CN111032849A - 用于微藻高密度培养的灭菌培养基，和空气压缩机、空气冷却器、二氧化碳自动供应装置、密封垂直光生物反应器、收获装置、干燥装置，且其特征在于提供二氧化碳生物质转化和固定及利用其进行空气和水的净化方法 - Google Patents

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Abstract

微藻发酵液生产系统包括使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置、将大气中的二氧化碳和氧气注入发酵液的空气压缩和压力均衡装置。该系统还包括当水温过高时保持合适的发酵液温度的空气冷却装置、促进光合作用的自动二氧化碳供应装置、和阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度的密封的垂直光生物反应器。该系统还包括使用中空纤维膜的高效率收获装置、和利用空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。

Description

用于微藻高密度培养的灭菌培养基，和空气压缩机、空气冷却 器、二氧化碳自动供应装置、密封垂直光生物反应器、收获装 置、干燥装置，且其特征在于提供二氧化碳生物质转化和固定 及利用其进行空气和水的净化方法
技术领域
本发明涉及一种用于微藻的有效培养和收获的装置，以及通过利用生物质的二氧化碳的固定和转化来进行空气净化和作为有机废水的污水中的氮和磷的生物处理和净化的方法。
背景技术
微藻是光合微生物，在20至30亿年前出现在原始地球上。基于其强大的繁荣和繁殖能力，它们通过光合作用将年轻地球上丰富的碳转化为有机物质，并通过其代谢能力将氧气排出。他们使动物的出现成为可能，并且生存至今。
不可否认，由于能源的消耗以及由于温室气体的过度排放导致的全球变暖的影响，当前的地球环境正面临严重的危机。因此，为了减少二氧化碳排放和化石燃料的使用，来自生物的生物能源作为替代能源获得了很多关注。因此可以说，可再生的碳中和生物燃料在不久的将来取代强烈依赖于传统化石燃料的运输燃料是非常必要的。生物能源不仅比其他类型的可再生能源更容易储存，而且还可以直接用于内燃机。它可与普通柴油混合使用，并且是一种无毒、可生物降解的物质。到目前为止，大多数生物柴油已经由棕榈油、菜籽油或其他富含油的植物生产。然而，这种植物来源的生物柴油遇到了可持续性问题。例如，要生产每年全球来自油菜籽中生物柴油消费量(2015年约20亿吨)，需要的土地面积相当于朝鲜半岛面积的两倍。而且，在加工过程中消耗了可生产的总能量的一半以上。这些是使用微藻生产生物柴油的研究和开发最近获得了很多关注的原因。
微藻的使用具有许多优点。首先，微藻通常显示出远远优于植物的生产率特征。增长最快的微藻每隔3小时就会分裂并增加一倍的数量。除二氧化碳外，它们还可以去除如氨、硝酸盐和磷酸盐的污染物，这使其可用于废水处理。此外，培养的微藻除了可以替代传统的化石燃料外，还可以产生有用的天然物质，例如抗氧化剂。在提取这些物质后，副产物可用作饲料或肥料，这使其成为可用于各种目的的燃料来源。
然而，对于微藻的大规模培养存在有待克服的各种技术障碍。微藻培养过程占总成本的50％以上，其次是收获、浓缩、干燥、和分离及提取。现有的培养方法包括登记的韩国专利号10-0679989(具有种子培养容器的跑道式室外大规模微藻培养容器)和公开的韩国专利号10-2012-0014387(用于微藻质量培养的光生物反应器和使用它们的培养方法)。然而，传统的跑道池养殖系统和光生物反应器需要宽的安装面积和高的初始安装成本。在初始设施成本低的小型跑道池的情况下，由微藻导致生物膜的形成和长的培养周期导致产量降低。此外，作为化学试剂的凝结剂用于收获，其导致二次水污染问题。具有良好产率的光生物反应器受到限制，因为它们受限于水平结构而不能引起流动来防止藻类附着到壁上。这种水平结构不仅难以引入大气中的二氧化碳，而且限制了光合产物，即氧的释放。这通过氧中毒限制了生产率的增长。
最后，可以说，为了微藻的商业化而进行具有低的初始设施成本并通过提供低成本的微藻生长因子(光、二氧化碳、氮、磷、微量矿物质)降低操作成本的低成本、高能量的组合技术的开发是迫切的。
发明内容
本发明在很大程度上满足了前述需求，其中在一个方面，提供了光生物反应器与使微藻生长和收获的方法，其在一些实施方式中至少在一定程度上克服了本文所述的缺点。
本发明的一个实施方式涉及微藻发酵液生产系统，其包括使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置、将来自大气的二氧化碳和氧气注入发酵液的空气压缩和压力均衡装置、和应对高于预定的最高温度的水温而保持合适的发酵液温度的空气冷却装置。该系统还包括促进光合作用的自动二氧化碳供应装置；配置成含有接种微藻的培养基的密封的垂直光生物反应器，垂直光生物反应器配置成允许光进入培养基，阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度；使用中空纤维膜的高效率收获装置；以及利用空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。
本发明的另一个实施方式涉及用生物质净化空气和水以及固定或转化二氧化碳的方法，其包括将待净化的空气和水供应到微藻发酵液生产系统的方法步骤。微藻发酵液生产系统包括使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置、将来自大气的二氧化碳和氧气注入发酵液中的空气压缩和压力均衡装置、以及应对高于预定的最高温度的水温而维持合适的发酵液温度的空气冷却装置。该系统还包括促进光合作用的自动二氧化碳供应装置；配置成含有接种微藻的培养基的密封的垂直光生物反应器，垂直光生物反应器配置成允许光进入培养基，阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度；使用中空纤维膜的高效率收获装置；以及利用通过空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。
