CN107189930A

CN107189930A - 室内微藻培养系统及其培养方法

Info

Publication number: CN107189930A
Application number: CN201710422952.6A
Authority: CN
Inventors: 李盈贤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明公开了一种室内微藻培养系统，包括开放式培养器、二氧化碳供给装置和光照装置，光照装置包括安装座、灯管和光源，安装座安装于开放式培养器，灯管一端安装于安装座上，另一端伸入开放式培养器内，灯管内充满传热的液体。本发明还公开了一种室内微藻培养方法，在开放式培养器，灌注海水和营养盐作为培养水体；向培养水体中通入CO2气体；微藻的浓度达到3.0×10⁶cfu/mL之后，收取培养器中55％～75％的藻类，收取后补充海水和营养盐；42天后抽取所有的藻类，先用EDTA溶液冲洗培养器，再采用高盐度卤水冲洗，最后用淡水冲洗。本发明的室内微藻培养系统及其培养方法，增加藻类单位面积增大光照获取量，提高了微藻的生产效率，节约能源。

Description

室内微藻培养系统及其培养方法

技术领域

本发明属于藻类培养技术领域，更具体地，涉及一种室内微藻培养系统及其培养方法。

背景技术

微藻是一个太阳光驱动的细胞工厂，通过高效的光合作用吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等化合物的化学能，并放出O₂。微藻富含蛋白质、多糖、不饱和脂肪酸等营养成分(如螺旋藻)，可用于食品、医药和能源等方面；可以大量积累脂肪酸，有些微藻如小球藻，其体内脂肪酸含量可占干重的30％～60％。利用培养微藻来积累油脂资源，已经成为目前可再生资源最热门的研究领域。不仅具有强大的市场潜力，而且具有非凡的社会价值。

微藻培养方式分为密闭式和开放式两种，开放式类似野生放养，采用开放池培养装置，技术简单，投资少。但过程控制难度大，产出能力有限。传统的大面积水泥池或塑料池户外微藻培养池，具有造价便宜和运营简单的优势，但也有产能有限的缺点，以硅藻为例，高密度的情况下也只能达到300000细胞/mL。光能和CO2利用率不高，无法实现高密的单藻连续培养。在室外培藻系统，大部分的光照量会快速地被上层透光区的悬浮藻类所吸引。密闭式培养一般采用密闭式光生物反应器，如气升式、搅拌式、管式等。可以实现理想的过程控制，生产效率极大提高。但密闭式投资成本高，急需开发理想的培养方式。

改善生态环境，不仅要做加法，更要做减法，工业废气是大气环境治理的重点，也是难点。日前，一种以微藻为介质的除碳减排新装置在在石炼化建成并投入运行，这个在全国具有首创性的“微藻养殖示范装置”，可为石炼化减少20％以上二氧化碳。微澡是具有固碳能力的生物之一，除了具有光合速率高、繁殖快、适应环境性强等优点外，它吸收转化二氧化碳的能力更是相当于同面积森林的10到50倍。

微藻的作用还不仅仅在治理废气上，换用富含营养的废水，微藻通过生物转换可以实现净化废水的作用。而有些微藻像小球藻、绿球藻等，还可以将油脂通过酯化转化成生物柴油，摇身变为生物柴油的制造者。

利用微藻生物质生产生物柴油，能有效解决生物燃料产业的原料瓶颈，为生物能源产业的健康、稳定、持续发展提供了新的发展道路。微藻是光合自养的水生生物，微藻养殖需要大量的水，如果用跑道池培养微藻的话，每年每公顷(ha)需要1.1～1.3×10⁷升的水。地球上的海洋面积占到地球面积的71％，海水是一种“取之不尽、用之不竭”的资源。因此，海洋微藻由于可在海水中生长繁殖，具有不与粮争地、不与人争水的优点，在微藻生物柴油产业的发展中具有很重要的地位。然而，海水中的氮磷等营养元素含量较低，因此单独利用海水培养海洋微藻时，存在生长缓慢，生物量低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种室内微藻培养系统及其培养方法，该方法增加藻类单位面积增大光照获取量，提高了微藻的生产效率，并能够节约能源。

为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：

一种室内微藻培养系统，包括透明的开放式培养器、二氧化碳供给装置和光照装置，所述二氧化碳供给装置与开放式培养器的底部连接，所述光照装置包括安装座、多个灯管以及设于灯管内的光源，所述安装座安装于开放式培养器的器口，所述灯管设有开口的一端安装于安装座上，封闭的另一端伸入开放式培养器内，所述灯管内充满传热液体。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述灯管内设有灯架，所述灯架包括上固定环、下固定环和连接杆，所述上固定环和下固定环分别固定于连接杆的上、下端。

