TWI505771B - 連續式多層式立體微藻培養系統 - Google Patents

連續式多層式立體微藻培養系統 Download PDF

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Description

連續式多層式立體微藻培養系統
一種連續式多層式立體微藻培養系統，其利用系統之層狀結構及複數個儲備單元增加獲取藻類培養所需之陽光及養分。
微藻培養系統可分成開放式和密閉式兩種，其選擇需要考慮許多因素，如微藻的生物特性、氣候狀況、目標產物種類與土地、人工、能源、用水、營養源等各項成本。
(1)開放式微藻培養系統
開放式系統大致有4種型態，分別是大型池、開放式槽體、圓形培養池及跑道型培養池。每種類型各有其優缺點，必須依據相關條件做為選擇培養方式的依據，以獲得最大的經濟效益。開放式系統是在戶外利用陽光進行培養。這種培養方式在規模放大上容易，成本也較低，因此是量產的主要方式。開放式培養的缺點在於培養環境易受外界，如溫度、天氣、光照強度及光照周期變化的影響，也容易遭受其他藻種、細菌及原生動物的污染。因為開放式培養的環境因子較不容易控制，所以培養操作上有其困難度。
(2)密閉式微藻培養系統
密閉式系統可在發酵槽、培養袋，平板光生化反應器及管型光生化反應器內培養，應用不同，所需系統也不同。密閉式系統可用於自營、異營或混營培養，而且在戶內或戶外都可實施。其培養環境控制較容易，因此產率較高，品質較穩定，後續分離純化所花費的成本也可減少。與前述系統相較，密閉式系統較不易被雜菌污染，且幾乎各種微藻都可適用，但有設備成本過高，規模不易放大等缺點。
目前藻類培養系統的問題主要有三：
1.照光不均勻。
2.微藻收成時間不連續，造成無法處理廢氣之間斷。
3.空間利用不佳。
有鑑於此，本發明主要目的為開發一種高照光效率、廢棄處理及空間利用之微藻培養系統。
為達上述目的，本發明提供一種連續式多層式立體微藻培養系統，其具有連續式交錯管線及複數個儲備單元及最佳產能及空間之培養槽。其包含：一連續式多層式立體微藻培養系統，其包含：複數個藻類培養容器，其用以培養含有藻體與藻水之藻液；一傳輸管道，其用以連接前述複數個藻類培養容器；一動力裝置，連結於該傳輸管道作為提供該傳輸管道運輸藻液之動力及控制藻液流速；一濃度監測器，其用以監控培養系統中之藻液濃度；複數個儲備單元，儲存預備進入培養系統之藻液或分離後之藻水；以及一收成裝置，包含一收成管及一藻液分離器，位於該藻類培養容器及該儲備單元之間；其中，當該濃度監測器檢測該傳輸管道之藻液濃度達到一預設濃度時，即會啟動收成裝置引導藻液進入該藻液分離器將藻液中之藻體與藻水進行分離，藻體經由收成管送出，藻水傳輸回該儲備單元，並啟動將另一儲備單元內之藻液經傳輸管道輸送進入藻類培養容器，達到連續式培養之目的。
較佳地，本發明之系統中，該動力裝置係為氣動式幫浦。
較佳地，本發明之系統中，該氣動式幫浦可制藻液流速。
較佳地，本發明之系統中，該氣動式幫浦係傳輸該儲備單元容積90%的藻液。
較佳地，本發明之系統中，其進一步包含一分配管，其位於該傳輸管道中，係用以將該傳輸管道中的藻水分配並注入至該藻類培養容器中。
較佳地，本發明之系統中，可進一步包含一輔助光源。
較佳地，本發明之系統中，該輔助光源可以為LED、日光燈、螢光燈、紫外光或紅外光。
較佳地，本發明之系統中，該收成裝置可外接一CO2 來源及一養分來源。
較佳地，當本發明之系統中的藻水傳輸回該儲備單元後，該收成裝置將追加養分及導入CO2 至儲備單元以調整藻水起養濃度，等待另一儲備單元收成便立即啟動。
較佳地，當本發明之系統中，該複數個藻類培養容器具有孔狀結構。
本發明又提供一種連續式多層式立體微藻培養方法，係包含下列步驟：(a)藻液自儲備單元由動力裝置運輸至分配管；(b)分配管將藻液分配自傳輸管道再經由傳輸管道路徑引流至複數個藻類培養容器；(c)藻液流經複數個藻類培養容器後回流自儲備單元；(d)濃度監測器檢測傳輸管道之藻液濃度；(e)判斷藻液濃度是否達到預設濃度，若否，則重複步驟(a)~(d)；(f)啟動收成裝置引導藻液進入藻液分離器將藻液中之藻體與藻水進行分離；(g)藻體經由收成管送出，藻水傳輸至儲備單元；(h)啟動另一儲備單元；(i)追加養分及導入CO2 至儲備單元以調整一預設藻水起養濃度；(j)等待另一儲備單元收成便啟動該儲備單元。
較佳地，本發明之方法中，該動力裝置係為氣動式幫浦。
較佳地，本發明之方法中，該氣動式幫浦可制藻液流速。
較佳地，本發明之方法中，該氣動式幫浦係傳輸該儲備單元容積90%的藻液。
本發明之具體實施態樣可參閱第一圖，連續式多層式立體微藻培養系統100，其為六層結構，由上至下分別為：第一層1，其包含一分配管70；第二層2，其包含一第一藻類培養容器81及一第二藻類培養容器82；第三層3，其包含一第三藻類培養容器83及一第四藻類培養容器84，前述第三藻類培養容器83位於前述第一藻類培養容器81之下方，前述第四藻類培養容器位84於前述第二藻類培養容器82之下方；第四層4，其包含一第五藻類培養容器85及一第六藻類培養容器86，前述第五藻類培養容器85位於前述第三藻類培養容器83之下方，前述第六藻類培養容器86位於前述第四藻類培養容器84之下方；前述藻類培養容器81,82,83,84,85,86係用以培養前述藻液中之藻類；第五層5，其包含一收成裝置91，其中該收成裝置91進一步包含一收成管911及一藻液分離器912，其用以將前述藻液中之藻體與藻水分離，並收集藻體，且該收成裝置91可外接一CO2 來源及一養分來源，用以追加該養分及導入該CO2 