CN105018330A - 一种多层半干贴壁培养装置及培养方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微藻培养领域，具体地说是一种设置有多层贴壁培养单元的多层半干贴壁培养装置，其中贴壁培养单元水平设置或与水平面呈一定倾角设置，且一端对齐、平行排列安装在支架系统上，所述贴壁培养单元的长度从上到下依次递增并通过电机带动旋转，装置工作时微藻种子液先通过微藻接种器依次喷洒到各层贴壁培养单元上，培养基再通过培养基分布器滴落在所有贴壁培养单元的培养表面上，且富余液体通过重力作用返回培养基收集槽中并重复使用，藻泥刮刀在采收藻泥时刀刃紧贴贴壁培养单元表面，随着贴壁培养单元旋转，藻泥即被刮下落入藻泥收集槽中。本发明解决了光强分布不均的问题，方便接种和收获，实现光能高效利用。

Description

一种多层半干贴壁培养装置及培养方法

技术领域

本发明属于微藻培养领域，具体地说是一种设置有多层贴壁培养单元的多层半干贴壁培养装置。

背景技术

微藻是指能够进行光合作用的水生浮游藻类。某些微藻本身富含蛋白质，可以作为水产饵料或畜禽饲料（如螺旋藻）。更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖等，这些物质往往是具有极高经济价值的生物活性物质，可以被用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。特别是通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化生产生物柴油被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。目前，在全球范围内，微藻生物技术已经迅速形成了一条规模巨大的完整产业链，其中规模培养是重要环节。

与陆生植物相比，微藻光合效率高、生长速度快，这是微藻作为最有潜力的新型生物质资源之一的重要优势，也是发展微藻产业（食品、饲料、化学品、生物能源等）的基础。然而，尽管理论上微藻的光合效率是陆生高等植物的10倍左右，但迄今为止即使是利用最高效的光反应器(Photobioreacter,PBR)，在自然光照且不外加光源的情况下最高生物量浓度也仅能达到10g.L^-1左右，如果考虑占地面积与实际情况，最高生物量年产量一般不到200吨/公顷，与高等植物接近。同植物一样，微藻细胞的光合过程作用一般分为光反应和暗合成两个阶段。在光反应阶段藻细胞吸收光子进行水的分解获得还原态H，产生ATP，在暗合成阶段利用光反应阶段得到的还原态H和ATP进行生物质的合成，两个阶段交替进行。在暗合成阶段即使有光照藻细胞也不利用这些光能。一般地，光反应阶段为毫秒到秒级，而暗合成阶段一般为秒至分钟级。可以预见，如果采用传统持续光照，至少在暗合成阶段时间内的光能不能为藻细胞所利用。因此理论上来说，如果可以让微藻细胞在很短的时间内吸收足够的光源，然后转移到黑暗环境中固定能量，待暗反应完成后再回到照光区吸收光能，实现藻细胞光照-暗合成-再光照周而复始的循环，这种情况下光能的利用效率最高，而损失最小。据测算过当光能完全被利用时，光合作用的最大生物量产量能够达到150g.m^-2.d^-1。

无论是作为食品、饲料还是生物能源，微藻产业的核心在于微藻生物量的获得，其关键在于微藻的规模培养。目前的微藻培养主要包括开放式培养池与光生物反应器两种形式培养。开放式培养池的优点在于建造和运行的成本较低。但由于开放池的光照面积/体积比较小，液体表面与下部混合较差，只有表层藻细胞能够接受较充足的光照，池底细胞往往难以接受到充分光照，因此微藻光能利用率低，生长速度慢、培养液浓度低。另外一种光生物反应器（PBR）培养，主要是采用透光材料（如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等）制成的细薄结构，包括各式平板式反应器、气泡柱式反应器、螺旋管式反应器、不平管道式反应器等，由于光径小、培养体系光照面积/体积比较大，细胞光照较充分，补碳气体与液体接触时间长，培养液溶解CO₂浓度较高，因而细胞生长速度与培养密度均较开放培养池高。但PBR通常造价昂贵、运行成本高、维护困难、难于大型化。但迄今无论是采用开放池培养，还是光生物反应器培养，其微藻面积产率都不高，只有5～30g.m^-2.d^-1，远低于100～200g.m^-2.d^-1的理论面积产量，远未能发挥出微藻的高产的优势。