所述光源采用多个LED灯带，所述LED灯带的一端固定于上固定环，另一端固定于下固定环，所述连接杆为中空管，所述LED灯带的电源线设于连接杆中。

所述灯管与安装座连接的开口端设有观察盖，所述连接杆穿过观察盖延伸出灯管。

所述灯管内的传热液体为油。

所述开放式培养器为亚克力培养器。

所述灯管为玻璃灯管。

一种室内微藻培养方法，采用上述的培养系统培养微藻，包括以下步骤：

a、选取透明度在90％以上的开放式培养器，灌注海水和营养盐作为培养水体，培养温度为21℃～25℃，盐度为22ppt～28ppt；

b、微藻初始接种密度为1.0×106cfu/mL～3.0×106cfu/mL，光照强度为300lux～500lux，有利于提高藻类细胞脂质含量和延长藻类的对数生长期；

c、向培养水体中通入CO2气体，通入气体中CO2浓度为0.1％～0.3％，CO2的气泡大小为6mm～10mm；

d、微藻的浓度达到3.0×106cfu/mL之后，收取培养器中55％～75％的藻类，收取后补充海水和营养盐；

e、42天后抽取所有的藻类，先用盐度为2ppt～3ppt的EDTA溶液冲洗培养器，再采用高盐度卤水冲洗，最后用淡水冲洗；

f、冲洗后循环步骤a至步骤e。

上述方法中，优选地，所述步骤b中采用多个LED灯带对微藻进行光合有效辐射。

上述方法中，优选地，微藻培养过程中，每隔24小时向培养水体中补充营养盐，补充的营养盐占培养中消耗的营养盐质量的40％～50％。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的室内微藻培养系统及其培养方法，在灯管中添加传热液体，在光源光照的同时将热量通过传热液体使灯管外壁发热，直接传至培养水体中，有利于藻类的生长，并且能充分利用能源，节约成本。本发明的室内微藻培养系统及其培养方法，采用亚克力培养器提高了光合有效辐射，有利于提高藻类的单位面积产率。本发明的室内微藻培养系统及其培养方法，将CO2气体供入培养水体中，提高了藻类细胞干蛋白的含量，并且气体能垂直向上溢出，打破水体表面的张力。

，完全不受氣候影響，二氧化碳取於燃煤或燃氣鍋爐，所以養殖時間能極大幅度縮短至4～5天

传统藻类养殖，都是外塘养殖，受天气影响很大，如遇到阴雨天气偏多，藻类光合作用时间少，或是光照不足，这都会影响到藻类细胞繁殖，再者，二氧化碳都直接取于大气，大气所含二氧化碳只有0.03％，所以养殖时间约在3～4个月方能收成。本发明采用室内养殖，以LED植物生长灯放入水中，让藻类行全天候光合作用，完全不受气候影响，二氧化碳取于燃煤或燃气锅炉，所以养殖时间能极大幅度缩短至4～5天。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标号说明：

1、开放式培养器；2、安装座；3、灯管；31、灯架；32、上固定环；33、下固定环；34、连接杆；35、观察盖；4、LED灯带；5、二氧化碳供给装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示出了本发明室内微藻培养系统的一种实施方式，包括透明的开放式培养器1、二氧化碳供给装置5和光照装置，二氧化碳供给装置5与开放式培养器1的底部连接。开放式培养器1为亚克力培养器。

光照装置包括安装座2、多个灯管3以及设于灯管3内的光源，安装座2安装于开放式培养器1的器口，灯管3设有开口的一端安装于安装座2上，封闭的另一端伸入开放式培养器1内。

本实施例中，灯管3为玻璃灯管，灯管3内充满油，在光源光照的同时将光源产生的热量通过油快速的使玻璃灯管外壁发热，直接将热能传至培养水体中，有利于藻类的生长。

本实施例中，灯管3内设有灯架31，灯架31包括上固定环32、下固定环33和连接杆34，上固定环32和下固定环33分别固定于连接杆34的上、下端。灯管3与安装座2连接的开口端设有观察盖35，连接杆34穿过观察盖35延伸出灯管3。光源采用多个LED灯带4。LED灯带4的一端固定于上固定环32，另一端固定于下固定环33，连接杆34为中空管，LED灯带4的电源线设于连接杆34中。

