[發明專利]一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法

有效

• 申請號: 201410089172.0
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103805501A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 楊正健;劉德富;盧凡;萬端極;張佳磊;紀道斌;崔玉潔
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12N1/12;C02F3/32;C12R1/89
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

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技術領域??

本發明屬于微藻培養技術領域，具體涉及一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法。

背景技術??

近一個世紀以來，世界人口快速增長，工業飛速發展，資源消耗驟增。一方面，以石油、燃煤為代表的化石燃料過度開采，幾近枯竭，能源短缺成為當今及以后社會的主要問題；另一方面，化石燃料大量消耗導致溫室氣體大量排放，自20世紀50年代起，CO2濃度水平和全球溫度都有了明顯的升高，加劇了地球溫室效益，導致極端惡劣氣候頻發。因此，尋找可持續再生、環境友好的新型能源勢在必行。

水資源短缺及水環境問題也是人類社會面臨的嚴峻考驗。隨著人類社會經濟活動的深入發展，大量含有氮、磷等污染物的工業廢水排入水體，導致水體富營養化，引起藻類瘋長、有害藻華頻發，水質下降，嚴重威脅著人類飲水安全。太湖、巢湖、滇池以及三峽水庫等湖庫年年的藻類水華已經對相應區域人類活動構成嚴重影響。與此同時，全球?40%的國家與地區面臨著缺水問題，水資源的可持續利用迫在眉睫。采用水體循環利用對減少污水排放、緩解水資源短缺具有重要意義。因此，研發高效、低廉、便捷的水質深度凈化技術具有顯著的應用前景。?

微藻可能是人類解決上述問題的終極出路。首先，微藻油脂含量較高，某些單細胞微藻可積累相當于細胞干重20%～70%的油脂，其是單位面積菜籽產油率的80倍，是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。其次，微藻具有生長速率快、收獲時期短、光合利用效率高等特點，每年固定的CO₂大約占全球凈光合產量的40%，能夠有效吸收溫室氣體，緩解地球溫室效應。同時，微藻生長過程中能夠大量吸收水體中的氮、磷等污染物，只要有效采收，能夠對污水進行高效凈化。

但是，如何通過人工大規模培養技術高效、低廉地獲得微藻生物量是微藻開發利用的關鍵。現在的微藻培養技術多集中于光自養體系，包括戶外開放式養殖和各種光生物反應器，主要在陸地上進行，耗水、耗地、耗能、耗設備，增大了微藻培養成本，成為其規模化生產的主要頸瓶。我國大部分地表水均受到不同程度的氮、磷污染，尤其是淮河流域、長江流域等湖庫水體富營養化極為嚴重，如何研發低成本微藻高效培養技術，既能降低水耗、減小能耗進而縮小成本，又能凈化水體，吸收二氧化碳，減少環境污染壓力，具有重要的應用前景。同時，我國海洋資源豐富，如果海上低成本微藻培養技術研發成功，將為微藻人工大規模培養提供廣闊的空間，意義重大。?

發明內容??

本發明所要解決的技術問題是提供一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法。

臨界層理論認為，在營養鹽充足的情況下，藻類初級生產力與光合有效輻射成線性關系，而因呼吸作用、捕食、沉降等導致的藻類初級生產力損耗則沿水深方向為一定值；藻類凈生產力為零點的深度稱為光補償深度，光補償深度以上至水面稱為真光層；自表面沿水深往下進行凈生產力累加，凈生產力累加值反映了水柱中藻類增長潛力，凈生產力累加值在光補償深度處達到最大，自光補償深度以下逐漸減小，也存在一零值點，該點水深即為臨界層深度，臨界層深度以下，凈生產力累加值小于零。

此外，水體因溫度、鹽度、泥沙濃度等影響，具有一定的水體垂向分層結構，靠近水面一層水體受光照、風擾動等影響，水體垂向摻混強烈，稱為混合層，因藻類密度與水體密度差別較小，認為混合層內藻類垂向分布均勻。這樣，混合層、真光層、臨界層三層的相對關系，決定了水柱中藻類增長潛勢。即：當混合層在臨界層以下時，水柱中藻類凈生產力累加值小于零，浮游植物生長受到限制，水華消失；當混合層居于真光層與臨界層之間時，水柱中藻類凈生產力較小，藻類增殖較慢；當混合層小于等于真光層時，水柱中藻類凈生產力達到最大，浮游植物瘋長。因此，只要保證水體始終在真光層以內，并提供充足的營養鹽，限制浮游動物，就能使藻類迅速增長。

本發明提供能夠在污染水上進行微藻培養的簡易方法和裝置。本發明能夠利用人力將污染水體收集到圍隔內進行微藻培養，使藻類利用天然水體（例如三峽水庫）高溶解性二氧化碳及高營養鹽進行繁殖，進而達到微藻便捷培養、污染水體凈化、減排固碳等目的，大大縮小微藻培養成本。