有多層水平放置且上下層的溢流口交叉分布的帶擋板的託板。該 反應器雖然效率很高，但多層託板結構十分複雜，不利於大規模放大生產。從現有技術分析可知，阻礙封閉式微藻光生物反應器走向大規模工業化生產應用 的主要障礙是各類封閉式光生物反應器結構複雜、投資成本和操作成本太高。雖然技術上 可行，但經濟上難以合理。開放池系統雖然結構簡單，投資成本和操作成本較低，但又效率 較低，並且操作參數難以控制易導致嚴重的培養問題。因此，迫切需要一種新的微藻培養方法和設備，使複雜問題簡單化，大幅降低設備製造成本和操作成本，實現大規模、低成本、高
效率的養殖微藻。

發明內容
本發明的目的是提供一種養殖微藻的方法，用於大規模、低成本、高效率的養殖微藻。一種養殖微藻的方法，在具有光區和暗區兩個區域的封閉系統或者開放系統中進 行，光區位於暗區之上，包括a)將含有微藻、水和必要營養物質的藻液置於系統中；b)將暗區的藻液提升到光區之中建立流動，並使藻液暴露在陽光的作用下，藻液 在光區中完成流動後，在重力作用下落入暗區，使藻液在暗區與光區之間循環；c)調控藻液的成分與系統狀態，使其適宜微藻的快速生長與繁殖。所述「光區和暗區」是指光區的陽光光照強度大於暗區的陽光光照強度。所述光區的陽光光照強度> 90%陽光直射的光照強度。光區是本發明的方法中， 藻液主要進行光合作用的區域，如果採用開放式的光生物反應器，光區的陽光光照強度可 以為陽光直射的光照強度，如果採用封閉式的光生物反應器，光區的陽光光照強度為透過 透明材料的陽光光照強度。所述的必要營養物質是指能夠提供微藻生長所必須的全部營養元素的物質。步驟b)中，由暗區提升至光區的藻液依靠重力建立流動。步驟b)中，藻液在光區流動時液層厚度彡100mm，優選彡50mm。步驟b)中，藻液在光區中完成流動後，在重力作用下經氣相落入暗區的藻液中。本發明中，優選通過向暗區藻液中通入氣體來解析藻液中的溶解氧和/或補充 co2,通入的氣體優選co2和/或空氣。本發明中，暗區藻液深度優選彡200mm,更優選彡500mm。優選的情況下，本發明還包括以下步驟，藻液在光區和暗區之間不進行循環，使藻 液在暗區內接受陽光的照射，同時向暗區藻液內通入co2和/或空氣。所述暗區的陽光光 照強度彡 500 u mol/m2. s，優選< 200 u mol/m2. s。本發明的方法中，調控藻液的成分是指調控藻液中的C02、溶解氧、水、無機鹽、必 要營養物質、PH值等，使其適宜微藻的快速生長與繁殖。本發明的方法中，調控系統狀態是指調控光區中的藻液流動速度、藻液溫度等，使 其適宜微藻的快速生長與繁殖。本發明還提供了一種養殖微藻的裝置，包括藻液存儲單元、藻液輸送設備和藻液 導流面；藻液存儲單元內存儲的藻液形成藻液區，藻液導流面的位置高於藻液存儲單元內 的藻液區液面；藻液輸送設備將藻液存儲單元內藻液區的藻液輸送至藻液導流面上，藻液 在藻液導流面上形成流動的藻液層並接受陽光的照射，藻液流出藻液導流面，落入到藻液 存儲單元內的藻液區中。所述「藻液流出藻液導流面，落入到藻液存儲單元內的藻液區中」是指藻液存儲單 元的構造和藻液存儲單元與藻液導流面之間的位置關係使流出藻液導流面的藻液落入到 藻液存儲單元內的藻液區中。