针对微藻规模培养效率低的问题，人们对传统培养方式作了许多改进。例如开放池的浅池运行、拆流档板强化混合、补碳强化（如2007年6月20日公开、公开号1982432、专利号200510126465.6的中国发明专利“用于大规模培养微藻的补碳装置及其使用方法”，以及2006年9月27日公开、公开号1837350、专利号200610018771.9的中国发明专利“微藻养殖池补充二氧化碳的装置”），螺旋管式、管道式、气升式等各种密闭式光生物反应器结构改进，以及开放式跑道池与密闭式光生物反应器的耦联组合（如2011年10月5日公开、公开号102206570A、专利号201010136300.4的中国发明专利“一种用于微藻规模培养的装置和培养方法”）等，在一定程度上改善了培养效率，但都未能在大幅度提高微藻光合利用效率、单位面积产率和降低成本上获得根本性突破。可见，传统液体浸没式培养方法不能最大程度的利用太阳光能，已经难于支撑工业化大规模微藻生物质资源的低成本供给。革新培养技术，在提高光能、CO₂、营养物质的利用效率的基础上实现微藻细胞的高密度培养，同时降低建造、运行成本，减少物耗能耗，减少占地，提高空间利用率是推进微藻产业化深入发展的迫切要求。可以说迄今微藻的所用培养方式都未能发挥出微藻高光效高生物质产率的优势，生产成本比较高。针对微藻规模培养效率低的问题，人们对从装备结构、补碳方法、操作模式等方面进行了许多改进，但都未能在大幅度提高微藻光合利用效率、单位面积产率和降低成本上获得根本性突破。

目前微藻培养，无论开放池或者生物反应器，都是大量藻细胞在液体培养基中的悬浮培养，其特征在于藻细胞分散于大量培养基水体中。水在微藻培养中的作用主要表现为：1）作为各种营养物质（包括CO₂、无机盐）的溶剂和传递介质，促进微藻细胞和营养物质的有效接触；2）作为调控环境的缓冲体系，稳定培养液pH、温度、渗透压等环境参数；3）作为微藻细胞的支撑体系，扩展微藻细胞的生存空间，以利细胞更充分接受光照。原则上，完成前两种功能所需水量很少，只要水层能保持藻细胞润湿即可。而作为支撑介质，水由于自身性质的限制表现出弊大于利的特征，主要为：由于大水体，对微藻培养效率的提高、成本的降低和系统放大造成巨大困难：1）藻细胞的对光的反射与遮挡，光在大水体中的衰减严重，藻细胞不能最大程度的利用太阳光；2）大水体为维持培养体系温度消耗的能源巨大；3）大水体的搅拌混合能耗高；4）大水体过大导致营养盐和CO₂消耗量大；5）大水体中细胞浓度低、藻细胞收获困难；6）大水体带来的大体积、大重量、大压强是在目前技术条件下实现传统培养装备大型化和提高空间利用率难于克服的障碍。例如传统光生物反应器采用的玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等透明材质，因其机械强度低，不适合大尺寸和空间高度上的放大，只能是低矮细薄结构，占地大，光能利用率低，而这是微藻大规模培养实现产业化最重要的直接制约因素。工业生产中，为了得到大量生物量，通常做法是加大培养体积，但在不增加占地面积的情况下（例如仅仅增加开放池的深度或PBR的光径），增大培养液体积势必造成单个藻细胞吸收光能总量的降低，从而使单位体积培养效率大大下降；反过来，如果要保证单位体积培养效率不降低，则必须成比例增加占地面积，这会加大固定投资。另外，增大培养液体积会导致控温、搅拌、通气、采收、营养盐、废水处理等投入增加。

基于上述原理，2012年3月14日公开、公开号102373156A、申请号为201010250866.X的中国发明专利“一种用于微藻工业化生产的半干固态培养方法”中提出了一种半干固态培养方法，其核心就是微藻细胞在固体支撑材料表面的贴壁培养，将微藻细胞接种于固态材料表面，并通过补充液体使细胞群体保持湿润，在光照条件下，向细胞群添加无机碳源，通过控制润湿液组分、光照强度、碳源浓度等各参数调控微藻细胞的生长与代谢，实现微藻生物量和/或次生代谢物的快速累积。

