[发明专利]一种溢流倾斜式新型微藻培养系统

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种溢流倾斜式新型微藻培养系统及 采用该系统进行微藻培养的方法。

背景技术

微藻富含蛋白质、多不饱和脂肪酸和类胡萝卜素等多种高附加值物质，同 时微藻具有吸收氮/磷，以及在培养过程中积累油脂的能力。因此，微藻在食品、 饵料、饲料、环保及生物能源等诸多方面具有广泛的应用。特别是近年来在生 物能源方面，微藻被认为是最具应用前景的生物柴油等生物燃料制备的原料； 此外，微藻固碳和微藻处理富含氮/磷废水的潜力也非常巨大。

光生物反应器是微藻光自养培养的核心装置。目前，用于微藻光自养培养 的光生物反应器有敞开式和封闭式两种。

敞开式微藻培养系统(跑道池和圆池)存在着结构简单、建造容易、操作 方便及运行成本低等优点。但是，敞开式池子存在着较多的缺点，如藻细胞生 长慢，藻细胞密度较低(通常藻细胞密度＜1.0g/L)，易受外界环境条件的影 响，培养条件难以控制，容易受到原生动物等敌害生物的污染。同时，较低的 藻细胞密度会造成较高的采收成本。与敞开式微藻培养系统相比，封闭式光生 物反应器具有培养条件稳定可控，藻细胞生长速率快及藻细胞密度高等优点， 但是封闭式光生物反应器存在着投资、运行及维护成本高和放大困难等问题， 使得它们目前难以大规模应用于非高附加值微藻(能源微藻)的光自养培养。 因此，封闭式光生物反应器目前主要应用于微藻的藻种培养及高附加值微藻 (如雨生红球藻)的培养。

光生物反应器的光程及单位体积光照面积是影响反应器性能的重要因素。 一般而言，光程越短及单元体积藻液的光照面积越大，光生物反应器的性能越 优，藻细胞的生长速率越快，藻细胞密度越高。目前，敞开式池子中藻液深度 通常为15～30cm左右，而能充分接受光照的区域仅在藻液的表层，仅约几个厘 米，大部分的藻细胞处于暗区(光强低于藻细胞生长所需的最低光强)，无法 充分地接受光照，导致藻细胞无法进行有效地光合作用而快速生长。封闭式光 生物反应器，如管式光生物反应器，柱式光生物反应器及平板式光生物反应器 的光程一般在5cm～20cm左右。与敞开式培养系统相比，封闭式光生物反应器 的光程相对较小，比光照面积较大。虽然，藻细胞能够在封闭式光生物反应器 中获得较高密度，但封闭式的光生物反应器的设备投资非常大，难以规模化应 用于一般低价值微藻的培养。同时，在较高的藻细胞密度下，光在藻液中的衰 减程度增加，一般仅能穿透藻液层1-2cm左右。因此，封闭式光生物反应器的 光程仍然过大，在较高藻细胞密度下，大部分藻细胞仍处于暗区而受到光限制。

为了增加微藻培养系统的受光表面积，提高单个藻细胞获得的光能，一些 研究者采取相关措施对微藻培养系统进行了改造。

丛威等申请的“用于大规模培养微藻的低落差开放池及其使用方法和用 途”(CN101948740A)的专利提供了一种微藻浅层培养的低落差开放池，藻 液的深度仅为1-10cm。

刘天中等申请的“一种用于微藻规模培养的装置及培养方法”(CN 102206570A)将敞开式跑道池与封闭式平板式或柱式光生物反应器串联形成耦 合系统，在一定程度上提高了敞开式跑道池中藻细胞的生长速率及藻细胞密 度。

张成武等提出了“一种跑道池光生物反应器”(CN202246641U)和“一 种实现微藻规模化培养的跑道池光生物反应器”(CN102304462A)，将“藻 液喷淋技术”和“地冷技术”等应用于跑道池。申请者称这种组合式跑道池提 高了藻细胞的光合效率，解决了培养液降温等问题，可实现微藻的高密度及规 模化培养。

张成武等还提出了一种“一种实现产油微藻规模化培养的光生物反应器系 统”(CN102296024A)，该装置利用气升力和重力的双重作用使得藻液在平 板式光生物反应器和倾斜式薄层开放池之间循环流动。该薄层倾斜开放池的藻 液深度小于1cm，其与水平面的倾斜角度仅为1°-3°。