[发明专利]一种微藻培养装置及微藻培养方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻培养领域，具体地涉及一种微藻大规模培养的装置。

本发明还涉及一种利用上述装置进行微藻大规模培养的方法。

背景技术

微藻能有效利用光能、CO₂和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质，可以通过微藻培养来生产保健食品、食品添加剂、饲料及其他化学品。特别是近年来随着生物能源技术的发展，某些含油微藻因其油脂生产能力高(一般占细胞干重的20-60％)，光合效率高、生长周期短，可在盐碱地、沙漠、海域养殖，具有不与粮争地及不与人争粮的巨大优势，以及可利用工厂废气中的二氧化碳为碳源等特点.世界各国已将其作为解决生物质能资源短缺的一条非常重要的途径，并投入巨大的资金和研究力量进行研究和技术开发。

微藻作为单细胞生物，其比陆生植物有快得多的生长速度，因而光合固碳能力更强。这也是微藻作为最有潜力的能源生物资源，或者说微藻生物能源技术的重要出发点。然而要发挥微藻的这种优势，建立微藻生物能源产业体系，以现代工业工厂化生产方式，大规模、低成本、高效、优质稳定的获得微藻生物量是前提，这也是目前微藻生物能源产业化面临的最大瓶颈。有分析表明，在用含油微藻进行生物柴油炼制中，仅微藻生物量的成本就占整个生物柴油生产成本的40-60％。因此微藻培养技术是关键。

人类很早就有着微藻培养生产的历史，在非洲很早就开始在天然的湖泊中养殖螺旋藻作为食物的来源，东欧、以色列和日本在十九世纪70年代间就已开始了微藻的商业化生产。但是要使微藻培养工业能够满足现代化生产的需求、能够解决国家能源与环境的问题，就必须满足三方面的条件，即规模、成本与效率。

目前的已获得工业化生产应用的微藻培养是开放式培养池形式。开放式培养池主要是利用天然或人工的长方型或长椭园形池塘，加装踏板式搅拌装置来实现培养池中的液体循环，以保证微藻细胞交替受光和空气中的CO₂接触。目前开放式培养池大多设计成水泥结构或塑料薄膜结构的跑道池形式。培养池的建造和运行的成本都较低，也一般不需要控温设施。根据不同的光照强度池塘运行期水深一般在15-50cm间调整。目前的经济型微藻品种，如螺旋藻与小球藻的商业化生产主要采取开放式的养殖模式来进行。

由于在微藻培养过程中，微藻细胞本身的吸光与遮光作用，开放池的光照深度随培养池运行深度和细胞浓度迅速衰减，整个水体呈现出表面强光区(一般只有几毫米或几厘米，随光照强度和藻细胞浓度而变化)、中层弱光区和底层无光区的明暗分区结构。中下部大部藻细胞处于弱光或暗区，无法获得充足的光照，细胞光合作用较弱。由于踏板式搅拌装置难以实现培养液沿光径方向(上下方向)的混合，处于开放池上部表层水体的藻细胞长时间停留在强光照射的表面，而中下部弱光或黑暗区的藻细胞难于通过混合到达上部表层接受光照，因此开放池培养上真正有效的是池体上部很薄的水体，因此开放池培养光能利用率低，细胞生长慢，面积产率(指单位占地面每天新增的微藻生物量)低，一般只有5-15g/m2/d，造成大规模培养占地面积过大。同时将开放池跑道池用于产油微藻的培养用于生产微藻生物能源时，藻细胞油脂的积累需要较强的光照诱导环境，而开放池大部分水体光照不足或处于暗区，使得微藻油脂诱导周期长，细胞含油量不高。

为了改善开放池培养的光照强度，目前一般采用降低开放池运行水深的方法，如采用薄层(3-8cm)培养。薄层培养即使能够获得较高的细胞生长速度和培养密度，但薄层培养水体体积太少，总的生物量产率仍不高。同时太薄的水层在光照条件下升温很快，失去了传统开放池大水体对温度的缓冲作用。为维持培养液合适的温度(25-35℃)需要增加额外的降温措施和能耗。