[发明专利]一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法

说明书

 

技术领域  

本发明属于微藻培养技术领域，具体涉及一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法。

背景技术  

近一个世纪以来，世界人口快速增长，工业飞速发展，资源消耗骤增。一方面，以石油、燃煤为代表的化石燃料过度开采，几近枯竭，能源短缺成为当今及以后社会的主要问题；另一方面，化石燃料大量消耗导致温室气体大量排放，自20世纪50年代起，CO2浓度水平和全球温度都有了明显的升高，加剧了地球温室效益，导致极端恶劣气候频发。因此，寻找可持续再生、环境友好的新型能源势在必行。

水资源短缺及水环境问题也是人类社会面临的严峻考验。随着人类社会经济活动的深入发展，大量含有氮、磷等污染物的工业废水排入水体，导致水体富营养化，引起藻类疯长、有害藻华频发，水质下降，严重威胁着人类饮水安全。太湖、巢湖、滇池以及三峡水库等湖库年年的藻类水华已经对相应区域人类活动构成严重影响。与此同时，全球 40%的国家与地区面临着缺水问题，水资源的可持续利用迫在眉睫。采用水体循环利用对减少污水排放、缓解水资源短缺具有重要意义。因此，研发高效、低廉、便捷的水质深度净化技术具有显著的应用前景。 

微藻可能是人类解决上述问题的终极出路。首先，微藻油脂含量较高，某些单细胞微藻可积累相当于细胞干重20%～70%的油脂，其是单位面积菜籽产油率的80倍，是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。其次，微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用效率高等特点，每年固定的CO₂大约占全球净光合产量的40%，能够有效吸收温室气体，缓解地球温室效应。同时，微藻生长过程中能够大量吸收水体中的氮、磷等污染物，只要有效采收，能够对污水进行高效净化。

但是，如何通过人工大规模培养技术高效、低廉地获得微藻生物量是微藻开发利用的关键。现在的微藻培养技术多集中于光自养体系，包括户外开放式养殖和各种光生物反应器，主要在陆地上进行，耗水、耗地、耗能、耗设备，增大了微藻培养成本，成为其规模化生产的主要颈瓶。我国大部分地表水均受到不同程度的氮、磷污染，尤其是淮河流域、长江流域等湖库水体富营养化极为严重，如何研发低成本微藻高效培养技术，既能降低水耗、减小能耗进而缩小成本，又能净化水体，吸收二氧化碳，减少环境污染压力，具有重要的应用前景。同时，我国海洋资源丰富，如果海上低成本微藻培养技术研发成功，将为微藻人工大规模培养提供广阔的空间，意义重大。 

发明内容  

本发明所要解决的技术问题是提供一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法。

临界层理论认为，在营养盐充足的情况下，藻类初级生产力与光合有效辐射成线性关系，而因呼吸作用、捕食、沉降等导致的藻类初级生产力损耗则沿水深方向为一定值；藻类净生产力为零点的深度称为光补偿深度，光补偿深度以上至水面称为真光层；自表面沿水深往下进行净生产力累加，净生产力累加值反映了水柱中藻类增长潜力，净生产力累加值在光补偿深度处达到最大，自光补偿深度以下逐渐减小，也存在一零值点，该点水深即为临界层深度，临界层深度以下，净生产力累加值小于零。

此外，水体因温度、盐度、泥沙浓度等影响，具有一定的水体垂向分层结构，靠近水面一层水体受光照、风扰动等影响，水体垂向掺混强烈，称为混合层，因藻类密度与水体密度差别较小，认为混合层内藻类垂向分布均匀。这样，混合层、真光层、临界层三层的相对关系，决定了水柱中藻类增长潜势。即：当混合层在临界层以下时，水柱中藻类净生产力累加值小于零，浮游植物生长受到限制，水华消失；当混合层居于真光层与临界层之间时，水柱中藻类净生产力较小，藻类增殖较慢；当混合层小于等于真光层时，水柱中藻类净生产力达到最大，浮游植物疯长。因此，只要保证水体始终在真光层以内，并提供充足的营养盐，限制浮游动物，就能使藻类迅速增长。

本发明提供能够在污染水上进行微藻培养的简易方法和装置。本发明能够利用人力将污染水体收集到围隔内进行微藻培养，使藻类利用天然水体（例如三峡水库）高溶解性二氧化碳及高营养盐进行繁殖，进而达到微藻便捷培养、污染水体净化、减排固碳等目的，大大缩小微藻培养成本。