CN101555455B - 一种微藻的培养/收获方法和系统 - Google Patents

一种微藻的培养/收获方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微藻的培养/收获方法和系统，用以解决现有技术中微藻培养时，CO2的利用率低，微藻收获时，气浮法步骤复杂、成本高的问题。本发明在微藻生成过程中，向所述生物光合反应器中的藻液释放含有CO2气体的微米级气泡；或者向所述生物光合反应器中的藻液释放微米级CO2气泡和微米级空气气泡；在微藻收获时，向所述藻液中释放微米级空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面。采用该技术方案，能提高微藻培养时对的CO2的利用率，提高微藻产量，在微藻收获时减少了微藻的收获步骤和成本。

Description

一种微藻的培养/收获方法和系统 
技术领域
本发明涉及微生物技术，尤其涉及一种微藻的培养和收获技术。 
背景技术
由于微藻富含多种成分，已成为肥料、动物饲料、保健品、食品、医药甚至化工行业的原料，微藻养殖具有巨大的市场开发潜力。 
但在目前，微藻生产产业化中仍存在重要技术难题，有待突破。 
在微藻的培养过程中，由于微藻需要吸收CO2等无机物质进行光合作用，同时还向微藻悬浮液中释放O2，导致微藻悬浮液中O2浓度过高，抑制微藻生长，因此在进行微藻工业化养殖时需要提供大量的分散的CO2作为微藻光合作用的原料。 
目前在封闭式微藻培养系统方式中常用的方法是，将CO2通入置于微藻悬浮液中的带有气孔的管路系统。但由于通过这种方式得到的分散的CO2气泡直径较大，在微藻悬浮液中的停留时间短，导致CO2利用率较低，影响微藻的产量。 
在微藻收获时，存在收获步骤复杂、生产成本居高不下的问题。现有技术中使用的气浮法是先将藻液从微藻培养系统中泵入气浮池，加入絮凝剂使藻液中的微藻絮凝，然后在气浮池底部通入气体，使絮凝后的微藻在气体携带作用下悬浮于藻液表面，便于收集。但由于现有技术中的气浮法仍需用泵将藻液引入专用的气浮池，然后采收微藻，所以仍然存在很大的能量消耗，而且絮凝剂很可能对微藻产生破坏作用，而且在后续微藻加工过程中，由于必须要提取出所收获微藻中的絮凝剂，增加了工艺的繁杂度。 
发明内容
本发明实施例提供一种生物光合反应器中微藻培养的方法和系统，用以解决现有技术中微藻培养时，CO2的利用率低的问题。 
本发明实施例还提供一种生物光合反应器中微藻收获的方法和系统，用以方便微藻的收获。 
为解决上述第一个问题，本发明实施例提供如下的技术方案： 
一种微藻培养系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及培养在所述藻液中的微藻，还包括： 
至少一条微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放含有CO2的气泡； 
气体控制装置，用于在培养微藻时产生含有CO2的气体并通入微孔曝气管； 
夹子和配重物，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上； 
连接物和升降机，所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。 
一种微藻培养系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及培养在所述藻液中的微藻，还包括： 
至少一条第一微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放CO2气泡； 
至少一条第二微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放空气气泡，且所述第一微孔曝气管的放置位置高于第二微孔曝气管的放置位置； 
气体控制装置，用于在培养微藻时产生CO2气体并通入第一微孔曝气管、获得空气并通入第二微孔曝气管。 
根据本发明提供的微藻培养方法和系统，在微藻养殖时，微孔曝气管向藻液中释放微米级的含有CO2气体的气泡，可以使含有CO2气体的气泡以气升的方式均匀分布在藻液中。由于含有CO2气体气泡的直径为微米级，所以增大了 气液接触面积，延长了含有CO2气体的气泡在液体中的停留时间。因此微藻对CO2气体的利用率得到加强，溶解于藻液中的O2也由于气体传质作用更容易随气泡逸出液面而被脱除。通过微孔曝气管向藻液中释放微米级的含有CO2气体的气泡，提高了微藻进行光合作用时对藻液中CO2的利用率，提高了产量，并降低了生产成本。 
为解决上述第二个问题，本发明实施例提供如下的技术方案： 
一种微藻收获系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及收获培养在藻液中的微藻，包括： 
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液使所述微藻发生自絮凝； 
至少一条微孔曝气管，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面； 
