CN208883860U - 一种微藻细胞的培养-采收一体化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微藻细胞的培养‑采收一体化系统，属于微藻的培养、采收技术领域。所述培养系统包括：光反应器、进气管、搅拌器、排气口、光源；进气管的一端插入光反应器的培养液中；搅拌器设置在光反应器内；所述排气口设置在培养液液面上部；光源设置在光反应器的内部和/或外部；采收系统由滤渣床、采收床构成，滤渣床设置在采收床上方，培养系统中的光反应器和滤渣床通过管道连接。本实用新型通过光合成养殖工艺对微藻细胞进行培养后通过倾斜角由0°向90°连续变化或梯度变化的采收床对微藻细胞进行快速采收，既保证了微藻细胞与培养液的彻底分离，又有效避免微藻细胞排出不畅的问题，大幅度提高了微藻细胞的采收效率。

Description

一种微藻细胞的培养-采收一体化系统

技术领域

本实用新型涉及微藻的培养、采收技术领域，尤其涉及一种微藻细胞的培养-采收一体化系统。

背景技术

微藻是一种在自然环境中广泛分布的自养植物，不仅可以通过光合作用，合成油脂、糖类和蛋白质、胡萝卜素等高附加值的化合物，而且，由于光合效率高、生长快、单位亩产高等，被国际粮农组织认为是可能的人类未来最重要粮食资源之一。由于藻细胞体积微小，造成了采收困难和采收成本高，成为制约微藻行业发展和规模化推广的难点问题之一。为此，人们开发了多种藻类的培养装置，如专利CN206872835U公开了一种藻类培养装置，包括：培养容器放置在磁力搅拌器的磁性感应区内，搅拌子放置在培养容器内；加热棒和温度传感器的夹持端均夹持在支架上，加热棒的发热端和温度传感器的感应端均伸入到培养容器内；支架固定在磁力搅拌器的基座上；各LED与各柔性线路板组装后固定在培养容器的外侧壁及底部，且各LED位于各柔性线路板与培养容器之间；与现有技术相比，该藻类培养液的温度控制精确高效、光照均匀充足，但这种培养装置结构偏复杂、制造成本偏高。

微藻的采收也是获得代谢产物的重要环节，常用的微藻采收方法主要有絮凝沉降、过滤或离心分离等，絮凝沉降需要加入絮凝剂，造成养殖废水回用困难，造成水资源污染和浪费，工业化微藻采收难以采用。离心分离成本高，要求高速旋转的动能，采收能耗极高，主要是实验室小规模采收分析使用。因此，过滤成了主要的微藻采收手段，国内外主要的过滤采收方法是通过人工控制的筛网器具来完成的，如螺旋藻采用300-380目的软滤网制成平筛、兜筛或倾斜筛等无动力筛具，通过单级斜面滤床或多级斜面滤床实现采收。这种采收系统，藻液如瀑布一般从斜面滤床流过，水分透过滤网而藻泥附着在网面上，需要利用水流的冲刷，这种结构的装置，不仅采收系统占地面积很大，建设成本也较高，而且需要不间断水流冲刷防止藻泥堆积，不仅影响采收，而且无人化管理难度很大。另外，这种平筛或倾斜筛平台所采收的藻泥需要首先流入一个采收池，需要利用活塞泵等额外动力转输到藻泥脱水机或其他干燥设备或容器进行深加工，工艺流程长，采收效率低下。

为解决平筛或倾斜筛装置的采收效率低下和占地面积大的现实问题，中国专利申请CN 102696340 A提出了一种倾斜式转筒过滤机相串联的藻液采收和脱水装置，其核心就是利用滚筒的驱动装置，带动多级滚筒转动分离藻液藻泥，让泵入的藻液在滚筒过滤机内旋转移动。与现有无动力平面筛具相比，需要利用大功率的驱动装置带动笨重的采收膜平台转动，由于采收膜装置大而笨拙，采收动力能耗大幅增加，与目前常用的无动力多级平筛相比，技术优势并不明显，反而会因为藻泥在滚筒过滤膜表面堆积，造成采收不畅的问题。

