[发明专利]一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法以及培养装置

说明书

技术领域：

本发明属于微藻培养领域，具体涉及一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法以及培养装置。

背景技术：

微藻，作为一种原始的自养型单细胞生物，和高等绿色植物相比，拥有极高的繁殖速度和光合作用效率。同时以其不占用耕地，水质要求低等优点，成为继玉米之后第三代生物能源原料。尤其是油脂含量在40％以上的富油微藻的藻种资源筛选及开发利用日益受到人们的关注。同时，一些微藻拥有极高含量的藻蓝蛋白，虾青素等极高附加值产品。因此能源及高附加值资源微藻的大规模开发利用具有极好的发展前景。

目前成本过高是阻碍微藻产业大规模发展的一个重要因素。这些成本包括优质藻种资源的筛选和保育，微藻培养成本，微藻采收成本，产品提取和后续加工成本等。其中微藻培养成本在整个产业链成本中占重要部分。因此寻找一种节能高效绿色环保可持续的培养模式对降低微藻生产成本乃至整个微藻能源和其他产品产业链都是至关重要的。

随着全民环保意识的提高，农作物废弃秸秆、废弃木柴及家禽牧畜的粪便等多被用来沼气发酵。一方面减少了农作物秸秆直接燃烧引起的大气污染和资源浪费，另一方面家禽牧畜粪便的利用也防止了直接排放引起的水体污染。但沼气发酵的产物包括沼气、沼液和沼渣三部分。除沼气外，沼液中也含有大量的氮磷及其他微量元素，具有很高的利用价值。而目前对沼液的处理多是直接排放或农田灌溉。这样的处理方式不仅会引起土壤板结还会造成地下水污染等其他环境问题。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供一种将沼气发酵与微藻培养耦合的方法。

本发明的将沼气发酵与微藻培养耦合的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、沼气发酵获得沼气和沼液；

b、沼液经过滤去除固体颗粒，稀释后作为微藻的培养基，装入微藻培养反应器中，作为微藻培养的培养基，沼气作为碳源通入微藻培养反应器中的微藻培养液的底部，在光照条件下进行培养，沼气中含有甲烷、一氧化碳和一氧化氮等可燃气体外，还含有50-70％的二氧化碳，这些二氧化氮不可燃烧且会降低沼气的品质，以沼气中的二氧化碳作为碳源，利用微藻去除二氧化碳，不但为微藻生长提供了碳源还纯化了沼气，从微藻培养反应器出来的沼气已经去除二氧化碳，经干燥去除水蒸气后供使用，如用于燃烧、照明等用途；

c、到微藻收获时，经脱水处理得到藻泥和培养液，藻泥进行生物油脂、藻蓝蛋白及其他高附加值产品的提取，提取后剩余的藻渣和培养液作为沼气发酵物料进入沼气池中进行沼气发酵。

所述的脱水处理可以是经气浮或/和絮凝得到藻泥和培养液。

沼气发酵用于生产沼气，同时解决农作物废弃秸秆，家禽牧畜及微藻提油残渣的处理问题，发酵所得沼液也可进入微藻培养系统。

所述的沼液经过滤去除固体颗粒，稀释后作为微藻的培养基，沼液的稀释比例以当时当事的沼液而定。因为不同的发酵原料、发酵时间、甚至发酵菌群都会对沼液中的氮磷含量产生影响，同时，不同种属的微藻对培养基中的氮磷绝对含量和比例也各有不同，不一而足。

从微藻培养反应器出来的沼气由于含有少量水蒸气，因此经过简单干燥后即可作为优质沼气用于燃烧和照明等用途。

沼液提供氮源、磷源及其他微量元素，沼气中的二氧化碳作为碳源，以太阳能为能源进行培养。同时，沼气的通入引起的扰动可使营养物充分混合，光源也得到充分利用，不必提供额外的动力进行搅拌。

提取后剩余的藻渣富含C，N，P等多种元素，且属于破碎的细胞残渣，极易降解发酵，因此可以作为优质的沼气发酵物料进入沼气池发酵。

本发明的第二个目的是提供一种将沼气发酵与微藻培养耦合的培养装置，其特征在于，包括沼气发酵系统、过滤系统、微藻培养反应器、生物柴油提取器、除湿器，沼气发酵系统的底部经沼液输送管道与过滤系统的入口相连，过滤系统的出口经培养液输送管道与微藻培养反应器相连，过滤系统的残渣出口经残渣输送管道与沼气发酵系统的上部相连，在沼气发酵系统的上部设有沼气输送管道，该沼气输送管道通入微藻培养反应器的底部，沼气除作为碳源提供二氧化碳供微藻生长外，还可对藻液进行鼓动，起到搅拌的效果，在微藻培养反应器的上部设有纯化沼气输送管道与除湿器相连，除湿器再经沼气利用管道与沼气使用设备相连，在微藻培养反应器的底部经藻液输送管道与生物柴油提取器相连，生物柴油提取器的提油残渣出口经藻渣输送管道与沼气发酵系统相连，微藻培养反应器上部还连有稀释用水管道。