優選的情況下，所述藻液存儲單元的部分或全部由透明材料製成和/或藻液導流 面由透明材料製成，使藻液存儲單元內的藻液區基本接受或完全接受透過上述透明材料的 陽光照射。所述「使藻液存儲單元內的藻液區基本接受透或完全接受過上述透明材料的陽 光照射」是指藻液存儲單元的構造和藻液存儲單元與藻液導流面位置關係使藻液存儲單元 內的藻液區的大部分區域或全部區域接受透過透明材料的陽光照射，從而使藻液存儲單元 內的藻液區的大部分區域或全部區域所接受的光照強度小於陽光直射的光照強度。由於藻 液存儲單元的構造和藻液存儲單元與藻液導流面之間的位置關係還需滿足使流出藻液導 流面的藻液落入到藻液存儲單元內的藻液區中，因此在某些情況下(如藻液導流面位於藻 液存儲單元之外的情況)，本發明並不排除留有必要的縫隙。透過透明材料照射到藻液存儲 單元內藻液區的陽光光照強度優選彡500umol/m2. s，更優選彡200umol/m2. s。更優選的情況下，所述藻液存儲單元的頂部由透明材料製成或頂部敞開，藻液導 流面由透明材料製成，使藻液存儲單元內的藻液區基本接受或完全接受透過藻液導流面的 陽光照射。所述「使藻液存儲單元內的藻液區基本接受或完全接受透過藻液導流面的陽光 照射」是指藻液導流面將藻液存儲單元內的藻液區大部分覆蓋或完全覆蓋，使藻液存儲單 元內的藻液區的大部分區域或全部區域是接受透過藻液導流面的陽光照射，從而使藻液存 儲單元內的藻液區的大部分區域所接受的光照強度小於陽光直射的光照強度。由於藻液存 儲單元的構造和藻液存儲單元與藻液導流面之間的位置關係還需滿足使流出藻液導流面 的藻液落入到藻液存儲單元內的藻液區中，因此在某些情況下(如藻液導流面位於藻液存 儲單元之內的情況)，本發明並不排除留有必要的縫隙。所述藻液存儲單元內的藻液區深度優選彡200mm,更優選彡500mm。所述藻液存儲單元的底部優選設置有曝氣裝置，曝氣裝置中優選通入含有二氧化 碳的氣體。在微藻養殖過程中，保證微藻能夠接受充分的陽光照射是關鍵所在，隨著藻液養 殖濃度的提高，光線難以照射到藻液深處，阻礙了微藻的光合作用，本發明中藻液以薄層形 式流過藻液導流面，並使藻液在藻液導流面和藻液存儲單元內的藻液區之間循環，保證了 微藻能夠充分接受陽光，解決了此問題。另一方面，在微藻養殖的實踐中發現，微藻對陽光 強度高度敏感，並非光強越高越好，許多種類的微藻在過強的日光下會死亡，尤其在微藻剛 接種初期，藻液濃度較稀，此問題更為嚴重。許多種類的微藻當光照強度大於500 ymol/ m2. s時會發生光抑制現象，例如娃藻Phaeodactylum tricornutum禾口 Porphyridium cruentum在光照強度為185 u mol/m2. s和200 u mol/m2. s時就可以觀察到光抑制現象，而 角毛藻(Chaetoceras sp.)的光合作用光飽和點在300-400 u mol/m2. s,更高的光照強度 會引起光抑制。過強的光照對微藻的傷害在藻種接種初期更為嚴重，許多種類的微藻藻種 難以適應強烈的日光(夏日陽光充足的晴天光照強度很容易超過1000 u mol/m2. s)，此時 很容易造成藻種的死亡而導致養殖失敗。因此迫切需要一種新的解決方案以解決此矛盾， 即能保證微藻在養殖過程中不被過強的陽光傷害，又能保證微藻充份的光合作用，經過反 複試驗，發現採用本發明的下述方案可以方便地解決該問題當發現日光過強時(例如> 1000 u mol/m2. s)停止藻液循環，而僅依靠藻液存貯單元中的曝氣使微藻在藻液中快速翻 動接受光照，並且①將藻液存儲單元的部分或全部用透明材料製成和/或藻液導流面由透 明材料製成，通過透明材料對光的吸收作用來減小陽光強度；或者②增加藻液區深度，通過藻液本身對光的吸收作用來減小陽光強度。