[发明专利]兼养-自养联合培养光合微生物的方法和系统以及生产生物质和生物能源的方法

说明书

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及兼养‑自养联合培养光合微生物的方法和系统以及生产生物质和生物能源的方法。所述培养光合微生物的方法包括：将光合微生物送至第一反应器中在第一光照和第一通气下进行兼养培养；同时，将光合微生物送至第二反应器中在第二光照和第二通气下进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一反应器排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二反应器为开放式或封闭式的光生物反应器。本发明的方法利用兼养培养来强化自养培养，有利于大规模、低成本、高效率的培养微藻。

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及兼养-自养联合培养光合微生物的方法和系统以及生产生物质和生物能源的方法。

背景技术

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，其包括自养培养、异养培养和兼养培养三种培养方法。其中，自养培养主要是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。异养培养是利用有机碳源的生长方式，生长速率可以提高十几倍甚至几十倍，主要在发酵罐中进行养殖。兼养培养是可以同时利用光能和有机碳源中的化学能进行生长，同时利用CO₂和有机碳源进行生长，生长速率高于自养和异养。微藻光能兼养也称为混合营养培养，能促进许多微藻的生长及其蛋白质的合成，同时因其具有缩短培养周期、实现细胞高密度培养的优点，已成为微藻培养的新技术，在生产和经济上具有重要意义。

成本是微藻养殖的核心问题，微藻异养或兼养养殖过程中需要条件有机碳源，有机碳源是微藻异养或兼养养殖成本中较大的一部分费用。为了降低微藻的生长成本，国外学者研究了葡萄糖、醋酸、乳酸、甘油、甘氨酸等对微茫藻、三角褐指藻、蛋白核小球藻、螺旋藻等生长的影响及生物活性物质的积累，研究结果表明，适当浓度的可溶性有机物有利于微藻的生长和活性物质的积累。2013年时Kirrolia et al(Renewable and SustainableEnergy Reviews 20：642–656)对开放式跑道池、光生物反应器和传统的发酵罐三种不同养殖模式下微藻的成本进行了对比，对比结果表明，三种养殖模式下生产单位质量的油脂的成本分别是7.64美元、24.6美元和1.54美元，生产单位质量的微藻生物质的成本分别是1.54美元、7.32美元和1.02美元。虽然微藻在发酵罐中养殖需要添加有机碳源，但生产成本并未提高，这可能是由于，微藻在发酵罐中高效率生长，缩短了微藻生产周期，减小了生产单位质量微藻的人工费、设备折旧费、占地费等其它费用，从而降低了微藻生产成本。

自养与兼养各有优势，也存在着各自的问题。兼养利用化学能和光能培养，积累生物质的速度快，但也带来生物质品质下降的不足。尽管兼养对有机碳源的综合利用率比异养更高，但仍会释放出大量的CO₂。虽然兼养也提供光照条件，但对改善生物质品质的效果有限。自养利用免费的阳光，吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，是十分重要的培养方式。

前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解并说明现有技术的不足，其可以包括不属于现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的之一是通过强化光合微生物的自养过程，提高光合微生物的生产效率，减少光合微生物兼养过程的碳排放。本发明的目的之二是实施高浓度光合微生物的自养培养，改善兼养所得光合微生物的生物质品质。为此，本发明提供了一种兼养-自养联合培养光合微生物的方法和系统以及生产生物质和生物能源的方法。

本发明一方面提供一种兼养-自养联合培养光合微生物的方法，该方法包括：将光合微生物送至第一反应器中在第一光照和第一通气下进行兼养培养；同时，将光合微生物送至第二反应器中在第二光照和第二通气下进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一反应器排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二反应器为开放式或封闭式的光生物反应器。