收集池，连接与所述生物光合反应器，在用于收集所述生物光合反应器中培养的微藻；以及 
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池； 
夹子和配重物，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上； 
连接物和升降机，所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。 
所述生物光和反应器可根据不同的藻种需求，制作成不同的形状，其中以箱型、板式反应器较适合气浮法收集。 
 根据本发明提供的微藻收获方法和系统，在微藻收集时，微孔曝气管向藻液中释放微米级的空气气泡，使得气泡与微藻的接触面积增大，容易黏附在微藻絮粒上，降低微藻絮粒整体密度。并使微藻絮粒借助气泡上升的速度强行上浮，从而实现固液快速分离。整个气浮过程在原有反应器中进行，且气浮后的藻液通过再处理，可以使用原液体继续培养微藻，在节约电能的同时减少了培养过程中的水用量。 
附图说明
图1为本发明实施例中微藻培养的原理示意图； 
图2为本发明实施例中向微孔曝气管通入CO2和空气的混合气体时的微藻培养系统的结构示意图； 
图3为本发明实施例中微孔曝气装置的结构示意图； 
图4为本发明实施例中分别通入CO2和空气时微孔曝气管的连接示意图； 
图5为本发明实施例中微藻培养时分别通入CO2和空气时的气体控制流程图； 
图6为本发明实施例中微藻培养时分别通入CO2和空气时气体控制装置的结构示意图； 
图7为本发明实施例中微藻收获系统的结构示意图。 
具体实施方式
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。附图仅用于更好的帮助理解实施例的方案，在各种实现中可以不限于附图所示的形式。 
考虑到在微藻培养时，微藻进行光合作用时需吸收大量的CO2等无机物质来合成葡萄糖等有机物并释放氧气等物质。因此提高CO2在藻液中的停留时间及CO2与藻液的接触面积非常重要。本发明实施例中采用的CO2气体为经过脱硫、除尘、余热回收后得到的富含CO2气体的工厂废气，通过气体控制装置和微孔曝气装置，进入到生物光合反应器的藻液中，既环保又降低了生产成本。 
参阅图1为本发明微藻培养的原理示意图。本发明实施例提供的一种微藻 培养系统，主要包括： 
生物光合反应器101，用于容纳藻液以及培养在所述藻液中的微藻； 
微孔曝气管102，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放微米级的气泡； 
气体控制装置103，用于在培养微藻时产生含有CO2的气体并通入微孔曝气管，以及根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围，并监测藻液中的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，增大所述气体中CO2 的含量，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，降低所述气体中CO2 的含量。 
参阅图3为微孔曝气装置的结构示意图。与微孔曝气管相关装置，还包括：夹子303、配重物302、连接物304和升降机305，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上； 
所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。 
配重物可为各种材质。在本发明本实施例中配重物为水泥管，利用夹子同微孔曝气管连接，用以保证微孔曝气管能够沉降于藻液液面下，对水泥管的长度没有限制。如果水泥管与曝气管等长，则一根曝气管与一根水泥管相连接；如果水泥管较短，则可在曝气管的几个部位分别连结水泥管。 
升降机通过连接物与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。 
参阅图2为本实施例中向微孔曝气管通入CO2和空气的混合气体时的微藻培养系统的结构示意图。微孔曝气管同夹子、配重物、连接物和升降机的连接方式详见前述部分。根据培育藻种的不同，适宜微藻培养的PH值范围也不同，因此对藻液中的CO2的含量要求也不同，微孔曝气管的孔径可以为1μm～1000μm，放置位置为液面下0～2m，如果放置的位置过深，由于存在水压，会影响微米级气泡释放到藻液，本实施例中，将微孔曝气管放置于液面下1.8m 处。为保证微孔曝气管能充分释放微米级气泡，本实施例中微孔曝气管的孔径为50μm～500μm。为保证微米级含有CO2的气泡在藻液中的均匀分布，单根微孔曝气管长度应控制在0～20m之间，优选为10-20m。在本实施例中使用的生物光合反应器为：20m(长)×0.3m(宽)×2m(高)。气体控制装置将压力为0～0.2Mpa，进气速度为优选为2m3/h(根据不同情况进气速度可为0～5m3/h·m的范围内)的CO2和空气的混合气体通入到至少一条的微孔曝气管后向藻液中释放微米级的含有CO2气体的气泡。微米级的含有CO2气体的气泡逐渐自微孔曝气管升至藻液液面溢出，微米级的含有CO2气体的气泡在上升的过程中完成了同藻液的气体交换，气泡中的一部分CO2溶入藻液被微藻吸收，同时藻液中的一部分O2由于气泡传质性质进入微米级气泡中并最终随气泡溢出。由于释放到藻液的CO2气泡的直径是微米级，含有CO2气体的气泡与藻液的接触面积增大，增加了溶解于藻液中的CO2气体的含量，也加快了藻液中的O2 气泡传质速度，从而提高了微藻对CO2的利用效率，降低培养液中的O2浓度。 
