间歇通气的封闭式微藻培养方法技术

本发明专利技术涉及生物能源领域，具体公开一种间歇通气的封闭式微藻培养方法，包括在微藻培养的光周期和暗周期期间向气升式光生物反应器中通入气体，其特征在于，在微藻培养前期的光周期采用间歇通气，并且在微藻培养的其余时期采用连续通气。与现有技术中的连续通气方式相比，本发明专利技术的方法中采用间歇通气方式，达到近似连续通气的培养结果。从而明显降低能耗和碳源消耗，降低微藻培养的工业化成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物能源领域，尤其涉及采用间歇通气的封闭式微藻培养技术。
技术介绍
在化石能源日益枯竭、全球气候变暖的背景下，开展节能减排，发展循环经济，开发可再生能源，是今后科技与社会发展的重要方向。国内外许多研究者早已将目光投向了环境友好可再生能源，以替代化石能源。开发生物质能源是解决能源问题的有效途径。在诸多生物质能源中，微藻因其突出的优点而被认为是一种极具潜力的生物燃料原料，日益受到人们的青睐。美国、西欧、澳洲、日本和南非的政府和企业，也都投入了大量资金进行产油微藻的开发。其优点具体包括:微藻细胞增殖快、培养周期短、生物质产量高、所产油脂成分与植物油类似；且微藻富含大量蛋白质、多糖、色素和油脂等物质，可以广泛应用于饲料、食品、医药保健品、化妆品和可再生燃料等领域；可利用的培养基来源广泛，生长过程中可以固定二氧化碳；可利用盐碱地、沙漠和海域养殖，不与粮争地，不与人争粮，也可利用城市生活污水和工业废水等养殖，有利于环境治理。微藻生物柴油的技术手段在实验室已经被打通，但目前生产成本问题制约了微藻生物柴油的商业化。微藻生物质的获得是微藻生物能源成本的主要构成部分，因此降低微藻培养成本是推进其商业化进程的关键途径。微藻培养可分为敞开式和封闭式两种。敞开式微藻培养方式已普遍应用于商业化的微藻大规模培养中，但其局限性在于仅有少数几种微藻能够米用敞开式培养。对于要求温和培养条件、种群竞争能力较弱的微藻，只能采用封闭式光生物反应器培养；对于高卫生要求的微藻产品生产以及基因工程微藻都必须采用封闭式光生物反应器培养。与开放式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器具有以下优点:(I)无污染，能实现单种和纯种培养；(2)培养条件易于控制；(3)培养密度高，易收获；(4)适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于微藻代谢产物的生产；(5)有较高的光照面积与培养体积之t匕，光能和二氧化碳利用率较高；等等。因此，近年来国内外对微藻的封闭式光生物反应器培养的研制和开发利用较快，已实现了高密度商业化培养。目前封闭式光生物反应器有:管道式、平板式、柱状气升式、搅拌式发酵罐、立式吊袋和浮式薄膜袋等。并且国内外对微藻封闭式光生物反应器培养的研发，主要集中在反应器自身的设计和性能的优化，在微藻培养工艺方面的研发却很少。 例如，CN201110112849.4公开了一种微藻养殖封闭式反应器,该反应器可呈多层三维立体，内设循环隔板和环状通道，采用亚克力透明胶或玻璃制作。该专利着重解决了三个方面的问题:光源全方位补充；使藻液循环流动更趋合理，同时补充藻类所需的CO2 ;解决了在最短时间内维修、拆卸等方面的问题。此外，CN200910047898.7公开一种曝气式光生物反应器及其应用方法，结合了开放式和封闭式反应器的各自优点；CN200920029774.1公开一种气升式光生物反应器；CN201020282646.0公开一种多组鼓泡式光生物反应器；CN201110130733.3公开一种封闭式灌流式光生物反应器；CN200810039168.8公开一种气推式光生物反应器。在采用封闭式光生物反应器培养微藻时，通常向反应器中连续通入空气和二氧化碳的混合气体。这样可使微藻培养液混合更均匀，以便使藻细胞得到充分的光照；同时还可提供微藻生长所需的二氧化碳；以及解析出微藻在光照期产生的氧气，补充在微藻培养暗周期微藻呼吸作用所需的溶解氧。这样虽然可以得到较大的微藻生物量，但也消耗了大量的动力能源，提高了微藻的生产成本。可见,还需要开发一种新的微藻培养方式，以降低封闭式微藻培养的成本。
技术实现思路
