CN101870953A - 一种养殖微藻的方法 - Google Patents

Abstract

一种养殖微藻的方法，在具有光区和暗区两个区域的封闭系统或者开放系统中进行，光区位于暗区之上，包括：a)将含有微藻、水和必要营养物质的藻液置于系统中；b)将暗区的藻液提升到光区之中建立流动，并使藻液暴露在阳光的作用下，藻液在光区中完成流动后，在重力作用下落入暗区，使藻液在暗区与光区之间循环；c)调控藻液的成分与系统状态，使其适宜微藻的快速生长与繁殖。本发明所提供的装置可用于大规模、低成本、高效率的养殖微藻。

Description

一种养殖微藻的方法

技术领域

本发明涉及一种养殖微藻的方法。

背景技术

微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O₂。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源、减少CO₂排放、净化废气与污水”三个目的。“微藻生物技术”的优势在于以下几个方面：①微藻是光合效率最高的原始植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24h内，微藻所含生物质可以翻倍，在其“指数生长期”内其生物量翻倍时间可以缩短到3.5h。②微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养，因此微藻可以不同农作物争地、争水。③产油率高，微藻干细胞的含油量可高达70％，微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微藻可大量积累油脂，是最有前景的产油生物。④微藻的培养需要利用工业废气中的CO₂，缓解温室气体的排放，也可以吸收工业废气中的NO_x，减少环境的污染。⑤生产微藻生物柴油的同时，还可以生产相当数量的微藻生物质，还可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品。

“微藻高效规模化养殖技术”是微藻生物技术的核心之一。通过研究开发微藻规模化养殖的新型设备与工艺来高效、低成本地获得微藻生物量。微藻的养殖需要有充足的阳光、CO₂、水和无机盐，温度通常要控制在20～30℃，养殖介质必须能够提供组成微藻细胞的无机元素，如N、P、K、Si、Fe等。

通常来说，养殖微藻的费用要高于一般的农作物。微藻生物量的获得有别于现有的农业或林业作物，它需要特定的方法与装置，光生物反应器(photobioreactor)就是用于微藻培养的一类装置，与一般的生物反应器具有相似的结构，具有光、温度、溶解氧、CO₂、pH值等培养条件的调节与控制系统。

微藻的规模化人工养殖目前主要有开放池和封闭式光生物反应器两种方式。无论形式如何，降低成本、提高效率是最终目的。微藻生物柴油技术能否顺利发展在很大程度上取决于微藻规模化养殖技术的不断进步。

开放池培养最突出的优点就是结构简单、成本低廉及操作简单。主要有四种类型：浅水池、循环池、跑道池、池塘。其中最典型的开放池培养系统是Oswald 1969年设计的跑道池反应器。跑道池反应器自上世纪50年代以来就被广泛用于微藻的养殖。它由一条封闭的环形浅池组成，池深一般为15～30cm，池道由水泥或粘土砌成，也可铺上一层白色的塑料。白天在桨轮前方连续进料，培养液由桨轮驱动沿跑道池流动，微藻在流动中不断生长，并于桨轮后部(循环结束点)被收获。桨轮连续地操作以防止微藻沉降。在开放式跑道池反应器中，系统的冷却主要依靠水分的蒸发，因此系统温度随季节和时间变化比较显著。蒸发损失的水量也十分巨大，而且微藻产量容易因外界生物或灰尘的污染而受到影响，任何来自水源、空气、肥料、仪器的天敌生物以及其他藻类都极易浸入污染，导致整个培养彻底失败，只有极少数能在极端环境中生长的微藻可以利用该方式养殖。强光、温度波动、密度、O₂、机械力容易伤害微藻生长，造成产率下降，因此生产效率也较低。

封闭式光生物反应器，即封闭式培养系统，是用透明材料建造的生物反应器。这种生物反应器除了能采集光能外，其他诸多方面与传统的微生物发酵用生物反应器有许多相似之处。自从1950年Cook研制出的一台垂直管状光生物反应器以来，各种类型光生物反应器相继问世，主要有垂直柱式、水平回旋管式、垂直或水平板式及传统搅拌罐式等四种类型。此外，还有用聚乙烯等柔性材料制成的袋式生物反应器和袖式生物反应器、将圆形或矩形金属架用塑料密封后组成的反应器、矩形发光二极管为光源和光导纤维传光式的反应器，以及固定化细胞反应器等各种类型的光生物反应器。