综上，现有的微藻细胞的培养、采收方法及系统仍然存在培养工艺复杂、成本高、采收装置占地面积大，采收效率低等一系列问题，因此，有必要研究一种新的微藻细胞的培养及采收系统。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型旨在提供一种微藻细胞的培养-采收一体化系统。本实用新型通过一体化设计的光合成养殖工艺对微藻细胞进行培养，然后通过倾斜角由0°向90°连续变化或梯次变化的采收床对微藻细胞进行快速采收，既保证了微藻细胞与培养液的彻底分离和充分清洗，又有效地避免了微藻细胞排出不畅，堆积在采收床中的问题，大幅度提高了微藻细胞的采收效率，实现了微藻细胞的高效培养和采收。

为实现本发明目的，具体的，本实用新型公开了下述技术方案：

本实用新型提供一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，包括培养系统、采收系统；所述培养系统用于微藻细胞的培养，所述采收系统用于藻细胞和培养液的快速分离。

具体的，所述培养系统包括：光反应器、进气管、搅拌器、排气口、光源。

所述光反应器用于承载微藻细胞和培养液，进气管的一端插入培养液中，另一端与含碳源气体的气源连接，从而为微藻细胞光合成长提供碳元素；优选的，所述含碳源气体为含CO₂的气体。

所述搅拌器设置在光反应器内，使光反应器内的微藻细胞在接受光照、营养供给、碳源气体吸收方面更加均匀。

所述排气口设置在培养液液面上部，以使光反应器内气体进出保持顺畅，并确保能够将微藻细胞光合成产生的氧气及时排放出去，如果是上部开口的光反应器，也可以不设置排气口。

所述采收系统包括：滤渣床、采收床，滤渣床设置在采收床上方，且两者的中心轴线重合，微藻细胞在培养系统的光反应器中完成培养后，进入滤渣床。

所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面形成过滤结构的床面，以便于对采收的微藻细胞和培养液混合物中的大颗粒杂质进行过滤。

所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成膜孔过滤结构的床面，即采收床床面，床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯次变化。经过滤渣床滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床床面，流动过程中，大部分培养液从采收床床面的膜孔滤掉而微藻细胞被截留在床面上，实现微藻细胞和培养液的快速分离，分离掉大部分培养液的微藻细胞形成藻泥，汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出。

优选的，所述采收床床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度：5°、15°、45°、85°，这种梯度变化的特点是床面的起始坡度较缓，使床面分离面积较大，有利于对大量培养液的快速分离，随着培养液的快速分离，采收床面坡度快速增大，床面分离面积快速收缩，这样有利于微藻细胞流动和快速排出采收床，防止微藻细胞堆积。

所述光源设置在光反应器的内部(即内照射式)和/或外部；只要能为藻细胞的光合成提供充足的光照即可，当光源设置在光反应器的外部时，可以采用直接照射培养液的方式为藻细胞提供光照，也可以采用透过透明材质间接照射培养液的方式为藻细胞提供光照。

所述光反应器的形式不限，可以是密闭的管式反应器、平板式反应器、圆柱式光反应器；也可以是开放式跑道池；只要能够保证能够从液体表面接受光照射，让微藻能够迅速成长即可。

所述微藻细胞的种类不限，可以是绿藻类、硅藻类、蓝藻类等，也可以是蓝细菌类，或者其他经过基因改良的光合成微生物等，只要能够满足具有生成需要的代谢产物即可，优选为螺旋藻。

优选的，所述培养液的种类不限，可以是海水培养液，比如通常用的f/2培养液，也可以是淡水培养液，比如常用的BG；可以是经过改良的酸性培养液，也可以是碱性培养液，如Zarrok碱性培养液，MC绿藻培养液等，只要能够满足微藻细胞的成长所需要的营养供给及其他的物理化学条件即可。

优选的，所述培养液包括水、氮、磷、钙、镁、铁及微量金属营养盐等营养物质。

所述进气管的材质及形状形式不限，可以是无机矿物质，比如说水泥，陶瓷，石英砂等；也可以是塑料材质，比如聚乙烯，聚丙烯，橡胶；也可以是金属等，比如铜，不锈钢等，形状不限，可以是管，方形，圆形等；也在通气孔形状及数量不限，单孔，多孔；只要能够保证让二氧化碳气体能够通入培养液内即可。

