CN108342344B - 一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法 - Google Patents

一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物质能利用技术，旨在提供一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法。包括：取钝顶螺旋藻的藻株，以常规方法培养至藻丝螺距为40～50μm，藻丝长度为320～360μm；调整培养条件，最终获得的钝顶螺旋藻的藻丝螺距为60～70μm，藻丝长度为720～760μm；在跑道池光生物反应器中放大培养规模，以提高藻液中的生物质密度和过滤采收效率。本发明能使螺旋藻的藻丝螺距增大的同时增大藻丝长度，提高螺旋藻液的生物质密度，使得藻液流经过滤装置后的生物质采收效率和钝顶螺旋藻的生长固碳速率得到大幅提高。

Description

一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法
技术领域
本发明是关于生物质能利用技术，特别涉及一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法。
背景技术
螺旋藻的藻丝螺距及长度与生物质密度以及过滤装置采收效率有密切关系，当螺距小于滤网孔径39μm和藻丝长度小于300μm时，导致螺旋藻生物质密度降低，并且藻丝会通过滤网进入废液导致采收效率降低，从而使收获得到的生物质产量降低28％。因此提高螺旋藻藻丝螺距及长度，可有效提高螺旋藻生物质密度和过滤采收效率，对于实际生产具有重要的经济意义。螺旋藻特有的螺旋结构对环境变化具有明显的响应，随着环境因子的变化，其直径、螺距、藻丝长度及偏手性均会发生明显变化。国内外学者研究表明：蛋白含量变化可使得藻丝螺距在20-150μm范围内变化，藻丝长度在100-3000μm范围内变化，其原因可能是某种蛋白的基因编码表达增强。另有学者研究指出，螺旋藻丝上的HCO3 -转运蛋白变少会使得藻丝长度变小，故通过调控环境因子如光照、温度、HCO3 -及CO3 2-浓度等，对于调节螺旋藻藻丝螺距及长度具有重要作用。但是如何优化调控藻种筛选和培养生长条件增大螺旋藻的藻丝螺距及长度、并进而提高生长固碳速率和过滤采收效率尚很不清楚，故有必要采取有效措施提高其生长采收效益。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种通过增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法，包括以下步骤：
(1)取钝顶螺旋藻的藻株，以常规方法培养至藻丝螺距为40～50μm，藻丝长度为320～360μm；培养过程中，控制藻液中的HCO3 -浓度为1.0-1.5g/L，CO3 2-浓度为7.5-8.5g/L，光照强度为28000～32000lux，藻液温度为28-30℃；
(2)调整培养条件，控制藻液中的HCO3 -浓度为2.5-3.0g/L，CO3 2-浓度为10.5-11.5g/L，光照强度为68000～72000lux,藻液温度为33-35℃；最终获得的钝顶螺旋藻的藻丝螺距为60～70μm，藻丝长度为720～760μm；
(3)取步骤(2)中所获钝顶螺旋藻作为藻种，在跑道池光生物反应器中放大培养规模，培养过程中控制条件：藻液pH值为9.5-10.5，NO3 -浓度为145-155mg/L，PO4 3-浓度为38-42mg/L；培养时间为72小时，以提高藻液中的生物质密度和过滤采收效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使螺旋藻的藻丝螺距由40～50μm增大到60～70μm，同时将藻丝长度由320～360μm增大到720～760μm，使得螺旋藻液的生物质密度由20-22g/m2/d提高至26-28g/m2/d，从而使得藻液流经过滤装置后的生物质采收效率由50-55％提高至75-80％，钝顶螺旋藻的生长固碳速率由37-40g/m2/d提高至48-51g/m2/d。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法，具体包括下述步骤：
(1)取钝顶螺旋藻的藻株，以常规方法培养至藻丝螺距为40～50μm，藻丝长度为320～360μm；培养过程中，控制藻液中的HCO3 -浓度为1.0-1.5g/L，CO3 2-浓度为7.5-8.5g/L，光照强度为28000～32000lux，藻液温度为28-30℃；
(2)调整培养条件，控制藻液中的HCO3 -浓度为2.5-3.0g/L，CO3 2-浓度为10.5-11.5g/L，光照强度为68000～72000lux,藻液温度为33-35℃；最终获得的钝顶螺旋藻的藻丝螺距为60～70μm，藻丝长度为720～760μm；
(3)取步骤(2)中所获钝顶螺旋藻作为藻种，在跑道池光生物反应器中放大培养规模，培养过程中控制条件：藻液pH值为9.5-10.5，NO3 -浓度为145-155mg/L，PO4 3-浓度为38-42mg/L；培养时间为72小时，以提高藻液中的生物质密度和过滤采收效率。
