[發(fā)明專利]一種養(yǎng)殖微藻的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010152734.3
• 申請(qǐng)日: 2010-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN101870953A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 榮峻峰;黃緒耕;周旭華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C12N1/12
• 分類號(hào): C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王景朝;龐立志

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種養(yǎng)殖微藻的方法。

背景技術(shù)

微藻是一類在水中生長的種類繁多且分布極其廣泛的低等植物，它是由陽光驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞工廠，通過微藻細(xì)胞高效的光合作用，吸收CO₂，將光能轉(zhuǎn)化為脂肪或淀粉等碳水化合物的化學(xué)能，并放出O₂。利用微藻生產(chǎn)生物能源與化學(xué)品可以同時(shí)達(dá)到“替代化石能源、減少CO₂排放、凈化廢氣與污水”三個(gè)目的。“微藻生物技術(shù)”的優(yōu)勢(shì)在于以下幾個(gè)方面：①微藻是光合效率最高的原始植物，與農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)率高出數(shù)十倍。微藻也是自然界中生長最為迅速的一種植物，通常在24h內(nèi)，微藻所含生物質(zhì)可以翻倍，在其“指數(shù)生長期”內(nèi)其生物量翻倍時(shí)間可以縮短到3.5h。②微藻可以生長在高鹽、高堿環(huán)境的水體中，可充分利用灘涂、鹽堿地、沙漠進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，也可利用海水、鹽堿水、工業(yè)廢水等非農(nóng)用水進(jìn)行培養(yǎng)，因此微藻可以不同農(nóng)作物爭(zhēng)地、爭(zhēng)水。③產(chǎn)油率高，微藻干細(xì)胞的含油量可高達(dá)70％，微藻沒有高等植物的根莖葉等細(xì)胞分化，在缺氮等條件下，某些單細(xì)胞微藻可大量積累油脂，是最有前景的產(chǎn)油生物。④微藻的培養(yǎng)需要利用工業(yè)廢氣中的CO₂，緩解溫室氣體的排放，也可以吸收工業(yè)廢氣中的NO_x，減少環(huán)境的污染。⑤生產(chǎn)微藻生物柴油的同時(shí)，還可以生產(chǎn)相當(dāng)數(shù)量的微藻生物質(zhì)，還可進(jìn)一步獲得蛋白質(zhì)、多糖、脂肪酸等高價(jià)值產(chǎn)品。

“微藻高效規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)”是微藻生物技術(shù)的核心之一。通過研究開發(fā)微藻規(guī)模化養(yǎng)殖的新型設(shè)備與工藝來高效、低成本地獲得微藻生物量。微藻的養(yǎng)殖需要有充足的陽光、CO₂、水和無機(jī)鹽，溫度通常要控制在20～30℃，養(yǎng)殖介質(zhì)必須能夠提供組成微藻細(xì)胞的無機(jī)元素，如N、P、K、Si、Fe等。

通常來說，養(yǎng)殖微藻的費(fèi)用要高于一般的農(nóng)作物。微藻生物量的獲得有別于現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)或林業(yè)作物，它需要特定的方法與裝置，光生物反應(yīng)器(photobioreactor)就是用于微藻培養(yǎng)的一類裝置，與一般的生物反應(yīng)器具有相似的結(jié)構(gòu)，具有光、溫度、溶解氧、CO₂、pH值等培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)。

微藻的規(guī)模化人工養(yǎng)殖目前主要有開放池和封閉式光生物反應(yīng)器兩種方式。無論形式如何，降低成本、提高效率是最終目的。微藻生物柴油技術(shù)能否順利發(fā)展在很大程度上取決于微藻規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)的不斷進(jìn)步。

開放池培養(yǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉及操作簡(jiǎn)單。主要有四種類型：淺水池、循環(huán)池、跑道池、池塘。其中最典型的開放池培養(yǎng)系統(tǒng)是Oswald?1969年設(shè)計(jì)的跑道池反應(yīng)器。跑道池反應(yīng)器自上世紀(jì)50年代以來就被廣泛用于微藻的養(yǎng)殖。它由一條封閉的環(huán)形淺池組成，池深一般為15～30cm，池道由水泥或粘土砌成，也可鋪上一層白色的塑料。白天在槳輪前方連續(xù)進(jìn)料，培養(yǎng)液由槳輪驅(qū)動(dòng)沿跑道池流動(dòng)，微藻在流動(dòng)中不斷生長，并于槳輪后部(循環(huán)結(jié)束點(diǎn))被收獲。槳輪連續(xù)地操作以防止微藻沉降。在開放式跑道池反應(yīng)器中，系統(tǒng)的冷卻主要依靠水分的蒸發(fā)，因此系統(tǒng)溫度隨季節(jié)和時(shí)間變化比較顯著。蒸發(fā)損失的水量也十分巨大，而且微藻產(chǎn)量容易因外界生物或灰塵的污染而受到影響，任何來自水源、空氣、肥料、儀器的天敵生物以及其他藻類都極易浸入污染，導(dǎo)致整個(gè)培養(yǎng)徹底失敗，只有極少數(shù)能在極端環(huán)境中生長的微藻可以利用該方式養(yǎng)殖。強(qiáng)光、溫度波動(dòng)、密度、O₂、機(jī)械力容易傷害微藻生長，造成產(chǎn)率下降，因此生產(chǎn)效率也較低。

封閉式光生物反應(yīng)器，即封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)，是用透明材料建造的生物反應(yīng)器。這種生物反應(yīng)器除了能采集光能外，其他諸多方面與傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵用生物反應(yīng)器有許多相似之處。自從1950年Cook研制出的一臺(tái)垂直管狀光生物反應(yīng)器以來，各種類型光生物反應(yīng)器相繼問世，主要有垂直柱式、水平回旋管式、垂直或水平板式及傳統(tǒng)攪拌罐式等四種類型。此外，還有用聚乙烯等柔性材料制成的袋式生物反應(yīng)器和袖式生物反應(yīng)器、將圓形或矩形金屬架用塑料密封后組成的反應(yīng)器、矩形發(fā)光二極管為光源和光導(dǎo)纖維傳光式的反應(yīng)器，以及固定化細(xì)胞反應(yīng)器等各種類型的光生物反應(yīng)器。

與開放池系統(tǒng)不同，封閉式光生物反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)微藻單種、純種的培養(yǎng)，而且培養(yǎng)條件易于控制，培養(yǎng)密度高、易收獲，所以效率更高，但是建造與操作成本也隨之提高。