所述搅拌器的材质、形状不限，可以是螺旋形状，也可以是类似于船桨形状等，只要能够实现气、固、液的均匀混合即可。

优选的，所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液中，这样设置可以实现通气的同时进行搅拌，使进入的气体更加均匀地混合到培养液中。

所述光源的形式不限，可以是自然太阳光也可以是人工光源，只要能够提供可以满足微藻细胞光合成所需光波长即可。

优选的，所述人工光源包括LED，荧光灯，水银灯等。

进一步地，所述采收系统还包括进液管，所述进液管与培养系统连接，且进液管呈环形固定在滤渣床的床面的上端，且进液管上设置有若干射流方向朝向滤渣床的布液孔，布液孔的设置实现了含有微藻细胞的培养液在滤渣床床面上的均衡分配。

优选的，所述滤渣床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔10-100目的硬质或软质过滤材料制成。

优选的，所述采收床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔100-800目的硬质或软质过滤材料制成。

进一步地，所述采收系统还包括滤渣收集槽、滤渣清扫杆、转动轮、滤渣排出口、排渣通道、转动轴；所述滤渣收集槽设置在滤渣床的下端面的外周，并与滤渣床紧密连接，滤渣排出口设置在滤渣收集槽中，排渣通道与滤渣排出口连接，所述滤渣清扫杆与转动轴连接，并能够在转动轴的驱动下沿着滤渣收集槽做圆周转动；以便于对滤渣床过滤下来的杂质不间断清理，并依次经过滤渣排出口、排渣通道排出，防止杂质在滤渣收集槽中堆积影响过滤效果。

所述转动轴的一端位于采收床内，另一端穿过滤渣床后与转动轮连接，且转动轴、滤渣床、采收床三者的中心轴线重合，所述转动轮的作用是为转动轴提供驱动力，所述滤渣收集槽用于收集从微藻细胞和培养液中过滤出来的杂质。

优选的，所述滤渣排出口为一个或多个适合形状的开孔，以便于将杂质排到指定的区域。

更优选的，所述滤渣排出口为2个圆形孔，对称地分布在滤渣收集槽的底面上,可有效提高滤渣的排出速度和效率。

进一步地，所述采收系统还包括清洗喷水管，所述清洗喷水管位于采收床中，清洗喷水管上设置有喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床，且与采收床床面或微藻细胞流动的方向呈倾斜角度。清洗喷水管主要用于清洗和冲刷采收床床面上的微藻细胞表面的营养盐、菌群等异物，在清洗微藻细胞的同时，将微藻细胞冲刷到藻泥输出口排出采收床。

优选的，所述喷水孔的射流方向与采收床床面或微藻细胞流动方向之间的倾斜角为45°-90°。

进一步地，所述采收系统还包括清水箱，清水箱设置在采收系统外部，且清水箱与清洗喷水管的一端连接，清洗喷水管的另一端位于采收床中，所述清水箱中的清水为不含盐或与培养液等浓度的含盐洁净水，当采收含有甘油葡萄糖苷的藻细胞时，需采用与培养液等浓度的含盐洁净水作为清洗液，防止藻细胞内的甘油葡萄糖苷向清洗液中分泌，造成甘油葡萄糖苷的损失。

进一步地，所述转动轴为中空结构，转动轴的一端位于采收床内部，另一端穿过滤渣床与转动轮连接后再与清水箱连通，所述清洗喷水管的一端或两端均与转动轴位于采收床中的部分连通，且清洗喷水管能够随转动轴一起转动，并向采收床面喷射出清洗水。

进一步地，所述采收系统还包括支撑架、清水泵、清水输入口，所述清水箱固定在支撑架上，清水箱上设置有清水输入口，转动轴和清水箱之间通过动密封部件连接，所述清水输入口与清水泵连接。

优选的，所述动密封部件包括填料密封、机械密封的动密封结构。

进一步地，所述采收系统还包括培养液收集槽，所述培养液收集槽设置在采收床的床面下部，用于收集从采收床中过滤下来的液体，采收床的下端形成的藻泥输出口贯穿培养液收集槽的底面，且藻泥输出口与培养液收集槽底面接触的部位密封连接，防止培养液收集槽中的培养液泄露后再次与微藻细胞混合。

