[發明專利]一種倒V形結構的微藻多表面貼壁培養反應器及培養方法

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• 申請號: 202210706284.0
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114989949A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 劉天中;周文俊;李璐;王永強;程文濤;陳林;高莉麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12M1/12
• 分類號: C12M1/12;C12M1/34;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/04;C12M1/02;C12M1/26;C12M1/00;C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任金存

本發明涉及微藻培養技術領域，具體公開了一種倒V形結構的微藻多表面貼壁培養反應器及培養方法。倒V形結構的微藻多表面貼壁培養反應器包括：集液池、培養液儲罐及培養液霧化器；所述集液池上設置至少一個倒V形結構，所述倒V形結構包括第一板件和第二板件，第一板件和第二板件呈預定角度于頂邊搭接在一起；所述培養液儲罐與所述集液池底部連接，用于收集濾液及儲存培養液；所述培養液霧化器與所述培養液儲罐連接，用于向第一板件和第二板件外表面噴灑培養液。通過反應器實現微藻的高效貼壁培養，減少或避免微藻生物膜的脫附以及在單位占地面積上營造更大的具良好光照的培養表面積，從而提高微藻的生物質產率。

技術領域

本發明涉及微藻培養技術領域，尤其涉及一種倒V形結構的微藻多表面貼壁培養反應器及培養方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

微藻作為一種光合固碳生物，能夠利用可見光和無機碳進行光合作用生成包括蛋白質、脂肪酸、碳水化合物及其他次生代謝物在內的多種化合物，廣泛應用于CO2固定、生物能源、食品飼料、醫藥健康品的生產以及廢水處理。在全球范圍內，以微藻大規模培養為基礎的微藻生物技術產業正在形成。

但微藻產業應用的核心在于微藻的大規模高效培養。目前的微藻培養主要包括開放式跑道池(openpond)與光生物反應器(photobioreactor，PBR)兩種形式培養。開放式跑道池培養的優點在于培養裝備建造和運行的成本較低，但由于開放池的光照面積/體積比較小，液體上下混合較差，因此只有上部表層水體的藻細胞能夠接受較充足的光照而生長，因此微藻光能利用率低，生長速度慢、產率低(一般只有7～20g/m2/d)，培養液濃度低、大規模生產占地面積大、水耗多，采收能耗高。采用透光材料的光生物反應器，如各式平板式反應器、氣泡柱式反應器、螺旋管式反應器、水平管道式反應器等培養，由于光徑限制只能做成低矮細薄結構，雖然培養效率較開放式跑道池有所提高，但反應器結構較復雜、單體規模小，大規模下反應器數量多，裝備成本高，大規模或超大規模應用投資大，生產成本高，且同樣難于明顯降低水耗。

近年來人們發展了一種新的微藻培養方法，即生物膜貼壁培養(Liu，2013，等)，其基本原理是將微藻細胞接種在固體表面上形成一層微藻生物膜，在提供適當的培養基使藻膜保持潤濕和足夠N、P等營養物質，以及光照和碳源(NaHCO3，或CO2)下，微藻細胞增殖生長，生物膜逐漸變厚。顯然，這種生物膜貼壁培養方法與上述傳統的開放式跑道池或密閉式光生物反應器的大水體懸浮培養相比，水體量大幅度減少，實現了一種半干狀態的附著培養，這為利用光強稀釋構建多表面的微藻反應器結構、實現光能的高效利用和高的培養產率提供了基礎。

在此基礎上，人們發展了多種貼壁培養反應器結構，例如貼壁培養單元垂直安裝在支架上，形成垂直雙表面插板結構，插板的兩個表面均粘附一層微藻細胞，太陽光通過兩塊插板間的間隙照入并因光的散射而使垂直表面的藻細胞獲得高照而生長。通過調節兩塊插板的高度和間距來調節反應器培養表面積和占地面積的比例，從而調節培養表面的光強，通過這種方式提高微藻對太陽光能的利用率和微藻的占地面積產率。但這種方法在實現應用中存在的問題是光能利用率不夠高，以及附著于培養表面的藻細胞很容易脫附。在安裝、采收和清洗等操作維護上也非常不方便，工程應用放大困難。

還有將上述插板改為布簾，每塊布簾垂直懸掛在一個轉軸上，通過形成類似于立式傳送帶的雙面掛簾結構，掛簾表面粘附一層微藻細胞，掛簾隨轉軸電機轉動使微藻培養表面周期性地通過頂部高光照區，產生所謂的明暗循環。與上述方法相同，也產生相似的低光能利用和藻膜脫附問題。

還有基于多層水平傳送帶的微藻貼壁培養裝置，雖然處于傳送帶上半部的微藻層直接接受光照，不易發生藻層脫附，但當轉至傳送帶下半部時微藻層完全依靠藻層與傳送帶表面的粘附力來附著，重力脫附趨勢更嚴重，且下半部完全背光，導致整個傳送帶表面的微藻只有一半時間處于光照，另一半時間處于黑暗，微藻的生物質產率不高。

發明內容