[发明专利]一种微藻高效固碳装置与营养物补充控制方法

说明书

本发明公开了一种微藻高效固碳装置与营养物补充控制方法，应用于微藻生物质生产及二氧化碳固定。本发明中主要包含了一种根据微藻营养物补充方法确定的光生物反应装置。微藻首先采用较低营养物浓度进行培养，同时对微藻溶液中的营养物浓度进行监测，以构建营养物浓度与生长速率关联式的方式，对反应器内进行营养物补充，保持微藻始终维持在高速生长阶段。微藻营养物补充方法提供了一种具有普适性的微藻营养物补充方案。本发明的优势在于基于BG11培养基，相比传统单一营养物的补充方案操作更加简单，具有节约成本、使用方便等特点，同时获得的营养物补充方案可针对不同藻种、不同反应器有效提升微藻的固碳效率，符合高效低成本的微藻培养和固碳要求。

技术领域

本发明属于微生物培养技术领域，涉及微藻生物培养反应器，特别涉及一种微藻高效固碳装置与营养物补充控制方法。

背景技术

为了降低化石能源的消耗率，包括太阳能、生物质能等新能源的发展迅速，其中微藻作为第三代生物能源的发展平台，应用潜力巨大。与此同时，微藻作为光合作用速率较高的微生物之一，具有生长速率快、占地面积小等优势，近年来被视为高效固碳的重要途径之一。因其同时具有高效固碳和生产生物能源的作用，具有广阔的研究前景。然而，由于难以控制微藻的最优生长条件，在微藻种植方面仍面临一些挑战。在微藻生长过程中，CO₂通入量、光照条件、营养物浓度等是影响微藻生长速率的主要因素。

反应器内的CO₂浓度、营养物浓度、光强等多个因素对微藻生长有明显的影响，且目前的研究已经一定程度上揭示了这些因素对微藻生长速率的影响情况。此外，文献也表明，伴随着营养物浓度的降低，微藻生长速率逐渐下降，微藻生长过程中往往需要进行多次扩培和营养物补充。但目前的模型中，采用的大多是单一初始条件、营养物浓度逐渐降低的微藻生长模型，还没有文献对微藻生长过程中的营养物补充策略及其相应的生长模型进行研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微藻高效固碳装置与营养物补充控制方法，建立了一套适用于微藻营养物补充策略的生长动力学模型和对应的营养物补充策略，并对小球藻在营养液中的生长情况以设计补充策略的方式进行了优化，定时定量分次添加微藻溶液内营养物，具有节省营养物、有效提升微藻生长速率、使用方便等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微藻高效固碳装置，由光生物反应器主体、营养物离子监测系统和营养物离子补充系统组成，其中：

所述光生物反应器主体提供微藻生长所需的环境；

所述营养物离子监测系统与光生物反应器主体连接，对抽滤后的微藻上清液进行监测，实时获取其中的营养物离子浓度；

所述营养物离子补充系统与营养物离子监测系统连接获取监测结果，并根据监测结果向光生物反应器主体补充营养物，以延长微藻的快速生长期，延缓进入死亡期，保持微藻尽可能持久地维持稳定的高速增长。

所述光生物反应器主体包括用于容纳微藻溶液2的光生物反应器1，所述营养物离子监测系统包括离子监测装置9，离子监测装置9通过监测取样管8与光生物反应器1的顶部连接，所述营养物离子补充系统包括计算机7和储存有营养液6的营养液储存罐5，所述营养液储存罐5通过带有流量控制阀4的营养物补充管3连接光生物反应器1，所述计算机7连接离子监测装置9的输出端和流量控制阀4的控制端，计算机7根据监测结果控制流量控制阀4在固定的时间通断。

所述光生物反应器1采用透明材料制成，为平板式光生物反应器、柱式光生物反应器、管式光生物反应器或锥形瓶光生物反应器，光生物反应器1外有LED灯或植物培养荧光灯，为微藻生长提供适宜光源。

所述营养物包含碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等无机盐离子以及微藻生长所需的金属离子。