[发明专利]用于开放池培养微藻的阱式补碳装置及其补碳方法

说明书

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，具体地，本发明涉及用于开放池培养微藻的阱式补碳装置及其补碳方法。

背景技术

微藻可以通过光合作用固定二氧化碳生产多种化学品。有的可以产脂肪烃，如葡萄藻产烃量可达细胞干重的15%～75%，有的可积累糖原，有的可积累甘油，许多微藻含油脂可达干重的60%以上。藻类热解所获得的生物质燃油热值平均高达33MJ/kg。微藻可以在海水、碱水或半碱水中培养，不与农作物争夺土地和淡水资源，还可以利用废水，是淡水短缺、土地贫瘠地区获得有效生物资源的重要途径。微藻有望成为未来的能源和化学品的重要来源。

微藻细胞中碳的含量占其细胞干重的一半以上，藻细胞在生长过程中通过光合作用将二氧化碳固定为自身的组成成分，故在藻类培养过程中需在培养液中保持碳源的供给。藻类培养液中的无机碳源以HCO₃^-、CO₃^2-和游离的CO₂三种形式存在，三种形式的碳在水溶液中的含量比例随pH值的变化而变化。若使用小苏打（NaHCO₃）为碳源，则随着HCO₃^-的解离和CO₂的利用，培养液的pH值逐渐升高，有超过一半的NaHCO₃转化为Na₂CO₃而不能被利用，碳源消耗大，培养液pH升高导致水体难以循环利用。若直接以CO₂为碳源，微藻可直接利用，则可以避免培养液pH值升高的问题，有利于维持适宜的培养环境，使水体可以长时间或者重复使用。

开放式培养是传统而又简单的微藻培养模式，也是目前被大家公认为是成熟的微藻培养技术，优点是构建简单、操作简便，在螺旋藻、小球藻和盐藻的工业化生产中获得了应用(Chaumont D.,J.Appl.Phycol.,1993,5:593-604；Richmond A.,Progress in Physiological Research,Vol.7,Biopress,Bristol.,1990,269-330；BorowitzkaL.T.,Bioresource Technology,1991,38:251-252)。然而，传统开放池由于液层深度达20～30cm，如果以鼓泡的方式直接向培养池中补加CO₂，由于气泡在培养液中停留时间短，使得CO₂的吸收率非常低，只有13%～20%的CO₂被吸收（Becker EW,Microalgae:biotechnology and microbiology.Cambridge University Press,Cambridge,1994,pp 293）。

Ferreira等（Ferreira B S,Fernandes H L,Reis A and Mateus M.Microporous hollowfibres for carbon dioxide absorption:mass transfer model fitting and the supplying ofcarbon dioxide to microalgae cultures.Journal of Chemical Technology andBiotechnology,1998,71:61-70）利用中空纤维膜来强化气液传质，以提高CO₂的吸收率，但该法造价高，中空纤维膜易污染。

气罩法（李夜光，胡鸿钧，张良军，陈志祥。以二氧化碳为碳源工业化生产螺旋藻工艺技术的研究。武汉植物学研究，1996,14(4):349-356）是在微藻养殖水面上扣一个几平米的罩子，将二氧化碳气体通入罩子内，依靠罩子扣住的水面向培养液传递二氧化碳。该方法的问题在于气液交换的比表面积小；气罩内会积累氧气、氮气从而降低传质速率，需要不断放空，从而损失气罩内的二氧化碳；对于含低浓度的二氧化碳的气源，二氧化碳的吸收率很低；而且气罩内压力稍高时气体会从气罩下方穿过气罩外的液面漏出。槽式补碳（申请号CN200610018771.9，微藻养殖池补充二氧化碳的装置）是在培养池边挖一个深槽，使培养液流过深槽，在槽底布置通气管，向培养液供应二氧化碳，该方法会打乱传统的开放池的空间布局，且在槽内缺少混合，一段时间后槽的底部被二氧化碳饱和后就成为传质的死区，失去了深槽的作用。