本发明的室内微藻培养方法，以角毛藻为例，包括以下步骤：

a、选取透明度在92％的亚克力培养器，灌注海水和营养盐作为培养水体，培养温度为23℃，盐度为5ppt；

b、微藻初始接种密度为1.0×10⁶cfu/mL，向培养器中垂直装入5个灯管3，灯管3中填充油，每个灯管3中设置24支LED灯带4，光照强度为400lux；

c、二氧化碳供给装置5向培养水体中通入CO2气体，通入气体中CO2浓度为0.2％，CO²的气泡大小为8mm；因硅藻在生长过程中，如果氮含量受限，就会释放出多糖类代射产物，因此，每隔24小时向培养水体中补充营养盐，补充的营养盐占培养中消耗的营养盐质量的50％。

d、培养72h后，微藻的浓度达到3.0×10⁶cfu/mL，收取培养器中67％的藻类，收取后补充海水和营养盐，海水需要先经过过滤和巴氏消毒才能注入培养器中；

e、42天后抽取所有的藻类，排空培养器，先用盐度为2ppt的EDTA溶液冲洗培养器，再采用高盐度卤水冲洗，最后用淡水冲洗；

f、冲洗后循环步骤a至步骤e。

微藻培养过程中，LED灯带4产生的热能通过油的快速传导使玻璃灯管的外壁发热，直接将热能传至培养水体中，有利于藻类的生长。温度过高时，培养器中可以采用微型制冷器调节培养温度。

上述培养水体还可以采用工业污水。

排空培养器时，将培养后的液体浓缩后充入具有海盐浓度为2.5％(W)的培养基中，在通气量为0.2VVm的CO₂浓度为30.0％(v/v)的所述CO₂气体下发酵进行油脂积累48h，之后收集藻体提取藻油。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种室内微藻培养系统，包括透明的开放式培养器(1)、二氧化碳供给装置(5)和光照装置，其特征在于，所述二氧化碳供给装置(5)与开放式培养器(1)的底部连接，所述光照装置包括安装座(2)、多个灯管(3)以及设于灯管(3)内的光源，所述安装座(2)安装于开放式培养器(1)的器口，所述灯管(3)设有开口的一端安装于安装座(2)上，封闭的另一端伸入开放式培养器(1)内，所述灯管(3)内充满传热液体。

2.根据权利要求1所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述灯管(3)内设有灯架(31)，所述灯架(31)包括上固定环(32)、下固定环(33)和连接杆(34)，所述上固定环(32)和下固定环(33)分别固定于连接杆(34)的上、下端。

3.根据权利要求2所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述光源采用多个LED灯带(4)，所述LED灯带(4)的一端固定于上固定环(32)，另一端固定于下固定环(33)，所述连接杆(34)为中空管，所述LED灯带(4)的电源线设于连接杆(34)中。

4.根据权利要求2所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述灯管(3)与安装座(2)连接的开口端设有观察盖(35)，所述连接杆(34)穿过观察盖(35)延伸出灯管(3)。

5.根据权利要求1所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述灯管(3)内的传热液体为油。

6.根据权利要求1所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述开放式培养器(1)为亚克力培养器。

7.根据权利要求1所述的室内微藻培养系统，其特征在于，所述灯管(3)为玻璃灯管。

8.一种室内微藻培养方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的培养系统培养微藻，包括以下步骤：

a、选取透明度在90％以上的开放式培养器(1)，灌注海水和营养盐作为培养水体，培养温度为21℃～25℃，盐度为22ppt～28ppt；

b、微藻初始接种密度为1.0×10⁶cfu/mL～3.0×10⁶cfu/mL，光照强度为300lux～500lux；

c、向培养水体中通入CO²气体，通入气体中CO²浓度为0.1％～0.3％，CO²的气泡大小为6mm～10mm；

d、微藻的浓度达到3.0×10⁶cfu/mL之后，收取培养器中55％～75％的藻类，收取后补充海水和营养盐；

f、冲洗后循环步骤a至步骤e。

9.根据权利要求8所述的室内微藻培养方法，其特征在于，所述步骤b中采用多个LED灯带(4)对微藻进行光合有效辐射。

10.根据权利要求8所述的室内微藻培养方法，其特征在于，微藻培养过程中，每隔24小时向培养水体中补充营养盐，补充的营养盐占培养中消耗的营养盐质量的40％～50％。