[发明专利]一种微藻高效固碳装置与营养物补充控制方法

权利要求书

1.基于微藻高效固碳装置的营养物补充控制方法，所述微藻高效固碳装置，由光生物反应器主体、营养物离子监测系统和营养物离子补充系统组成；

所述光生物反应器主体提供微藻生长所需的环境；

所述营养物离子监测系统与光生物反应器主体连接，对抽滤后的微藻上清液进行监测，实时获取其中的营养物离子浓度；

所述营养物离子补充系统与营养物离子监测系统连接获取监测结果，并根据监测结果向光生物反应器主体补充营养物，以延长微藻的快速生长期，延缓进入死亡期；

其特征在于，将微藻生长周期根据营养物消耗和比生长速率变化分为环境适应期、快速生长期、慢速生长期和死亡期四个阶段，通过监测光生物反应器主体内的微藻溶液中的营养物离子浓度判断微藻生长所处阶段，在快速生长期结束时加入新的营养液，对微藻进行营养物补充，从而延长微藻的快速生长期，延缓进入死亡期，尽可能地使微藻保持在快速生长的状态；

其中，采用基于Haldane-Like Model优化后的微藻生长动力学模型，选取营养液中的主要成分硝酸根离子即氮盐和磷酸根离子即磷盐作为模型的影响参数，通过模型计算微藻比生长速率随时间的变化曲线，再确定对应的补充策略；

根据四个阶段微藻生长规律的不同，采用数值模拟的方法对微藻生长周期进行拟合，获得从快速生长期到微藻死亡期的微藻生长动力学模型，该模型结合营养物浓度对微藻生长的抑制和限制作用，构建微藻比生长速率曲线，将微藻从初始生长到达到最高比生长速率的时间记为A小时，微藻从初始生长到死亡的时间记为B小时，营养物补充方法为：在初始时加入浓度为0.2BC的BG11培养基，进行微藻培养，第一次的补充时间为24+A小时，此后每隔A小时进行营养物的循环补充，每次的营养物补充量为(A/B)BC的BG11培养基；

其中，基于Haldane-Like Model优化后的微藻生长动力学模型，微藻的比生长速率表示为下式所示：

式中，μ表示微藻比生长速率，μ_max表示最大比生长速率，S_N、S_P表示微藻溶液中氮、磷元素的浓度，K_S,N、K_I,N、K_S,P、K_I,P为通过实验拟合获得的参数；

微藻生长量与营养物消耗量成正比，记为Y，由下式表示：

其中X₁、X₂表示不同时刻的微藻生物量浓度，S₁、S₂表示不同时刻微藻溶液中的营养物浓度；

采用最小二乘法进行优化，优化参数为实验值与模拟值的方差：

其中D表示方差，X_sim和X_exp分别表示同一时刻下模拟和实验所获得微藻生物量浓度，N表示总的点数，当方差最小时，记录优化的参数。

2.根据权利要求1所述营养物补充控制方法，其特征在于，所述微藻生长周期中，接种后的24小时微藻处于环境适应期，在此阶段内微藻营养物几乎没有消耗；随后进入快速生长期，微藻的比生长速率和营养物的消耗速率均有明显的提升，此阶段营养物大量消耗，最终达到原有营养物浓度的50％±5％；在比生长速率曲线和营养物消耗曲线出现明显的平缓趋势时，微藻结束快速生长期，进入缓慢死亡期，此阶段营养物消耗速度较慢，最终达到原有营养物浓度的35％±5％；最后，在微藻生长速率出现下降时，微藻进入死亡期，营养物浓度不再降低。

3.根据权利要求1所述营养物补充控制方法，其特征在于，所述营养液(6)为商用BG11培养基，补充时以BG11培养基的浓度作为基础浓度，浓度记为1BC，对应稀释X倍数的BG11培养基，浓度记为1/X BC。