CN102080041A - 一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法 - Google Patents

一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法 Download PDF

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Abstract

一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法，属于微藻生物技术领域。本发明采用一组平行排列的透明柱式管道并联，管道两端通过分流器分别并接入两个混合槽，管外置直行冷荧光光源，光反射平板；混合槽之间通过液位差和阀门控制连接，混合槽内置气体分布器，采用机械泵推动培养液水体在柱式管道和混合槽之间流动；培养液储槽通过机械泵连续接入混合槽，采用机械泵连续采收藻体；通过光暗比、内循环速率、混合方法和培养时间的调节，实现连续规模化培养产油微藻。本发明培养环境条件稳定、主要培养参数容易控制，在优化产油微藻培养条件等方面具有优势。本光生物反应器结构简单，可以根据需要进行放大，适合产油微藻的工业化大规模连续培养。

Description

一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法
技术领域
一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法，属于产油微藻生物技术领域。
背景技术
产油微藻作为一种真核的单细胞光合自养微生物，是生物圈中重要的第一生产者，也是水生态环境中的重要组成环节。微藻在遗传特性、生化组成、代谢途径等方面具有复杂性和多样性，因此具有潜在的营养和药用价值。此外，一些产油微藻含油量高、易于培养、单位面积产量大，被视为是优质的生物柴油原料，与传统的植物油原料相比，具有不与粮食作物竞争土地、肥料和新鲜水的优点，对环境、资源和经济的可持续发展具有重要的意义。
现在用于产油微藻培养的容器较多采用序批式的三角瓶等，产量低，光利用率低且不能实现连续生产。产油微藻规模化人工培养的方式目前国内外主要有两种：开放池和封闭光生物反应器。开放式培养简单、投资低，但培养条件变化较大，并存在严重的生物污染，产油微藻的培养效率低。光生物反应器由于可以调控多项培养参数，例如合适的光照强度、温度、无机碳源、pH、混合条件、氧解析，培养产油微藻的产率更高。比较常见的光生物反应器种类有平板式、软管式和柱式。但平板式光生物反应器培养箱较深，光线透射效率较低，流体压力大，藻株较大程度附壁生长，且按比例扩大需要大量的隔层和支持材料；塑料软管式反应器pH、DO、CO2沿管道的梯度变化较大，转角处易结垢，造成一定程度附壁生长，光线穿透能力降低，须定时更换塑料软管，耗费大量的人力和时间。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种连续流柱式光生物反应器及连续规模化培养产油微藻的方法。
技术方案：一种连续流柱式光生物反应器，由一组平行排列的透明柱式管道1，光照系统2，混合槽3,4，培养液储槽5，分流器6,7，机械泵8,9,10, 气体分布器11,12，气升装置13和支架14构成；所述的一组平行排列的透明柱式管道1为并联设置，由支架14支撑，透明柱式管道内有气升装置13,透明柱式管道一端连接分流器6，再通过机械泵10连接混合槽3；另一端连接分流器7，直接连接混合槽4；混合槽4的位置高于混合槽3存在一定的液位差，混合槽4中部有孔通过管道和混合槽3连通；培养液储槽5通过机械泵8连接混合槽3；混合槽3内设置气体分布器11，混合槽4内设置气体分布器12；混合槽4通过机械泵9接通出料管道，连续采收藻体；光照系统2分布在透明柱式管道1两侧；通过调节光暗比、内循环速率、混合方法和培养时间，实现连续规模化培养产油微藻。
用上述的连续流柱式光生物反应器连续规模化培养产油微藻的方法，接种产油微藻纯培养物作为藻种，采用BG11培养基，培养液储槽5中的培养液通过机械泵8接入混合槽3，通过机械泵10流向分流器6，平行流过一组透明柱式管道1，接受光照系统2的光照，再流经分流器7集中流入混合槽4，再利用液位差流向混合槽3组成一循环反应体系；培养液储槽5向反应体系的供料量应和混合槽4的出料量保持平衡，控制循环反应体系的总体积与出料流速的比值即水力停留时间为6-12d；混合槽4通过机械泵9连续收集藻体；采用机械泵10推动液体在混合槽3和透明柱式管道1之间的流动；通过调节透明柱式管道1和混合槽3,4的总体积比，控制光暗比分别为18:6，16:8，14:10，12:12；并可通过改变机械泵10流量，调节内循环速率，进一步调节光暗时间。
上述的连续规模化培养产油微藻的方法，通过调节气体分布器11,12和气升装置13的曝气量，实现搅拌混合，二氧化碳传质和氧解析。本发明采用一组平行排列的透明柱式管道并联，管道内置气升搅拌装置，管道两端通过分流器分别并接入两个混合槽，管外置并联直行冷荧光光源，光滑光反射平板；混合槽之间通过液位差和阀门自动控制，混合槽内置气体分布器，采用机械泵推动水体在柱式管道和混合槽之间流动；培养液储槽通过机械泵连续接入混合槽，采用机械泵连续收集藻体；通过透明柱式管道和混合槽的总体积比，调节光暗比，通过改变中间机械泵流量，调节内循环速率，进一步调节光暗时间。调节气体分布器和气升装置的曝气量，实现搅拌混合，二氧化碳传质和氧解析。
有益效果：本发明采用一组平行排列的透明柱式管道并联，突破管道长度限制；管外置直行冷荧光光源，光滑光反射平板，调节光/暗区基质体积和内流循环，有效控制光暗比和光/暗循环时间，提高光利用率，减小光抑制和光氧化损伤；采用机械泵推动水体流动，气升式搅拌，光径小，气体交换充分，有效缓解氧化损伤，补偿二氧化碳，实现氧解析；连续进料和采收，实现规模化培养。本发明培养环境条件稳定、主要培养参数容易控制，在优化产油微藻培养条件等方面具有优势。反应器结构简单，可以根据需要进行放大，适合于产油微藻的工业化大规模培养。
附图说明
图1 连续流柱式光生物反应器结构示意图
1–一组平行排列的透明柱式管道；2–光照系统，3, 4–混合槽；5–培养液储槽；6, 7–分流器；8, 9, 10–机械泵；11, 12–气体分布器；13–气升装置；14–支架
1-a 图1中透明柱式管道（1）示意图
1-b 图1中混合槽（3, 4）示意图
1-c 图1中培养液储槽（5）示意图。
图2 连续流柱式光生物反应器中Scenedesmus. dimorphus的生长曲线。
图3 连续流柱式光生物反应器中Scenedesmus. dimorphus的油脂含量。
具体实施方式
以初始接种量为0.005g/L接种藻（Scenedesmus. dimorphus），已在[安徽农业科学]2008，36（23）公开，控制光照条件2000lux左右，温度为室温，初始pH 7.1~7.5，采用培养基为大部分淡水藻常用的BG11培养基。一组平行排列的透明柱式管道的总有效体积为56L，两个混合槽的有效体积分别为20L，控制光/暗比为14:10，系统总有效体积为96L，控制水力停留时间为8d，每天通过机械泵连续添加新鲜的培养基12L，通过机械泵连续出料12L收集藻体。两个混合槽内的曝气总量为65L/min，内循环泵的流量为8L/h，液体全部循环一次所用的时间为12h。微藻生长进入稳定期时生物量为0.5g/L左右，生长曲线如图2所示，油脂含量如图3所示其主要脂肪酸组成为C14：0，C16:0，C16:1，C18:1，C18：2，C18:3（表1）。
BG11培养基配方：NaNO3 1.5g/L, K2HPO4·3H2O 0.04g/L，MgSO4·7H2O 0.075g/L, CaCl2·2H2O 0.036g/L, 柠檬酸0.006g/L, 柠檬酸铁铵 0.006g/L, EDTA  0.001g/L, Na2CO3 0.02g/L, A5溶液1mL/L。其中微量元素溶液A5组成为：H3BO3 2.86g/L, MnCl2·4H2O 1.81g/L，ZnSO4·7H2O 0.222g/L，CuSO4·5H2O 0.079g/L，CO(NO3)2·6H2O 0.0494g/L，NaMoO4· 2H2O 0.390g/L。
表1连续流柱式光生物反应器中Scenedesmus. dimorphus的脂肪酸组成
名称 脂肪酸% 脂质% 干重%
肉豆蔻酸（C14:0） 0.11 0.04 0.02
  棕榈酸（C16:0） 24.46 10.06 3.49
棕榈油酸（C16:1） 2.63 1.08 0.38
  硬脂酸（C18:0） 11.71 4.82 1.67
      油酸（C18:1） 10.19 4.19 1.45
  亚油酸（C18:2） 15.39 6.33 2.19
  亚麻酸（C18:3） 35.51 14.60 5.06
总量 100.00 41.12 14.26

