CN103409321A - 基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法 - Google Patents
基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法，在原有微藻悬浮培养的基础上，向培养液中添加预设量的固体载体，通过曝气或机械搅拌的方式使其悬浮于液相当中，培养过程中使微藻类吸附于固体载体上形成藻膜，通过对固体载体的分离，完成对藻细胞的收获；将所述收获藻细胞后的固体载体回收再利用，重新投入到微藻的培养液当中，液相藻细胞作为种子，再次吸附于固体载体之上进行生长从而实现藻细胞的连续培养与收获；本发明方法与气浮、沉淀、离心、过滤等收获方式相比，操作简单，无需药剂，能耗低，可实现大规模、机械化连续收获，从而有效节省藻细胞收获的成本。
Description
技术领域
本发明涉及微藻及相关产品的生产收获领域，具体涉及一种基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法。
背景技术
当今社会，能源危机形势严峻，微藻生物质能源作为一种新型能源引起了广泛关注。微藻具有生长周期短，清洁无污染，兼具固碳作用的特点。
制约微藻生物质能源大规模发展的一大因素就是微藻收获的问题。对于传统的细胞悬浮式培养微藻，一般收获方式为气浮、沉淀、离心、过滤、萃取等。这些方式虽然有效，但是耗资高，经济性差，制约了微藻生物质能源大规模市场化应用。
新型的固定化微藻培养方式是利用海藻酸盐等高分子材料将藻细胞固定在材料内部进行培养，然而真正的收获藻细胞还需要周期性的固定和脱固定操作。部分固定材料对藻细胞的生长具有毒害作用，同时，操作的复杂性和药剂使用的不经济性均制约了该方式的发展。
另外，已有的平板附着培养微藻的方式，能够解决藻类收获难的问题，然而营养物质及二氧化碳供应操作复杂，在重力、流体扰动等因素影响下，纵向藻膜固着不稳定，这些都制约着该方式的大规模应用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法，操作简单，无需药剂，能耗低，可实现大规模、机械化连续收获，从而有效节省藻细胞收获的成本。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法，在原有微藻悬浮培养的基础上，向培养液中添加预设量的固体载体，使其悬浮于液相当中，培养过程中使微藻类吸附于固体载体上形成藻膜，通过对固体载体的分离，完成对藻细胞的收获。
将所述收获藻细胞后的固体载体回收再利用，重新投入到微藻的培养液当中，液相藻细胞作为种子，再次吸附于固体载体之上进行生长从而实现藻细胞的连续培养与收获。
所述固体载体的添加量占培养液的体积百分数为20～40%。
所述固体载体的材质为麻、棉、合成纤维或塑料，形状为丝状纤维组成的球体、正方体、长方体或多面体。
所述使固体载体悬浮于液相当中的形成方式为机械搅拌或者曝气作用。
所述微藻类吸附于固体载体上形成藻膜达到预设厚度后，通过对固定载体的捕捞或者截留完成对藻细胞的收获。
上述所述的方法用于微藻的光合作用培养即自养培养和异养培养；或用于能源微藻的培养，用于城市污水、工业废水、雨水和农业、畜禽废水的处理以及污染河流湖泊的治理。
上述所述的方法用于微藻分泌化学物质和微藻细胞的生产。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明培养方式最大的优势在于后端藻细胞的收获。在藻细胞的培养过程中，藻细胞能够自动的吸附于载体上，实现藻细胞与液相的分离过程，之后对载体进行截留或者捕捞，就可以很容易地分离收获藻细胞。这种方式与气浮、沉淀、离心、过滤等收获方式相比，操作简单，无需药剂，能耗低，可实现大规模、机械化连续收获，从而有效节省藻细胞收获的成本。
2、该培养方法，除悬浮态藻细胞外，还有一部分藻细胞附着在载体表面。相对于传统的悬浮培养，可以增大单位体积的藻密度；由于载体上藻细胞聚群的现象，提高了藻类抗环境干扰能力，如细菌和原生动物等，因此，无需光生物反应器那样严苛的控菌操作条件；与开放塘相比，该培养方式能够利用曝气或者机械搅拌的方式，使深层水体的藻细胞交替达到浅层进行充分的光照，因此可增加塘深，减小占地面积。与固定化藻类培养方式相比，本方法能实现载体的循环利用，省去了固定与脱固定的药剂使用费用，从操作简便和经济性方面均优于固定化培养方式。与已报道的平板附着培养方式相比，该培养方式形成的藻膜更牢固，不会因外界扰动产生很大影响，操作简便、粗放，藻膜不同深度所处环境不同，藻细胞性质有所差异，可根据生产目标，调整培养环境，进而促进目标产物的生成。
附图说明
