[发明专利]管道光生物反应器管内壁的清理方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物领域，涉及一种微藻培养的管道光生物反应器管内壁的清理方法。

背景技术

微藻作为生物圈中第一生产力的重要组成部分，是水生态系统中水产动物整个生长过程(或特定发育阶段)的唯一饵料或饵料生物的饵料。同时，微藻接近植物种类的50％，在种质、生态分布、遗传信息、生化组成、代谢途径等方面具有出多样性、复杂性和特殊性，进一步决定了其潜在的营养和药学价值，人类可能从中开发出大量结构特异的高附加值生物活性成分。

能源既是经济发展的命脉也是社会发展的推动力，决定着现代文明进步程度。伴随着全球经济高速增长和城市化进程加快，国际上对石油能源需求日益增大，同时石油等传统能源都具有不可再生性，终将因大量开采而枯竭，因此石油能源短缺问题日益突出。近年来，作为化石能源的替代品之一的生物柴油是国际上可再生能源的新生力量，发展迅猛、应用范围不断扩大，在柴油市场所占比例稳步上升。其中微藻具有光合作用效率高、含油量高、生长周期短、油脂单位面积产率高、与吸收二氧化碳偶联而有利于减少碳排放和缓解环境压力等独特优势，因此开发微藻生物能源(生物柴油等)被认为是发展潜力巨大、最有可能替代石油的生物能源。

然而，自然界并不存在可以直接收集加工的大量现成微藻资源。开发供人类社会发展所需的微藻资源，首先要规模化工程培养生产微藻原料。国际上，微藻规模化人工培养微藻目前主要有开放池和封闭光生物反应器2类方式：

开放式培养(如循环跑道池)相对简单、投资低。但该方式培养条件变化较大，微藻产率低，并存在严重的生物污染。任何来自于水源、空气、肥料、仪器、以及操作等的天敌生物(如原生动物)以及其它藻类都极易侵入污染，常常导致整个培养彻底失败，直接限制了影响微藻培养和资源开发。只有极少数能在极端环境中生长的微藻(如在高pH环境中快速生长的螺旋藻和在高盐度中成为优势种的盐藻)可以利用该方式成功培养。

虽然封闭式光生物反应器投资费用相对较大，由于可以调控多项培养参数，更易于控制生物污染，培养微藻的产率更高，因此成为近年来本领域研发重要趋势。目前已经用于实验室和小试研究(工作体积从几升到几百升)的封闭式光生物反应器已经很多，有罐式光生物反应器、平板光生物反应器、柱状光生物反应器、管道(垂直、平行、螺旋)光生物反应器。但是，真正地放大培养规模应用到生产中的几吨到上百吨的封闭式光生物反应器却很少。造成该状况所涉及的原因很多，不仅包括透光性材料(玻璃、有机玻璃和塑料)的理化性质(其抗压和抗高温性能很低，易于破碎和与热变形甚至熔化等)限制，而且需要有效补偿二氧化碳消耗，高效解析过高的溶氧避免高氧损伤，以及在培养体积增加的同时维持反应器体表面积不下降等。目前，管道光生物反应器研制在一定程度上可解决上述问题，逐渐成为增大光生物反应器体积的主要技术手段之一。

需要指出，光生物反应器(特别是管道光生物反应器)内部极易发生微藻细胞等的附着而出现细胞贴壁现象。如何有效清除这些附着物，保障光生物反应器的透光性和维持高培养效率是非常麻烦的问题，以往对此并没有很好的解决方法。随着微藻生物技术和微藻产业发展，清洗和去除贴壁微藻已经成为在国内外微藻生物技术领域研究热点，在研制和应用大型管道光生物反应器中急需解决。

微藻属于光自养生物，兼具趋光性、避光性、贴壁生长等特性，在微藻培养过程中，细胞常常易于粘贴到反应器管壁等处。微藻细胞贴壁程度不仅与不同微藻自身生物学特性有关，还与藻液流动速率有关。

在管道内，管道中间区域流速最快，而靠近管壁越近流速越慢，在紧靠管壁的区域流速接近为零，该区域为光生物反应器的死角。在任何光生物反应器内，都不可避免地存在上述死角区域(死角还包括反应器内的拐角等部位)。一般而言，藻液整体流动速率越快，靠近管壁低流速甚至零流速的死角区域就越少；反之，藻液流动速率愈慢，靠近管壁低流速和零流速死角区域愈多。

在死角区域，藻液不能充分混匀，易发生沉降或贴壁生长。在管道光生物反应器内，无论藻液整体流动速率如何，在靠近管壁低流速甚至零流速区域总是存在，因此培养的微藻细胞发生贴壁的情况就不可避免。