[实用新型]核壳结构的表面生长式光合微生物培养板、培养单元及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及核壳结构的表面生长式光合微生物培养板和包含该培养板的培养单元及培养系统。

背景技术

光合微生物是一类以光为唯一的或主要能量来源而生长繁殖的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素可进行光合作用的微生物，微生物有着重要生物利用价值。据目前文献报道，藻类富含蛋白质，可以作为水产饵料或畜禽饲料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖等，这些物质往往是具有极高经济价值的生物活性物质，可以被用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。特别是通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化生产生物柴油被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。

微藻培养已有几十年历史，目前的工业化微藻培养为液体浸没式，以大量水作为微藻生活支撑介质。主要包括开放式培养池与密闭式光生物反应器(photobioreactor，PBR)两种形式。开放式培养池的优点在于建造和运行的成本较低。但由于开放池的光照面积/体积比较小，液体表面与下部混合较差，只有表层藻细胞能够接受较充足的光照，池底细胞往往难以接受到充分光照；其次，开放池培养运行水深较浅，一般只有10-30厘米，使得通气补碳时气液接触时间短，补碳效率低，培养液中溶解二氧化碳(CO₂)的不足，使光合作用受到限制；再一个是开放式升温慢，不能在短时间内升到酶活性最好的温度25℃，经常错失光利用的最佳时机；而在夜间开放式池内温度自然下降太慢，使藻细胞仍然保持旺盛的呼吸作用，将白天存储的能量消耗掉，故使藻细胞内有用的代谢物含量太低。因此开放池培养的细胞生长速度与培养细胞密度均较低，另外其占地还大。与其相比，PBR一般是采用透光材料(如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等)制成的细薄结构，由于光径小、培养体系光照面积/体积比较大，所以细胞光照较充分。同时，补碳气体与液体接触时间长，培养液溶解浓度较高，因而细胞生长速度与培养密度均较开放培养池高。但该类PBR通常造价昂贵、运行成本高、维护困难、难于大型化，产率在5～30g/m²/d，远远低于理论预测值100～200g/m²/d，达不到产业化的理论计算目标，光能利用率低这使微藻大规模培养实现产业化最重要的直接制约因素仍有待提高。

近年来，出现了一种半干式培养系统，已有专利报道，均采用滤纸、滤布、海绵、泡沫塑料、纤维织物(例如帆布)中的一种或几种作为基质材料，但是该类软质材料具备如下缺点：1)机械强度低，需要复杂的支撑，不合适大尺寸和空间高度上的放大，只能制成低矮细薄结构，2)表面湿度不均匀，微藻生长不牢固；并且3)不耐循环使用，需要经常更换，增加成本，4)容易掉落纤维等杂质；另外，5)这些柔性材料在作为培养板表面材料时，其生物兼容性、和耐化学腐蚀性等方面都具有一定局限性。6)采用这些材料作为表面生长式光生物反应器时，由于在竖直方向存在高度差，使靠近下方的静水压较大，渗水较快并产生积水，使微藻藻种很容易被冲洗掉(无法均匀地附着和生长)。因此目前此类培养系统没有进入大规划生产的可能。

鉴于现有技术的上述缺点，本实用新型拟采用一种新型的核壳结构的表面生长式光合微生物培养板、培养系统和培养方法。

实用新型内容

为克服上述缺点，本实用新型提供一种核壳结构的表面生长式光合微生物培养板，其包括：

设于外部的壳板，该壳板该壳板是由刚性渗水材料制成的多微孔板状结构；

填充芯，填充于该壳板内部，所述填充芯为保水渗水性材料。

根据上述方案，所述壳板为一种具有从内至外连通的网络状微型管路结构，该特殊结构使该壳板能够吸水、渗水，并产生自然的虹吸作用；减少培养液介质传递的能耗。

在一个实施方案中，所述壳板内形成至少一个槽道，所述槽道内填充所述填充芯。

在一个实施方案中，所述槽道包括多个，平行且纵向地贯穿所述壳板上、下两个端面，每两个槽道之间具有一个肋板，将两个槽道之间形成区隔。

在一个实施方案中，所述肋板是由该壳板一体成型，或为其他不透水的材质制作后，安装于该壳板内。

在一个实施方案中，所述壳板选择为以下材料中的一种或几种：透水陶瓷板水泥板、陶土烧制板、青砖板、红砖板及瓦材板。

在一个实施方案中，所述填充芯选择为以下材料中的一种或几种：分子筛、无纺布、高密海绵、棉布、高分子吸水树脂及聚氨酯吸水剂。

在一个实施方案中，所述填充芯的形态为条状、块状、粉末状、颗粒状、絮状或碎片状。