因此，已经相当广泛地概述了本发明的某些实施方式，以便可以更好地理解本文的详细描述，并且可以更好地理解对本领域的贡献。当然，本发明的另外的实施方式将在下面描述，并且将形成所附权利要求的主题。
在这方面，在详细解释本发明的至少一个实施方式之前，应理解，本发明不限于以下描述中提到或在附图中示出的构造细节和组件的布置的应用。除了所描述的实施方式之外，本发明还能够以各种方式实施和实行。而且，应该理解，本文采用的描述的目的措辞和术语以及摘要用于描述，并且不应被认为是限制性的。
因此，本领域技术人员会理解，本公开所基于的概念可以容易地用作用于实现本发明的若干目的的其他结构、方法和系统的设计基础。因此，重要的是在其不脱离本发明的精神和范围的情况下，权利要求被认为包括这样的等同结构。
附图说明
图1是根据本发明的用于有效微藻培养的设施和设备的透视图；
图2显示根据本发明的用于微藻培养的温室的前视图和后视图；
图3是根据本发明的用于微藻培养的温室的侧视图；
图4是根据本发明的用于微藻培养的温室的剖视图；
图5是根据本发明的用于微藻培养而安装的温室的第一透视图；
图6是根据本发明的用于微藻培养而安装的温室的第二透视图；
图7是根据本发明的用于微藻培养而安装的温室的第三透视图；
图8是根据本发明的用于发酵液灭菌的微气泡发生装置的结构图；
图9是根据本发明的用于发酵液灭菌而安装的微气泡发生装置的例图；
图10是根据本发明的发酵液和空气(二氧化碳和氮气)供应管的第一个例图；
图11是根据本发明的发酵液和空气(二氧化碳和氮气)供应管的第二个例图；
图12是根据本发明安装的空气压缩机的第一个例图；
图13是根据本发明安装的空气压缩机的第二个例图；
图14是根据本发明安装的用于压缩的空气压力调节的罐和空气冷却装置的例图；
图15是根据本发明安装的自动二氧化碳供应装置的例图；
图16是根据本发明的垂直光生物反应器的侧视图；
图17是根据本发明安装的垂直光生物反应器的第一个例图；
图18是根据本发明安装在垂直光生物反应器上的空气压力调节装置的例图；
图19是根据本发明安装的垂直光生物反应器的第二个例图；
图20是根据本发明安装的垂直光生物反应器的第三个例图；
图21是根据本发明的垂直光生物反应器的框图；
图22是根据本发明的垂直光生物反应器的日生长曲线图；
图23是根据本发明的垂直光生物反应器的月生长曲线图；
图24是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置的前视图；
图25是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置的侧视图；
图26是根据本发明安装的中空纤维膜微藻收获装置的例图；
图27是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置的操作结果的照片；
图28是根据本发明安装的微藻干燥装置的例图；
图29是干燥后根据本发明安装的微藻干燥装置内部的照片；
图30显示在干燥之前和干燥之后(右侧)的根据本发明的微藻干燥装置照片；
图31是根据本发明安装的温室的自动控制系统的例图；
图32是显示根据本发明的细胞密度随生长温度变化的图；和
图33是显示根据本发明的细胞密度随生长照度变化的图。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及微藻发酵液生产系统，其具有使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置、将大气中的二氧化碳和氧气注入发酵液中的空气压缩和压力均衡装置、以及当水温过高时维持合适的发酵液温度的空气冷却装置。该系统还包括促进光合作用的自动二氧化碳供应装置；阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度的密封的垂直光生物反应器；使用中空纤维膜的高效率收获装置；以及利用通过空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。另外的实施方式涉及使用本文所述的微藻发酵液生产系统净化空气和水以及固定或转化二氧化碳的方法。
根据本发明的实施方式，来自污水处理厂的富含氮和磷的废水可以使用微气泡发生装置进行灭菌，并且用于微藻发酵液中以培养通过中空纤维膜的微藻以收获仅生物质(微藻)，然后将净化水排入河流或通过微气泡发生装置再次灭菌并在发酵液中重复使用以节省成本和改善水环境。
空气加压和均衡装置压缩大气中的二氧化碳、氧气和氮气等，并以恒定压力将它们供应到光生物反应器中，其不仅提供微藻生长所需的因子，而且改善空气环境。密封的垂直光生物反应器增加光，即光合作用的要素的渗透率，密封大气中的竞争物种或污染物，使前述二氧化碳等生长因子的溶解变得容易，并通过位于光生物反应器顶部的排放管排出氧气，即光合作用的代谢产物。
通过使用富含氮和磷的废水以及大气中的空气污染物如二氧化碳作为微藻的生长因子，可以节省成本并且可以保护环境。此外，微藻培养和收获的简单方法实现了每天高浓度和高纯度的收获。
技术问题：迄今为止，氯基氧化剂(微酸性次氯酸钠等)已用于灭菌，这是用于微藻培养的原发酵液处理中的核心步骤。然而，这些物质不是环保的，且需要开发可消除有害的二次副产物如三卤甲烷(THM)和卤代乙酸(HAA)的产生的更经济可行的技术。
有必要开发通过优化生长条件使微藻生产最大化的设施，该设施包括能够以低成本和高效率全年培养各种类型的微藻而不受本地微藻的污染的培养装置、能够有效地收获这种微藻的装置、以及可支持这些装置的其他设备，如加压的空气发生器和用于供应和收获发酵液的管道。
为了使生产率最大化，应避免使用BATCH TYPE(接种后达到峰值生长时进行分批收获的方法)方法，如传统的跑道池塘培养系统或光生物反应器。该方法应该实现每日连续收获以保持高生长密度和优化生长条件，如光照和营养。
使用这些技术，可以开发其他技术，如通过二氧化碳的生物质转化来净化空气的装置、和通过生物处理其中包含的大量氮和磷来净化废水的装置。