至儲備單元10，20以調整藻水起養濃度；第六層6，其包含一第一儲備單元10及一第二儲備單元20以及一動力裝置40；一濃度監控器50，其用以監控前述系統中之藻液濃度；以及：一第一傳輸管道101，其用以連接一第八傳輸管道108、前述第一儲備單元10及一第四傳輸管道104；一第二傳輸管道102，其用以連接前述一第八傳輸管道108、前述第二儲備單元20及一第四傳輸管道104；一第四傳輸管道104，其用以連接前述第一傳輸管道101、前述第二傳輸管道102、與前述動力裝置40；一第五傳輸管道105，其用以連接前述動力裝置40、前述濃度監控器50與前述分配管70；一第六傳輸管道106，其用以連接前述第一藻類培養容器81、前述第四藻類培養容器84、前述第六藻類培養容器86與前述收成裝置91；一第七傳輸管道107，其用以連接前述第二藻類培養容器82、 前述第三藻類培養容器83、前述第五藻類培養容器85與前述收成裝置91；一第八傳輸管道108，其用以連接前述收成裝置91、前述第一傳輸管道101與前述第二傳輸管道102；其中，前述藻類培養容器81,82,83,84,85,86係用以培養含有藻體與藻水之藻液；前述動力裝置40係用以提供前述傳輸管道101,102,104,105,106運輸前述藻液之動力並位於前述傳輸管道101,102,104,105,106中；前述分配管70係用以將傳輸管道中的藻水分配至前述藻類培養容器81,82,83,84,85,86中；前述儲備單元10,20透過前述傳輸管道101,102,104,105,106,107,108及前述動力裝置40送至前述藻類培養容器101,102,104,105,106,107,108中進行培養，並經傳輸管道101,102,104,105,106,107,108運至前述儲備單元10,20。
本發明連續式多層式立體微藻培養系統，具有連續式交錯管線、複數個儲備單元及最佳產能及空間之藻類培養容器。其中該藻類培養容器具有孔狀結構，該系統每層具有2盤藻類培養容器，每盤長度5公尺、寬度1公尺，每盤之間的水平間距0.5公尺，共六層，每層垂直間距0.8公尺(間距範圍為0.1-2倍盤寬)。本發明所述之複數個儲備單元於該系統之下方，使其藻液可自然流下。本系統可另外設置輔助光源，得以使微藻有足夠的光源進行光合作用。
參閱第二圖，第二圖為本發明連續式多層式立體微藻培養方法之實施流程圖，如圖所示，當欲使用本發明來培養微藻時，首先藻液會自儲備單元由動力裝置運輸至分配管(步驟S1)，接著分配管並經由交錯式的傳輸管道路徑管線引流到各個藻類培養容器(步驟S2)，藻液流經複數個藻類培養容器後自然回流自儲備單元(步驟S3)，藻液在流動時本發明於傳輸管道設置一濃度監測器，用以檢測該傳輸管道之藻液濃度(步驟S4)，且判斷藻液濃度是否達到預設收成濃度(步驟S5)，若檢測結果為否，則持續循環步驟S1至步驟S4，或停留在S2後使靜置生 長；若檢測結果為是，啟動收成裝置引導藻液進入藻液分離器將藻液中之藻體與藻水進行分離(步驟S6)，藻體會經由收成管送出，藻水則會回傳至回收單元(步驟S7)，此時本發明連續式多層式立體微藻培養之系統會啟動另一儲備單元(步驟S8)，重覆步驟S1至步驟S5一段時間，並藉此空檔時間同時追加養分及導入CO2 至藻水儲備單元以調整藻水起養濃度(步驟S9)，最後等待另一儲備單元收成便立即啟動儲備單元(步驟S10)。其中當藻液濃度達到預設收成濃度時，則收成裝置啟動並引導藻液進入藻液分離器，執行本步驟時該儲備單元仍會保持該儲備單元容積10%的藻液，以預留部份藻液濃度，接著再將藻液分離器所分離出來的藻水傳輸至該儲備單元再藉由收成裝置導入CO2 及養分，靜置一段時間，以調整該儲備單元內的一預設之藻液起養濃度，在調整的同時並啟動另一儲備單元，使該儲備單元及另一儲備單元輪流培養藻體，以達到連續式培養之目的。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍應當以本發明說明書後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧第一層
2‧‧‧第二層
3‧‧‧第三層
4‧‧‧第四層
5‧‧‧第五層
6‧‧‧第六層
10‧‧‧第一儲備單元
20‧‧‧第二儲備單元
40‧‧‧動力裝置
70‧‧‧分配管
81‧‧‧第一藻類培養容器
82‧‧‧第二藻類培養容器
83‧‧‧第三藻類培養容器
84‧‧‧第四藻類培養容器
85‧‧‧第五藻類培養容器
86‧‧‧第六藻類培養容器
101‧‧‧第一傳輸管道
102‧‧‧第二傳輸管道
104‧‧‧第四傳輸管道
105‧‧‧第五傳輸管道
106‧‧‧第六傳輸管道
107‧‧‧第七傳輸管道
108‧‧‧第八傳輸管道
91‧‧‧收成裝置
911‧‧‧收成管
912‧‧‧藻液分離器
50‧‧‧濃度監測器
第一圖係本發明連續式多層式立體微藻培養系統之示意圖。
第二圖係本發明連續式多層式立體微藻培養系統之步驟流程圖。
1．．．第一層
2．．．第二層
3．．．第三層
4．．．第四層
5．．．第五層
6．．．第六層
10．．．第一儲備單元
20．．．第二儲備單元
40．．．動力裝置
70．．．分配管
81．．．第一藻類培養容器
82．．．第二藻類培養容器
83．．．第三藻類培養容器
84．．．第四藻類培養容器
85．．．第五藻類培養容器
86．．．第六藻類培養容器
101．．．第一傳輸管道
102．．．第二傳輸管道
104．．．第四傳輸管道
105．．．第五傳輸管道
106．．．第六傳輸管道
107．．．第七傳輸管道
108．．．第八傳輸管道
91．．．收成裝置
911．．．收成管
912．．．藻液分離器
50．．．濃度監測器