在此基础上，人们又提出了三种半干贴壁培养装置，但均有各自缺陷，如2013年9月11日公开、公开号为103289888A、申请号为201210051552.6的中国发明专利“一种插板式微藻半干固态贴壁培养装置”，该专利通过扩大培养表面积稀释光强，但其培养表面不能转动，会导致光强的分布不均匀；又如2013年9月11日公开、公开号为103289887A、申请号为201210051158.2的中国发明专利“一种用于微藻工业化生产的半干固态贴壁培养装置”，虽然其通过培养表面的转动避免了光强分布不均，但该装置中的贴壁培养单元2为垂直结构，接种、收获较困难；再如2013年9月11日公开、公开号为103289886A、申请号为201210048910.8的中国发明专利“一种明暗交替光照的微藻半干固态贴壁培养装置”，其旨在通过明-暗循环实现光能高效利用，但是装置结构复杂，空间利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层半干贴壁培养装置，通过水平或倾斜设置多层贴壁培养单元，既解决了光强分布不均的问题，又方便接种和收获，实现了光能高效利用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种多层半干贴壁培养装置，包括支架系统、贴壁培养单元、微藻接种器、微藻种子液储罐、培养基分布器、培养基收集槽、藻泥刮刀、藻泥收集槽和电机，其中贴壁培养单元一端对齐、平行排列设置于支架系统上，所述贴壁培养单元的长度从上到下依次递增，贴壁培养单元的培养表面通过电机带动旋转，在最上层的贴壁培养单元的上方分别设有微藻接种器、微藻种子液储罐和培养基分布器，且所述微藻接种器和培养基分布器可移动地设置于最上层的贴壁培养单元上方，微藻种子液通过所述微藻接种器依次喷洒在各层贴壁培养单元的培养表面上，培养基通过所述培养基分布器滴落在所有贴壁培养单元的培养表面上，所述微藻接种器通过柔性软管与所述微藻种子液储罐上的种子液泵相连，在支架系统的下方设有培养基收集槽和培养基输送泵，所述培养基收集槽、培养基输送泵和培养基分布器通过软管依次相连，在支架系统远离所述培养基输送泵的一端设有藻泥收集槽和藻泥刮刀，所述藻泥刮刀在采收藻泥时固定且刀刃紧贴贴壁培养单元的表面。

所述贴壁培养单元水平设置或与水平面呈一定倾角设置。

所述贴壁培养单元与水平面呈一定倾角设置时，所述倾角大于0度、小于30度。

所述贴壁培养单元单独转动，或多个贴壁培养单元通过链轮链条传动一起转动。

在支架系统的一侧安装有种子液储罐支架和横杆，所述微藻接种器和微藻种子液储罐即安装在所述种子液储罐支架上，所述培养基分布器即安装在所述横杆上。

所述微藻接种器是底部设有窄缝的槽状结构，所述培养基分布器是管道状结构，在管道上设有小孔或喷雾嘴，所述小孔或喷雾嘴沿管道轴向分布。

在支架系统远离所述培养基输送泵的一端设有立杆，所述藻泥刮刀可移动地安装在所述立杆上。

一种多层半干贴壁培养装置的培养方法，其特征在于：首先开启电机使贴壁培养单元的培养表面转动，然后将微藻接种器移动至最顶层的贴壁培养单元上方，开启种子液泵使种子液均匀喷洒在最顶层的贴壁培养单元上形成藻层，然后移动微藻接种器至下一层贴壁培养单元的露出位置的上方，对第二层贴壁培养单元进行接种，其他各层接种依次类推，接种完毕后关闭种子液泵并将微藻接种器移开，将培养基分布器移动至最顶层的贴壁培养单元上方，开启培养基输送泵以使培养基润湿所有贴壁培养单元，然后使装置接受光照，当培养至设定时间即开始采收，采收时将藻泥刮刀从上至下依次移动至每层贴壁培养单元的相应位置并固定，并使藻泥刮刀的刀刃紧贴在每层贴壁培养单元传送带表面，随着贴壁培养单元转动，藻泥即被刮下并自动落在下方的藻泥收集槽中。

从贴壁培养单元上滴落的富余液体因重力作用返回培养基收集槽中，之后通过培养基输送泵重复使用。

所述藻层的密度范围是10～100克/平方米。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明利用半干贴壁原理培养微藻，能极大减少微藻培养过程的水耗，真正实现微藻超高密度培养，同时光源到微藻细胞的传导路径大幅缩短，光能损耗大幅减少。