经过滤渣床滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床的床面，流动过程中，培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出，而培养液则通过采收床床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽。

进一步地，所述培养液收集槽的下部设置有废液排出口，便于将培养液收集槽中的培养液收集后统一排出。

进一步地，所述培养-采收一体化系统还包括送液泵、进液阀门，培养系统、送液泵、进液阀门、进液管依次连接。

进一步地，所述培养-采收一体化系统还包括回流泵、出液阀门，所述废液排出口、回流泵、出液阀门依次连接，以对收集后的废液处理后排放，而分离后的微藻细胞则用于下一步处理。

其次，本实用新型提供一种微藻细胞的培养-采收方法，包括如下步骤：

(1)首先，通过培养系统对微藻细胞进行光合培养，然后将微藻细胞和培养液分布到滤渣床的床面，通过滤渣床的床面的过滤结构对微藻细胞和培养液中的杂质进行过滤；

(2)经过步骤(1)滤除杂质的微藻细胞和培养液进入采收床的床面，使培养液和微藻细胞快速分离，微藻细胞汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出，即可。

优选的，所述微藻细胞的培养-采收方法中，微藻细胞为螺旋藻。

最后，本实用新型提供一种培养-采收合成甘油葡萄糖苷(GG)的螺旋藻的方法，包括如下步骤：

(1)首先，使送液泵、进液阀门、回流泵、出液阀门均处于关闭状态，然后在光反应器内接入培养液和螺旋藻；

(2)启动搅拌器和光源，通过进气管通入碳源气体，螺旋藻在光合作用下吸收碳源并生成氧气，释放至培养液内，随着搅拌器的搅拌作用，氧气脱离液培养液，从排气口排出至光反应器外部；

(3)待螺旋藻浓度达到设定值后，停止光照和碳源气体的通入，开启送液泵、进液阀门、回流泵、出液阀门，螺旋藻和培养液依次通过送液泵、进液阀门进入进液管，进液管将螺旋藻和培养液通过布液孔均匀分布到滤渣床床面，通过其膜孔过滤结构对螺旋藻和培养液中的杂质进行过滤，杂质汇集在滤渣收集槽中后，被滤渣清扫杆从滤渣排出口中清除进入滤渣通道，最后清理出采收系统，而过滤掉杂质的螺旋藻和培养液进入采收床；

(4)经过步骤(5)滤除杂质的螺旋藻和培养液进入采收床床面，同时，清水箱中设置的与培养液等浓度的含盐洁净水通过中空的转动轴后进入清洗喷水管，随着转动轴的转动，洁净水从清洗喷水管的喷水孔喷出后，对采收床床面上的螺旋藻进行清洗，且喷水孔的射流方向与螺旋藻流动的方向呈45°-90°倾斜角度，使培养液和螺旋藻快速分离，螺旋藻汇集后从采收床底部的藻泥输出口中排出；而培养液则通过床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽后从废液排出口进入回流泵，然后通过出液阀门后再次用于螺旋藻的培养。

与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果是：

(1)本实用新型将培养系统的进气管与搅拌器一体化设计，搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液中，这样设置可以实现通气的同时进行搅拌，使进入的气体更加均匀地混合到培养液中，使光反应器内的微藻细胞在接受光照、营养供给、碳源气体吸收方面更加均匀。

(2)与传统的采收床相比，本实用新型采用滤渣床与采收床上下叠层结构，节省了装备布置的占地面积，滤渣床过滤出的大颗粒杂质通过清扫杆及时清理出去，提高了装置处理废弃物的能力。另外，将采收床床面结构采用倾斜角为由0-90°连续或梯次变化的变曲面喇叭漏斗形结构，其特点是：微藻细胞和培养液刚进入床面时，床面的坡度较缓，床面分离面积较大，有利于大量培养液的快速分离，随着培养液的快速分离，采收床面快速收缩，床面的倾斜角也不断增大，有利于微藻细胞流动和快速排出采收床，防止微藻细胞堆积问题，从而大幅度提高采收效率。