图1是本发明方法过程示意图。
图2是本发明实施例一悬浮型载体光生物反应器示意图。
图3是本发明实施例一微藻附着培养过程中藻膜形成过程示意图，其中图3a是微藻未培养时固相藻密度为0时的示意图，图3b是培养2天后固相藻膜初现示意图，图3c是培养10天后固相藻膜形成示意图。
图4是本发明实施例二气升式悬浮型载体光生物反应器示意图。
图5是本发明实施例二载体表面附着的藻膜镜像放大图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法，向培养液中添加材质为麻、棉、合成纤维或塑料的预设量的固体载体，在机械搅拌或者曝气等作用下，形成固体载体的悬浮状态，微藻在液相增殖的同时，也会主动或者被动地吸附到固体载体上，吸附于固体载体上的藻细胞同样能够通过液固两相间的传质获得氮磷等营养物质进行生长形成藻膜，培养一段时间后，通过对固体载体的捕捞或者截留实现对其上附着的藻细胞的收获。收获藻细胞后的固体载体可回收再利用，重新投入到微藻的培养液当中，液相藻细胞作为种子，再次吸附于固体载体之上进行生长从而实现藻细胞的连续培养与收获。
作为本发明的优选实施方式，所述固体载体的添加量占培养液的体积百分数为20～40%。
作为本发明的优选实施方式，所述固体载体的材质为麻、棉、合成纤维或塑料，形状为丝状纤维组成的球体、正方体、长方体或多面体。
作为本发明的优选实施方式，所述使固体载体悬浮于液相当中的形成方式为机械搅拌或者曝气作用。
作为本发明的优选实施方式，所述微藻类吸附于固体载体上形成藻膜达到预设厚度后，通过对固定载体的捕捞或者截留完成对藻细胞的收获。
实施例一
如图2所示，利用圆柱状悬浮型载体光生物反应器对微藻进行培养，通过底端曝气的方式使得悬浮载体与藻细胞有一定的相对运动。向配制好的mBG11当中接种栅藻S.LX1，初始浓度约为1×104个/ml，总体积为4L，加入6个悬浮载体(每个悬浮载体由100根×15cm纤维材料捆扎而成)后置于光生物反应柱曝气培养，其中光暗比14:10，光强800～1300Lux，温度为室温。载体上的藻细胞附着变化如图3所示，培养2天后，固相藻膜初现，约2.0×105个/cm载体。培养10天后，液相藻密度可达3.4×106个/mL，固相藻细胞密度可达4.2×106个/cm载体。
实施例二
如图4所示，利用长方体全面曝气式悬浮型载体光生物反应器对微藻进行培养，反应器中液相体积约8L。本实施例采用底端侧向曝气方式（空气或含二氧化碳空气），使得反应器内悬浮微藻及载体流动。微藻附着于载体表面，随着流体的环流周期性的接触阳光进行光合作用。在曝气过程中，增加了藻细胞的运动性，即增加了藻细胞被载体捕获并附着的概率，载体上的藻细胞能够利用曝气过程中补充的二氧化碳实现附着后的再生长，使得载体上的藻膜厚度增大，便于收获。形成藻膜在光学显微镜下方法1000倍后如图5所示。
Claims (8)
1.基于悬浮型载体的微藻悬浮—附着混合培养与分离收获方法，其特征在于：在原有微藻悬浮培养的基础上，向培养液中添加预设量的固体载体，使其悬浮于液相当中，培养过程中使微藻类吸附于固体载体上形成藻膜，通过对固体载体的分离，完成对藻细胞的收获。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述收获藻细胞后的固体载体回收再利用，重新投入到微藻的培养液当中，液相藻细胞作为种子，再次吸附于固体载体之上进行生长从而实现藻细胞的连续培养与收获。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述固体载体的添加量占培养液的体积百分数为20～40%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固体载体的材质为麻、棉、合成纤维或塑料，形状为丝状纤维组成的球体、正方体、长方体或多面体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述使固体载体悬浮于液相当中的形成方式为机械搅拌或者曝气作用。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微藻类吸附于固体载体上形成藻膜达到预设厚度后，通过对固定载体的捕捞或者截留完成对藻细胞的收获。
7.权利要求1至6任一项所述的方法用于微藻的光合作用培养即自养培养和异养培养；或用于能源微藻的培养，用于城市污水、工业废水、雨水和农业、畜禽废水的处理以及污染河流湖泊的治理。
8.权利要求1至6任一项所述的方法用于微藻分泌化学物质和微藻细胞的生产。
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