2.本发明利用了明-暗循环实现光稀释，提高光能利用效率，能够提高微藻生物量产量。

3.本发明培养微藻的过程中，各种胁迫条件易于添加和解除，从而使细胞生长状态易于调控。

4.本发明的培养表面能够转动，从而保证培养面上不同区域的微藻细胞照光均匀、生长状态一致，特别是在生产次生代谢物（如油脂、色素、多糖等）的过程中本装置克服了固定装置细胞生长状态不均一的问题。

5.本发明微藻细胞采收简便、能耗低。

6.本发明可以实现装置的大型化、高层化，涉及的反应器重量轻、材料要求低。

7.本发明实现了微藻培养的模块化，移动化，极大缓解了地域、气候对微藻培养的限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一，

图2为本发明的结构示意图二，

图3为图2中贴壁培养单元水平设置结构示意图，

图4为图2中贴壁培养单元倾斜设置结构示意图。

其中，1为支架系统，2为贴壁培养单元，3为微藻接种器，4为微藻种子液储罐，5为培养基分布器，6为培养基收集槽，7为藻泥刮刀，8为藻泥收集槽，9为传动链条，10为深井，11为培养基输送泵，12为电机，13为立杆，14为横杆，15为种子液储罐支架，16为种子液泵，17为支撑轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括支架系统1、贴壁培养单元2、微藻接种器3、微藻种子液储罐4、培养基分布器5、培养基收集槽6、藻泥刮刀7、藻泥收集槽8和电机12，其中贴壁培养单元2一端对齐、平行排列设置于支架系统1上，所述贴壁培养单元2的长度从上到下依次递增，从而使贴壁培养单元2的另一端呈阶梯状分布，这样便使每一层贴壁培养单元2都能有一部分接受光照而不被其它层遮挡，所述贴壁培养单元2为传送带结构并通过支撑轴17安装在支架系统1上，在传送带上设有培养表面，在贴壁培养单元2对齐一端的支撑轴17上安装有传动链轮，所述传动链轮通过传动链条9相连，任一贴壁培养单元2的支撑轴17均可以与电机12相连，所述电机12即通过所述传动链条9和传动链轮的传动带动所有贴壁培养单元2的培养表面转动，每个贴壁培养单元2也可以单独配一个电机12带动培养表面转动，贴壁培养单元2的运动表面由具多孔性、对藻细胞无毒性的材料制成，可以是多孔纤维织布带、塑料网带、金属网带中的一种或多种，所述传送带材料可以单独使用或在表面贴敷滤纸、滤布、海绵、塑料泡沫或纤维织物材料以构成培养表面，所述贴壁培养单元2可以水平设置，也可以如图4所示，与水平面呈一定倾角设置，所述倾角大于0度、小于30度。

在最上层贴壁培养单元2的上方分别设有微藻接种器3、微藻种子液储罐4和培养基分布器5，在支架系统1的一侧安装有种子液储罐支架15和横杆14，所述微藻接种器3和微藻种子液储罐4即安装在所述种子液储罐支架15上，所述培养基分布器5即安装在所述横杆14上，且所述微藻接种器3和培养基分布器5能够沿支架系统1的长度方向分别在所述种子液储罐支架15和横杆14上往复移动，在所述微藻种子液储罐4上设有种子液泵16，微藻接种器3通过柔性软管与所述种子液泵16相连，在支架系统1的下方设有培养基收集槽6，在所述培养基收集槽6内设有培养基输送泵11，所述培养基收集槽6、培养基输送泵11和培养基分布器5通过软管依次相连，所述微藻接种器3是底部设有窄缝的槽状结构，所述培养基分布器5是管道状结构，在管道上设有小孔或喷雾嘴，所述小孔或喷雾嘴沿管道轴向分布，所述培养基收集槽6是水泥或防水膜材料制成的矩形池，在培养基收集槽6下方设有用于碳吸收的深井10，所述深井10直径为0.1～1米、深度1～5米。