(3)本实用新型的微藻细胞的培养-采收一体化系统非常适用于螺旋藻中甘油葡萄糖苷的提取，培养过程中，螺旋藻通过光合作用吸收二氧化碳并生成氧气，释放至液体培养基内，随着通气及搅拌作用，氧气脱离液体层，从排气口排出至光反应器外部，很好地保证了螺旋藻的正常生长和甘油葡萄糖苷在藻细胞内的积累，培养完成后，对含有甘油葡萄糖苷的螺旋藻细胞进行采收时，可以快速地将藻细胞和培养液分离开来，实现螺旋藻细胞的高效培养和采收。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型微藻细胞的培养-采收一体化系统。

图2为本实用新型采收系统的结构示意图。

图3为实施例1中滤渣床和采收床的结构示意图。

图4为实施例2中滤渣床和采收床的结构示意图。

图5为本实用新型清水箱与转动轴填料密封连接示意图。

附图中标记分别代表：1-光反应器、2-微藻细胞、3-培养液、4-进气管、5-含碳源气体、6-搅拌器、7-排气口、8-光源、9-采收系统、10-送液泵、11-进液阀门、12-回流泵、13-出液阀门、14-进液管、15-滤渣床、16-采收床、17-清洗喷水管、18-培养液收集槽、19-藻泥输出口、20-废液排出口、21-清水泵、22-滤渣收集槽、23-滤渣清扫杆、24-清水箱、25-转动轮、26-滤渣排出口、27-转动轴、28-支撑架、29-动密封部件、30-清水输入口、31-排渣通道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的微藻细胞的培养、采收方法及系统仍然存在培养工艺复杂、成本高、采收效率低等问题，因此，本实用新型提出了一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

如图1-5所示，一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，包括培养系统、采收系统9、送液泵10、进液阀门11、回流泵12、出液阀门13；所述培养系统用于藻细胞的培养，所述采收系统9用于分离微藻细胞和培养液。

所述培养系统包括：光反应器1、进气管4、搅拌器6、排气口7、光源8。

微藻细胞2和培养液3混合在一起位于光反应器1内，所述光反应器1为圆柱式，进气管4的一端插在培养液3中，另一端与含碳源气体5的气源连接，含碳源气体5通过进气管4进入培养液3中，为微藻细胞光合成长提供碳元素。

所述搅拌器6设置在光反应器1内，所述排气口7设置在培养液液面上部，所述光源8为设置在光反应器1的内部的LED。

所述采收系统包括：进液管14、滤渣床15、采收床16，所述送液泵10、进液阀门11、进液管14依次连接，所述滤渣床15为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面形成过滤结构的床面，进液管14呈环形固定在圆锥台的侧面的上端，且进液管14上设置有射流方向朝向滤渣床的布液孔；所述滤渣床15的床面为膜孔过滤结构，由膜孔50目的软质过滤布制成。

所述滤渣床15设置在采收床16的上方，采收床16的下端形成藻泥输出口19；所述滤渣床15的下端面的外周设置有滤渣收集槽22，滤渣收集槽22底面上设置有滤渣排出口26、排渣通道31与滤渣排出口26连接。

所述滤渣收集槽22中设置有与转动轴27连接，并能够在转动轴27的驱动下沿着滤渣收集槽22做圆周转动的滤渣清扫杆23。

所述采收床16为漏斗型结构，其侧壁形成过滤结构的床面，床面的倾斜角由0-90°连续变化，经过滤渣床15滤除杂质的微藻细胞2和培养液3进入采收床16的床面，流动过程中，培养液和微藻细胞2快速分离，微藻细胞2汇集后形成的藻泥从采收床16底部的藻泥输出口19中排出，而培养液3则通过床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽18，所述采收床16的床面为膜孔过滤结构，由膜孔300目的硬质过滤布制成。

所述喷水清洗管17设置在采收床16中，所述转动轴27为中空结构，所述转动轴27的一端位于采收床16内，另一端穿过滤渣床15后与转动轮25连接，且转动轴27、滤渣床15、采收床16三者的中心轴线重合，喷水清洗管4与转动轴27伸入采收床16中的部分连通，且喷水清洗管17上设置有若干喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床3，且与微藻细胞流动的方向呈45°倾斜角度；转动轴27的另一端与清水箱24连通，所述清水箱24设置在转动轴27的上方，且固定在支撑架28上，清水箱24上设置有清水输入口30，转动轴27和清水箱24之间通过动密封部件29连接，所述清水输入口30与清水泵21连接，所述动密封部件29为填料密封的动密封结构。