優選同時採用①和②的方式來減小陽光強度， 藻液存儲單元內的藻液區深度> 200mm。這樣微藻仍然可以進行正常的光合作用，同時又保 證其不會被過強的陽光灼傷致死。所述藻液導流面用於使藻液在藻液導流面上形成流動的藻液層並接受陽光的照 射。本發明對藻液導流面的形狀沒有特別的限制，如藻液導流面可以是半球面、斜面或水平 面等。優選的情況下，所述藻液導流面具有高端和低端，藻液輸送設備將藻液存儲單元 內藻液區的藻液輸送至藻液導流面的高端，藻液在藻液導流面上形成由高端向低端流動 的藻液層並接受陽光的照射，藻液在藻液導流面的低端流出藻液導流面，落入到藻液存儲 單元內的藻液區中。藻液導流面的低端與藻液存儲單元內的藻液區液面之間的距離優選 ^ 50mm。藻液導流面的低端優選設有上下貫通藻液導流面的溝槽和/或篩孔。本發明可以有效增強溶解氧的解析效果①增加藻液導流面與藻液存儲單元內的 藻液區液面之間的距離；②在藻液流出藻液導流面的位置設置溝槽和/或篩孔；③在藻液 存儲單元的底部設置曝氣裝置，通過曝氣裝置向藻液中通入氣體。以上措施可以綜合運用， 保證微藻在強光下進行正常的光合作用，有效提高了微藻的養殖效率。所述藻液導流面可以是一個方形斜面或多個方形斜面並列布置的斜面組。所述方 形斜面的傾斜角度優選可以調節。所述方形包括長方形和正方形。優選的情況下，藻液存儲單元為一個頂部敞開的箱體，藻液導流面位於箱體內，將 箱體分成上部的光區和下部的暗區；或者藻液存儲單元為一個頂部由透明材料構成的箱 體，藻液導流面位於箱體內，將箱體分成上部的光區和下部的暗區。所述「將箱體分成上部 的光區和下部的暗區」是指藻液導流面以上區域的光照強度大於藻液導流面以下區域的光 照強度。所述藻液導流面上的流動藻液層的厚度優選< 100mm，更優選< 50mm。所述藻液輸送設備用於將藻液存儲單元內藻液區的藻液輸送至藻液導流面上。藻 液輸送設備可根據微藻養殖裝置的規模，設置一臺或多臺。所述藻液輸送設備可以為輸送 泵，優選為剪切力小的或零剪切力的隔膜泵和/或蠕動泵。優選在輸送泵的藻液出口處安 裝用於促進藻液在藻液導流面上均勻分布的藻液分配器。本領域技術人員可以根據基本常 識設計藻液分配器的結構，以藻液導流面為方形斜面為例，可將藻液分配器設計成與藻液 導流面寬度相當的管狀結構，管狀結構上開有均勻分布的通孔。本發明的裝置優選設置用於監控微藻生長狀態的探測器，包括但不限於溶氧探測 器、PH探測器、溫度探測器、光強度探測器、電導率探測器和藻液濃度探測器，分別用於監測 藻液中的溶解氧濃度、藻液的PH值、藻液的溫度、光強度、藻液的電導率和藻液濃度。這些 探測器可以與計算機控制系統相聯，用於監控裝置的運行狀態。本發明的裝置中，優選在藻液存儲單元內設置熱交換器，用於精確控制藻液存儲 單元內的藻液溫度。以下詳細說明本發明的有益技術效果光生物反應器是實現微藻規模化養殖的關鍵設備。光生物反應器主要需解決高效 率的「傳光」、「傳質」、「傳動」和「清潔」問題。傳光就是最大可能使所有微藻在反應器中接 受合適強度的陽光，管式和板式反應器在微藻濃度很高時，光線難以到達藻液深處，效率受到限制。傳質就是高效率地將微藻生長所需C02輸入，並將光合作用產生的02輸出，現有技 術中的管式和板式反應器由於空間密閉，所以02放出困難，容易造成02濃度過高而傷害微 藻。傳動就是將藻液不斷輸送流動，現有技術中管式和板式反應器設計流體與管壁、板壁接 觸造成輸送阻力增大、傳動效率降低。清潔就是避免微藻附著在管壁或板壁上造成傳光阻 礙，現有技術難以解決，定期清潔困難大，成本高。