CN103255047A - 连续式多层式立体微藻培养系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续式多层式立体微藻培养系统及方法，所述系统包含藻类培养容器、传输管道、动力装置、浓度监测器、储备单元及收成装置，用以培养微藻，其中当浓度监测器检测到传输管道之藻液浓度达到一预设浓度时，即会启动收成装置引导藻液进入该藻液分离器将藻液中之藻体与培养液进行分离，藻体经由收成管送出，培养液传输回一个储备单元，并启动将另一储备单元内之藻液经传输管道输送进入藻类培养容器，达到连续式培养之目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种微藻培养系统，特别涉及一种连续式多层式立体微藻培养系统，利用系统的层状结构及多个储备单元来增加获取藻类培养所需的阳光及养分。
背景技术
微藻培养系统可分成开放式和密闭式两种，其选择需要考虑许多因素，如微藻的生物特性、气候状况、目标产物种类与土地、人工、能源、用水、营养源等各项成本。
(1)开放式微藻培养系统
开放式系统大致有4种型态，分别是大型池、开放式槽体、圆形培养池及跑道型培养池。每种类型各有其优缺点，必须依据相关条件做为选择培养方式的依据，以获得最大的经济效益。开放式系统是在户外利用阳光进行培养。这种培养方式在规模放大上容易，成本也较低，因此是量产的主要方式。开放式培养的缺点在于培养环境易受外界，如温度、天气、光照强度及光照周期变化的影响，也容易遭受其它藻种、细菌及原生动物的污染。因为开放式培养的环境因子较不容易控制，所以培养操作上有其困难度。
(2)密闭式微藻培养系统
密闭式系统可在发酵槽、培养袋，平板光生化反应器及管型光生化反应器内培养，应用不同，所需系统也不同。密闭式系统可用于自营、异营或混营培养，而且在户内或户外都可实施。其培养环境控制较容易，因此产率较高，质量较稳定，后续分离纯化所花费的成本也可减少。与前述系统相较，密闭式系统较不易被杂菌污染，且几乎各种微藻都可适用，但有设备成本过高，规模不易放大等缺点。
目前藻类培养系统的问题主要有三：
1、照光不均匀。
2、微藻收成时间不连续，造成无法处理废气之间断。
3、空间利用不佳。
发明内容
本发明主要目的是提供一种提高照光效率、废气处理及空间利用的连续式多层式立体微藻培养系统微藻培养系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种连续式多层式立体微藻培养系统，包括：
多个藻类培养容器，用于培养含有藻体与培养液的藻液；
传输管道，用于连接所述多个藻类培养容器；
动力装置，用于连接所述传输管道，以提供所述运输管道运输藻液的动力；
浓度监测器，用于监控培养系统中的藻液浓度；
多个储备单元，用于储存预备进入所述培养系统的藻液或/及分离后的培养液；以及
收成装置，包含一收成管及一藻液分离器，位于该藻类培养容器与所述多个储备单元之间；
其中，当该浓度监测器检测该传输管道的藻液浓度达到一预设浓度时，即会启动该收成装置引导藻液进入该藻液分离器将藻液中的藻体与培养液进行分离，藻体经由所述收成管送出，培养液传输回主用储备单元，并将备用储备单元内的藻液经该传输管道输送进入该藻类培养容器，以实现连续式培养。
较佳地，所述动力装置为气动式泵。
较佳地，所述气动式泵可控制所述藻液的流速。
优选地，所述气动式泵用来传输主用或备用储备单元容积90％的藻液。
本发明的系统还包括分配管，所述分配管位于运输管道中，用来将运输管道中的培养液分配至该藻类培养容器中。
本发明的系统还包括辅助光源。
较佳地，所述辅助光源可以为LED、日光灯、荧光灯、紫外光及红外光之一。
较佳地，所述收成装置可外接一CO2来源及一养分来源。
较佳地，藻液传输回主用储备单元后，所述收成装置将追加养分及导入CO2至主用储备单元以调整藻液起养浓度，等待备用储备单元收成便立即启动主用储备单元。
根据本发明第二方面，提供了一种连续式多层式立体微藻培养方法，包含下列步骤：
(a)动力装置将藻液从主用储备单元运输至分配管；
(b)所述分配管将藻液经由传输管道引流至多个藻类培养容器；
(c)藻液流经所述多个藻类培养容器后回流到主用储备单元；
(d)利用浓度监测器检测传输管道中的藻液浓度；
(e)判断藻液浓度是否达到一预设收成浓度，若是，则执行步骤(f)，若否，则重复步骤(a)～(d)；
(f)启动收成装置引导藻液进入藻液分离器，将藻液中的藻体与培养液进行分离；
(g)藻体经由收成管送出，培养液传输至主用储备单元；
(h)启动备用储备单元重复步骤(a)～(g)并同时执行步骤(i)；