与开放池系统不同，封闭式光生物反应器可以实现微藻单种、纯种的培养，而且培养条件易于控制，培养密度高、易收获，所以效率更高，但是建造与操作成本也随之提高。

例如中国专利ZL02134235.0公开了一种自动化连续生产管式光生物反应器，它的反应容器为透明透光材料的圆柱型连通管，有入口端和出口端，并接入混合罐，反应器是由多层“U”型连通管交叉叠加而形成的立体管道，光源位于连通管交叉叠加而形成的“#”字型立体空间内。这种微藻养殖方式与设备尽管克服了开放池粗放的缺点，但结构复杂，大规模装置建造成本高昂，且难以充分利用自然阳光，不适于微藻低成本、大规模化养殖。

中国专利ZL03128138.9公开了一种封闭管式光生物反应器，由立体双排平螺旋式管道和独特的U型连接弯头，双塔，零剪切力输液泵，二氧化碳注气装置，冷热交换器等构成。双塔中的排氧反应塔设有负压喷射泵，可有效排除培养液中的蓄积氧，调控塔可以调解液压和以负压向反应管道自动输送培养液。该反应器克服了常规反应器占地面积大，效率低的缺点，可以实现规模化生产，但是结构复杂，制造成本高。而且反应器竖立放置，培养液和藻液需要很大能耗从底部输送到顶部，增加了微藻养殖成本。

中国专利CN1721523A公开了一种微藻规模培养的光生物反应器，包括透明管道、气体解析装置、附属管道系统、培养参数感受和控制设施等组成。采用大型气体解析装置、将平行排列的透明管道进行并联，解决了封闭管道光生物反应器气体交换的难题，但是同样存在制造成本和操作费用高昂的问题。

中国专利CN1668185A公开了使用光生物反应器对气体进行处理的方法和气体处理系统，按照公开的方法和装置可以使微藻达到最大生长速度，有效吸收二氧化碳/或氮氧化物。然而，该系统结构复杂，虽然采用计算机控制，但是大规模生产必然导致设备制造成本高昂，不适于微藻生物质大量、低成本的获得。

中国专利ZL96216364.3公开了一种密闭型循环潜层螺旋藻培养装置，由溢流喷射器、溢流板式光生物反应器、储液槽、循环泵依次连接而成，其中采用透光材料制作的溢流板式光生物反应器内装有多层水平放置且上下层的溢流口交叉分布的带挡板的托板。该反应器虽然效率很高，但多层托板结构十分复杂，不利于大规模放大生产。

从现有技术分析可知，阻碍封闭式微藻光生物反应器走向大规模工业化生产应用的主要障碍是各类封闭式光生物反应器结构复杂、投资成本和操作成本太高。虽然技术上可行，但经济上难以合理。开放池系统虽然结构简单，投资成本和操作成本较低，但又效率较低，并且操作参数难以控制易导致严重的培养问题。因此，迫切需要一种新的微藻培养方法和设备，使复杂问题简单化，大幅降低设备制造成本和操作成本，实现大规模、低成本、高效率的养殖微藻。

发明内容

本发明的目的是提供一种养殖微藻的方法，用于大规模、低成本、高效率的养殖微藻。

一种养殖微藻的方法，在具有光区和暗区两个区域的封闭系统或者开放系统中进行，光区位于暗区之上，包括：

a)将含有微藻、水和必要营养物质的藻液置于系统中；

b)将暗区的藻液提升到光区之中建立流动，并使藻液暴露在阳光的作用下，藻液在光区中完成流动后，在重力作用下落入暗区，使藻液在暗区与光区之间循环；

c)调控藻液的成分与系统状态，使其适宜微藻的快速生长与繁殖。

所述“光区和暗区”是指光区的阳光光照强度大于暗区的阳光光照强度。

所述光区的阳光光照强度≥90％阳光直射的光照强度。光区是本发明的方法中，藻液主要进行光合作用的区域，如果采用开放式的光生物反应器，光区的阳光光照强度可以为阳光直射的光照强度，如果采用封闭式的光生物反应器，光区的阳光光照强度为透过透明材料的阳光光照强度。