Claims (3)

1.一种连续流柱式光生物反应器，其特征在于由一组平行排列的透明柱式管道（1），光照系统（2），混合槽（3,4），培养液储槽（5），分流器（6,7），机械泵（8,9,10）, 气体分布器（11,12），气升装置（13）和支架（14）构成；所述的一组平行排列的透明柱式管道（1）为并联设置，由支架（14）支撑，透明柱式管道内有气升装置（13）,透明柱式管道一端连接分流器（6），通过机械泵（10）连接混合槽（3）；另一端连接分流器（7），直接连接混合槽（4）；混合槽（4）的位置高于混合槽（3）存在一定的液位差，混合槽（4）中部有孔通过管道和混合槽（3）连通；培养液储槽（5）通过机械泵（8）连接混合槽（3）；混合槽（3）内设置气体分布器（11），混合槽（4）内设置气体分布器（12）；混合槽（4）通过机械泵（9）接通出料管道，连续收集藻体；光照系统（2）分布在透明柱式管道（1）两侧；通过调节光暗比、内循环速率、混合方法和培养时间，实现连续规模化培养产油微藻。
2.用权利要求1所述的连续流柱式光生物反应器连续规模化培养产油微藻的方法，其特征在于接种产油微藻纯培养物作为藻种，采用BG11培养基，培养液储槽（5）中的培养液通过机械泵（8）接入混合槽（3），通过机械泵（10）流向分流器（6），平行流过一组透明柱式管道（1），接受光照系统（2）的光照，再流经分流器（7）集中流入混合槽（4），再利用液位差流向混合槽（3）组成一循环反应体系；培养液储槽（5）向反应体系的供料量应和混合槽（4）的出料量保持平衡，控制循环反应体系的总体积与出料流速的比值即水力停留时间为6-12d；通过调节透明柱式管道（1）和混合槽（3,4）的总体积比，控制光暗比分别为18:6，16:8， 14:10，12:12；并可通过改变机械泵（10）流量，调节内循环速率，进一步调节光暗时间。
3.根据权利要求2所述的连续规模化培养产油微藻的方法，其特征在于调节气体分布器（11,12）和气升装置（13）的曝气量，实现搅拌混合，二氧化碳传质和氧解析。
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