[发明专利]利用阳光培养光合微生物的装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用阳光培养光合微生物的装置,包括：(1)由柔性透明薄膜袋构成的封闭养殖空间，所述封闭养殖空间被纵向分隔成10mm～200mm宽的沿上下方向延伸的小空间，这些延伸的空间在其顶部和底部相互连通，且位于两侧的小空间下部的宽度大于上部的宽度；(2)若干用于气体和液体输送的出入口；(3)位于所述封闭养殖空间底部的曝气装置；和(4)用于固定和/或支撑所述封闭养殖空间的支架。本发明还涉及使用该装置培养光合微生物的方法及生产生物质、生物能源的方法。本发明的装置和方法更适合大规模、高效率地培养光合微生物。

技术领域

本发明涉及利用阳光培养光合微生物的装置及方法，特别涉及利用阳光大规模培养光合微生物的装置及方法。

背景技术

光合微生物是一类能够利用光进行光合作用的生物，例如光合细菌和微藻。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有望同时达到替代化石能源、减少CO₂排放等目的。由于微藻具有极高的生产效率，所以近年来得到人们的广泛关注。微藻的另一个特点是许多微藻种类，例如小球藻、栅藻、单针藻、螺旋藻等,不仅可以利用光能自养培养，还可以利用有机碳源如葡萄糖进行化能异养培养，还可以同时进行光能自养与化能异养的兼养培养。当微藻进行异养或兼养培养时其效率远高于自养培养，尤其是对于微藻的兼养培养，可以同时利用光能和有机碳的化学能，高效地生产特定的微藻生物质，如油脂、蛋白质、多糖等，具有十分重要的意义。

自养或兼养培养的光源可以是阳光，也可以是人工光源。利用阳光在室外培养可以降低生产成本，但受自然条件的影响大，特别是光照强度不稳定，难以控制，在光照不足时的生产效率低；人工光源的光强可根据需要设置，但能耗较大，一般仅用于实验室研究或小规模生产，不适合生产生物能源。

光合微生物一般在光生物反应器(或装置)中进行培养。光生物反应器目前主要有开放式和封闭式两种类型。

开放式光生物反应器中最为典型的是跑道池，它是目前广泛应用的培养微藻的装置，其结构为带有浆轮的跑道型浅池，池中盛放养殖的藻液，池中藻液的厚度一般为15cm～30cm，藻液需要在跑道池中快速地流动，藻液流动的线速度一般为30cm/s～200cm/s，藻液在浆轮的驱动下沿着跑道池流动，接受阳光迅速生长。开放池的优点是结构简单、成本低、易于放大，缺点是微藻生长的效率较低、藻液浓度低(最终藻液的光密度值一般小于2)，且由于开放的缘故，培养过程中易遭受敌害生物的侵袭，微藻的生长条件无法精确控制，水分蒸发大等。开放池反应器无法使用异养或者兼养的方法养殖微藻，因为这种方式无法控制藻液中的微生物污染。

封闭式光生物反应器有各种形式，其根本特征是将培养液“封闭”在一个透光的空间中，避免外部环境的物质进入培养系统，比如避免敌害生物的侵袭，同时能够精确控制各种培养条件，从而得到更好的培养效果。封闭式光生物反应器的几何形状和设计结构是影响其性能的关键因素，现有技术中封闭式光生物反应器的设计形式主要包括管道式、平板式、柱式(或者吊袋式)三种。早期人们广泛采用管道式光生物反应器，其优点是比表面积较大，但存在氧解析困难、难以清洗、机械力损伤等问题，同时放大困难，造价较高，并不适于大规模养殖微藻。柱式光生物反应器解决了氧解析困难的问题，但存在放大时光照不充分的问题。平板式光生物反应器的基本形状和结构通常为采用各种形式支撑并连接的两块垂直的透光平板夹成的培养空间，具有比表面积大、混合均匀、氧解析容易等优点，例如CN100587054C、CN101709264B，以及WO2005/006838中公开的设计。