[发明专利]多层式微藻固定化培养光生物反应装置

说明书

技术领域：

本发明公开了一种多层式微藻固定化培养光生物反应装置，涉及微藻培养系统领域。

背景技术：

世界能源危机不断推动新的替代能源出现，其中包括以微藻生物油为原料的生物柴油。微藻种类繁多、能够进行光合作用，并且广泛分布于陆地和海洋之中，是制造生物柴油的理想原料。微藻能够将CO₂转化成潜在的生物能源、食品、药品以及作为饲料，被誉为“直接由太阳驱动的生物工厂”。利用微藻能够制造多种生物燃料，包括由微藻生物质的厌氧消化作用产生的甲醇，对微藻油进行酯基转换所得到的生物柴油，以及通过生物光合作用产生的氢气。伴随着国际能源危机加剧，国际油价不断飙升，以及由于大量使用传统化石燃料造成的大气中CO₂含量升高，自然环境恶化等问题，人们对于低碳、环保的新能源的需求越来越迫切。微藻的生长极其迅速，24 h内其生物质就能够翻倍，在对数生长期内则只需要3.5 h。微藻的含油量能占到其干重的80%，含油量达到20-50%的也不在少数。总而言之，以微藻为原料制造生物柴油具有非常好的应用前景。

微藻的培养可分为悬浮培养和固定培养两种方式。悬浮培养是指微藻细胞在液体环境中不吸附在载体上自由生长；而固定培养则是指微藻细胞吸附在特定载体如泡沫、海绵等的培养方式。因此发展出了相应的生物反应器系统。悬浮培养方式经过多年研究，已经能够达到比较高的生物质产量，但是却存在光能效率低，放大培养潜力不足的问题。

固定培养的发展初衷是针对污水处理中如何快速将处理后的污水与微藻生物质分离这一问题，而这一概念发展至今已经转变为如何实现在微藻的培养过程中减少收获的难度。最具有典型代表的是Algae Turf Scrubber（ATS）系统。该系统中的微藻固定在载体上，培养液从微藻生物质上流过；在收获阶段只须将微藻从载体上刮下即可。另外，该系统能够实现扩大培养。将该系统同时用于产油微藻的培养已经取得一定成果。除了ATS系统，人们针对微藻吸附的载体也进行了广泛的研究，例如使用孔径为0.45 μm的纤维滤纸作为微藻吸附的载体，在户外培养中获得了50-80 g m^-2 d^-1的生物质产量；以微藻在水泥表面形成生物膜作为培养方式，获得了96.4 kg/m²的总生物质产量，含油率达到26.8%。

因此，固定培养以其占地面积少、收获方便、对液体培养液需求量少等优点，已经成为微藻研究领域的一个重要方向。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于微藻固定化研究的光生物反应器装置，该用于微藻固定化研究的光生物反应器装置结构简单、组装灵活、维护方便，且能够适应微藻固定化培养研究中所需的各种培养条件，适用于在实验室中对微藻固定化培养这一领域进行研究。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明用于微藻固定化研究的光生物反应器装置，其特征在于：包括可透光且具有微藻培养载体的多个培养容器8和供气系统A，所述供气系统A通过气管B将混合空气通入各培养容器8中。气管B连接有布气管6和进气管7。

上述培养容器中的培养载体10为对微藻细胞无毒或毒性轻微的硬质薄板材料，其以层叠平行的方式放置在培养容器中，放置间距在5cm到10cm之间。

上述培养载体的材料为塑料、金属、陶瓷、高分子聚合物中的一种或几种，厚度在2mm到5mm的范围内。

上述供气系统A包括有空气/CO₂混合室1、输往空气/CO₂混合室的空气管路11和输往空气/CO₂混合室的CO₂管路12，所述空气管路11输入端与空气供给装置3相连接，所述CO₂管路12输入端与CO₂供给装置2相连接。

上述空气管路11、CO₂管路12和气管B上均设有流量调节阀4和流量监测控制单元5。

上述培养容器为标量为500ml的透明玻璃烧杯。

上述各气管(具体是进气管7)通入各培养容器的底部，所述伸入培养容器中气管用于固定培养载体。

上述培养容器侧部设有光源9及光源控制装置，光源包括但不限于荧光灯、发光二极管、白炽灯；光源控制装置为定时开关装置，用于对光照强度和时间的调节。