技术方案：为了实现上述目的，本发明提供一种乙烯基温室，其中包含所有培养相关设备，以实现无论气候如何都可以全年培养。至于废水中的本地微藻或病原体的去除和垂直光生物反应器的灭菌的方法，在原发酵液中使用微气泡导致水中的固体上升到表面以便有效去除，并引入臭氧，即强氧化剂，进入原水，使水中溶解的臭氧和气泡在水中扩散和漂移，直到水压使它们破裂。当气泡中的臭氧分子净化并完全灭菌原发酵液时产生的羟基(OH-)代替了传统的氯基氧化剂。
作为光合作用的关键要素的二氧化碳、氮气和氧气利用空气压缩机压缩至10巴，并通过多级微过滤器以过滤掉空气中的竞争物种或病原体。该纯化的压缩空气每天24小时通过管道进料到每个光生物反应器的底部。在阳光照射的白天，空气中存在的浓度为350ppm的二氧化碳用于光合作用，并且在夜间，当没有光照时，供应微藻呼吸所需的大气中的氧气，以提供最佳的增长条件。此外，提供垂直光生物反应器，这意味着通过较低的管引入的压缩空气上升到表面，形成气泡，并引起自然波纹。这不仅防止微藻自身附着在壁的表面上，而且还诱导大气中的二氧化碳和氮气等溶解到发酵液中。在这些最佳生长条件下，发生快速生长。当浓度达到峰值时，阳光被遮挡，在24小时时收获1/2微藻，以保持对光吸收最佳的培养浓度。向光生物反应器补充与微藻收获量等量的发酵液，以及生长所需的营养物。
通过前述方法，即使在有限的空间中，也可以无论气候如何而都全年进行高密度培养。
本发明实施方式的效果：使用环境中可自由获得的二氧化碳和氮气等，这改善大气环境，并且可以在发酵液中使用处理过的废水中的磷和氮来实现净水效果。
通过将污染物用作微藻培养物中的资源，可以引起资源的正循环，并且可以通过最小化生产成本来确保经济可行性。
尽管由于发酵液污染导致的生产率降低已经是迄今为止微藻培养的最大障碍，然而环保的臭氧和羟基(OH-)灭菌克服了该障碍，并且光生物反应器的密封结构保护了培养物不受来自竞争的藻类或空气中的污染物的影响，提供最佳的生长条件。
垂直结构便于发酵液收获和供应，实现在24小时和最佳光条件下收获以最大化生产率。
使收获的微藻通过中空纤维膜以将微藻与水分离。然后水用微气泡发生装置进行灭菌，并在发酵液中重复使用。使用从压缩机排出的暖空气将浓缩的微藻干燥。
根据本发明的实施方式的微藻生长和收获系统10显示在图1中。如图1所示，微藻生长和收获系统10包括温室101、质量控制室102和冷冻室103。微藻生长和收获系统10还包括灭菌器200，如微气泡发生器，其用于产生加压臭氧供应以对进入的生长培养基灭菌。
本发明涉及用于连续和经济地大规模生产微藻来源的生物质而无污染的方法。
微藻是通过光合作用产生有机化合物的主要生产者。其产品，生物质是化石燃料液体能量的替代品，而其具有强大抗氧化能力的色素同化物质能够产生有用的环保天然物质，如药物。微藻正在成为各种石化产品的替代品，并且作为营养全面的食品，正被用于食品或保健食品补充剂。在提取这些有用物质后，副产物可用作动物饲料或肥料。最近，有机微藻副产物被用于促进植物生长和害虫预防。
大规模生产微藻的植物的成功是通过处理水(发酵液)来确定的，水是培养微藻所需的四种要素(水、二氧化碳、光、营养素)中最重要的一种。
地下水、湖泊、河流和海水是微藻发酵液中水的主要来源。然而，由于21世纪的快速工业化，导致严重的空气、水和土壤污染。这意味着原水不能按原样使用，但必须完全灭菌以去除水中的任何外来碎片、毒素、残留的抗生素和微生物等。
迄今为止，氯基氧化剂(微酸性次氯酸钠等)已用于灭菌，这是处理用于微藻培养的原发酵液的核心步骤。然而，这些物质不是环保的，并且有害的二次副产物如三卤甲烷(THM)和卤代乙酸(HAA)的产生一直是微藻的大规模培养的障碍。因此，灭菌器200使用原发酵液中的微泡来有效地去除水中的固体。向原水中添加强氧化剂，即臭氧会使水中溶解的臭氧和气泡在水中扩散和漂移，直到水压使其爆裂。当气泡中的臭氧分子净化并完全灭菌原发酵液时产生羟基(OH-)。
用于处理微藻发酵液的微气泡装置的组成和性能如下：1)组成；-泵：5-10吨/小时-引入的气体：空气、氧气、臭氧；和2)性能；-气泡尺寸：<20微米-溶解的气体浓度：>80％-容许的固体尺寸：<5mm。
微藻生长和收获系统10包括微藻培养基进料装置301、空气/CO2进料装置302、一个或多个压缩机401、用于储存来自压缩机401的空气的高压罐402、空气冷却器403和光生物反应器系统500。在特定实例中，光生物反应器系统500包括垂直布置的光生物反应器(VPBR)组。
通过泵送，通过连接的管301将净化和灭菌的发酵液引入垂直布置的光生物反应器500中。
通过安装在光生物反应器底部的管道，利用在中间反应器中培养的高浓度微藻接种光生物反应器，然后引入适量(0.5％的原发酵液)营养物。
由空气压缩机401压缩的空气暂时存储在压力调节(高压罐)装置402中。使用空气冷却器403的微过滤器(1×5微米、1×1微米)，本地微藻的任何锉屑颗粒(竞争性微藻或病原体等)在设定的空气压力下滤出。
净化的空气(包括二氧化碳、氮气和氧气)移动通过供应管302并在通过安装在光生物反应器500底部上的精细控制装置的过滤器时二次净化。
引入的空气形成气泡，上升到顶部并产生波纹。这阻止微藻在生长时附着到光生物反应器的壁上，并阻挡阳光。此外，发酵液可以水平和垂直移动，增加与光(生长因子)接触的机会并促进生长。
一旦达到峰值(50,000,000个细胞/ml)，就以24小时的间隔回收(收获)1/2发酵液。这实现维持光合作用的光吸收的最佳培养竞争(25,000,000个细胞/ml)。光生物反应器补充与收获量等量的臭氧灭菌发酵液，以添加生长所需的营养素。
如实施方式中所述，本发明通过重复该培养方法实现最大的生产率。通过较低的管301回收的发酵液(高密度微藻)通过采用反渗透原理分别收获水和微藻的中空纤维膜分离器600。然后水通过微气泡发生器200净化和灭菌，并在光生物反应器500中重复使用。收获的高密度微藻在干燥器700中干燥，干燥器700使用在空气压缩过程中产生的热量。控制面板800用于监视微藻生长和收获系统10的操作。
图2显示了根据本发明的用于微藻培养的温室101的前视图和后视图，且图3是根据本发明的用于微藻培养的温室101的侧视图。图4是根据本发明的用于微藻培养的温室101的剖视图，其显示自动天花板开启器/闭门器110、遮光罩112、遮光罩驱动电机114、窗口驱动电机116和由窗口驱动电机116操作的窗口118。
