[实用新型]一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物技术领域，更具体涉及一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，该反应器应用于针对性的微藻光合高密度自养培养。

背景技术

微藻是原核的或者真核的单细胞光合微生物，是非常高效的太阳能转换器，分布于淡水或者咸水中，通过吸收水环境传递的光能，水和CO₂积累生物量，可以将光能转化为化学能，以油脂或淀粉的等有机物的形式储存在细胞内。作为最古老的低等光合生物，微藻可直接利用太阳光、CO₂及N、P等简单营养物质快速生长并在胞内合成油脂(主要是甘油三酯)、蛋白质、多糖和类胡萝卜素等多种高价值活性物质。微藻生物量中C元素近占干重的50%，

N元素含量也高达7～12%。因此，微藻的规模化培养需要大量的CO₂和NO₃^-作为碳源和氮源，据计算，每生成1g的微藻生物量，需要1.83g的CO₂和0.45g的NO₃^-。而工业烟道气中含有高浓度的CO₂和NOx，因此利用工业烟道气进行能源微藻培养，不仅可以大量固定烟道气CO₂和NOx，减少温室气体排放，降低环境污染，而且可以解决微藻培养所需的碳源和氮源供应问题，在生成生物量——微藻生物能源和其他高价值附加物的同时，达到CO₂和NOx生物转化的目的。微藻的这些特性使其在生物能源、环保、食品、医药和饲料等诸多方面具有广泛的应用，具有显著的社会效益和经济效益，使微藻培养和资源化研究得到国内外越来越多的关注。

所有的微藻都能通过固定CO₂进行光合作用，许多微藻是太阳能的高效转换器，光强是影响植物光能利用率的重要因素之一。光强过低或过高都会影响植物的光合作用效率，当光照不足时，不仅会因同化力的短缺而限制光合碳同化,而且会由于光合作用关键酶没有充分活化而限制光合作用的运转，若光强过高，会发生光抑制现象，因此光照强度在光合自养型条件下对CO₂固定、细胞生长和油脂积累及其重要。此外，微藻对硝酸盐和亚硝酸盐等无机氮吸收和同化途径中，硝酸还原酶和亚硝酸还原酶是两种关键酶，其中位于叶绿体中的亚硝酸还原酶的合成及活力依赖于NO₂^-的供应，照光的叶绿体产生的还原铁氧还蛋白（Fd）是NO₂^-还原的电子供体，因此微藻无机氮的同化过程需要光能的供给，光照强度是决定微藻对无机氮同化和烟道气处理效率的关键因素。光质同样在微藻对光能的利用过程中起到重要作用，微藻吸收的光谱在380nm～720nm范围内，其余波长的光不能直接利用。不同种类的微藻对光质的需求也不尽相同，微藻叶绿体中含有丰富的叶绿素，大部分叶绿素起着捕获光子并把能量转移给光合作用的中心色素，这类色素被称为天线色素，叶绿素的吸收光谱在430～440nm以及670～680nm两段，较多研究均表明，大多数绿藻在橙、红光下光合速率最高，蓝紫光其次，绿光最低。而蓝藻和红藻主要的捕光天线系统是藻胆体，藻胆体的吸收光谱遍及470～650nm的光谱区域，恰好与叶绿素互补，使得在几乎整个可见光区都有强吸收，如聚球藻及铜绿微囊藻在波长620nm左右存在一较为明显的吸收峰。