[发明专利]一种基于太阳能高效利用和半透膜技术的微藻培养系统

说明书

本发明提供了一种基于太阳能高效利用和半透膜技术的微藻培养系统，主要包括光伏电池组模块、光导管模块、微藻反应器装置模块。光伏电池板排布于房屋顶部，用于接收太阳光能，并转化为电能储存于蓄电池中；导光管将房屋顶部的太阳光导入至微藻培养腔室；导光管内部光强传感探头探测到光强不足时，可调控蓄电池放电，驱动LED灯条发光；微藻反应器装置中的微藻培养腔室与透明液体培养基腔室由半透膜分隔，控制液体培养基中氮磷等小分子无机营养盐在浓度差的驱动下，不断的向微藻培养腔室内扩散。该微藻培养系统实现了太阳光能的高效利用，能保证持续、稳定地为微藻细胞的生长提供充足的光能和氮磷等无机营养盐。

技术领域

本发明属于微藻生产领域，尤其涉及一种基于太阳能高效利用和半透膜技术的悬浮式微藻生产系统。

背景技术

微藻因具有分布广泛、光合作用效率高、生长速率快以及胞内生化组分多样性等优点，在能源、环保、大健康等领域具有广泛的应用前景。高效微藻培养系统的构建是获得大量微藻生物质的关键，也是当前该领域国内外学者关注的热点。

在微藻光自养培养系统中，光能、CO₂、氮磷等无机营养盐的供给是影响微藻细胞分裂增殖及胞内生化组分合成的重要环境因子。一方面，氮磷等无机营养盐是合成微藻细胞自身蛋白质、色素、ATP等组分所必需的元素，其在液体培养基中的量显著影响微藻细胞的生长状况。现有技术通常是在微藻培养过程的初始阶段，将氮磷等无机营养盐一次性全部溶解于液体培养基中，并被悬浮于液体培养基中的微藻细胞吸收利用。但是，若初始时刻添加的氮磷等无机营养盐的量太少，随着培养过程的进行，藻细胞数量增加，培养基中氮磷等无机盐浓度降低，低浓度的氮磷等无机营养盐不足以维持微藻细胞快速分裂增殖的需要，进而限制微藻细胞的生长。若初始时刻添加的氮磷等无机盐过多，会严重抑制微藻细胞的生长。因此，合理调控微藻培养过程中氮磷等无机营养盐的供给至关重要。

另一方面，光能是微藻细胞进行光合作用的能量来源，微藻培养系统内微藻细胞的受光状况是影响微藻培养系统效率的关键因素之一。然而，对于现有的悬浮式微藻培养系统而言，当外界光能入射至微藻细胞悬浮液中时，由于微藻细胞内色素对光能的吸收、微藻细胞颗粒及CO₂气泡对光能的散射，会产生严重的光衰减现象，微藻悬浮式培养体系内存在明显的光强梯度，远离光入射面的区域内微藻细胞因得不到充足的光照而使其生长受限，并最终影响微藻培养系统内微藻生物质的产量。因此，优化微藻悬浮培养体系内光能的传输与分布是提升微藻培养系统性能的有效方法之一。相比于人工光源所产生的巨大能耗，太阳光作为微藻培养系统的能量来源可显著降低微藻生物质的生产成本，但也存在受限于昼夜交替、当地气候变化等因素的缺点需要克服。

因此，需要构建一种能高效利用太阳能、持续稳定供给氮磷等无机营养盐的高效悬浮式微藻培养系统，以满足微藻培养系统内微藻细胞分裂增殖及胞内生化组分合成的需要，获得大量微藻生物质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于太阳能高效利用和半透膜技术的微藻培养系统及其运行工艺，以实现太阳光能的高效利用，并保证培养过程中光能、CO₂、氮磷等无机营养盐的持续、稳定、充足供应。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于太阳能高效利用和半透膜技术的微藻培养系统，主要包括光伏电池组模块、导光管模块、微藻反应器装置模块三部分。光伏电池板排布于房屋顶部，并通过电线与蓄电池连接；导光管的光接收端面安装在光伏电池板排布的间隙处，光出射端面安装在透明液体培养基腔室的上端面，导光管内部安装有光强传感探头，并通过电线与蓄电池连接；微藻反应器装置由微藻培养腔室与透明液体培养基腔室交错平行排布组成，其间由半透膜分隔；微藻培养腔室底部安装曝气器；透明液体培养基腔室上端面安装导光管的光出射端面，下端面安装LED灯条，并通过电线与蓄电池连接。