所述的必要营养物质是指能够提供微藻生长所必须的全部营养元素的物质。

步骤b)中，由暗区提升至光区的藻液依靠重力建立流动。

步骤b)中，藻液在光区流动时液层厚度≤100mm，优选≤50mm。

步骤b)中，藻液在光区中完成流动后，在重力作用下经气相落入暗区的藻液中。

本发明中，优选通过向暗区藻液中通入气体来解析藻液中的溶解氧和/或补充CO₂，通入的气体优选CO₂和/或空气。

本发明中，暗区藻液深度优选≥200mm，更优选≥500mm。

优选的情况下，本发明还包括以下步骤，藻液在光区和暗区之间不进行循环，使藻液在暗区内接受阳光的照射，同时向暗区藻液内通入CO₂和/或空气。所述暗区的阳光光照强度≤500μmol/m².s，优选≤200μmol/m².s。

本发明的方法中，调控藻液的成分是指调控藻液中的CO₂、溶解氧、水、无机盐、必要营养物质、PH值等，使其适宜微藻的快速生长与繁殖。

本发明的方法中，调控系统状态是指调控光区中的藻液流动速度、藻液温度等，使其适宜微藻的快速生长与繁殖。

本发明还提供了一种养殖微藻的装置，包括藻液存储单元、藻液输送设备和藻液导流面；藻液存储单元内存储的藻液形成藻液区，藻液导流面的位置高于藻液存储单元内的藻液区液面；藻液输送设备将藻液存储单元内藻液区的藻液输送至藻液导流面上，藻液在藻液导流面上形成流动的藻液层并接受阳光的照射，藻液流出藻液导流面，落入到藻液存储单元内的藻液区中。

所述“藻液流出藻液导流面，落入到藻液存储单元内的藻液区中”是指藻液存储单元的构造和藻液存储单元与藻液导流面之间的位置关系使流出藻液导流面的藻液落入到藻液存储单元内的藻液区中。

优选的情况下，所述藻液存储单元的部分或全部由透明材料制成和/或藻液导流面由透明材料制成，使藻液存储单元内的藻液区基本接受或完全接受透过上述透明材料的阳光照射。所述“使藻液存储单元内的藻液区基本接受透或完全接受过上述透明材料的阳光照射”是指藻液存储单元的构造和藻液存储单元与藻液导流面位置关系使藻液存储单元内的藻液区的大部分区域或全部区域接受透过透明材料的阳光照射，从而使藻液存储单元内的藻液区的大部分区域或全部区域所接受的光照强度小于阳光直射的光照强度。由于藻液存储单元的构造和藻液存储单元与藻液导流面之间的位置关系还需满足使流出藻液导流面的藻液落入到藻液存储单元内的藻液区中，因此在某些情况下(如藻液导流面位于藻液存储单元之外的情况)，本发明并不排除留有必要的缝隙。透过透明材料照射到藻液存储单元内藻液区的阳光光照强度优选≤500μmol/m².s，更优选≤200μmol/m².s。

更优选的情况下，所述藻液存储单元的顶部由透明材料制成或顶部敞开，藻液导流面由透明材料制成，使藻液存储单元内的藻液区基本接受或完全接受透过藻液导流面的阳光照射。所述“使藻液存储单元内的藻液区基本接受或完全接受透过藻液导流面的阳光照射”是指藻液导流面将藻液存储单元内的藻液区大部分覆盖或完全覆盖，使藻液存储单元内的藻液区的大部分区域或全部区域是接受透过藻液导流面的阳光照射，从而使藻液存储单元内的藻液区的大部分区域所接受的光照强度小于阳光直射的光照强度。由于藻液存储单元的构造和藻液存储单元与藻液导流面之间的位置关系还需满足使流出藻液导流面的藻液落入到藻液存储单元内的藻液区中，因此在某些情况下(如藻液导流面位于藻液存储单元之内的情况)，本发明并不排除留有必要的缝隙。