在支架系统1远离所述培养基输送泵11的一端设有藻泥收集槽8和立杆13，所述立杆13垂直于所述藻泥收集槽8的底面设置，在所述立杆13上安装有藻泥刮刀7，所述藻泥刮刀7可沿所述立杆13上下移动，所述藻泥刮刀7通过套筒及插销安装在所述立杆13上，在采收藻泥时，所述藻泥刮刀7通过插销固定并使刀刃紧贴贴壁培养单元2，随着贴壁培养单元2的培养表面转动，藻泥即被刮下并自动落在下方的藻泥收集槽8中，当一层贴壁培养单元2采收完毕后，松开藻泥刮刀7并移动至下一层贴壁培养单元2继续采收工作。所述藻泥刮刀7也可以通过活动固定扣件等部件安装在所述立杆13，所述套筒和插销、活动固定扣件均为本领域公知技术。

本发明的主要工作过程为：开启电机12使贴壁培养单元2的培养表面转动，将预先培养好的微藻种子液装入微藻种子液储罐4中，先通过微藻接种器3使微藻种子液均匀喷洒在贴壁培养单元2的培养表面上形成藻层，再通过培养基分布器5使培养液均匀滴落在贴壁培养单元2的培养表面上，从贴壁培养单元2上滴落的富余液体可以通过重力作用返回培养基收集槽6中并重复使用，之后使装置接受光照开始培养，当培养至设定时间即开始采收，将藻泥刮刀7沿立杆13依次移动至相应的贴壁培养单元2处并固定，并使藻泥刮刀7的刀刃紧贴在每层贴壁培养单元2传送带表面，随着贴壁培养单元2转动，藻泥即被刮下并自动落在下方的藻泥收集槽8中。

实施例1：

在支架系统1上水平放置六个贴壁培养单元2，所述贴壁培养单元2宽1m，高5cm，由上至下长度分别为1m,1.2m,1.4m,1.6m,1.8m,2.0m。所有贴壁培养单元2靠近藻泥刮刀7的一侧对齐，另一侧呈阶梯状分布，下一层比上一层宽0.2m，使得每一层贴壁培养单元2都有一部分能够接受垂直于地面的光照而不被其它层遮挡，所述贴壁培养单元2的层间高度为0.1m，所述贴壁培养单元2的运动表面为不锈钢钢丝网传送带，在同一个电机12带动下转动。将普通毛巾铺展固定在钢丝网上作为培养表面，本实施例所采用的螺旋藻培养基组成为每1升培养基含:碳酸氢钠16.80克，磷酸氢钾0.5克，硝酸钠2.5克，氯化钠1.0克，硫酸镁0.2克，硫酸铁0.01克，硫酸钾1.0克，一水氯化钙0.04克，EDTA0.08克，用NaOH溶液调pH8.0，开启电机12使贴壁培养单元2以约1m/s的速度运转，将预先培养好的浓度（干重）为10g/L的螺旋藻（购买自中国科学院水生所藻种库）种子液30升装于种子液储罐中。先将微藻接种器3移动至最顶层贴壁培养单元2的传送带中间偏左位置，开启种子液泵16并调节流量，使种子液均匀喷洒在培养表面，形成约25克/平方米(g.m^-2)的藻层。接种完第一层后，移动微藻接种器3至第二层贴壁培养单元2的露出位置的上方，对第二层进行接种，接种密度同前，其他四层的接种依次类推。接种完毕后关闭种子液泵16，将微藻接种器3移至最左端位置。将培养基分布器5移动至顶层的贴壁培养单元2的中间位置，开启培养基输送泵11，并调节流量，使培养基以约每孔5滴每分钟的速度滴落在培养表面，本实施例中，支架系统1四周用塑料薄膜包裹，支架系统1上方安装多根日光灯管作为光源，其平均光强为300umol/m²/s，将装置置于室内，保持室温约为28℃，培养3天后开始采收，先将藻泥刮刀移动至最顶层贴壁培养单元2的最左端并紧贴在贴壁培养单元2的传送带表面，随着传送带的转动，藻泥被刮下并自动落在下方的藻泥收集槽8中。当最顶层的贴壁培养单元2运转一周后，最顶层的贴壁培养单元2的表面藻泥基本被刮下后，移动藻泥刮刀7至第二层贴壁培养单元2，对第二层进行采收，其他层的采收依次类推。将采收的全部生物量用蒸馏水洗涤，过滤后于85℃度烘干称重，共得螺旋藻总生物质量为965g，扣除接种的生物量450g，则该装置占地面积（以最大的一个贴壁培养单元2占地面积计）为1m×2m=2m²，折合螺旋藻单位占地面积产率为85.8g.m-².d^-1。