(i)追加养分及导入CO2至主用储备单元以调整一预设的培养液起养浓度；
(j)等待备用储备单元收成，便立即启动主用储备单元。
较佳地，动力装置为气动式泵。
较佳地，气动式泵可控制该藻液的流速。
较佳地，气动式泵用来传输主用或备用储备单元容积90％的藻液
相对于现有技术，本发明利用上述的层状结构及多个储备单元来增加获取藻类培养所需的阳光及养分，并实现藻类的连续式培养。
附图说明
图1是本发明连续式多层式立体微藻培养系统的示意图；
图2是本发明连续式多层式立体微藻培养方法的流程图。
附图标记说明：1-第一层；2-第二层；3-第三层；4-第四层；5-第五层；6-第六层；10-第一储备单元；20-第二储备单元；40-动力装置；70-分配管；81-第一藻类培养容器；82-第二藻类培养容器；83-第三藻类培养容器；84-第四藻类培养容器；85-第五藻类培养容器；86-第六藻类培养容器；101-第一传输管道；102-第二传输管道；104-第四传输管道；105-第五传输管道；106-第六传输管道；107-第七传输管道；108-第八传输管道；91-收成装置；911-收成管；912-藻液分离器；50-浓度监测器。
具体实施方式
图1显示了本发明的连续式多层式立体微藻培养系统，其为六层结构，由上至下分别为：第一层1，其包含一分配管70；第二层2，其包含一第一藻类培养容器81及一第二藻类培养容器82；第三层3，其包含一第三藻类培养容器83及一第四藻类培养容器84，第三藻类培养容器83位于第一藻类培养容器81下方，第四藻类培养容器位84位于第二藻类培养容器82下方；第四层4，其包含一第五藻类培养容器85及一第六藻类培养容器86，第五藻类培养容器85位于第三藻类培养容器83下方，第六藻类培养容器86位于第四藻类培养容器84下方；藻类培养容器81、82、83、84、85、86用来培养藻液中的藻类；第五层5，其包含一收成装置91，该收成装置91进一步包含一收成管911及一藻液分离器912，用于将藻液中的藻体与培养液分离，并收集藻体，且该收成装置91可外接一CO2来源及一养分来源，用于追加该养分及导入该CO2至储备单元10和20，以调整培养液起养浓度；第六层6，其包含一第一储备单元10及一第二储备单元20以及一动力装置40。
本发明的连续式多层式立体微藻培养系统还包括：
一浓度监控器50，用于监控所述系统中的藻液浓度；以及：
一第一传输管道101，用于连接一第八传输管道108、第一储备单元10及一第四传输管道104；一第二传输管道102，用以连接第八传输管道108、第二储备单元20及一第四传输管道104；一第四传输管道104，用于连接第一传输管道101、第二传输管道102、与动力装置40；一第五传输管道105，用于连接动力装置40、浓度监控器50与分配管70；一第六传输管道106，用于连接第一藻类培养容器81、第四藻类培养容器84、第六藻类培养容器86与收成装置91；一第七传输管道107，用于连接第二藻类培养容器82、第三藻类培养容器83、第五藻类培养容器85与收成装置91；一第八传输管道108，用于连接收成装置91、第一传输管道101与第二传输管道102；其中，藻类培养容器81、82、83、84、85、86用来培养含有藻体与培养液的藻液；动力装置40用来提供运输管道101、102、104、105、106运输藻液的动力并位于运输管道101、102、104、105、106中；分配管70用来将运输管道中的培养液分配至藻类培养容器81、82、83、84、85、86中；储备单元10，20透过运输管道101、102、104、105、106、107、108及动力装置40送至藻类培养容器101、102、104、105、106、107、108中进行培养，并经运输管道101、102、104、105、106、107、108运至储备单元10和20。
本发明连续式多层式立体微藻培养系统具有连续式交错管线、多个储备单元及最佳产能及空间的藻类培养容器。该藻类培养容器具有孔状结构，该系统每层具有2盘藻类培养容器，每盘长度5公尺、宽度1公尺，每盘之间的水平间距0.5公尺，共六层，每层垂直间距0.8公尺(间距范围为0.1-2倍盘宽)。本发明所述的多个储备单元于该系统下方，使其藻液可自然流下。本系统可另外设置辅助光源，以使微藻有足够的光源进行光合作用。
