微藻培養系統、腔體式光生物反應器及微藻培養方法技術方案

本發明專利技術公開了微藻培養系統、腔體式光生物反應器及微藻培養方法。培養系統包括可容納培養液和微藻的光生物反應器；所述反應器為密閉式；器壁為具有中空夾層結構的密封體和/或器壁的材質為輕質保溫材料；反應器具有透氣結構；培養液中含有碳酸氫鹽。采用本發明專利技術的系統培養微藻，可以很好地控制反應器與所處水體環境之間的熱交換，使反應器中的培養溫度高于所處水體溫度，以提高微藻的生長速度，但不至于溫度過高而導致所培養微藻的死亡，其培養方法簡單，成本低，培養效率高，適合于工業化應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及微藻生物
，具體設及微藻培養系統、腔體式光生物反應器及 微藻培養方法。
技術介紹
近些年來，自養微藻因其功能的多樣性得到越來越多的關注。微藻可W作為一種 新型的生物柴油原料。與大豆、甘薦、麻楓樹等能源作物相比，其具有生長周期短、光合作用 速率快、油脂含量高等優點，有著良好的開發前景。微藻能夠高效固定大氣中的C〇2,解決因 化石燃料燃燒導致的環境問題。另外，微藻細胞中含有：蛋白質、脂類、多糖、類胡蘿l·素、色 素等高價值的營養成分，是優質的食品和飼料原料，也是化工、輕工和醫藥工業中用途極廣 的有機中間體，也可W是化妝品原料。 與其它生物一樣，溫度是影響微藻生長的一個至關重要因素。在傳統的微藻培養 系統中，長時間強光照射會導致封閉式光生物反應器內溫度會升高10°c~30°C，而過高的 溫度會導致微藻產量下降，甚至引起微藻的死亡。因此，高效的微藻培養系統需要額外的溫 度控制系統，如噴灑水降溫，但運導致了微藻生產的高成本。為了避免運種狀況，有研究者 開發了浸泡于水中、或漂浮在水面上的微藻培養系統，例如，美國Solix公司開發的浸泡于 水中的微藻培養系統、Lee等人專利技術的漂浮式微藻培養系統、W及美國宇航局專利技術的漂浮式 半透膜微藻培養系統等。 然而，上述漂浮式微藻培養系統商業化應用仍然受到了限制。首先，雖然所處水 體可降低反應器內的溫度，使其溫度不至于升至過高而導致微藻細胞死亡，但是同時也把 反應器內的溫度降低到了與所處水體幾乎相同的溫度。由于水體的自蒸發作用，其溫度 通常都很低，例如，中國的海域中，勸海四個季度平均海洋表面溫度分別為2. 8°C、12. 7°C、 23. 5°C和13. 5°C，黃海四個季度平均海洋表面溫度分別為8. 4°C、14. 9°C、24. 1、17.rC，東 海四個季度平均海洋表面溫度分別為16. 8°C、21. 7°C、28. 0°C和23. 0°C，南海四個季度平 均海洋表面溫度分別為25.rC、28.2、29.rC和27.rC。過低的溫度不利于微藻的生長，導 致微藻的生長效率低下。比如，超嗜鹽桿藻在不同溫度下的生長速度明顯不同（表1)。因 此，提高反應器中的培養溫度至關重要。 陽0化]表1.超嗜鹽桿藻在不同溫度下培養5天的光密度 另外，無機碳源的供應對于微藻培養來說至關重要，而如何為漂浮式的反應器提 供無機碳源是一個難題。像W上所述的漂浮式光反應器，采用封閉系統，并在其中鼓泡通入 含有二氧化碳的壓縮氣體，運對大規模培養微藻來說其實是很難實現的。運需要為每個光 反應器安裝一個鼓泡通氣的管道系統。一般來說，每個漂浮反應器的尺寸不可能做的很大， 運就需要龐大數量的反應器進行大規模培養。在運種情況下，龐大數量的反應器的鼓泡通 氣需要非常復雜的壓縮氣體管道，運大大增加了每個反應器的制作成本和壓縮氣體管道的 建設成本，同時會大大增加操作成本。而在大面積的水域表面架設如此復雜的通氣管道，其 建設難度更大，制作和操作成本更高，而且其被波浪破壞的風險很大，所W，在大規模生產 中運是非常難實現的。而如果考慮利用敞開的反應器系統，雖然省去了鼓泡通氣系統，而且 有利于二氧化碳從空氣中傳遞到培養液中，從而被微藻吸收，但是敞開系統由于蒸發的作 用，其溫度與水體本來的溫度相差無幾，不能形成溫室效應，因此微藻生長慢，效率太低。
技術實現思路