实施例2：

在支架系统1上放置3个贴壁培养单元2，每个贴壁培养单元2由纤维织物带组组成宽1m、高5cm的闭合传送带，由上至下的贴壁培养单元2长度分别为1.0m、1.5m、2.0m。所有贴壁培养单元2与水平以30度夹角固定在支架系统1上，如图4所示，贴壁培养单元2间平行且倾斜放置，任一层都有一部分直接接受垂直于地面的光照而不被其它层遮挡。邻近的贴壁培养单元2间距为0.1m。每个贴壁培养单元2一端固定有传动链轮，多个贴壁培养单元2通过传动链轮和传动链条9相藕联，在同一电机12下转动。该培养装置放在室外接受自然光照，太阳光中午光强为1500μmol/m²/s，早晚约为500umol/m2/s，折合白天平均光强为900μmol/m²/s，白天平均温度29℃，晚间平均温度20℃。按照实施例1的方法接种螺旋藻种子液，接种密度为50g/m²。开启培养基输送泵11并调节流量使培养液滴到贴壁培养单元2上以保持培养表面湿润。培养3天后收集全部螺旋藻生物量，得干重800克。扣除接种的生物量450克，该装置占地面积（以最大的一个贴壁培养单元2占地面积计）为1m×2m=2m²，折合螺旋藻单位占地面积产率为（800-450）g/2m2/3d=58.3g/m²/d。

实施例3：

培养装置同实施例2，在相同培养面积上接种含900g(干重)螺旋藻的种子液，开启培养基输送泵11并调节流量使培养液滴到贴壁培养单元2上以保持培养面湿润。培养3天后收集全部螺旋藻生物量，得干重1342克。扣除接种的生物量900克，该装置占地面积（以最大的一个贴壁培养单元2占地面积计）为1m×2m=2m²，折合螺旋藻单位占地面积产率为（1342-900）g/2m²/3d=73.7g/m²/d。

实施例4

培养装置同实施例2，不同的是所采用的微藻为栅藻（Scenedesmus dimorphus Kütz.UTEX1237，美国德州大学藻种保藏中心），培养基组成为：每1升培养基含硝酸钠1.5克，磷酸氢钾0.04克，7水合硫酸镁0.0375克，二水合氯化钙0.036克，柠檬酸0.006克，柠檬酸铁铵0.006克，EDTA二钠盐0.001克，碳酸钠0.02克，硼酸0.00286克，4水合氯化锰0.00186克，7水合硫酸锌0.00022克，2水合钼酸钠0.00039克，5水合硫酸铜0.00008克，6水合硝酸钴0.00005克，用氢氧化钠或盐酸调节培养基pH为7.0)。接种密度量为15克/平方米。将该装置置于室内，装置桁架四周用塑料薄膜包裹，桁架上方安装多根日光灯管作为光源，其平均光强为300umol/m2/s。在包膜内部底部四周放置一根环形塑料布气管，通过该布气管向装置内环境通入含1%（v/v）二氧化碳的空气，流速1L/min。将，保持室温约为28℃。培养10天后采收，共得栅藻总生物质量为1545克。扣除接种的生物量270克，该装置占地面积（以最大的一个贴壁培养单元2占地面积计）为1m×2m=2m²，折合单位面积螺旋藻产率为（1545-270）g/2m²/10d=63.8g/m²/d。

实施例5：

培养装置同实施例3，以栅藻为对象，不同的是该装置置于室外，太阳光中午光强为1600umol/m²/s，早晚约为550umol/m²/s，折合白天平均光强为950umol/m²/s，白天平均温度29℃，晚间平均温度21℃。在没有塑料薄膜包被条件下，培养3天后，采收全部生物量，共得栅藻总生物质量为488克。该装置占地面积（以最大的一个贴壁培养单元2占地面积计）为1m×2m=2m²，折合单位面积螺旋藻产率为（488-270）g/2m²/3d=36.3g/m²/d。

以上实施例中，将所用的藻种替换为微拟绿球藻、小球藻、栅藻、三角褐指藻、金藻、杜氏藻、雨生红球藻、蓝藻等，或将通入的气体改为烟道气重复上述实验，所得结果相似，只是从简明起见不一一重复叙述。