本發明很好的解決了上述現有技術中存在的問題。1.本發明中，由於藻液在藻液導流面上的流動可以很方便地控制成快速薄層流 動，因此藻液透光性好，可以顯著提高藻液培養濃度，而現有技術中微藻相互遮擋而難以實 現高濃度養殖，本發明提供的方法創造性地解決了這一難題，從而使微藻的採收和處理成 本大大降低。 2.本發明中，微藻的光合作用主要發生在藻液導流面上，微藻在光合作用中形成 的氧氣在快速流動的藻液薄層中容易析出，藻液離開藻液導流面時，在氣相中噴淋而下落 入藻液存儲單元內的藻液區中，進一步進行氣液物質交換，最大限度地促使溶解氧析出，成 功地解決了溶解氧蓄積的問題。本發明在藻液存儲單元的底部設置曝氣裝置，並向曝氣裝 置通入含有二氧化碳的氣體，由於曝氣裝置使通入的氣體形成微小氣泡，大大增加了氣液 接觸面積，不但可以高效地向藻液存儲單元內的藻液中補充二氧化碳，而且可以進一步促 進藻液中的溶解氧析出。3.本發明中，藻液導流面可以具有高端和低端，使藻液在重力作用下形成由高端 快速流向低端的薄層，能耗更低，傳動效率更高。4.本發明中，微藻的光合作用主要發生在藻液導流面上，因此不存在微藻粘壁影 響採光或者汙染藻液，進而嚴重影響微藻連續養殖的問題，與現有封閉式微藻培養技術中 需要定期清洗透明材料相比具有巨大優勢。另外，本發明解決了陽光強度和藻液濃度之間的矛盾(藻液濃度低，強光照射下 微藻易死亡；藻液濃度高，微藻受光效率又受到限制)。在微藻接種初期，藻細胞比較嬌嫩， 藻濃度很低，這時可以將藻液放置於藻液存儲單元的藻液區內，在較暗的環境下培養，避免 微藻由於過強的陽光而受到傷害，待藻液濃度上升，藻液存儲單元內藻液區所受光照強度 不足時，則將藻液存儲單元內藻液區的藻液循環至藻液導流面強化傳光，同時強化傳質，保 證微藻能夠高效率的生長。本發明還具有以下優點1.本發明的優選方案中，藻液導流面由透明材料製成且位於藻液存儲單元內藻液 區的上方，藻液導流面基本覆蓋藻液存儲單元內的藻液區，使藻液導流面的下方形成了一 個光照強度較小的「暗區」，既解決了微藻接種初期，強光照射下微藻易死亡的技術問題，又 能更有效地利用土地面積。2.本發明提供的裝置結構簡單，設備建造成本低，便於安裝與放大生產。本發明提 供的裝置更容易以單元形式組合放大，十分有利於微藻的大規模生產，具有明顯優勢。3.本發明中，藻液導流面上的藻液上方和藻液存儲單元內的藻液上方均有氣相空 間，因此可以通過水分蒸發而降溫。


圖1為本發明第一種優選實施方式的側剖圖。圖2為本發明第二種優選實施方式的側剖圖。圖3為本發明第二種優選實施方式的俯視圖。圖中，1-藻液存儲單元；2-藻液導流面；3-藻液輸送設備；4-水和營養液入口閥 門；5-藻液出口閥門；6-曝氣裝置；7-0)2入口閥門；8-空氣入口與閥門；9-藻液分配器； 10-溝槽和篩孔；11-熱交換器；12-藻液存儲單元頂面；13-氣體出口閥門；14-藻液擋板； 15-藻液區。
具體實施例方式下面以兩種實施方式為例，結合附圖詳細說明本發明，但並不因此構成對本發明 的限制。實施例1本實施例說明1噸藻液規模的微藻養殖裝置及養殖方法。如圖1所示的微藻養殖裝置。藻液存儲單元1是由透明玻璃製成的箱體，長 3000mm,寬500mm，高1000mm，藻液存儲單元1的四個側面貼有透光率為50%的塑料薄膜，藻 液存儲單元頂面12為透明玻璃。