所述藻液存储单元内的藻液区深度优选≥200mm，更优选≥500mm。

所述藻液存储单元的底部优选设置有曝气装置，曝气装置中优选通入含有二氧化碳的气体。

在微藻养殖过程中，保证微藻能够接受充分的阳光照射是关键所在，随着藻液养殖浓度的提高，光线难以照射到藻液深处，阻碍了微藻的光合作用，本发明中藻液以薄层形式流过藻液导流面，并使藻液在藻液导流面和藻液存储单元内的藻液区之间循环，保证了微藻能够充分接受阳光，解决了此问题。另一方面，在微藻养殖的实践中发现，微藻对阳光强度高度敏感，并非光强越高越好，许多种类的微藻在过强的日光下会死亡，尤其在微藻刚接种初期，藻液浓度较稀，此问题更为严重。许多种类的微藻当光照强度大于500μmol/m².s时会发生光抑制现象，例如硅藻Phaeodactylum tricornutum和Porphyridium cruentum在光照强度为185μmol/m².s和200μmol/m².s时就可以观察到光抑制现象，而角毛藻(Chaetoceras sp.)的光合作用光饱和点在300-400μmol/m².s，更高的光照强度会引起光抑制。过强的光照对微藻的伤害在藻种接种初期更为严重，许多种类的微藻藻种难以适应强烈的日光(夏日阳光充足的晴天光照强度很容易超过1000μmol/m².s)，此时很容易造成藻种的死亡而导致养殖失败。因此迫切需要一种新的解决方案以解决此矛盾，即能保证微藻在养殖过程中不被过强的阳光伤害，又能保证微藻充份的光合作用，经过反复试验，发现采用本发明的下述方案可以方便地解决该问题：当发现日光过强时(例如＞1000μmol/m².s)停止藻液循环，而仅依靠藻液存贮单元中的曝气使微藻在藻液中快速翻动接受光照，并且①将藻液存储单元的部分或全部用透明材料制成和/或藻液导流面由透明材料制成，通过透明材料对光的吸收作用来减小阳光强度；或者②增加藻液区深度，通过藻液本身对光的吸收作用来减小阳光强度。优选同时采用①和②的方式来减小阳光强度，藻液存储单元内的藻液区深度≥200mm。这样微藻仍然可以进行正常的光合作用，同时又保证其不会被过强的阳光灼伤致死。

所述藻液导流面用于使藻液在藻液导流面上形成流动的藻液层并接受阳光的照射。本发明对藻液导流面的形状没有特别的限制，如藻液导流面可以是半球面、斜面或水平面等。

优选的情况下，所述藻液导流面具有高端和低端，藻液输送设备将藻液存储单元内藻液区的藻液输送至藻液导流面的高端，藻液在藻液导流面上形成由高端向低端流动的藻液层并接受阳光的照射，藻液在藻液导流面的低端流出藻液导流面，落入到藻液存储单元内的藻液区中。藻液导流面的低端与藻液存储单元内的藻液区液面之间的距离优选≥50mm。藻液导流面的低端优选设有上下贯通藻液导流面的沟槽和/或筛孔。

本发明可以有效增强溶解氧的解析效果：①增加藻液导流面与藻液存储单元内的藻液区液面之间的距离；②在藻液流出藻液导流面的位置设置沟槽和/或筛孔；③在藻液存储单元的底部设置曝气装置，通过曝气装置向藻液中通入气体。以上措施可以综合运用，保证微藻在强光下进行正常的光合作用，有效提高了微藻的养殖效率。