所述转动轮25套设在转动轴27上，为转动轴27的转动提供驱动力，清水箱24中的清水通过中空的转动轴27后进入清洗喷水管17，随着转动轴27的转动，清水从清洗喷水管17的喷水孔喷出后对采收床16的床面上的微藻细胞进行均匀的清洗，并在清洗微藻细胞的同时，将微藻细胞冲刷到藻泥输出口19排出采收床16。

所述清洗喷水管17上设置有若干喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床16，且与藻泥流动的方向呈45°倾斜角度。

所述培养液收集槽18设置在采收床16的床面下部，采收床16的下端形成的藻泥输出口19贯穿培养液收集槽18的底面，且藻泥输出口19与培养液收集槽18底面接触的部位密封连接。

所述培养液收集槽18的下部设置有废液排出口20，废液排出口20与回流泵12、出液阀门13连接，以对收集后的废液处理后排放，而分离后的微藻细胞则用于下一步处理。

实施例2

一种微藻细胞的采收系统，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床15的床面由膜孔为80目的硬质膜材料制成。

(2)所述采收床16的床面由膜孔为100目的软质过滤布制成。

(3)所述采收床16的床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度，依次为α₁＝5°、α₂＝15°、α₃＝45°、α₄＝85°。

实施例3

一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，同实施例1，区别在于：区别在于：(1)所述滤渣床15的床面由膜孔为30目的硬质膜材料制成。

(2)所述采收床16的床面由膜孔为400目的软质过滤布制成。

(3)所述清洗喷水管17上喷水孔的射流方向与藻泥流动的方向呈90°倾斜角度。所述光源8为自然太阳光。

(4)所述动密封部件29为机械密封的动密封结构。

(5)所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体5通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液3中。

实施例4

一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，同实施例1，区别在于：(1)所述滤渣床15的床面由膜孔为100目的软质过滤布材料制成。

(2)所述采收床16的床面由膜孔为600目的软质过滤布制成。

实施例5

一种实施例1中的一体化系统的使用方法：培养-采收能够合成甘油葡萄糖苷(GG)的螺旋藻的方法，包括如下步骤：

(1)首先，使送液泵10、进液阀门11、回流泵12、出液阀门13均处于关闭状态，然后在光反应器1内接入培养液3和螺旋藻2；所述培养液3为f/2培养液，所述培养液3包括水、氮、磷、钙、镁、铁及微量金属营养盐等营养物质，所述含碳源气体为含CO₂的气体；

(2)启动搅拌器6和光源8，通过进气管4通入CO₂气体5，螺旋藻2具备了能够光合成成长并在螺旋藻内合成GG的基本条件，然后开始GG的合成，GG生成过程中，螺旋藻2在光合作用下吸收二氧化碳并生成氧气，释放至培养液3内，随着搅拌器的搅拌作用，氧气脱离液培养液3，从排气口7排出至光反应器1外部，以保证GG的合成过程顺利进行；

(3)随着GG合成反应的不断进行，螺旋藻2内GG含量逐渐增高，(3)待培养液3中螺旋藻2的含量达到2g/L后，停止光照和含碳源气体5的通入，开启送液泵10、进液阀门11、回流泵12、出液阀门13，使光反应器1内的螺旋藻2和培养液3通过进液阀门11进入进液管14，进液管1将螺旋藻2和培养液3通过进液管14上的布液孔均匀分布到滤渣床15的侧面，通过其膜孔过滤结构对螺旋藻2和培养液3中的杂质进行过滤，杂质汇集在滤渣收集槽22中后，被滤渣清扫杆23从滤渣排出口26中清除出去，而过滤掉杂质的螺旋藻2和培养液3进入采收床；

