CN105062867A - 自驱动式丝藻培养装置及其培养方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自驱动式丝藻培养装置，包括反应室，反应室的底部设置有产碳板，反应室的中部悬挂有富集板，反应室的顶部设有电阻或是低功率电器，产碳板和富集板均通过导线与电阻相连。反应室内由上至下分别为空气，水，沉积物。产碳板埋置于沉积物中，富集板悬挂或漂浮于水中，代培养丝藻接种于富集层水体。利用本发明可以通过产碳板将微生物氧化沉积物时生产的电能和化学能用于丝藻的培养和生产，利用电化学系统将沉积物分解产生的无机碳供给丝藻生长。本发明完全不需要外加能源，制造出的丝藻可用于生产食物、饲料、化妆品和制药行业。丝藻培养过程中不排放废气废物，达到了资源的合理利用和环境友好的效果，具有很大的社会、经济价值。

Description

自驱动式丝藻培养装置及其培养方法

技术领域

本发明涉及一种自驱动式丝藻培养系统，属于农业生产技术领域。

背景技术

丝藻藻体为由圆筒状细胞相连而成的单列、不分枝的丝状体。丝藻(Ulothrix)绿藻纲，丝藻科。藻体细长，由单列细胞连接成不分支的丝状体。藻体分化为直立或匍匐部分，大多数种类细胞壁由完整的一片构成，正面观为H型，色素体周生。单核，叶绿体环带状或筒状，含有一至多个淀粉核。基部为一个无色细胞形成固着器。

丝藻含有广泛的维生素和有机矿物质、蛋白质和氨基酸、w3脂肪酸。已知器中包含一定量的具有抗氧化剂性质的营养素如叶绿素和胡萝卜素。近几年的多种研究已经显著表明，有些种类的丝藻具有显著的抗氧化性和抗炎症性质。因此丝藻是一种可使用和制药的藻类生物。

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。我国是一个能源生产大国和消费大国，拥有丰富的化石能源资源。2006年，煤炭保有资源量为10345亿吨，探明剩余可采储量约占全世界的13％，列世界第三位。但是中国的人均能源资源拥有量较低，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的50％，石油、天然气人均资源拥有量仅为世界平均水平的1/15左右。能源资源赋存不均衡，开发难度较大，已探明石油、天然气等优质能源储量严重不足。再加上能源利用技术落后，利用低下，在经济高速增长的条件下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来得更早、更严重。因而，日益增长的对外能源需求造成的能源压力迫使我们不得不寻找解决能源危机的突围之路。

综上所述，随着能源问题在人类活动和社会生产中的地位越来越高，经济发展与环境污染的矛盾越来源尖锐。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种自驱动式丝藻培养装置及其培养方法，将微生物氧化沉积物时产生的电能和化学能用于丝藻的培养和生产，利用电化学系统将沉积物分解产生的无机碳供给丝藻生长，完全不需要外加能源、不需要频繁人工管理操作，制造出的丝藻可用于生产食物、饲料、化妆品和制药行业。采用本发明系统不排放废气废物，达到了资源的合理利用和环境友好的效果，具有很大的社会、经济价值。

为了解决上述技术问题，本发明一种自驱动式丝藻培养装置，包括装有水和沉积物的反应室，所述反应室的底部设置有产碳板，所述反应室的中部悬挂有富集板，所述反应室的顶部设有电阻或是低功率电器，所述产碳板和所述富集板均通过导线与电阻相连。

本发明自驱动式丝藻培养装置，其中，所述富集板是石墨、碳毡和碳布的一种，所述富集板的富集层表面涂有铂碳催化剂层。所述产碳板是石墨、碳毡和碳布中的一种。所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻，或是功率为用1mW至100mW的用电器。

本发明一种自驱动式丝藻培养方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建自驱动式丝藻培养系统：

搭建上述的自驱动式丝藻培养装置，将沉积物过筛，粒径为2mm，离心后放入反应室中，将连有导线的产碳板埋入沉积物中，将水注入反应室中、且水位在沉积物之上；静止沉降至反应室内沉积物与水分层明显、且水体清澈；

步骤二、将富集板置于水中，将富集板、产碳板和电阻或低功率用电器用导线串联起来，且电阻或低功率用电器位于富集板和产碳板中间；其中，电阻的取值范围为10～2000欧姆，低功率用电器的功率值为1mW至100mW；