测试方法：
采集光生物反应器中培养的藻液样品1升，用孔径为40μm的滤布过滤三次得到浓缩藻泥，然后在105℃下烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW。
螺旋藻生长固定二氧化碳速率的计算方法如下：
R(g/m2/d)＝(DW2-DW1)/(t2-t1)×H×100×C×44/12
其中，DW2为t2＝第4天时的生物质密度(g/L)，DW1为t1＝第3天时的生物质密度(g/L)，H为藻液深度(cm)，C为t2＝第4天时和t1＝第3天时测得螺旋藻生物质中碳元素重量百分比的平均值。
实施例1
调整培养条件，控制钝顶螺旋藻液中HCO3 -浓度由1.0g/L增大到2.5g/L，CO3 2-浓度由7.5g/L增大到10.5g/L，光照由28000lux增大到68000lux,藻液温度由28℃增大到33℃，使得钝顶螺旋藻的藻丝螺距由40μm增大到60μm，藻丝长度由320μm增大到720μm，从而获得过滤采收效率高的螺旋藻种。取藻丝螺距和长度增大后的螺旋藻种在跑道池光生物反应器中大规模培养，优化控制培养条件：藻液pH值为9.5，NO3 -浓度为145mg/L，PO4 3-浓度为38mg/L，培养时间为72小时。
采集光生物反应器中培养的藻液样品1升，用孔径为40μm的滤布过滤三次得到浓缩藻泥，然后在105℃下烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW，使得螺旋藻液的生物质密度由20g/m2/d提高至26g/m2/d，从而使得藻液流经过滤装置后的生物质采收效率由50％提高至75％，钝顶螺旋藻的生长固碳速率由37g/m2/d提高至48g/m2/d。
实施例2
调整培养条件，控制钝顶螺旋藻液中HCO3 -浓度由1.2g/L增大到2.7g/L，CO3 2-浓度由8.0g/L增大到11.0g/L，光照由30000lux增大到70000lux,藻液温度由29℃增大到34℃，使得钝顶螺旋藻的藻丝螺距由45μm增大到65μm，藻丝长度由340μm增大到740μm，从而获得过滤采收效率高的螺旋藻种。取藻丝螺距和长度增大后的螺旋藻在跑道池光生物反应器中大规模培养，优化控制培养条件：藻液pH值为10.0，NO3 -浓度为150mg/L，PO4 3-浓度为40mg/L，培养时间为72小时。
采集光生物反应器中培养的藻液样品1升，用孔径为40μm的滤布过滤三次得到浓缩藻泥，然后在105℃下烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW，使得螺旋藻液的生物质密度由21g/m2/d提高至27g/m2/d，从而使得藻液流经过滤装置后的生物质采收效率由52％提高至77％,钝顶螺旋藻的生长固碳速率由38g/m2/d提高至49g/m2/d。
实施例3
调整培养条件，控制钝顶螺旋藻液中HCO3 -浓度由1.5g/L增大到3.0g/L，CO3 2-浓度由8.5g/L增大到11.5g/L，光照由32000lux增大到72000lux,藻液温度由30℃增大到35℃，使得钝顶螺旋藻的藻丝螺距由50μm增大到70μm，藻丝长度由360μm增大到760μm，从而获得过滤采收效率高的螺旋藻种。取藻丝螺距和长度增大后的螺旋藻在跑道池光生物反应器中大规模培养，优化控制培养条件：藻液pH值为10.5，NO3 -浓度为155mg/L，PO4 3-浓度为42mg/L，培养时间为72小时。
采集光生物反应器中培养的藻液样品1升，用孔径为40μm的滤布过滤三次得到浓缩藻泥，然后在105℃下烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW，使得螺旋藻液的生物质密度由22g/m2/d提高至28g/m2/d，从而使得藻液流经过滤装置后的生物质采收效率由55％提高80％,钝顶螺旋藻的生长固碳速率由40g/m2/d提高至51g/m2/d。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种通过增大藻丝螺距和长度提高螺旋藻生长固碳速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取钝顶螺旋藻的藻株，以常规方法培养至藻丝螺距为40～50μm，藻丝长度为320～360μm；培养过程中，控制藻液中的HCO3 -浓度为1.0-1.5g/L，CO3 2-浓度为7.5-8.5g/L，光照强度为28000～32000lux，藻液温度为28-30℃；
(2)调整培养条件，控制藻液中的HCO3 -浓度为2.5-3.0g/L，CO3 2-浓度为10.5-11.5g/L，光照强度为68000～72000lux,藻液温度为33-35℃；最终获得的钝顶螺旋藻的藻丝螺距为60～70μm，藻丝长度为720～760μm；
(3)取步骤(2)中所获钝顶螺旋藻作为藻种，在跑道池光生物反应器中放大培养规模，培养过程中控制条件：藻液pH值为9.5-10.5，NO3 -浓度为145-155mg/L，PO4 3-浓度为38-42mg/L；培养时间为72小时，以提高藻液中的生物质密度和过滤采收效率。
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