所述藻液导流面可以是一个方形斜面或多个方形斜面并列布置的斜面组。所述方形斜面的倾斜角度优选可以调节。所述方形包括长方形和正方形。

优选的情况下，藻液存储单元为一个顶部敞开的箱体，藻液导流面位于箱体内，将箱体分成上部的光区和下部的暗区；或者藻液存储单元为一个顶部由透明材料构成的箱体，藻液导流面位于箱体内，将箱体分成上部的光区和下部的暗区。所述“将箱体分成上部的光区和下部的暗区”是指藻液导流面以上区域的光照强度大于藻液导流面以下区域的光照强度。

所述藻液导流面上的流动藻液层的厚度优选≤100mm，更优选≤50mm。

所述藻液输送设备用于将藻液存储单元内藻液区的藻液输送至藻液导流面上。藻液输送设备可根据微藻养殖装置的规模，设置一台或多台。所述藻液输送设备可以为输送泵，优选为剪切力小的或零剪切力的隔膜泵和/或蠕动泵。优选在输送泵的藻液出口处安装用于促进藻液在藻液导流面上均匀分布的藻液分配器。本领域技术人员可以根据基本常识设计藻液分配器的结构，以藻液导流面为方形斜面为例，可将藻液分配器设计成与藻液导流面宽度相当的管状结构，管状结构上开有均匀分布的通孔。

本发明的装置优选设置用于监控微藻生长状态的探测器，包括但不限于溶氧探测器、pH探测器、温度探测器、光强度探测器、电导率探测器和藻液浓度探测器，分别用于监测藻液中的溶解氧浓度、藻液的pH值、藻液的温度、光强度、藻液的电导率和藻液浓度。这些探测器可以与计算机控制系统相联，用于监控装置的运行状态。

本发明的装置中，优选在藻液存储单元内设置热交换器，用于精确控制藻液存储单元内的藻液温度。

以下详细说明本发明的有益技术效果：

光生物反应器是实现微藻规模化养殖的关键设备。光生物反应器主要需解决高效率的“传光”、“传质”、“传动”和“清洁”问题。传光就是最大可能使所有微藻在反应器中接受合适强度的阳光，管式和板式反应器在微藻浓度很高时，光线难以到达藻液深处，效率受到限制。传质就是高效率地将微藻生长所需CO₂输入，并将光合作用产生的O₂输出，现有技术中的管式和板式反应器由于空间密闭，所以O₂放出困难，容易造成O₂浓度过高而伤害微藻。传动就是将藻液不断输送流动，现有技术中管式和板式反应器设计流体与管壁、板壁接触造成输送阻力增大、传动效率降低。清洁就是避免微藻附着在管壁或板壁上造成传光阻碍，现有技术难以解决，定期清洁困难大，成本高。

本发明很好的解决了上述现有技术中存在的问题。

1.本发明中，由于藻液在藻液导流面上的流动可以很方便地控制成快速薄层流动，因此藻液透光性好，可以显著提高藻液培养浓度，而现有技术中微藻相互遮挡而难以实现高浓度养殖，本发明提供的方法创造性地解决了这一难题，从而使微藻的采收和处理成本大大降低。

2.本发明中，微藻的光合作用主要发生在藻液导流面上，微藻在光合作用中形成的氧气在快速流动的藻液薄层中容易析出，藻液离开藻液导流面时，在气相中喷淋而下落入藻液存储单元内的藻液区中，进一步进行气液物质交换，最大限度地促使溶解氧析出，成功地解决了溶解氧蓄积的问题。本发明在藻液存储单元的底部设置曝气装置，并向曝气装置通入含有二氧化碳的气体，由于曝气装置使通入的气体形成微小气泡，大大增加了气液接触面积，不但可以高效地向藻液存储单元内的藻液中补充二氧化碳，而且可以进一步促进藻液中的溶解氧析出。

3.本发明中，藻液导流面可以具有高端和低端，使藻液在重力作用下形成由高端快速流向低端的薄层，能耗更低，传动效率更高。

4.本发明中，微藻的光合作用主要发生在藻液导流面上，因此不存在微藻粘壁影响采光或者污染藻液，进而严重影响微藻连续养殖的问题，与现有封闭式微藻培养技术中需要定期清洗透明材料相比具有巨大优势。