步骤三、确定电阻的电阻值或低功率用电器的功率后，静止7天，所述产碳板挂上厌氧生物膜，将反应室的温度控制在20～30℃，每隔5天测定水体中的总无机碳含量，所述总无机碳含量包括二氧化碳，碳酸氢根和碳酸根的含量；

步骤四、当水体中的总无机碳含量升高至10～60mg/l时，按照100-1000mg/l接种丝藻，培养温度为20～30℃，光照采用自然光或者人工光源，光暗周期为16h：8h，光照强度为1500-3000ALUX，培养天数为20～30天。

进一步讲，步骤三中，测定水体中的总无机碳含量采用TOC仪法测定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用微生物对沉积物的分解，利用电化学系统产生二氧化碳，碳酸氢根和碳酸根，做为丝藻的营养物，对丝藻进行培养，更加节能环保。在培养丝藻的同时去除沉积物中有机物，达到生态的修复，并可应用于沉积物的原位修复。本发明结构简单，价格低廉，不需要太多维护，并节省人力。生产出的丝藻易于分离和收集，生产材料可以循环使用。

附图说明

图1是本发明自驱动式丝藻培养装置的结构示意图，其中：1-电阻或低功率电器，2-丝藻，3-产碳板，4-导线，5-反应室，6-富集板；

图2是丝藻在有无采用本发明培养装置下的生长情况对比；

图3是采用本发明驱动式丝藻培养方法，培养丝藻20天过程的总无机碳变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明一种自驱动式丝藻培养装置，包括装有水和沉积物的反应室5，所述反应室5的底部设置有产碳板3，所述反应室5的中部悬挂有富集板6，所述反应室5的顶部设有电阻或是低功率电器1，所述产碳板3和所述富集板6均通过导线4与电阻1相连。所述反应室5可以是立方体、圆柱体或者其他类型多边形柱体结构容器，反应室5的顶部为敞开式容器，使用过程中与空气接触；所述富集板6是石墨、碳毡和碳布的一种，所述富集板的富集层表面涂有铂碳催化剂层。所述产碳板3是石墨、碳毡和碳布中的一种。所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻，或是功率为用1mW至100mW的用电器。

利用上述自驱动式丝藻培养装置实现自驱动式丝藻培养的方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建自驱动式丝藻培养系统：

利用本发明的自驱动式丝藻培养装置，将沉积物经过过筛，粒径为2mm，离心后放入反应室5中，将连有导线4的产碳板3埋入沉积物中，将水注入反应室5中、且水位在沉积物之上；静止沉降至反应室5内沉积物与水分层明显、且水体清澈；由于反应室5的顶部为上敞开结构，因此，反应室5内由上至下分别为空气，水，沉积物；

步骤二、将富集板6置于水中，将产碳板3埋置于沉积物中，富集板6可以悬挂或漂浮于水中，将富集板6、产碳板3和电阻或低功率用电器1用导线4串联起来，且电阻或低功率用电器1位于富集板6和产碳板3中间；其中，电阻的取值范围为10～2000欧姆，低功率用电器的功率值为1mW至100mW；

步骤三、确定电阻的电阻值或低功率用电器的功率后，静止7天，所述产碳板3挂上厌氧生物膜，将反应室5的温度控制在20～30℃，采用TOC仪法每隔5天测定水体中的总无机碳含量，所述总无机碳含量包括二氧化碳，碳酸氢根和碳酸根的含量；

步骤四、当水体中的总无机碳含量升高至40mg/l时，将待培养丝藻按照100-1000mg/l接种于富集层水体，即富集板6的表面或沉积物与水的界面处，培养温度为20～30℃，光照采用自然光或者人工光源，光暗周期为16h：8h，光照强度为1500-3000ALUX，培养天数为20～30天。