Claims (10)

1.一种多层半干贴壁培养装置，其特征在于：包括支架系统（1）、贴壁培养单元（2）、微藻接种器（3）、微藻种子液储罐（4）、培养基分布器（5）、培养基收集槽（6）、藻泥刮刀（7）、藻泥收集槽（8）和电机（12），其中贴壁培养单元（2）一端对齐、平行排列设置于支架系统（1）上，所述贴壁培养单元（2）的长度从上到下依次递增，贴壁培养单元（2）的培养表面通过电机（12）带动旋转，在最上层的贴壁培养单元（2）的上方分别设有微藻接种器（3）、微藻种子液储罐（4）和培养基分布器（5），且所述微藻接种器（3）和培养基分布器（5）可移动地设置于最上层的贴壁培养单元（2）上方，微藻种子液通过所述微藻接种器（3）依次喷洒在各层贴壁培养单元（2）的培养表面上，培养基通过所述培养基分布器（5）滴落在所有贴壁培养单元（2）的培养表面上，所述微藻接种器（3）通过柔性软管与所述微藻种子液储罐（4）上的种子液泵（16）相连，在支架系统（1）的下方设有培养基收集槽（6）和培养基输送泵（11），所述培养基收集槽（6）、培养基输送泵（11）和培养基分布器（5）通过软管依次相连，在支架系统（1）远离所述培养基输送泵（11）的一端设有藻泥收集槽（8）和藻泥刮刀（7），所述藻泥刮刀（7）在采收藻泥时固定且刀刃紧贴贴壁培养单元（2）的表面。

2.根据权利要求1所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：所述贴壁培养单元（2）水平设置或与水平面呈一定倾角设置。

3.根据权利要求2所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：所述贴壁培养单元（2）与水平面呈一定倾角设置时，所述倾角大于0度、小于30度。

4.根据权利要求1所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：所述贴壁培养单元（2）单独转动，或多个贴壁培养单元（2）通过链轮链条传动一起转动。

5.根据权利要求1所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：在支架系统（1）的一侧安装有种子液储罐支架（15）和横杆（14），所述微藻接种器（3）和微藻种子液储罐（4）即安装在所述种子液储罐支架（15）上，所述培养基分布器（5）即安装在所述横杆（14）上。

6.根据权利要求1或5所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：所述微藻接种器（3）是底部设有窄缝的槽状结构，所述培养基分布器（5）是管道状结构，在管道上设有小孔或喷雾嘴，所述小孔或喷雾嘴沿管道轴向分布。

7.根据权利要求1所述的多层半干贴壁培养装置，其特征在于：在支架系统（1）远离所述培养基输送泵（11）的一端设有立杆（13），所述藻泥刮刀（7）可移动地安装在所述立杆（13）上。

8.一种根据权利要求1所述的多层半干贴壁培养装置的培养方法，其特征在于：首先开启电机（12）使贴壁培养单元（2）的培养表面转动，然后将微藻接种器（3）移动至最顶层的贴壁培养单元（2）上方，开启种子液泵（16）使种子液均匀喷洒在最顶层的贴壁培养单元（2）上形成藻层，然后移动微藻接种器（3）至下一层贴壁培养单元（2）的露出位置的上方，对第二层贴壁培养单元（2）进行接种，其他各层接种依次类推，接种完毕后关闭种子液泵（16）并将微藻接种器（3）移开，将培养基分布器（5）移动至最顶层的贴壁培养单元（2）上方，开启培养基输送泵（11）以使培养基润湿所有贴壁培养单元（2），然后使装置接受光照，当培养至设定时间即开始采收，采收时将藻泥刮刀（7）从上至下依次移动至每层贴壁培养单元（2）的相应位置并固定，并使藻泥刮刀（7）的刀刃紧贴在每层贴壁培养单元（2）传送带表面，随着贴壁培养单元（2）转动，藻泥即被刮下并自动落在下方的藻泥收集槽（8）中。

9.根据权利要求8所述的多层半干贴壁培养装置的培养方法，其特征在于：从贴壁培养单元（2）上滴落的富余液体因重力作用返回培养基收集槽（6）中，之后通过培养基输送泵（11）重复使用。

10.根据权利要求8所述的多层半干贴壁培养装置的培养方法，其特征在于：所述藻层的密度范围是10～100克/平方米。