另外，本发明解决了阳光强度和藻液浓度之间的矛盾(藻液浓度低，强光照射下微藻易死亡；藻液浓度高，微藻受光效率又受到限制)。在微藻接种初期，藻细胞比较娇嫩，藻浓度很低，这时可以将藻液放置于藻液存储单元的藻液区内，在较暗的环境下培养，避免微藻由于过强的阳光而受到伤害，待藻液浓度上升，藻液存储单元内藻液区所受光照强度不足时，则将藻液存储单元内藻液区的藻液循环至藻液导流面强化传光，同时强化传质，保证微藻能够高效率的生长。

本发明还具有以下优点：

1.本发明的优选方案中，藻液导流面由透明材料制成且位于藻液存储单元内藻液区的上方，藻液导流面基本覆盖藻液存储单元内的藻液区，使藻液导流面的下方形成了一个光照强度较小的“暗区”，既解决了微藻接种初期，强光照射下微藻易死亡的技术问题，又能更有效地利用土地面积。

2.本发明提供的装置结构简单，设备建造成本低，便于安装与放大生产。本发明提供的装置更容易以单元形式组合放大，十分有利于微藻的大规模生产，具有明显优势。

3.本发明中，藻液导流面上的藻液上方和藻液存储单元内的藻液上方均有气相空间，因此可以通过水分蒸发而降温。

附图说明

图1为本发明第一种优选实施方式的侧剖图。

图2为本发明第二种优选实施方式的侧剖图。

图3为本发明第二种优选实施方式的俯视图。

图中，1-藻液存储单元；2-藻液导流面；3-藻液输送设备；4-水和营养液入口阀门；5-藻液出口阀门；6-曝气装置；7-CO₂入口阀门；8-空气入口与阀门；9-藻液分配器；10-沟槽和筛孔；11-热交换器；12-藻液存储单元顶面；13-气体出口阀门；14-藻液挡板；15-藻液区。

具体实施方式

下面以两种实施方式为例，结合附图详细说明本发明，但并不因此构成对本发明的限制。

实施例1

本实施例说明1吨藻液规模的微藻养殖装置及养殖方法。

如图1所示的微藻养殖装置。藻液存储单元1是由透明玻璃制成的箱体，长3000mm，宽500mm，高1000mm，藻液存储单元1的四个侧面贴有透光率为50％的塑料薄膜，藻液存储单元顶面12为透明玻璃。藻液导流面2为贴有透光率为50％的塑料薄膜的透明玻璃，其将藻液存储单元分成上明(光区)、下暗(暗区)两个区域，藻液导流面2的一端高度为800mm，另一端高度为700mm，并开有供藻液下流的沟槽与筛孔10，两个区域只在藻液导流面2的低端互相联通。藻液输送设备3为隔膜泵。藻液存储单元底部安装曝气装置6，用于空气和CO₂的补充，藻液存储单元设有藻液出口阀门5、水和营养液入口与阀门4和气体出口与阀门13。藻液存储单元可以设置检测微藻生长状态的探测器，如溶氧探测器、pH探测器、温度探测器、光强度探测器、电导率探测器等(图中未标示)。上述探测器可以与控制电脑(图中未标示)相联，监控系统的运行状态。藻液存储单元内安装热交换器11，用于调控系统温度。本系统既可在自然日光下养殖微藻，也可在人工光源下养殖微藻。

