[發明專利]用于微藻規模培養的裝置和方法

無效

• 申請號: 201210505206.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103849547A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 吳洪;陳傳紅;羅少敬;王琳;朱振旗;劉敏勝;王喜恩
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/02;C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及一種用于微藻規模培養的裝置和方法，特別是，涉及一種開放式的用于微藻規模培養的裝置。

背景技術

隨著例如石油、煤炭等化石燃料的儲備量的逐步耗竭，二氧化碳排放量的不斷增加以及全球氣候變暖的日益加劇，人類的生存和發展狀況已經面臨巨大的挑戰。利用生物質作為能源是緩解當前能源危機和環境問題的主要途徑之一。微藻可以通過光合作用，利用太陽能、二氧化碳和水，合成油脂、淀粉、碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質，而且微藻生長周期短，生物量積累能力高于陸生植物。因此，微藻作為一種潛在的可再生能源生產原料正受到越來越多的廣泛關注。但是，如何培養微藻，提高微藻生物量生產能力，提高微藻規模培養中的光能利用效率，成為當前微藻生物煉制領域的研究難點。

目前用于微藻培養的光生物反應器主要有開放式和封閉式兩種類型。封閉式生物反應器具有不易污染、培養條件易于控制、比表面積高、光能和二氧化碳利用效率較高等優點。但是，封閉式生物反應器投資和操作成本大、規模放大困難，限制了它在微藻規模化培養中的廣泛運用。開放式培養方式具有結構簡單、放大容易和成本低等優點。目前的經濟型微藻品種，如螺旋藻和小球藻的商業化生產主要采取開放式的養殖模式來進行。

典型開放式生物反應器采用了跑道池系統，這種跑道池系統直接利用天然的生長環境，一般不需要控制溫度的裝置，并且建造成長方形或是橢圓形，依靠攪拌槳驅動來實現微藻細胞交替地接受光照和培養液的循環。根據光照程度和微藻品種的不同，培養液的平均深度一般控制在15～50cm之間。由于微藻細胞本身的吸光和遮光作用，光照強度隨培養液深度和培養液中的細胞濃度的增加迅速衰減，能夠獲得充分光照的培養層往往不超過5cm。另外，由于攪拌槳驅動培養液的循環，大部分培養液形成慢速(一般小于20cm/s)的平流，微藻細胞很難充分實現光徑上的混合，大部分細胞停留在暗區層，少部分細胞停留在光區層，所以跑道池系統的光能利用效率很低，其生產效率普遍偏低，養殖濃度很難超過1.0g/L，為后續加工帶來了高額的成本問題。

公開號為CN102206570A的中國發明專利申請中，提出了一種用于微藻規模培養的裝置及培養方法，如圖1所示，該裝置主要包括開放式跑道池101和光生物反應器103，通過液體泵102將光照充分的光生物反應器103與光照不足的跑道池101進行偶聯。跑道池101中的一部分培養液通過液體泵102進入光生物反應器103的底端，再從其頂端流出重新進入跑道池103，從而形成循環。

在裝置微藻規模培養的裝置中，通過調節液體泵102的流量使得微藻細胞在光照不足和光照充分的兩個區域之間形成合適的穿梭周期。大部分在跑道池101中無法接受光照的微藻細胞能夠被循環入光生物反應器103中進行有效的光合作用，同時，跑道池101較大的水體可以降低光生物反應器103因較大的光熱輻射導致的升溫問題，有利于提高微藻細胞的光能利用效率和降低微藻培養的控溫成本。

但是，在裝置微藻規模培養的裝置中，因為光生物反應器3具有一定的高度(一般高于1.5m)，通過液體泵2實現培養液的循環，產生了能耗過大的問題；光生物反應器3本身仍然存在例如成本過高、運行能耗過高、不易清洗、不易放大等的問題；因為偶聯系統為固定裝置，很難高效利用周年變化的自然光照條件。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于微藻規模培養的裝置和方法，通過利用隔離層將培養單元分成光區層和暗區層，能夠實現微藻細胞高效利用自然光照條件。

根據本發明的一個方面的實施例，提供一種用于微藻規模培養的裝置，包括：培養單元，用于容納具有微藻細胞的培養液；隔離層，所述隔離層設置在所述培養單元中，將所述培養單元分隔成位于上部的光區層和位于下部的暗區層，所述光區層中的培養液可充分地接受陽光照射以發生光合作用，所述暗區層中的培養液不能充分地接受陽光照射，所述隔離層上形成至少兩個連通通道；以及輸送裝置，被構造成驅動所述培養液穿過所述連通通道在所述暗區層和光區層之間循環流動。

有利地，所述培養單元為跑道池。

有利地，所述跑道池的兩個連通通道分別位于隔離層的端部與跑道池的內壁之間。

有利地，所述輸送裝置為設置在一個連通通道處的攪拌裝置。

有利地，所述隔離層距離跑道池底部的高度是可調的，使得光區層和暗區層的培養液體積比為0.1-10，優選為0.2-5，更優選0.25-4。

有利地，所述輸送裝置的輸送能力是可調的，使得培養液在光區層中流動通過的平均時間為0.5-10分鐘，優選為2-6分鐘，更優選3-5分鐘。