图5是根据本发明用于微藻培养而安装的温室101的第一透视图，其显示处于分解状态的光生物反应器500。图6是根据本发明用于微藻培养而安装的温室101的第二透视图，其显示了光生物反应器500待组装的区域。图7是根据本发明用于微藻培养而安装的温室101的第三透视图，其显示了在温室101中安装的组装的光生物反应器500。
图8是根据本发明的用于发酵液灭菌的微气泡发生装置200的结构图，其显示灭菌器200包括氧气发生器210、臭氧发生器212、泵214和浮箱216。处于原水或污水形式的发酵液放置在浮箱216中，且臭氧从下面鼓泡通过发酵液。从浮箱216的顶部收获过量的臭氧并将其回料至浮箱216的底部。
图9是根据本发明的用于发酵液灭菌而安装的微气泡发生装置200的例图，其显示与浮箱216的连接。
图10是根据本发明的发酵液和空气(二氧化碳和氮气)供应管301和302的第一个例图。如图10所示，光生物反应器500通过线302被供应来自压缩机401的空气/CO2，并且光生物反应器500通过线301被供应来自泵510的培养基。图11是根据本发明的发酵液和空气(二氧化碳和氮气)供应管301和302的第二张照片。
图12是根据本发明安装的空气压缩机401的第一个例图，且图13是根据本发明安装的空气压缩机的第二个例图。
图14是根据本发明安装的用于压缩空气压力调节的罐402和空气冷却装置403的例图。图14还示出培养基的储存罐410。图15是根据本发明安装的自动二氧化碳供应装置412的例图。
图16是根据本发明的垂直光生物反应器500的侧视图，且图17是根据本发明安装的垂直光生物反应器500的透视图。图18是根据本发明安装在垂直光生物反应器500上的空气压力调节装置520的例图，且图19是根据本发明安装的垂直光生物反应器500的第二个例图。图20是根据本发明安装的垂直光生物反应器500的第三个例图。图21是根据本发明的垂直光生物反应器500的框图。如图21所示，空气/CO2通过压缩机401、罐402和冷却器403供应。培养基通过罐410供应。微藻在垂直光生物反应器500中生长并收集在罐550中。
图22是根据本发明的垂直光生物反应器的日生长曲线图，且图23是根据本发明的垂直光生物反应器的月生长曲线图。
图24是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置600的前视图，且图25是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置600的侧视图。通常，中空纤维膜微藻收获装置600通过使培养物在高压下通过中空纤维来浓缩培养的微藻。纤维中的开口太小而微藻不能通过，因此微藻被浓缩。图26是根据本发明安装的中空纤维膜微藻收获装置600的例图。
图27是根据本发明的中空纤维膜微藻收获装置600的操作结果的照片。如图27所示，过滤原培养基(最右侧)以产生浓缩物(中间容器)和上清液(最左侧)。
图28是根据本发明安装的微藻干燥装置700的例图。图29是干燥后根据本发明安装的微藻干燥装置700内部的照片。图30显示根据本发明的微藻干燥装置700中的干燥之前浓缩微藻(左桶)和干燥之后浓缩微藻(右桶)的照片。图31是根据本发明安装的温室101的自动控制系统800的例图。
在下文中，参考本发明的示例实施方式描述了本发明的实施方式。实施方式代表本发明的1个月试运行的结果。本文包含的实施方式是本发明的示例性实施方式，并且对于本领域普通技术人员显而易见的是，这些实施例并非旨在将本发明的保护范围限制于这些实施方式。
在本实验中，为了评估本发明人发明的高效垂直光生物反应器的生产率，将冷水海洋微藻(微拟球藻，Nannochloropsis sp)用于2吨发酵液的室外生长实验中。在进行1个月的实验中，引入0.1％CO2的培养物中的日均生产率为0.953g/L，而在仅引入空气时生产率为0.574g/L。至于温度分布，范围为最低20℃到最高31℃。结果表明，根据该范围内的温度，生产率没有显著差异。光在5,000至40,000勒克斯的亮度下发光，并且发现光的强度和微藻的生长密切相关。同时，发现在本实验中尝试通过加压反应器内浮选培养微藻的方法是高度有效的。
在本实验中使用的菌株是来自韩国海洋微藻培养中心的微拟球藻(Nannochloropsis sp)(KMMCC-290)，并且CONYWY培养基用于培养菌株(Cuillard和Ryther，1962)。菌株在25℃温度条件下进行液体和固体培养，并储存或用于接种。
用于室外培养测试的实验装置的基本组成如下：图21中所示的光生物反应器、空气压缩机、二氧化碳注射器、发酵液混合器和发酵液收获器。光生物反应器连接到长度为4,000mm，直径为140mm的特殊透明聚碳酸酯管，其中20个光生物反应器连接到2条线中的每一条。注入使用微气泡装置(OH-)灭菌的2,000L海水。每个线用200L，即2,000L发酵液总量的1/10，接种至每1mL约5.0×107个细胞的浓度。接种8小时后，将作为氮和其他无机营养物来源的灭菌牛尿注入至浓度为0.5％，并继续培养。在一条线中，空气(包括0.03％二氧化碳)通过空气压缩机供应，并且在另一条线中，混入0.1％液化二氧化碳。
接种的发酵液在接种后的最初5天以优化状态培养，调节空气压缩机阀门使得发酵液不会到达连接到每个培养管顶部的连接PVC管。在第六天，50％或1,000L发酵液通过较低的管排出并收获。然后每条线补充与从每条线中排出的发酵液等量的500L新发酵液。每24小时重复一次，光生物反应器连续操作30天。
使用中空纤维膜进一步浓缩1,000L收获的高浓度发酵液，并且在约30分钟后，用淡水将浓缩的微藻脱盐2次。使用烘箱干燥器将脱盐的微藻干燥至水分含量为4％以下，之后由总的干的细胞重量确定总细胞质量。
稀释从每个发酵液中收获的一定量的样品，并使用血球计数板测量细胞计数。细胞质量除以测量的细胞计数以得到每个细胞的干的细胞重量。注意，使用能够测量600至300,000勒克斯的便携式勒克斯仪器测量培养期间的光照强度。单位以勒克斯显示。
