[发明专利]用于微藻规模培养的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微藻规模培养的装置和方法，特别是，涉及一种开放式的用于微藻规模培养的装置。

背景技术

随着例如石油、煤炭等化石燃料的储备量的逐步耗竭，二氧化碳排放量的不断增加以及全球气候变暖的日益加剧，人类的生存和发展状况已经面临巨大的挑战。利用生物质作为能源是缓解当前能源危机和环境问题的主要途径之一。微藻可以通过光合作用，利用太阳能、二氧化碳和水，合成油脂、淀粉、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，而且微藻生长周期短，生物量积累能力高于陆生植物。因此，微藻作为一种潜在的可再生能源生产原料正受到越来越多的广泛关注。但是，如何培养微藻，提高微藻生物量生产能力，提高微藻规模培养中的光能利用效率，成为当前微藻生物炼制领域的研究难点。

目前用于微藻培养的光生物反应器主要有开放式和封闭式两种类型。封闭式生物反应器具有不易污染、培养条件易于控制、比表面积高、光能和二氧化碳利用效率较高等优点。但是，封闭式生物反应器投资和操作成本大、规模放大困难，限制了它在微藻规模化培养中的广泛运用。开放式培养方式具有结构简单、放大容易和成本低等优点。目前的经济型微藻品种，如螺旋藻和小球藻的商业化生产主要采取开放式的养殖模式来进行。

典型开放式生物反应器采用了跑道池系统，这种跑道池系统直接利用天然的生长环境，一般不需要控制温度的装置，并且建造成长方形或是椭圆形，依靠搅拌桨驱动来实现微藻细胞交替地接受光照和培养液的循环。根据光照程度和微藻品种的不同，培养液的平均深度一般控制在15～50cm之间。由于微藻细胞本身的吸光和遮光作用，光照强度随培养液深度和培养液中的细胞浓度的增加迅速衰减，能够获得充分光照的培养层往往不超过5cm。另外，由于搅拌桨驱动培养液的循环，大部分培养液形成慢速(一般小于20cm/s)的平流，微藻细胞很难充分实现光径上的混合，大部分细胞停留在暗区层，少部分细胞停留在光区层，所以跑道池系统的光能利用效率很低，其生产效率普遍偏低，养殖浓度很难超过1.0g/L，为后续加工带来了高额的成本问题。

公开号为CN102206570A的中国发明专利申请中，提出了一种用于微藻规模培养的装置及培养方法，如图1所示，该装置主要包括开放式跑道池101和光生物反应器103，通过液体泵102将光照充分的光生物反应器103与光照不足的跑道池101进行偶联。跑道池101中的一部分培养液通过液体泵102进入光生物反应器103的底端，再从其顶端流出重新进入跑道池103，从而形成循环。

在装置微藻规模培养的装置中，通过调节液体泵102的流量使得微藻细胞在光照不足和光照充分的两个区域之间形成合适的穿梭周期。大部分在跑道池101中无法接受光照的微藻细胞能够被循环入光生物反应器103中进行有效的光合作用，同时，跑道池101较大的水体可以降低光生物反应器103因较大的光热辐射导致的升温问题，有利于提高微藻细胞的光能利用效率和降低微藻培养的控温成本。

但是，在装置微藻规模培养的装置中，因为光生物反应器3具有一定的高度(一般高于1.5m)，通过液体泵2实现培养液的循环，产生了能耗过大的问题；光生物反应器3本身仍然存在例如成本过高、运行能耗过高、不易清洗、不易放大等的问题；因为偶联系统为固定装置，很难高效利用周年变化的自然光照条件。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于微藻规模培养的装置和方法，通过利用隔离层将培养单元分成光区层和暗区层，能够实现微藻细胞高效利用自然光照条件。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种用于微藻规模培养的装置，包括：培养单元，用于容纳具有微藻细胞的培养液；隔离层，所述隔离层设置在所述培养单元中，将所述培养单元分隔成位于上部的光区层和位于下部的暗区层，所述光区层中的培养液可充分地接受阳光照射以发生光合作用，所述暗区层中的培养液不能充分地接受阳光照射，所述隔离层上形成至少两个连通通道；以及输送装置，被构造成驱动所述培养液穿过所述连通通道在所述暗区层和光区层之间循环流动。

有利地，所述培养单元为跑道池。

有利地，所述跑道池的两个连通通道分别位于隔离层的端部与跑道池的内壁之间。

有利地，所述输送装置为设置在一个连通通道处的搅拌装置。

有利地，所述隔离层距离跑道池底部的高度是可调的，使得光区层和暗区层的培养液体积比为0.1-10，优选为0.2-5，更优选0.25-4。

有利地，所述输送装置的输送能力是可调的，使得培养液在光区层中流动通过的平均时间为0.5-10分钟，优选为2-6分钟，更优选3-5分钟。