Claims (13)

  1. 一種連續式多層式立體微藻培養系統，其包含：複數個藻類培養容器，其用以培養含有藻體與藻水之藻液；一傳輸管道，其用以連接前述複數個藻類培養容器；一動力裝置，連結於該傳輸管道作為提供該傳輸管道運輸藻液之動力；一濃度監測器，其用以監控培養系統中之藻液濃度；複數個儲備單元，儲存預備進入該培養系統之藻液或/及分離後之藻水；以及一收成裝置，包含一收成管及一藻液分離器，位於該藻類培養容器及該儲備單元之間；其中，當該濃度監測器檢測該傳輸管道之藻液濃度達到一預設濃度時，即會啟動該收成裝置引導藻液進入該藻液分離器將藻液中之藻體與藻水進行分離，藻體經由該收成管送出，藻水傳輸回該儲備單元，並啟動將另一儲備單元內之藻液經該傳輸管道輸送進入該藻類培養容器，達到連續式培養之目的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該動力裝置係為氣動式幫浦。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該氣動式幫浦可控制該藻液的流速。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該氣動式幫浦係傳輸該儲備單元容積90%的藻液。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其進一步包含一分配管，其位於該傳輸管道中，係用以將該傳輸管道中的藻水分配至該藻類培養容器中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，可進一步包含一輔助光源。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該輔助光源可以為LED、日光燈、螢光燈、紫外光或紅外光。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該收成裝置可外接一CO2 來源及一養分來源。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中藻液傳輸回該儲備單元後，該收成裝置將追加該養分及導入該CO2 至該儲備單元以調整藻液起養濃度，等待另一儲備單元收成便立即啟動該儲備單元。
  10. 一種連續式多層式立體微藻培養方法，係包含下列步驟：(a)藻液自一儲備單元由一動力裝置運輸至一分配管；(b)該分配管將藻液分配自一傳輸管道再經由該傳輸管道路徑引流至複數個藻類培養容器；(c)藻液流經該複數個藻類培養容器後回流自該儲備單元；(d)一濃度監測器檢測該傳輸管道之藻液濃度；(e)判斷藻液濃度是否達到一預設收成濃度，若否，則重複步驟(a)~(d)；(f)啟動一收成裝置引導藻液進入一藻液分離器將藻液中之藻體與藻水進行分離；(g)藻體經由一收成管送出，藻水傳輸至該儲備單元；(h)啟動另一儲備單元重複步驟(a)~(g)並同時執行步驟(i)；(i)追加養分及導入CO2 至儲備單元以調整一預設之藻水起養濃度；(j)等待另一儲備單元收成便立即啟動儲備單元。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該動力裝置係為氣動式幫浦。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該氣動式幫浦可控制該藻液的流速。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該氣動式幫浦係傳輸該儲備單元容積90%的藻液。
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