專利名稱：一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器及連續(xù)規(guī)模化培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器及連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法，屬于產(chǎn)油微藻 生物技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
產(chǎn)油微藻作為一種真核的單細(xì)胞光合自養(yǎng)微生物，是生物圈中重要的第一生產(chǎn) 者，也是水生態(tài)環(huán)境中的重要組成環(huán)節(jié)。微藻在遺傳特性、生化組成、代謝途徑等方面具有 復(fù)雜性和多樣性，因此具有潛在的營養(yǎng)和藥用價值。此外，一些產(chǎn)油微藻含油量高、易于培 養(yǎng)、單位面積產(chǎn)量大，被視為是優(yōu)質(zhì)的生物柴油原料，與傳統(tǒng)的植物油原料相比，具有不與 糧食作物競爭土地、肥料和新鮮水的優(yōu)點，對環(huán)境、資源和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意 義?，F(xiàn)在用于產(chǎn)油微藻培養(yǎng)的容器較多采用序批式的三角瓶等，產(chǎn)量低，光利用率低 且不能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。產(chǎn)油微藻規(guī)模化人工培養(yǎng)的方式目前國內(nèi)外主要有兩種開放池和 封閉光生物反應(yīng)器。開放式培養(yǎng)簡單、投資低，但培養(yǎng)條件變化較大，并存在嚴(yán)重的生物污 染，產(chǎn)油微藻的培養(yǎng)效率低。光生物反應(yīng)器由于可以調(diào)控多項培養(yǎng)參數(shù)，例如合適的光照強 度、溫度、無機碳源、PH、混合條件、氧解析，培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的產(chǎn)率更高。比較常見的光生物 反應(yīng)器種類有平板式、軟管式和柱式。但平板式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)箱較深，光線透射效率較 低，流體壓力大，藻株較大程度附壁生長，且按比例擴大需要大量的隔層和支持材料；塑料 軟管式反應(yīng)器pH、DO、CO2沿管道的梯度變化較大，轉(zhuǎn)角處易結(jié)垢，造成一定程度附壁生長， 光線穿透能力降低，須定時更換塑料軟管，耗費大量的人力和時間。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供了一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器及連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微 藻的方法。技術(shù)方案一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器，由一組平行排列的透明柱式管道1，光 照系統(tǒng)2，混合槽3，4，培養(yǎng)液儲槽5，分流器6，7，機械泵8，9，10，氣體分布器11，12，氣升 裝置13和支架14構(gòu)成；所述的一組平行排列的透明柱式管道1為并聯(lián)設(shè)置，由支架14支 撐，透明柱式管道內(nèi)有氣升裝置13，透明柱式管道一端連接分流器6，再通過機械泵10連接 混合槽3 ；另一端連接分流器7，直接連接混合槽4 ；混合槽4的位置高于混合槽3存在一定 的液位差，混合槽4中部有孔通過管道和混合槽3連通；培養(yǎng)液儲槽5通過機械泵8連接混 合槽3 ；混合槽3內(nèi)設(shè)置氣體分布器11，混合槽4內(nèi)設(shè)置氣體分布器12 ；混合槽4通過機械 泵9接通出料管道，連續(xù)采收藻體；光照系統(tǒng)2分布在透明柱式管道1兩側(cè)；通過調(diào)節(jié)光暗 比、內(nèi)循環(huán)速率、混合方法和培養(yǎng)時間，實現(xiàn)連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻。用上述的連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器連續(xù)規(guī)模化培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法，接種產(chǎn)油微 藻純培養(yǎng)物作為藻種，采用BGll培養(yǎng)基，培養(yǎng)液儲槽5中的培養(yǎng)液通過機械泵8接入混合槽3，通過機械泵10流向分流器6，平行流過一組透明柱式管道1，接受光照系統(tǒng)2的光照， 再流經(jīng)分流器7集中流入混合槽4，再利用液位差流向混合槽3組成一循環(huán)反應(yīng)體系；培養(yǎng) 液儲槽5向反應(yīng)體系的供料量應(yīng)和混合槽4的出料量保持平衡，控制循環(huán)反應(yīng)體系的總體 積與出料流速的比值即水力停留時間為6-12d ；混合槽4通過機械泵9連續(xù)收集藻體；采用 機械泵10推動液體在混合槽3和透明柱式管道1之間的流動；通過調(diào)節(jié)透明柱式管道1和 混合槽3，4的總體積比，控制光暗比分別為18:6，16:8，14:10,12:12 ；并可通過改變機械泵 10流量，調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)速率，進一步調(diào)節(jié)光暗時間。