图2显示了本发明连续式多层式立体微藻培养方法的实施流程，如图2所示，当欲使用本发明来培养微藻时，首先藻液会自储备单元由动力装置运输至分配管(步骤S1)，接着分配管经由交错式的传输管道路径管线引流到各个藻类培养容器(步骤S2)，藻液流经多个藻类培养容器后自然回流自储备单元(步骤S3)，藻液在流动时，本发明于传输管道设置一浓度监测器，用以检测该传输管道之藻液浓度(步骤S4)，且判断藻液浓度是否达到预设收成浓度(步骤S5)，若检测结果为否，则持续循环步骤S1至步骤S4，或停留在步骤S2后使静置生长；若检测结果为是，启动收成装置引导藻液进入藻液分离器将藻液中的藻体与培养液进行分离(步骤S6)，藻体会经由收成管送出，培养液则会回传至回收单元(步骤S7)，此时本发明连续式多层式立体微藻培养的系统会启动另一储备单元(步骤S8)，重复步骤S1至步骤S5一段时间，并藉此空档时间同时追加养分及导入CO2至培养液储备单元以调整培养液起养浓度(步骤S9)，最后等待另一储备单元收成便立即启动储备单元(步骤S10)。其中当藻液浓度达到预设收成浓度时，则收成装置启动并引导藻液进入藻液分离器，执行本步骤时该储备单元仍会保持该储备单元容积10％的藻液，以预留部份藻液浓度，接着再将藻液分离器所分离出来的培养液传输至该储备单元再藉由收成装置导入CO2及养分，静置一段时间，以调整该储备单元内的一预设的藻液起养浓度，在调整的同时并启动另一储备单元，使该储备单元及另一储备单元轮流培养藻体，以达到连续式培养的目的。
本发明的上述实施例用于说明的目的，并非用来限定本发明。本技术领域熟练技术人员在不脱离本发明之精神和范围条件下，可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围应当权利要求界定的为准。
Claims (13)
1.一种连续式多层式立体微藻培养系统，包括：
多个藻类培养容器，用于培养含有藻体与培养液的藻液；
传输管道，用于连接所述多个藻类培养容器；
动力装置，用于连接所述传输管道，以提供所述运输管道运输藻液的动力；
浓度监测器，用于监控培养系统中的藻液浓度；
多个储备单元，用于储存预备进入所述培养系统的藻液或/及分离后的培养液；以及
收成装置，包含一收成管及一藻液分离器，位于该藻类培养容器及所述多个储备单元之间；
其中，当该浓度监测器检测该传输管道的藻液浓度达到一预设浓度时，即会启动该收成装置引导藻液进入该藻液分离器将藻液中的藻体与培养液进行分离，藻体经由所述收成管送出，培养液传输回主用储备单元，并将备用储备单元内的藻液经该传输管道输送进入该藻类培养容器，以实现连续式培养。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述动力装置为气动式泵。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述气动式泵可控制所述藻液的流速。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述气动式泵用来传输储备单元容积90％的藻液。
5.如权利要求1所述的系统，还包括分配管，所述分配管位于运输管道中，用来将运输管道中的培养液分配至该藻类培养容器中。
6.如权利要求1所述的系统，还包括辅助光源。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述辅助光源可以为LED、日光灯、荧光灯、紫外光及红外光之一。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述收成装置可外接一 CO2来源及一养分来源。
9.如权利要求1所述的系统，其中藻液传输回所述主用储备单元后，所述收成装置将追加养分及导入CO2至该储备单元以调整藻液起养浓度，等待备用储备单元收成便立即主用储备单元。
10.一种连续式多层式立体微藻培养方法，系包含下列步骤：
(a)动力装置将藻液从主用储备单元运输至分配管；
(b)所述分配管将藻液经由传输管道引流至多个藻类培养容器；
(c)藻液流经所述多个藻类培养容器后回流到主用储备单元；
(d)利用浓度监测器检测传输管道中的藻液浓度；
(e)判断藻液浓度是否达到一预设收成浓度，若是，则执行步骤(f)，若否，则重复步骤(a)～(d)；
(f)启动收成装置引导藻液进入藻液分离器，将藻液中的藻体与培养液进行分离；
(g)藻体经由收成管送出，培养液传输至主用储备单元；
(h)启动第二储备单元重复步骤(a)～(g)并同时执行步骤(i)；
(i)追加养分及导入CO2至主用储备单元以调整一预设的培养液起养浓度；
(j)等待备用储备单元收成，便立即启动主用储备单元。
11.如权利要求10所述的方法，其中动力装置为气动式泵。
12.如权利要求10所述的方法，其中气动式帮浦可控制该藻液的流速。
13.如权利要求10所述的方法，其中气动式帮浦用来传输储备单元容积90％的藻液。
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