(4)经过步骤(5)滤除杂质的螺旋藻2和培养液3进入采收床16的床面，同时，清水箱24中的清水通过中空的转动轴25后进入清洗喷水管17，随着转动轴25的转动，清水从清洗喷水管17的喷水孔喷出后，对采收床16床面上的螺旋藻进行均匀的清洗，且喷水孔的射流方向与螺旋藻流动的方向呈45°-90°倾斜角度，使培养液3和螺旋藻2快速分离，螺旋藻2汇集后从采收床16底部的藻泥输出口19中排出，用于下一步GG的分离萃取、纯化；而培养液3基则通过床面上的膜孔过滤结构进入培养液收集槽18后从废液排出口20进入回流泵12，然后通过出液阀门13后再次用于螺旋藻2的培养。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述一体化系统由培养系统、采收系统构成；所述培养系统包括：光反应器、进气管、搅拌器、排气口、光源；

所述进气管的一端插入光反应器的培养液中；所述搅拌器设置在光反应器内；所述排气口设置在光反应器中培养液液面上部，所述光源设置在光反应器的内部或外部；

所述采收系统由滤渣床、采收床构成，滤渣床设置在采收床上方，且两者的中心轴线重合，微藻细胞在光反应器中完成培养后进入滤渣床；采收床的下端形成藻泥输出口；所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，圆锥台的侧面形成过滤结构的滤渣床床面；所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成过滤结构的采收床床面，采收床床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯度变化。

2.如权利要求1所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述采收系统还包括：进液管、滤渣收集槽、滤渣清扫杆、转动轮、滤渣排出口、转动轴、清洗喷水管、清水箱、清水泵、支撑架、清水输入口、培养液收集槽、废液排出口、动密封部件；

所述进液管呈环形固定在滤渣床床面的上端，且进液管上设置有若干射流方向朝向滤渣床的布液孔；

所述滤渣收集槽设置在滤渣床的下端面的外周，并与滤渣床紧密连接，滤渣排出口设置在滤渣收集槽中，所述滤渣清扫杆与转动轴连接，并能够在转动轴的驱动下沿着滤渣收集槽做圆周转动，所述转动轮为转动轴提供驱动力；

所述清洗喷水管位于采收床中，清洗喷水管上设置有喷水孔，喷水孔的射流方向面向采收床，且与微藻细胞流动的方向呈倾斜角度；

所述清水箱设置在转动轴的上方，且固定在支撑架上，转动轴的一端位于采收床内部，另一端穿过滤渣床与转动轮连接后再与清水箱连通，且转动轴、滤渣床、采收床三者的中心轴线重合；转动轴和清水箱之间通过动密封部件连通；所述清水输入口设置在清水箱上，清水泵与清水输入口连接，所述转动轴为中空结构，所述清洗喷水管的一端或两端均与转动轴位于采收床中的部分连通，且能够随转动轴一起转动；

所述培养液收集槽设置在采收床的床面下部，采收床的下端形成的藻泥输出口贯穿培养液收集槽的底面，且藻泥输出口与培养液收集槽底面接触的部位密封连接；

所述培养液收集槽的下部设置有废液排出口；

所述一体化系统还包括送液泵、进液阀门、回流泵、出液阀门，所述培养系统、送液泵、进液阀门、进液管依次相连，废液排出口、回流泵、出液阀门依次相连。

3.如权利要求2所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液中。

4.如权利要求2所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述光反应器包括密闭的管式反应器、平板式反应器、圆柱式光反应器或开放式跑道池。

5.如权利要求4所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述搅拌器的形状包括螺旋形状、船桨形状。

6.如权利要求1-5任一项所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述滤渣床的床面为膜孔过滤结构。

7.如权利要求6所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述采收床的床面为膜孔过滤结构。

8.如权利要求7所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于所述滤渣床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔10-100目的硬质或软质过滤材料制成；所述采收床床面为膜孔过滤结构，所述膜孔过滤结构由膜孔100-800目的硬质或软质过滤材料制成。

9.如权利要求2所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述喷水孔的射流方向与微藻细胞流动方向之间的倾斜角为45°-90°；所述采收床床面相对于水平面的倾斜角α梯次变化分为4个梯度：5°、15°、45°、85°。

10.如权利要求2所述的微藻细胞的培养-采收一体化系统，其特征在于：所述动密封部件包括填料密封、机械密封的动密封结构。