上述的連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法，通過調(diào)節(jié)氣體分布器11，12和氣升裝置 13的曝氣量，實現(xiàn)攪拌混合，二氧化碳傳質(zhì)和氧解析。本發(fā)明采用一組平行排列的透明柱式 管道并聯(lián)，管道內(nèi)置氣升攪拌裝置，管道兩端通過分流器分別并接入兩個混合槽，管外置并 聯(lián)直行冷熒光光源，光滑光反射平板；混合槽之間通過液位差和閥門自動控制，混合槽內(nèi)置 氣體分布器，采用機械泵推動水體在柱式管道和混合槽之間流動；培養(yǎng)液儲槽通過機械泵 連續(xù)接入混合槽，采用機械泵連續(xù)收集藻體；通過透明柱式管道和混合槽的總體積比，調(diào)節(jié) 光暗比，通過改變中間機械泵流量，調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)速率，進一步調(diào)節(jié)光暗時間。調(diào)節(jié)氣體分布 器和氣升裝置的曝氣量，實現(xiàn)攪拌混合，二氧化碳傳質(zhì)和氧解析。有益效果本發(fā)明采用一組平行排列的透明柱式管道并聯(lián)，突破管道長度限制； 管外置直行冷熒光光源，光滑光反射平板，調(diào)節(jié)光/暗區(qū)基質(zhì)體積和內(nèi)流循環(huán)，有效控制光 暗比和光/暗循環(huán)時間，提高光利用率，減小光抑制和光氧化損傷；采用機械泵推動水體流 動，氣升式攪拌，光徑小，氣體交換充分，有效緩解氧化損傷，補償二氧化碳，實現(xiàn)氧解析；連 續(xù)進料和采收，實現(xiàn)規(guī)?；囵B(yǎng)。本發(fā)明培養(yǎng)環(huán)境條件穩(wěn)定、主要培養(yǎng)參數(shù)容易控制，在優(yōu) 化產(chǎn)油微藻培養(yǎng)條件等方面具有優(yōu)勢。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)需要進行放大，適合于產(chǎn) 油微藻的工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)。


圖1連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖
1 - 一組平行排列的透明柱式管道；2 -光照系統(tǒng)，3，4 -混合槽；5 -培養(yǎng)液儲槽；6， 7 -分流器；8，9，10 -機械泵；11，12-氣體分布器；13 -氣升裝置；14 -支架 Ι-a圖1中透明柱式管道(1)示意圖 Ι-b圖1中混合槽(3，4)示意圖 1-c圖1中培養(yǎng)液儲槽(5)示意圖。圖2連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器中的生長曲線。圖3連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器中i/iMWT^fes的油脂含量。
具體實施例方式以初始接種量為0. 005g/L接種藻QScenedesmus. dimorphus ),已在[安徽農(nóng)業(yè)科 學(xué)]2008，36 (23)公開，控制光照條件20001ux左右，溫度為室溫，初始pH 7.廣7. 5，采用培 養(yǎng)基為大部分淡水藻常用的BGll培養(yǎng)基。一組平行排列的透明柱式管道的總有效體積為 56L，兩個混合槽的有效體積分別為20L，控制光/暗比為14:10，系統(tǒng)總有效體積為96L，控 制水力停留時間為8d，每天通過機械泵連續(xù)添加新鮮的培養(yǎng)基12L，通過機械泵連續(xù)出料12L收集藻體。兩個混合槽內(nèi)的曝氣總量為65L/min，內(nèi)循環(huán)泵的流量為8L/h，液體全部循 環(huán)一次所用的時間為12h。微藻生長進入穩(wěn)定期時生物量為0. 5g/L左右，生長曲線如圖2 所示，油脂含量如圖3所示其主要脂肪酸組成為C14 :0，C16:0，C16:1，C18:1，C18 :2，C18:3 (表 1)。BGll 培養(yǎng)基配方NaNO3 1. 5g/L, K2HPO4 · 3H20 0. 04g/L，MgSO4 · 7H20 0. 075g/ L, CaCl2 · 2H20 0. 036g/L，檸檬酸 0. 006g/L，檸檬酸鐵銨 0. 006g/L，EDTA 0. OOlg/L, Na2CO3 0. 02g/L, A5 溶液 lmL/L。其中微量元素溶液 A5 組成為=H3BO3 2. 86g/L, MnCl2 ·4Η20 1· 81g/L，ZnS04 ·7Η20 0. 222g/L，CuSO4 ·5Η20 0· 079g/L，CO (NO3) 2 ·6Η20 0· 0494g/L，NaMoO4 · 2Η20 0. 390g/L。表1連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器中Scmecbsmus. dimorphus的脂肪酸組成