藻液導流面2為貼有透光率為50%的塑料薄膜的透明玻 璃，其將藻液存儲單元分成上明(光區)、下暗(暗區)兩個區域，藻液導流面2的一端高度 為800mm，另一端高度為700mm，並開有供藻液下流的溝槽與篩孔10，兩個區域只在藻液導 流面2的低端互相聯通。藻液輸送設備3為隔膜泵。藻液存儲單元底部安裝曝氣裝置6，用 於空氣和C02的補充，藻液存儲單元設有藻液出口閥門5、水和營養液入口與閥門4和氣體 出口與閥門13。藻液存儲單元可以設置檢測微藻生長狀態的探測器，如溶氧探測器、pH探 測器、溫度探測器、光強度探測器、電導率探測器等(圖中未標示)。上述探測器可以與控制 電腦(圖中未標示)相聯，監控系統的運行狀態。藻液存儲單元內安裝熱交換器11，用於調 控系統溫度。本系統既可在自然日光下養殖微藻，也可在人工光源下養殖微藻。操作時，首先對系統進行消毒滅菌，然後通過水和營養液進口閥門4向藻液存儲 單元內輸入消毒滅菌後的培養液至液面高度為600mm(形成藻液區15)，選用Zarrouk培養 基，培養液中碳酸氫鈉的初始濃度為0. lmol/L。加入10升濃縮的螺旋藻藻液，藻液密度為 3g/L，開啟C02入口閥門7和空氣入口閥門8向系統輸入C02與空氣的混合氣(控制C02體積 濃度為5%左右)，同時有控制地開啟系統氣體出口閥門13，將系統生成的氣體不斷輸出體 系外。啟動隔膜泵3將藻液存儲單元內的藻液不斷提升至藻液導流面2上並形成快速流動， 藻液以薄層流動，受光後通過溝槽與篩孔10噴灑流回藻液存儲單元內的藻液中，形成藻液 在藻液存儲單元和藻液導流面之間(光區與暗區之間)的循環。控制電腦通過系統探測器 (溶氧探測器、PH探測器、溫度探測器、光強度探測器等)綜合調控藻液循環泵流量、C02輸 入量使微藻處於最佳生長狀態。本實例中通過熱交換器11控制系統溫度25°C -32°C，通過 pH值控制C02入口閥門7的開啟與關閉控制藻液pH值為8. 5-9. 5，進行連續循環培養。當 檢測日光照射強度> lOOOiimol/m2. s時停止隔膜泵3，僅僅通過C02入口閥門7、空氣入口 閥門8和曝氣裝置6有控制地通入空氣或C02與空氣的混合氣，使微藻在藻液存儲區(暗 區)中快速翻動接受光照，當藻液密度達到2-3g(乾重)/L時開始半連續採收，每次(約3天)採收約20%藻液，藻液由藻液出口與閥門5控制排出，經過濾後濾液返回藻液存儲單 元，藻細胞洗滌、乾燥。連續培養2個月，期間定期檢測其他營養液的濃度並及時補充，並補 充少量水份以彌補水份蒸發。系統操作穩定而方便，無光抑制或微藻死亡的現象發生。實施例2本實施例說明10t藻液規模的微藻養殖裝置及養殖方法。如圖2所示的微藻養殖裝置，藻液存儲單元是頂部敞開的箱體，由鋼筋混凝土結 構製成，並做防水處理，長3m，寬5m，高lm，由10組透明玻璃水槽構成藻液導流面2 (圖3中 未全部標示)，並將藻液存儲單元分成上明(光區)、下暗(暗區)兩個區域，藻液導流面2 為貼有透光率為50%的塑料薄膜。藻液輸送設備3為隔膜泵，藻液導流面2位於藻液輸送 設備3藻液出口的一端的高度為800mm，在另一端的高度為700mm，並開有供藻液下流的溝 槽與篩孔10，藻液存儲單元底部安裝曝氣裝置6，用於空氣和C02的補充，藻液存儲單元設 有藻液出口與閥門5、水和營養液進口與閥門4。藻液存儲單元可以設置檢測微藻生長狀態 的探測器，如溶氧探測器、PH探測器、溫度探測器、光強度探測器、電導率探測器等(圖中未 標示)。上述探測器可以與控制電腦(圖中未標示)相聯，監控系統的運行狀態。藻液存儲 單元內安裝熱交換器11，用於調控系統溫度。本裝置既可在自然日光下養殖微藻，也可在人 工光源下養殖微藻。養殖微藻的方法與實施例1相同。裝置連續運轉2個月，系統操作穩定而方便，無 光抑制或微藻死亡的現象發生。