鑒于現有技術中微藻培養器W及微藻培養中存在的不足，本專利技術的目的之一在于 提供一種用于微藻培養的系統，采用合理的設計，可有效調控系統溫度。 本專利技術的技術方案為，微藻培養系統，包括可容納培養液和微藻的光生物反應器； 所述反應器為密閉式；所述反應器的器壁為具有中空夾層結構的密封體和/或器壁的材質 為輕質保溫材料；所述反應器具有透氣結構；所述培養液中含有碳酸氨鹽。 本專利技術所述輕質保溫材料的"輕質"是指在水面上可漂浮。 本專利技術光生物反應器采用輕質保溫材料制成，使其可W漂浮在水面上；當采用非 輕質材料時，可W通過制作具有中空夾層結構的器壁W到達漂浮效果。 本專利技術微藻培養系統中，碳酸氨鹽為微藻提供無機碳源，使其在光生物反應器中 進行生長。微藻光合作用所產生的氧氣通過具有透氣不透水的密封結構（例如，具有透氣 不透水特性的密封膜）釋放，或者通過透氣口釋放。 本專利技術提供的微藻培養系統，應用于敞開的具有波浪的水體表面，所述水體可W 是，但不限于海洋、湖泊、河流、池塘、或水庫。 本專利技術所述的微藻是任何可W在一定碳酸氨鹽濃度條件下生長的真核微藻和藍 細菌，例如，所述的微藻可W選自杜氏藻值unaliellasp.)、小球藻煙ilorellasp.)、 雨生紅球藻化ematococ州ssp)、超嗜鹽桿藻巧uhalothecesp.)、藍桿藻（切anothece sp.)、螺旋藻（Spirulina.)、微銷藻（Microcoleussp.)、集胞藻（Synecho巧stissp.)、 球等鞭金藻（isoc虹ysissp)、小定鞭金藻（Prymnesiumsp)、富油新綠藻（Neochloris oleo油undans)、微擬球藻（Nannochloropsis)、或一種拉下文名稱為Picochlorumsp的微 藻。 本專利技術提供的微藻培養系統，其光反應器在提供浮力的同時，還可減少反應器內 部與所處水體之間的熱交換，在陽光照射下形成一個漂浮式溫室，維持的微藻培養溫度高 于光反應器所處的水體溫度。 1)該培養系統置于有波浪的水體表面，利用波浪的能量實現反應器內培養液的混 和，W滿足微藻生長的傳質要求。 2)該培養系統中光反應器的器壁采用具有中空夾層結構的密封體制成，或采用輕 質保溫材料制成，在提供浮力的同時，減少反應器內部與所處水體之間的熱交換，在陽光照 射下形成一個漂浮式溫室，維持的微藻培養溫度高于光反應器所處的水體溫度。 3)達到保溫效果，光反應器采用封閉的設計，微藻生長所需的無機碳源W碳酸氨 鹽的形式提供，W避免利用空氣中的二氧化碳或通入含有二氧化碳的氣體引起的熱損失。 本專利技術的另一目的是提供一種腔體式光生物反應器，包括腔體，腔體具有腔壁，腔 壁包括上腔壁；所述腔壁為具有中空夾層結構的密封體和/或腔壁的材質為輕質保溫材 料；所述腔體的上部設有進出料口和透氣結構，所述進出料口和透氣結構均穿過腔壁與腔 體內部相通。 根據腔壁材質的不同，腔體式光生物反應器可為剛性或柔性。 進出料口也可采用透氣不透水的密封結構。優選的該透氣不透水的膜材料為膨體 聚四氣乙締。其一方面可W防止水體進入反應器內部，污染微藻。另一方面，可W光合作用 產生的氧氣透出去，降低溶氧的積累。 溫度是微藻生長的重要因素，溫度過低，微藻生長緩慢，而溫度過高，則容易引起 微藻細胞的死亡，因此，控制微藻培養溫度在合理范圍內至關重要。然而利用電加熱或通冷 卻水等手段控制溫度是不現實的。 對于室外的微藻培養系統來說，反應器內的溫度是由陽光輸入的熱量和反應器向 外界傳出的熱量之間的動態平衡決定的。開放的水體溫度較低，通過傳熱會降低培養系統 內的溫度，而與環境水體相同的溫度通常并不是微藻生長理想的溫度，溫度過低不利于微 藻的生長。 本專利技術提供的腔體式光生物反應器，其腔壁采用具有中空夾層結構的密封體，夾 層中填充本文檔來自技高網...

【技術保護點】
微藻培養系統，包括可容納培養液和微藻的光生物反應器；其特征在于，所述反應器為密閉式；所述反應器的器壁為具有中空夾層結構(3)的密封體和/或器壁的材質為輕質保溫材料；所述反應器具有透氣結構；所述培養液中含有碳酸氫鹽。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：遲占有，朱陳霸，朱賀，李佳琪，程龍燕，唐穎，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21