如图22所示，在仅注入空气的线(A线)与注入空气和0.1％二氧化碳的混合物的线(B线)中加入无机营养物之前的细胞数被发现为0.55至0.60×107细胞，这表明合适的初始稀释率。从接种后第二天到收获，细胞计数在两个线中大致加倍，在接种后第5天，即收获前一天，其分别达到2.6×107个细胞和4.8×107个细胞。正如预期的那样，注入二氧化碳的B线中细胞生长速率高于A线。B线的收获前细胞计数几乎是A线的两倍。
从接种后第6天开始尝试收获细胞。确定此时基于先前实验的结果提取发酵液，其中在120-150小时内达到峰值指数生长速率。因此，从第6天开始每24小时提取发酵液用于收获。此时提取的发酵液的量为1,000L，或总量2,000L的50％。这是因为在50％提取后紧接着用新发酵液补充后的24小时达到最佳培养状态。在第6天临提取之前光生物反应器内的细胞浓度分别为A线的3.5×107个细胞/ml和B线的6.1×107个细胞/ml。
初始接种后，从第6天开始提取1,000L发酵液，判断其达到指数生长期的峰值。如图23所示，继续培养另外25天，用提取的相同量的发酵液补充光生物反应器。为了分析生长速率，在接种后立即和提取前立即测量发酵液中的细胞计数。通过发现提取的微藻的细胞计数和干的细胞重量，分析日均细胞计数和生长速率等，如图23和表1所示。
表1.A线和B线中比生长速率、平均细胞数和平均干的细胞重量：
Figure BDA0001921053370000111
对于注入0.1％CO2的B线，发现在临提取之前每1ml的日均细胞计数通过将总细胞计数除以25天，得到6.35×107个细胞/ml的值。同时，使用以下等式发现光生物反应器内的生长速率，其适用于指数生长期中细胞的生长速率。
在细胞生长速率的等式中：N＝No2n，N是经过t小时后的细胞计数，并且N0是初始细胞计数。小写字母n是t小时内的世代数。在上面的等式中替换成Log函数得出以下：LogN＝LogN0+nLog2。总世代次数n变为LogN–LogN0÷Log2(0.301)。这里，初始细胞计数N0是已经在提取100L高浓度加压浮选发酵液后补充了等量的新发酵液的2吨光生物反应器内的总细胞计数。5小时后的细胞计数N变为在临提取之前加入发酵液24小时后的总细胞计数。
在B线中，在临提取之前的初始细胞计数和总细胞计数如下，并且因此，总代数n变为大约4.40代。其中初始细胞计数N0＝3.0×106个细胞/ml。在临收获之前的细胞计数N＝6.35×107个细胞/ml。总代数n＝LogN–LogN0÷0.301＝4.40。
同时，发现细胞的比生长速率k的值为0.301/g，g为倍增时间。倍增时间是总培养时间除以世代数。B线的g值，即24小时除以4.4的世代数，约为5.45小时。因此，发现B线的比生长速率K的值约为0.055，即0.301除以5.45小时。其中g＝t/n＝24小时/4.4代＝5.45并且其中k＝0.301/g＝0.301/5.45＝0.055。
对于仅用空气注射的A线，稀释后的初始细胞计数测量为2.8×106个细胞/ml，产生约3.77代的总代数，约6.37小时的生成时间，和0.047的比生长速率k的值。
同时，通过干燥100L收获的细胞发现的B线的日均干的细胞重量计算为1,800g。将其除以总细胞计数，得到的干的细胞重量为0.015μg/细胞。将其乘以日均细胞计数6.35×107个细胞/ml×2.000L，得到B线的每升日均细胞质量为0.953g/L。未供应二氧化碳的A线的细胞质量计算为0.574g/L。
本实验于2014年9月在江陵进行一个月。该区域的最低气温为约20℃，最高日间温度超过30℃。为了将发酵液的温度保持在25℃至30℃之间，当发酵液的温度超过29℃时，注入冷空气以将最高温度调节至不超过30℃。在实验期间，记录发酵液的最低温度为20℃，最高温度达到31℃。如图32所示，实验期间的温度变化对细胞生长没有大的影响。之所以这样判断是因为温度变化范围小，在25℃±5℃。
在影响微藻生长的环境因素中，光的作用是非常重要的。本实验的结果也给出了证明光的这种影响的结果。在2014年9月左右，在实验进行时，江陵的天气在一半时间内是晴天，其余时间是阴天。在阴雨天或阴天，照明强度一般在5,000至30,000勒克斯之间，而在晴天白天期间光照强度超过300,000勒克斯。过强的光可以通过光饱和来阻止光合作用，并且辐射热可以使发酵液的温度升高，从而抑制冷水海洋生物微拟球藻(Nannochloropsissp)的生长。因此，在晴朗的日子里，在强烈的阳光下安装灯罩，以保持20,000至30,000勒克斯的光强度。
如图33所示，观察从接种后第6天到实验结束时第30天的微藻生长，显示光强度和藻类生长之间存在非常密切的关联性。而且，可以知道，当注入0.1％二氧化碳时，生长速率比仅注入氧气时具有更急剧的增加。
本实验中溶解原发酵液中的毒素的羟基(OH-)可以重复使用。预计密封的垂直光生物反应器将是用于微藻培养和收获的经济上可行的、技术先进的和环境友好的系统。
同时，在目前的生长速率实验中发现，光和二氧化碳充当生长的关键要素，根据该实验，将进一步研究用于生长的二氧化碳最佳浓度与光强度和不同光波长对生长的影响，以进一步改善生产率。
本发明的优选实施方式已经在前面详细描述，并且本发明的实质范围将由所附权利要求及其等同物限定。
从详细说明书中可以明显看出本发明的许多特征和优点，因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化，因此不希望将本发明限制于所示和所述的确切结构和操作，因此，可以采用所有适当的修改和等同物，以落入本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种微藻发酵液生产系统，包括：
使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置；
将来自大气的二氧化碳和氧气注入所述发酵液的空气压缩和压力均衡装置；
应对高于预定的最高温度的水温而保持合适的发酵液温度的空气冷却装置；
促进光合作用的自动二氧化碳供应装置；