参阅图4为本发明实施例中分别通入CO2和空气时微孔曝气管的连接示意图。微孔曝气管同夹子、配重物、连接物和升降机的连接方式详见前述部分。根据培育藻种的不同，适宜微藻培养的PH值范围也不同，因此对藻液中的含量要求也不同，CO2的含量要求也不同，微孔曝气管的放置位置为液面下0～2m。为保证微孔曝气管能充分释放微米级气泡，本实施例中微孔曝气管的孔径为10μm～100μm。在实际操作时，本领域技术人员可根据实际情况在所述数值范围内进行具体调整。在本实施例中使用的生物光合反应器为：20m(长)×0.3m(宽)×2m(高)。CO2管道和空气管道分别直接与第一微孔曝气管和第二微孔曝气管相连，第一微孔曝气管的微孔直径为10-100mm，第二微孔曝气管的微孔直径为50-500μm，将CO2气体和空气分别通入到两个不同的曝气管，曝出CO2气体的曝气管放置于水面下0.5m处，曝出空气的曝气管放置于液面下1.8m处。在每处的长为20米的微孔曝气管布置线路上，顺次放置两根长度为10米的曝气管，并且向每根曝气管的两端同时通入气体。采用这种微孔曝 气管的连接方式及进气方式，可以使微孔曝气管所曝出的气体均匀分布在藻液中。进一步的，当至少一条第一微孔曝气管曝出的CO2气泡非常小时，曝出的CO2气体会随着藻液流动向液面深处反向扩散，此时加大通入至少一条第二微孔曝气管中的空气进气速度为0.5m3/h·m(根据具体情况可为0-2m3/h·m的范围)时，则会由于大量曝出微米级空气气泡藻液就会搅动起来，而使藻液处于流动状态。由此，可使CO2气体在藻液中的分布更加均匀并延长了CO2在藻液中的停留时间长，提高了微藻对CO2的利用率。 
图1所示的气体控制装置103可以有很多种实现方式，并且同微孔曝气装置的连接方式相关联。当微孔曝气装置的连接方式为图2所示情况时，气体控制装置的实现方式具体包括： 
CO2管路201，用于接收CO2气体并输出； 
空气管路202，用于接收空气并输出； 
气体混合罐206，分别连接所述CO2管路201和空气管路202，用于混合CO2气体和空气； 
多条软管207，每一条软管连接在气体混合罐和每一条微孔曝气管之间，用于将气体混合罐中的混合气体输出给微孔曝气管； 
两个执行器203，连接在所述CO2管路和空气管路中，分别用于调节CO2 和空气的进气速度，并且单位时间内CO2和空气的进气总量是一恒定值，执行器可为电气比例阀或其他形式； 
PH传感器205，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于监测藻液中的实际PH值并输出； 
控制器204，用于根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围，并接收所述PH传感器输出的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，控制所述两个执行器增大气体中CO2的进气速度并减少空气的进气速度，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，控制所述两个执行器降低气体中CO2 的进气速度并增大空气的进气速度。 
当然，本领域技术人员应该知道，为实现对CO2和空气的流量进行控制，在CO2管路和空气管路可以分别设置检测二氧化碳流量的传感器和检测空气流量的传感器。为防止藻液倒流回气体混合罐中，还可以在微孔曝气管和气体混合罐之间设置气体止回阀。 
微藻培养的具体过程为：在微藻生成过程中，向所述生物光合反应器中的藻液释放含有CO2气体的微米级气泡； 
根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围； 
监测藻液中的实际PH值，并将所述实际PH值保持在PH值范围内。 
所述监测藻液中的实际PH值，并将所述实际pH值保持在适宜微藻培养的PH值范围内，参阅图5为本发明实施例中微藻培养时分别通入CO2和空气时的气体控制流程图。具体包括如下步骤： 
步骤501，PH传感器将当前PH值传送给控制器； 
步骤502，控制器根据当前PH值判断是否为适宜微藻培养的当前PH值范围； 
步骤503，如果是，则保持当前的二氧化碳及空气的进气速度； 
步骤504，如果判断当前PH值大于适宜微藻培养的当PH值范围的最大值，控制所述两个执行器增大气体中CO2的进气速度并减少空气的进气速度； 
步骤505，执行器执行控制器发出的指令，增大气体中CO2的进气速度并减少空气的进气速度； 