操作时，首先对系统进行消毒灭菌，然后通过水和营养液进口阀门4向藻液存储单元内输入消毒灭菌后的培养液至液面高度为600mm(形成藻液区15)，选用Zarrouk培养基，培养液中碳酸氢钠的初始浓度为0.1mol/L。加入10升浓缩的螺旋藻藻液，藻液密度为3g/L，开启CO₂入口阀门7和空气入口阀门8向系统输入CO₂与空气的混合气(控制CO₂体积浓度为5％左右)，同时有控制地开启系统气体出口阀门13，将系统生成的气体不断输出体系外。启动隔膜泵3将藻液存储单元内的藻液不断提升至藻液导流面2上并形成快速流动，藻液以薄层流动，受光后通过沟槽与筛孔10喷洒流回藻液存储单元内的藻液中，形成藻液在藻液存储单元和藻液导流面之间(光区与暗区之间)的循环。控制电脑通过系统探测器(溶氧探测器、pH探测器、温度探测器、光强度探测器等)综合调控藻液循环泵流量、CO₂输入量使微藻处于最佳生长状态。本实例中通过热交换器11控制系统温度25℃-32℃，通过pH值控制CO₂入口阀门7的开启与关闭控制藻液pH值为8.5-9.5，进行连续循环培养。当检测日光照射强度＞1000μmol/m².s时停止隔膜泵3，仅仅通过CO₂入口阀门7、空气入口阀门8和曝气装置6有控制地通入空气或CO₂与空气的混合气，使微藻在藻液存储区(暗区)中快速翻动接受光照，当藻液密度达到2-3g(干重)/L时开始半连续采收，每次(约3天)采收约20％藻液，藻液由藻液出口与阀门5控制排出，经过滤后滤液返回藻液存储单元，藻细胞洗涤、干燥。连续培养2个月，期间定期检测其他营养液的浓度并及时补充，并补充少量水份以弥补水份蒸发。系统操作稳定而方便，无光抑制或微藻死亡的现象发生。

实施例2

本实施例说明10t藻液规模的微藻养殖装置及养殖方法。

如图2所示的微藻养殖装置，藻液存储单元是顶部敞开的箱体，由钢筋混凝土结构制成，并做防水处理，长3m，宽5m，高1m，由10组透明玻璃水槽构成藻液导流面2(图3中未全部标示)，并将藻液存储单元分成上明(光区)、下暗(暗区)两个区域，藻液导流面2为贴有透光率为50％的塑料薄膜。藻液输送设备3为隔膜泵，藻液导流面2位于藻液输送设备3藻液出口的一端的高度为800mm，在另一端的高度为700mm，并开有供藻液下流的沟槽与筛孔10，藻液存储单元底部安装曝气装置6，用于空气和CO₂的补充，藻液存储单元设有藻液出口与阀门5、水和营养液进口与阀门4。藻液存储单元可以设置检测微藻生长状态的探测器，如溶氧探测器、pH探测器、温度探测器、光强度探测器、电导率探测器等(图中未标示)。上述探测器可以与控制电脑(图中未标示)相联，监控系统的运行状态。藻液存储单元内安装热交换器11，用于调控系统温度。本装置既可在自然日光下养殖微藻，也可在人工光源下养殖微藻。

养殖微藻的方法与实施例1相同。装置连续运转2个月，系统操作稳定而方便，无光抑制或微藻死亡的现象发生。

Claims (13)

1.一种养殖微藻的方法，在具有光区和暗区两个区域的封闭系统或者开放系统中进行，光区位于暗区之上，包括：

a)将含有微藻、水和必要营养物质的藻液置于系统中；

b)将暗区的藻液提升到光区之中建立流动，并使藻液暴露在阳光的作用下，藻液在光区中完成流动后，在重力作用下落入暗区，使藻液在暗区与光区之间循环；

c)调控藻液的成分与系统状态，使其适宜微藻的快速生长与繁殖。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，光区的阳光光照强度≥90％阳光直射的光照强度。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中，由暗区提升至光区的藻液依靠重力建立流动。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中，藻液在光区流动时液层厚度≤100mm。

5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b)中，藻液在光区流动时液层厚度≤50mm。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中，藻液在光区中完成流动后，在重力作用下经气相落入暗区的藻液中。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过向暗区藻液中通入气体来解析藻液中的溶解氧和/或补充CO₂。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，通入的气体是CO₂和/或空气。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，暗区藻液深度≥200mm。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，暗区藻液深度≥500mm。

11.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤，藻液在光区和暗区之间不进行循环，使藻液在暗区内接受阳光的照射，同时向暗区藻液内通入CO₂和/或空气。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，暗区的阳光光照强度≤500μmol/m².s。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，暗区的阳光光照强度≤200μmol/m².s。

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