配置成含有接种微藻的培养基的密封的垂直光生物反应器，所述垂直光生物反应器配置成允许光进入培养基，阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度；
使用中空纤维膜的高效率收获装置；以及
利用空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。
2.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中所述微气泡发生器使用OH基对来自污水处理厂的处理过的水或地下水中存在的竞争性微藻和微生物进行灭菌。
3.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中所述空气加压装置包括将大气中的二氧化碳和氧气压缩至10巴的装置、用于均衡气压的装置(罐)、以及将压缩气体注入发酵液中的管道和气体防回流装置。
4.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中所述空气冷却装置用于应对高于预定的最佳温度的水温而维持每种微藻物种的最佳水温。
5.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中所述自动二氧化碳供应装置使用pH传感器将液化二氧化碳供应到所述发酵液中，以促进快速生长期中的光合作用。
6.根据权利要求5所述的微藻发酵液生产装置，其中如果微藻是淡水微藻，所述自动二氧化碳供应装置在所述发酵液的pH为7.26或更高时自动供应二氧化碳，并且当所述发酵液的pH小于7.26时自动切断二氧化碳，以及如果微藻是海水微藻，当所述发酵液的pH值为7.30或更高时自动供应二氧化碳，并且当所述发酵液的pH小于7.30时自动切断二氧化碳。
7.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中所述压缩气体被注入装置的底部，使气泡形式的气体垂直上升，引起发酵液中的波纹，防止微藻附着至光生物反应器的壁，导致光，即光合作用的要素的渗透率增加，从而增加生长因子，即溶解二氧化碳、氮气和氧气的浓度，并转而促进光合作用和作为光合作用代谢产物的氧气，所述氧气通过设置在装置顶部的排放管立即排放到大气中。
8.根据权利要求7所述的微藻发酵液生产装置，其还包括用于精细控制气体压力的装置。
9.根据权利要求8所述的微藻发酵液生产装置，其中相同连接的垂直光生物反应器中发酵液的相互交换和流动仅由精细压力调节的空气的浮力引起。
10.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，其中通过来自所述光生物反应器的管道收获的浓缩微藻通过中空纤维膜以实现分别收集水和生物质。
11.根据权利要求10所述的微藻发酵液生产装置，其中所述分离的水使用所述气泡发生装置进行灭菌，并在发酵液中重复使用。
12.根据权利要求10所述的微藻发酵液生产装置，其中使用根据权利要求3所述的空气压缩机装置产生的余热干燥所述收获的生物质(浓缩微藻)。
13.根据权利要求1所述的微藻发酵液生产装置，还包括确保优化的全年微藻培养的乙烯基温室和其操作装置。
14.一种用生物质净化空气和水以及固定或转化二氧化碳的方法，其包括将待净化的空气和水供应到微藻发酵液生产系统的方法步骤，微藻发酵液生产系统包括：
使用微气泡发生器进行发酵液灭菌的装置；
将来自大气的二氧化碳和氧气注入所述发酵液中的空气压缩和压力均衡装置；
应对高于预定的最高温度的水温而维持合适的发酵液温度的空气冷却装置；
促进光合作用的自动二氧化碳供应装置；
配置成含有接种微藻的培养基的密封的垂直光生物反应器，垂直光生物反应器配置成允许光进入培养基，阻挡污染物并增加溶解的二氧化碳和氧气浓度；
使用中空纤维膜的高效率收获装置；以及
利用通过空气压缩产生的余热的热空气干燥装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023155503A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 九江地福来农业科技发展有限公司 基于光合绿藻的碳汇藻液生产设备、制备方法及应用

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10039244B2 (en) * 2014-03-04 2018-08-07 Greenonyx Ltd Systems and methods for cultivating and distributing aquatic organisms
KR20160088265A (ko) 2016-07-05 2016-07-25 김영남 미세조류 고밀도배양을 위한 배양액살균, 공기압축, 공기냉각, 이산화탄소 자동공급, 밀폐 수직 광 생물 배양, 수확, 건조장치 와 이를 이용한 이산화탄소의 바이오 매스 전환고정, 대기 및 수질정화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다
KR102200324B1 (ko) * 2018-12-26 2021-01-08 한국지역난방공사 미세조류 배양액의 재생 및 순환 공급 시스템
CN109609342B (zh) * 2018-12-29 2021-10-15 浙江科技学院 利用电厂烟气的雨生红球藻培养系统
EP3757201A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-30 Phytolinc UG Bioreactor and method for treating at least one fluid and/or cultivating phototrophic organisms
DE102019214688A1 (de) * 2019-09-25 2021-03-25 Subitec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Aufreinigung von Raum- oder Stadtluft unter Bereitstellung mindestens einer Wertstofffraktion