步骤506，如果判断当前PH值低于所述PH值范围的最小值，控制所述两个执行器降低气体中CO2的进气速度并增大空气的进气速度； 
步骤507，执行器执行控制器发出的指令，降低气体中CO2的进气速度并增大空气的进气速度； 
为了帮助更好的理解监测藻液PH值的过程，现在通过两个具体实施例来说明。由于不同种类的微藻有其自身的适宜培养PH值范围，根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围。 
根据微藻类型，微藻生成的PH值范围不同。一种微藻的适宜养殖PH值为6，从气体混合罐处通入到微孔曝气的CO2含量为10％。为能够正确测量藻液的PH值，将PH传感器置于微孔曝气管上方10cm处。由于微藻吸收CO2 的速度大于释放入藻液中的CO2速度，PH传感器测量到藻液的PH值为8，此时藻液中的CO2含量偏低，需要增加CO2含量；控制器接收到从PH传感器传送来的数据8，根据程序设定，迅速解析出应调节的CO2管路处的进气速度和空气管路的进气速度，并将调节进气速度的指令发送到执行器处；执行器接收指令并执行，调节CO2和空气的进气速度，微孔曝气管释放到藻液中的CO2 浓度为15％，使藻液的浓度重新保持PH值为6。 
而当PH传感器测量到藻液的PH值为5时，此时藻液中的CO2含量偏高，需要减少CO2含量；控制器接收到从PH传感器传送来的数据5，根据设定好的控制程序，迅速解析出应调节的CO2管路处的进气速度和空气管路处的进气速度，并将调节进气速度的指令发送到执行器处；执行器接收指令并执行，调节CO2的进气速度，微孔曝气管释放到藻液中的CO2浓度为5％，使藻液的浓度重新保持PH值为6。 
通过CO2管路和空气管路，气体通入到在气体混合罐中，CO2气体和空气按所需的比例进行混合，通常CO2含量范围控制在5-15％之间；在与微孔曝气管相连接一侧的气体混合罐处设置有执行器，用以保证输送到微孔曝气管处的CO2混合气体压力为0～0.2Mpa，进气速度为0～5m3/h·m。在本实施例中，输送到微孔曝气管处的CO2混合气体压力为0.15Mpa，进气速度为2m3/h·m。 
参阅图6为本发明实施例中微藻培养时分别通入CO2和空气时气体控制装置的结构示意图，具体实现方式包括： 
CO2管路601，用于接收CO2气体并通过软管403输出给每一条第一微孔曝气管607； 
空气管路602，用于接收空气并通过软管403输出给每一条第二微孔曝气管608； 
多条软管606，用于连接CO2管路和每一条第一微孔曝气管，以及连接空气管路和每一条第二微孔曝气管； 
两个执行器603，连接在所述CO2管路和空气管路中，分别用于调节CO2 和空气的进气速度，执行器可为电气比例阀或其他形式，在本实施例中，通常情况下，空气的进气速度为一恒定值，只调节CO2的进气速度； 
PH传感器605，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于监测藻液中的实际PH值并输出； 
控制器604，用于根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围，并接收所述PH传感器输出的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，控制所述CO2管路中的执行器增大气体中CO2的进气速度为1.5m3/h·m，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，关闭所述CO2管路中的执行器降低气体中CO2的进气速度，空气管路的进气速度为固定值2m3/h·m。 
微藻培养的具体过程为：在微藻生成过程中，向所述生物光合反应器中的藻液释放含有CO2气体的微米级气泡； 
根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围； 
监测藻液中的实际PH值，并将所述实际PH值保持在PH值范围内。 
所述监测藻液中的实际PH值，并将所述实际pH值保持在适宜微藻培养的PH值范围内，具体包括如下步骤： 
步骤1，PH传感器将当前PH值传送给控制器； 
步骤2，控制器根据当前PH值判断是否为适宜微藻培养的当前PH值范围； 
步骤3，如果是，则保持当前的二氧化碳及空气的进气速度(空气的进气速度为固定值2m3/h·m)； 
步骤4，如果判断当前PH值大于适宜微藻培养的当PH值范围的最大值，则当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，控制所述CO2管路中的执行器增大气体中CO2的进气速度为1.5m3/h·m； 
步骤5，执行器执行控制器发出的指令，增大气体中CO2的进气速度； 
步骤6，如果判断当前PH值低于所述PH值范围的最小值时，控制所述CO2管路中的执行关闭CO2管路； 
步骤7，执行器执行控制器发出的指令，关闭CO2管路； 
进一步的，所述的微藻培养系统，还包括：收集池，连接所述生物光合反应器，用于收集所述生物光合反应器中培养的微藻；以及 
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池。 