实施例：模仿自然湖泊水体下，丝藻在自驱动式丝藻培养系统中的生长情况和培养系统的工作原理。

参照图1的结构，搭建丝藻培养的自驱动式电化学系统,由水和沉积物的反应室5、富集板6、产碳板3、导线4、电阻1等几部分组成。其反应室5为顶部与空气接触，其余面封闭的高15cm，直径7cm的圆柱体玻璃容器中。富集板6和产碳板3的面积均分别为28.29cm²。反应室5中由上至下分别为空气、水、沉积物，且沉积物经过沉降与水有明显的分层。其中沉积物层高度为5cm，沉积物层为厌氧环境，有多种厌氧菌富集在产碳板附近分解沉积物中的有机质，使产碳板附近进行厌氧分解从而能产生二氧化碳，产碳板埋置于沉积物层中。水层高度为7cm，富集板6悬挂于水中。产碳板3和富集板6通过导线4与一个外接电阻1相连。该电阻1的阻值为1000欧姆。代培养丝藻接种于富集层水体，接种量为100mg/l。光暗条件为自然光。将整个培养装置放置于透光温室中，时间为5月份，温室平均温度约为25摄氏度。待系统稳定后接种丝藻，经过20天培养后，丝藻生物量由接种时的100mg/l增加至1030mg/l(见图2)，其中对照组无产碳板，但有富集板，其他条件相同。

组装上述系统后，经过7天产碳板厌氧生物挂膜后，设计有藻系统、无藻系统和对照三个实验组，每5天采集一次总无机碳数据。其中，有藻系统实验组是：搭建有自驱动式丝藻培养系统，并接种有丝藻100mg/l；无藻系统实验组是：搭建有自驱动式丝藻培养系统，未接种丝藻；对照组是：未搭建完整的自驱动式丝藻培养系统，未接种有丝藻。从图3中可以得知：第一，无藻系统实验组和对照组的对比可以发现，本发明自驱动式丝藻培养方法的无机碳含量远高于无培养系统的对照组，说明本发明自驱动式丝藻培养方法可以大量生产可供丝藻生长用的无机碳源；第二，有藻系统实验组和无藻系统实验组的对比可以发现，无藻系统实验组中的无机碳含量比较稳定，而有藻系统实验组中的无机碳含量呈明显的下降趋势，说明随着藻类的生长，藻类对无机碳的使用和消耗十分明显，更加印证了本发明培养方法生产的无机碳对藻类生长起到了至关重要的作用。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种自驱动式丝藻培养装置，包括装有水和沉积物的反应室(5)，其特征在于：所述反应室(5)的底部设置有产碳板(3)，所述反应室(5)的中部悬挂有富集板(6)，所述反应室(5)的顶部设有电阻或是低功率电器(1)，所述产碳板(3)和所述富集板(6)均通过导线(4)与电阻(1)相连。

2.根据权利要求1所述自驱动式丝藻培养装置，其特征在于，所述富集板(6)是石墨、碳毡和碳布的一种，所述富集板的富集层表面涂有铂碳催化剂层。

3.根据权利要求1所述自驱动式丝藻培养装置，其特征在于，所述产碳板(3)是石墨、碳毡和碳布中的一种。

4.根据权利要求1所述自驱动式丝藻培养装置，其特征在于，所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻，或是功率为用1mW至100mW的用电器。

5.一种自驱动式丝藻培养方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、搭建自驱动式丝藻培养系统：

利用如权利要求1所述自驱动式丝藻培养装置，将沉积物过筛，粒径为2mm，离心后放入反应室(5)中，将连有导线(4)的产碳板(3)埋入沉积物中，将水注入反应室(5)中、且水位在沉积物之上；静止沉降至反应室(5)内沉积物与水分层明显、且水体清澈；

步骤二、将富集板置于水中，将富集板(6)、产碳板(3)和电阻或低功率用电器(1)用导线(4)串联起来，且电阻或低功率用电器(1)位于富集板(6)和产碳板(3)中间；其中，电阻的取值范围为10～2000欧姆，低功率用电器的功率值为1mW至100mW；

步骤三、确定电阻的电阻值或低功率用电器的功率后，静止7天，所述产碳板(3)挂上厌氧生物膜，将反应室(5)的温度控制在20～30℃，每隔5天测定水体中的总无机碳含量，所述总无机碳含量包括二氧化碳，碳酸氢根和碳酸根的含量；

步骤四、当水体中的总无机碳含量升高至10～60mg/l时，按照100-1000mg/l接种丝藻，培养温度为20～30℃，光照采用自然光或者人工光源，光暗周期为16h：8h，光照强度为1500-3000ALUX，培养天数为20～30天。

6.根据权利要求5所述自驱动式丝藻培养方法，其特征在于，步骤三中，测定水体中的总无机碳含量采用TOC仪法测定。