KR102207820B1 (ko) * 2019-12-23 2021-01-25 이융석 미세조류의 고밀도 배양, 수확 및 건조와 더불어 자체 대기 정화, 수질 정화를 제공하는 미세조류 재배시설
CN111205973B (zh) * 2020-02-25 2022-05-10 合肥职业技术学院 一种可调式细菌培养箱及使用方法
EP4185736A1 (en) * 2020-07-22 2023-05-31 Sublime Systems, Inc. Methods for extracting cofrom metal carbonates and use thereof
CN112047478A (zh) * 2020-08-10 2020-12-08 中国科学院城市环境研究所 一种静电纺丝纤维膜固定微藻复合材料去除硝酸盐的方法
US11597671B2 (en) * 2021-04-13 2023-03-07 Laguna Innovation Ltd. Transportable wastewater treatment systems and methods
KR102477120B1 (ko) * 2021-08-26 2022-12-14 한국지역난방공사 도심 발전소 발전폐열을 활용한 미세조류 바이오매스 건조 장치
WO2023034591A1 (en) * 2021-09-02 2023-03-09 Greentech Ventures, Inc. Methods and compositions for growing plants
GB2621138A (en) * 2022-08-02 2024-02-07 Future By Insects Ltd Insect production process using carbon capture

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008079724A2 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 Solix Biofuels, Inc. Improved diffuse light extended surface area water-supported photobioreactor
KR20110118908A (ko) * 2010-04-26 2011-11-02 한국생명공학연구원 미세조류의 배양 및 수확 장치
US20120315692A1 (en) * 2006-02-21 2012-12-13 The Arizona Board of Regents, acting on bebalf of Arizona State University Photobioreactor And Uses Therefor
US20130244310A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-19 Geronimos Dimitrelos System and Method for Producing Algae
KR20160088265A (ko) * 2016-07-05 2016-07-25 김영남 미세조류 고밀도배양을 위한 배양액살균, 공기압축, 공기냉각, 이산화탄소 자동공급, 밀폐 수직 광 생물 배양, 수확, 건조장치 와 이를 이용한 이산화탄소의 바이오 매스 전환고정, 대기 및 수질정화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5882849A (en) * 1989-10-10 1999-03-16 Aquasearch, Inc. Method of control of Haematococcus spp, growth process
JPH09246648A (ja) * 1996-03-13 1997-09-19 Nikon Corp レーザー光源および照明光学装置
US5659977A (en) * 1996-04-29 1997-08-26 Cyanotech Corporation Integrated microalgae production and electricity cogeneration
JP2009195163A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Ccs Inc 藻類培養装置
JP2011254766A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Sumitomo Heavy Ind Ltd 光合成微細藻類培養装置
KR101235378B1 (ko) * 2010-11-15 2013-02-20 전라남도 미세조류 배양 장치
JP5899100B2 (ja) * 2012-10-11 2016-04-06 株式会社神鋼環境ソリューション 微細藻類の培養装置及び微細藻類の培養方法
WO2014074772A1 (en) 2012-11-09 2014-05-15 Heliae Development, Llc Mixotrophic, phototrophic, and heterotrophic combination methods and systems
MX2015010637A (es) 2013-02-26 2016-07-05 Heliae Dev Llc Biorreactor tubular modular.
KR101550992B1 (ko) * 2013-12-05 2015-09-07 현대자동차주식회사 미세조류 수확 및 건조 자동화 시스템
KR101423285B1 (ko) * 2014-01-17 2014-07-24 주식회사 에이이 하폐수를 이용한 미세조류 배양시스템 및 그 배양방법