權利要求
一種養殖微藻的方法，在具有光區和暗區兩個區域的封閉系統或者開放系統中進行，光區位於暗區之上，包括a)將含有微藻、水和必要營養物質的藻液置於系統中；b)將暗區的藻液提升到光區之中建立流動，並使藻液暴露在陽光的作用下，藻液在光區中完成流動後，在重力作用下落入暗區，使藻液在暗區與光區之間循環；c)調控藻液的成分與系統狀態，使其適宜微藻的快速生長與繁殖。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，光區的陽光光照強度>90%陽光直射的 光照強度。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b)中，由暗區提升至光區的藻液依靠 重力建立流動。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b)中，藻液在光區流動時液層厚度 (100mm。
5.按照權利要求3所述的方法，其特徵在於，步驟b)中，藻液在光區流動時液層厚度 ^ 50mmo
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b)中，藻液在光區中完成流動後，在 重力作用下經氣相落入暗區的藻液中。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過向暗區藻液中通入氣體來解析藻液 中的溶解氧和/或補充C02。
8.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，通入的氣體是C02和/或空氣。
9.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，暗區藻液深度>200mm。
10.按照權利要求9所述的方法，其特徵在於，暗區藻液深度>500mm。
11.按照權利要求9或10所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟，藻液在光區和暗 區之間不進行循環，使藻液在暗區內接受陽光的照射，同時向暗區藻液內通入C02和/或空 氣。
12.按照權利要求11所述的方法，其特徵在於，暗區的陽光光照強度<500i!mOl/
13.按照權利要求12所述的裝置，其特徵在於，暗區的陽光光照強度<200i!mOl/
全文摘要
一種養殖微藻的方法，在具有光區和暗區兩個區域的封閉系統或者開放系統中進行，光區位於暗區之上，包括a)將含有微藻、水和必要營養物質的藻液置於系統中；b)將暗區的藻液提升到光區之中建立流動，並使藻液暴露在陽光的作用下，藻液在光區中完成流動後，在重力作用下落入暗區，使藻液在暗區與光區之間循環；c)調控藻液的成分與系統狀態，使其適宜微藻的快速生長與繁殖。本發明所提供的裝置可用於大規模、低成本、高效率的養殖微藻。
文檔編號C12N1/12GK101870953SQ20101015273
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月22日 優先權日2009年4月24日
發明者周旭華, 榮峻峰, 黃緒耕 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院