[发明专利]微藻的养殖及采收方法

说明书

技术领域

本发明涉及微藻的养殖及采收方法。

背景技术

微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O₂。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源、减少CO₂排放、净化废气与污水”三个目的。“微藻生物技术”的优势在于以下几个方面：①微藻是光合效率最高的原始植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24h内，微藻所含生物质可以翻倍，在其“指数生长期”内其生物量翻倍时间可以缩短到3.5h。②微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养，因此微藻可以不同农作物争地、争水。③产油率高，微藻干细胞的含油量可高达70％，微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微藻可大量积累油脂，是最有前景的产油生物。④微藻的培养需要利用工业废气中的CO₂，缓解温室气体的排放，也可以吸收工业废气中的氮O_x，减少环境的污染。⑤生产微藻生物柴油的同时，还可以生产相当数量的微藻生物质，还可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品。

微藻可分为原核藻类和真核藻类，原核藻类以蓝藻为主，含叶绿素a、不形成细胞器、能进行光合作用，细胞中蛋白质含量高，可达干重的70%，脂肪含量低，为5%左右；真核藻类种类比较多，是主要的生物燃料藻种的来源。常见的微藻主要归于以下八个门类：硅藻门（Bacillariophyta）、绿藻门（Chlorophyta）、金藻门（Chrysophyta）、蓝藻门（Cyanophyta）、甲藻门（Pyrroptata）、红藻门（Rhodophyta）、隐藻门（Cryptophyta）和黄藻门（Xanthophyta）。其中，硅藻门、绿藻门和金藻门是最具潜力的生物柴油藻种来源。

微藻高效规模化养殖技术，即通过研究开发微藻规模化养殖的新设备与新工艺来高效、低成本地获得微藻生物量，是微藻生物技术的核心之一。影响微藻生长的因素很多，主要有光、营养盐、CO₂、pH、温度和O₂等，这些因素在微藻规模培养过程中所产生的影响尤为突出。研究表明，微藻的生长及脂类物质的含量与光照、氮、磷和温度等培养条件密切相关。不同藻类生长和积累脂类物质的培养条件不尽相同，应该根据不同的藻种确定最佳培养条件，提高生长速率和油脂含量。微藻的养殖需要有充足的阳光、CO₂、水和无机盐，温度通常要控制在20～30℃，pH值通常在近中性（pH值为5～9），养殖介质必须能够提供组成微藻细胞的无机元素，如氮、P、K、Si、Fe等。

如何高效率、低成本地采收微藻一直是微藻生物技术中的难题，主要原因是：微藻个体微小（通常小于20微米）且藻液浓度很低（在采收浓度下，通常不到藻液质量的3‰）。现有的微藻采收方法主要是絮凝法、过滤法、离心法和沉降法。其中，絮凝法、过滤法和离心法的工艺较复杂、成本较高。沉降法具有操作简便、节省能源等优点，如CN101748068公开了一种微藻收获方法，该方法利用重力学原理，针对高密度连续培养光合生物反应系统进行不完全收获，对于浓度大于10⁷个每毫升的藻液（相当于OD₆₈₀=1.0），沉降率一般可达60%以上，沉降后分离出的上层清液返回光反应系统继续利用，对于不容易沉降的微藻，需要使用pH调节剂将藻液pH调节至强碱性，使微藻产生自絮凝以加快沉降。该方法仍存在以下不足：①对于直径较小的微藻，调节pH强碱性使其自絮凝，会导致成本的增加并影响微藻的活力，不利于循环利用藻种；②某些情况下，轻微的扰动就会使微藻重新分散，不利于分离沉降后的清液。

在微藻养殖过程中，微藻沉降会导致生物量积累变慢、生长效率降低等问题，现有方法是采用搅拌、曝气等手段让藻液流动以避免微藻沉降，从而保证微藻的顺利生长，然而这必然造成较大的能耗和物耗，导致微藻养殖成本的上升。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种微藻的采收方法，解决现有微藻沉降采收方法中存在的问题。本发明的目的之二是提供一种微藻的养殖和采收方法，既能解决微藻养殖过程中的微藻沉降问题，又能提高微藻沉降采收的效果。