US10039244B2 (en) * 2014-03-04 2018-08-07 Greenonyx Ltd Systems and methods for cultivating and distributing aquatic organisms
KR20160057903A (ko) * 2014-11-14 2016-05-24 (주)엔엘피 미세조류 대량배양을 위한 이산화탄소 자동 주입장치
KR101528712B1 (ko) * 2014-12-05 2015-06-15 김현주 산소 및 오존을 포함한 살균용 마이크로버블발생기
US20160165895A1 (en) 2014-12-16 2016-06-16 Heliae Development, Llc Application of mixotrophic chlorella for the accelerated emergence and maturation of fabaceae plants
US9386774B2 (en) 2014-12-16 2016-07-12 Heliae Development, Llc Application of mixotrophic chlorella for the improved yield and quality of solanaceae plants
US20160166985A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-16 Nano And Advanced Materials Institute Limited Photobioreactor system for air purification by using microalgae
EP3232790B1 (en) 2014-12-16 2020-02-05 Heliae Development LLC Mixotrophic chlorella-based composition, and methods of its preparation and application to plants
JP2018532423A (ja) 2015-09-11 2018-11-08 ヘリアエ デベロップメント、 エルエルシー 植物への施用のための、微細藻類を基とする組成物及び方法
WO2017218896A1 (en) 2016-06-16 2017-12-21 Heliae Development, Llc Microalgae-based composition, and methods of its preparation and application to plants
WO2018039569A1 (en) 2016-08-25 2018-03-01 Heliae Development Llc Method of recycling culture media from organic carbon supplied microalgae cultures
CA3075737A1 (en) 2016-09-15 2018-03-22 Heliae Development, Llc Microalgae-based compositions for benefiting plants and methods of application
EP3512601A1 (en) 2016-09-15 2019-07-24 Heliae Development, LLC Microalgae-based compositions for benefiting plants and methods of application
KR101738872B1 (ko) 2016-12-12 2017-05-23 이융석 유동액체 미세가스 용존 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120315692A1 (en) * 2006-02-21 2012-12-13 The Arizona Board of Regents, acting on bebalf of Arizona State University Photobioreactor And Uses Therefor
WO2008079724A2 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 Solix Biofuels, Inc. Improved diffuse light extended surface area water-supported photobioreactor
KR20110118908A (ko) * 2010-04-26 2011-11-02 한국생명공학연구원 미세조류의 배양 및 수확 장치
US20130244310A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-19 Geronimos Dimitrelos System and Method for Producing Algae
KR20160088265A (ko) * 2016-07-05 2016-07-25 김영남 미세조류 고밀도배양을 위한 배양액살균, 공기압축, 공기냉각, 이산화탄소 자동공급, 밀폐 수직 광 생물 배양, 수확, 건조장치 와 이를 이용한 이산화탄소의 바이오 매스 전환고정, 대기 및 수질정화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023155503A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 九江地福来农业科技发展有限公司 基于光合绿藻的碳汇藻液生产设备、制备方法及应用

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