进一步的还包括： 
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液，使所述微藻发生自絮凝，同时根据微藻类型，确定微藻发生自絮凝的PH值范围，当溶液的PH值达到发生自絮凝的PH值范围时，停止NaOH溶液的通入； 
所述气体控制装置还用于在收获微藻时产生空气，并通过所述微孔曝气管向所述藻液中释放微米级空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面。 
所述氢氧化钠流入装置具体包括： 
氢氧化钠管道，所述氢氧化钠管道一端放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中； 
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器； 
控制器，根据所述PH传感器传送的数值，生成氢氧化钠流量控制指令并输出； 
执行器，接收并执行所述控制器输出的氢氧化钠流量控制指令，并根据所述氢氧化钠流量控制指令控制所述氢氧化钠流速。 
微藻的收获，由于根据微藻类型，微藻发生自絮凝的PH值范围是不同的，本实施例是通过调节藻液pH值为10.5-11，从而使微藻细胞发生自絮凝现象， 这种自絮凝对微藻本身不会有破坏作用；絮凝后的微藻与微米级气泡相结合，随气泡升至藻液上部形成泡沫层，将泡沫层收集即可达到浓缩、分离微藻的目的。微藻能否充分悬浮于液面上，与微藻同气泡的接触面积有关，接触面积越大，气浮效果越好。本发明向藻液中提供微米级的气泡，大大增加了微藻同气泡的接触面积。 
如图7所示，本发明实施例提供的微藻收获系统，包括生物光合反应器701，用于容纳藻液以及收获培养在藻液中的微藻，还包括： 
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液10.5～11之间，使所述微藻发生自絮凝，当实际PH值达到10.5～11之间时，停止通入NaOH溶液； 
微孔曝气管708，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放含有空气的气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面； 
收集池702，连接与所述生物光合反应器，用于收集在所述生物光合反应器中培养的微藻；以及 
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门707，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池。 
所述氢氧化钠流入装置具体包括： 
氢氧化钠管道703，所述氢氧化钠管道放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中； 
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器； 
控制器，确定PH传感器传送的数值达到微藻发生自絮凝的PH值范围时生成停止氢氧化钠流出指令并输出； 
执行器704，接收并执行所述控制器输出的停止氢氧化钠流出指令，并根据所述停止氢氧化钠流出指令停止所述氢氧化钠溶液的流出。 
所述氢氧化钠流入装置具体包括： 
氢氧化钠管道，所述氢氧化钠管道放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中； 
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器； 
控制器，根据所述PH传感器传送的数值，生成氢氧化钠流量控制指令并输出； 
执行器，接收并执行所述控制器输出的氢氧化钠流量控制指令，并根据所述氢氧化钠流量控制指令控制所述氢氧化钠流量。 
微藻收获的具体过程，包括： 
本实施例中，向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液并保持所述藻液的PH值在10.5～11之间，使所述微藻发生自絮凝； 
关闭CO2管路，向所述藻液中释放微米级空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡705后悬浮于藻液表面； 
收集悬浮于藻液表面的微藻709，打开生物反应器同微藻收集池相连的输出门，使悬浮于液面上的微藻悬浮液通过输出门流入到微藻收集池。 
至此，微藻的初步收集基本完成。 
进一步的，在微藻收获时所使用的PH传感器及控制器可为微藻培养时的PH传感器和控制器。 
微藻采收完成后的藻液为碱性，不再适于微藻生长。进行微藻养殖时再打开CO2管路中的控制阀，通入CO2气体，将藻液中和至pH值为6左右，即可再次进行微藻培养，从而反复利用微藻培养液。 
通过本发明，在微藻的培养和收获过程中，利用微孔曝气管向藻液中通入微米级气泡，在养殖时可有效控制适宜微藻生长的pH值范围，在收集时可提供良好的气浮环境，从而提高生产产量、降低成本。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (18)