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器，其特征在于由一組平行排列的透明柱式管道(1)， 光照系統(tǒng)(2)，混合槽(3，4)，培養(yǎng)液儲槽(5)，分流器(6，7)，機械泵(8，9，10)，氣體分布器 (11，12)，氣升裝置(13)和支架(14)構(gòu)成；所述的一組平行排列的透明柱式管道(1)為并聯(lián) 設(shè)置，由支架(14)支撐，透明柱式管道內(nèi)有氣升裝置(13)，透明柱式管道一端連接分流器 (6),通過機械泵(10)連接混合槽(3)；另一端連接分流器(7)，直接連接混合槽(4)；混合槽 (4)的位置高于混合槽(3)存在一定的液位差，混合槽(4)中部有孔通過管道和混合槽(3) 連通；培養(yǎng)液儲槽(5 )通過機械泵(8 )連接混合槽(3 )；混合槽(3 )內(nèi)設(shè)置氣體分布器(11)， 混合槽(4)內(nèi)設(shè)置氣體分布器(12);混合槽(4)通過機械泵(9)接通出料管道，連續(xù)收集藻 體；光照系統(tǒng)(2)分布在透明柱式管道(1)兩側(cè)；通過調(diào)節(jié)光暗比、內(nèi)循環(huán)速率、混合方法和 培養(yǎng)時間，實現(xiàn)連續(xù)規(guī)模化培養(yǎng)產(chǎn)油微藻。
2.用權(quán)利要求1所述的連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器連續(xù)規(guī)模化培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法， 其特征在于接種產(chǎn)油微藻純培養(yǎng)物作為藻種，采用BGll培養(yǎng)基，培養(yǎng)液儲槽(5)中的培養(yǎng) 液通過機械泵(8)接入混合槽(3)，通過機械泵(10)流向分流器(6)，平行流過一組透明柱 式管道(1)，接受光照系統(tǒng)(2)的光照，再流經(jīng)分流器(7)集中流入混合槽(4)，再利用液位 差流向混合槽(3)組成一循環(huán)反應(yīng)體系；培養(yǎng)液儲槽(5)向反應(yīng)體系的供料量應(yīng)和混合槽 (4)的出料量保持平衡，控制循環(huán)反應(yīng)體系的總體積與出料流速的比值即水力停留時間為 6-12(1;通過調(diào)節(jié)透明柱式管道(1)和混合槽(3，4)的總體積比，控制光暗比分別為18:6， 16:8，14:10,12:12 ；并可通過改變機械泵(10)流量，調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)速率，進一步調(diào)節(jié)光暗時 間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法，其特征在于調(diào)節(jié)氣體分布 器(11，12)和氣升裝置(13)的曝氣量，實現(xiàn)攪拌混合，二氧化碳傳質(zhì)和氧解析。
全文摘要
一種連續(xù)流柱式光生物反應(yīng)器及連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻的方法，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用一組平行排列的透明柱式管道并聯(lián)，管道兩端通過分流器分別并接入兩個混合槽，管外置直行冷熒光光源，光反射平板；混合槽之間通過液位差和閥門控制連接，混合槽內(nèi)置氣體分布器，采用機械泵推動培養(yǎng)液水體在柱式管道和混合槽之間流動；培養(yǎng)液儲槽通過機械泵連續(xù)接入混合槽，采用機械泵連續(xù)采收藻體；通過光暗比、內(nèi)循環(huán)速率、混合方法和培養(yǎng)時間的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)連續(xù)規(guī)?；囵B(yǎng)產(chǎn)油微藻。本發(fā)明培養(yǎng)環(huán)境條件穩(wěn)定、主要培養(yǎng)參數(shù)容易控制，在優(yōu)化產(chǎn)油微藻培養(yǎng)條件等方面具有優(yōu)勢。本光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)需要進行放大，適合產(chǎn)油微藻的工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)培養(yǎng)。
文檔編號C12M1/00GK102080041SQ20101057609
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者劉和, 張麗娟, 張姍姍, 范金鳳, 高慶 申請人:江南大學(xué)