1.一种微藻培养系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及培养在所述藻液中的微藻，其特征在于，还包括：
至少一条微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放含有CO2的气泡；
气体控制装置，用于在培养微藻时产生含有CO2的气体并通入微孔曝气管；
夹子和配重物，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上；
连接物和升降机，所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。
2.如权利要求1所述的微藻培养系统，其特征在于，所述的气体控制装置还用于，根据微藻类型确定微藻生成的PH值范围，监测藻液中的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，增大所述气体中CO2的进气速度并减少空气的进气速度，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，减少所述气体中CO2的进气速度并增加空气的进气速度。
3.如权利要求1或2所述的微藻培养系统，其特征在于，进一步还包括：收集池，连接所述生物光合反应器，用于收集所述生物光合反应器中培养的微藻；以及
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池。
4.如权利要求3所述的微藻培养系统，其特征在于，还包括：
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液，使所述微藻发生自絮凝；
所述气体控制装置还用于在收获微藻时通过所述微孔曝气管向所述藻液中释放微米级空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面。
5.如权利要求4所述微藻培养系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置还用于，根据微藻类型，确定微藻发生自絮凝的PH值范围；
当溶液的PH值在发生自絮凝的PH值范围内时，停止NaOH溶液的通入。
6.如权利要求4所述微藻培养系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置包括：
氢氧化钠管道，所述氢氧化钠管道一端放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中；
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器；
控制器，根据所述PH传感器传送的数值，生成氢氧化钠流量控制指令并输出；
执行器，接收并执行所述控制器输出的氢氧化钠流量控制指令，并根据所述氢氧化钠流量控制指令控制所述氢氧化钠流速。
7.如权利要求2所述的微藻培养系统，其特征在于，所述气体控制装置具体包括：
CO2管路，用于接收CO2气体并输出；
空气管路，用于接收空气并输出；
气体混合罐，分别连接所述CO2管路和空气管路，用于混合CO2气体和空气；
多条软管，每一条软管连接在气体混合罐和各条微孔曝气管之间，用于将气体混合罐中的混合气体输出给微孔曝气管；
两个执行器，分别连接在所述CO2管路和空气管路，分别用于调节CO2和空气的进气速度；
PH传感器，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于监测藻液中的实际PH值并输出；
控制器，用于根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围，并接收所述PH传感器输出的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，控制所述两个执行器增大气体中CO2的进气速度并减少空气的进气速度，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，控制所述两个执行器降低气体中CO2的进气速度并增大空气的进气速度。
8.一种微藻收获系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及收获培养在藻液中的微藻，其特征在于，包括：
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液，使所述微藻发生自絮凝；
至少一条微孔曝气管，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面；
收集池，连接与所述生物光合反应器，在用于收集所述生物光合反应器中培养的微藻；以及
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池；
夹子和配重物，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上；
连接物和升降机，所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。
9.如权利要求8所述微藻收获系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置还用于，根据微藻类型，确定微藻发生自絮凝的PH值范围；
当溶液的PH值在发生自絮凝的PH值范围内时，停止NaOH溶液的通入。
10.如权利要求8所述微藻收获系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置具体包括：
氢氧化钠管道，所述氢氧化钠管道放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中；
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器；
控制器，确定PH传感器传送的数值在微藻发生自絮凝的PH值范围内时生成停止氢氧化钠流出指令并输出；
执行器，接收并执行所述控制器输出的停止氢氧化钠流出指令，并根据所述停止氢氧化钠流出指令停止所述氢氧化钠溶液的流出。
11.一种微藻培养系统，包括生物光合反应器，用于容纳藻液以及培养在所述藻液中的微藻，其特征在于，还包括：
至少一条第一微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放CO2气泡；
至少一条第二微孔曝气管，放置于所述生物光合反应器中的藻液中，用于通过微米级曝气孔释放空气气泡，且所述第一微孔曝气管的放置位置高于第二微孔曝气管的放置位置；
气体控制装置，用于在培养微藻时产生CO2气体并通入第一微孔曝气管、获得空气并通入第二微孔曝气管。
12.如权利要求11所述的微藻培养系统，其特征在于，所述气体控制装置还用于，根据微藻类型确定微藻生成的PH值范围，并监测藻液中的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，增大所述第一微孔曝气管中CO2的进气速度，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，降低所述第一微孔曝气管中CO2的进气速度。
13.如权利要求11或12所述的微藻培养系统，其特征在于，进一步还包括：收集池，连接所述生物光合反应器，用于收集所述生物光合反应器中培养的微藻；以及
所述生物光合反应器与收集池相连的侧面上部包括微藻输出门，用于将悬浮在藻液液面上的微藻导入所述收集池。
14.如权利要求13所述的微藻培养系统，其特征在于，还包括：
氢氧化钠流入装置，用于在收获微藻时向所述生物光合反应器中的藻液通入NaOH溶液，使所述微藻发生自絮凝；
所述气体控制装置还用于在收获微藻时通过所述微孔曝气管向所述藻液中释放微米级空气气泡，使自絮凝的微藻附着于微米级空气气泡后悬浮于藻液表面。
15.如权利要求13所述微藻培养系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置还用于，根据微藻类型，确定微藻发生自絮凝的PH值范围；
当溶液的PH值在发生自絮凝的PH值范围内时，停止NaOH溶液的通入。
16.如权利要求14所述微藻培养系统，其特征在于，所述氢氧化钠流入装置包括：
氢氧化钠管道，所述氢氧化钠管道一端放置于藻液液面下，用以接收氢氧化钠溶液并通入藻液中；
PH传感器，放置于藻液下，用于测量藻液的PH值，并将测得的PH值传给控制器；
控制器，根据所述PH传感器传送的数值，生成氢氧化钠流量控制指令并输出；
执行器，接收并执行所述控制器输出的氢氧化钠流量控制指令，并根据所述氢氧化钠流量控制指令控制所述氢氧化钠流速。
17.如权利要求11或12所述的微藻培养系统，其特征在于，还包括：夹子、配重物、连接物和升降机，所述夹子用于将配重物夹在微孔曝气管上；
所述升降机与微孔曝气管和/或配重物连接，用于调节微孔曝气管在藻液液面下的位置。
18.如权利要求11所述的微藻培养系统，其特征在于，所述气体控制装置具体包括：
CO2管路，用于接收CO2气体并输出给每一条第一微孔曝气管；
空气管路，用于接收空气并输出给每一条第二微孔曝气管；
多条软管，用于连接CO2管路和每一条第一微孔曝气管，以及连接空气管路和每一条第二微孔曝气管；
两个执行器，分别连接在所述CO2管路和空气管路，分别用于调节CO2和空气的进气速度；
PH传感器，浸入在所述生物光合反应器中的藻液中，用于监测藻液中的实际PH值并输出；
控制器，用于根据微藻类型，确定微藻生成的PH值范围，并接收所述PH传感器输出的实际PH值，当实际PH值超出所述PH值范围的最大值时，控制所述CO2管路中的执行器增大气体中CO2的进气，当实际PH值低于所述PH值范围的最小值时，控制所述CO2管路中的执行器降低气体中CO2的进气速度。
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