本专利技术旨在改进现有技术中的封闭式微藻培养方法，以降低能耗、降低微藻培养的成本。本专利技术的技术方案为一种，包括在微藻培养的光周期和暗周期期间向气升式光生物反应器中通入气体，其特征在于，在微藻培养前期的光周期采用间歇通气，并且在微藻培养的其余时期采用连续通气。所述微藻培养前期优选为:微藻培养过程中，以球面光辐射测定仪测得光生物反应器中轴线中心点的光辐射强度高于5.SmEnT2s-1的时期。一些实施例中，，还可以在微藻培养的暗周期采用间歇通气。一些实施例中，每24小时的光暗周期内，所述光周期的时间为10至14小时。一些实施例中，所述通气速率可以为0.1至0.Svv4Iiiin'一些实施例中，所述光周期与所述暗周期期间，和/或所述连续通气与所述间歇通气可以具有相同或不同的通气速率。一些实施例中，每个暗周期的所述间歇通气可以包括间歇性通气I至9次，每次通气时间可以为I至10分钟。一些实施例中，在微藻培养前期的光周期的间歇通气中，每次通气的持续时间可以大于等于I分钟，并且间隔时间可以小于等于5分钟。一些实施例中，所述间歇通气可以包括以均匀时间间隔进行间歇性通气。一些实施例中，暗周期通入的气体为空气，光周期通入的气体为二氧化碳与空气的混合气，并且混合气中二氧化碳的体积百分数不高于3%。本专利技术在微藻培养的暗周期，以及微藻培养前期的光周期采用间歇通气方式，可达到近似连续通气的培养结果，与现有技术的连续通气相比，可以降低动力能耗和碳源消耗，降低微藻的工业化培养成本。【具体实施方式】微藻的培养通常是在光暗周期中进行，一般为24小时的光暗周期中包括光周期和暗周期，即反应器有光照的时间和反应器无光照的时间。其中微藻在光周期进行光合作用，消耗二氧化碳 产生氧气；并且在暗周期进行呼吸作用，消耗培养水体中的溶解氧。现有技术的微藻培养方法中，通常是在光周期和暗周期两者期间，均采用持续通气。光周期的持续通气可以混合微藻培养液，以使藻细胞得到充分的光照；提供光周期微藻光合作用所需的二氧化碳；解析出微藻在光照期产生的氧气。暗周期的持续通气则可以补充在微藻呼吸作用所需的溶解氧。然而事实上，在微藻培养前期的光周期，微藻细胞对光的利用率，以及光合作用的能力远低于培养后期，持续通气会造成能耗和气体(碳源)的浪费。微藻培养前期一般可以被定义为:在微藻培养过程中，以球面光辐射测定仪测得光生物反应器中轴线中心点的光福射强度高于5.5mEm_2s_1的时期。此外，在微藻培养的暗周期，微藻呼吸作用对溶解氧的消耗与光周期对二氧化碳的消耗程度存在差异，且暗周期也不需要持续混合微藻培养液。暗周期期间持续通气造成了能耗的浪费。基于此，本专利技术人研究了微藻培养前期光合作用对二氧化碳的消耗规律，以及微藻在暗周期呼吸作用中对溶解氧的消耗规律，光在微藻培养水体中的传递特征及藻细胞对光的利用特点，提出在微藻培养前期的光周期采用间歇通气方式，以及可以还在微藻培养的暗周期采用间歇通气的方式，以节约微藻培养的动力能耗和碳源消耗。本专利技术的原理大体如下:即在微藻培养前期的光周期期间，当受光照的藻细胞光合作用减弱，培养水体中的二氧化碳被消耗时，启动供气设备向培养水体中通入空气，使培养水体中的二氧化碳得到补充，并通过混合，使未受光照的藻细胞接收光照；当藻细胞得到充分混合，培养水体 中二氧化碳补充至饱和时，停止供气设备中断空气通入。此外，还可以在暗周期期间，当培养水体中的溶解氧被消耗时，启动供气设备向培养水体中通入空气，使培养水体中的溶解氧得到补充；当培养水体中溶解氧补充至饱和时，停止供气设备中断空气通入。本专利技术的封闭式微藻培养方法中，在微藻培养本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间歇通气的封闭式微藻培养方法，包括在微藻培养的光周期和暗周期期间向气升式光生物反应器中通入气体，其特征在于，在微藻培养前期的光周期采用间歇通气，并且在微藻培养的其余时期采用连续通气。

【技术特征摘要】
1.一种间歇通气的封闭式微藻培养方法，包括在微藻培养的光周期和暗周期期间向气升式光生物反应器中通入气体，其特征在于，在微藻培养前期的光周期采用间歇通气，并且在微藻培养的其余时期采用连续通气。2.如权利要求1所述的封闭式微藻培养方法，其中，所述微藻培养前期为:微藻培养过程中，以球面光辐射测定仪测得光生物反应器中轴线中心点的光辐射强度高于5.SmEnT2s-1的时期。3.如权利要求1所述的封闭式微藻培养方法，其中，还在微藻培养的暗周期采用间歇通气。4.如权利要求1所述的封闭式微藻培养方法，其中，每24小时的光暗周期内，所述光周期的时间为10至14小时。5.如权利要求1所述的封闭式微藻培养方法，其中，所述通气速率为0.1至0.Svv-1Iiiirf106....

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，章表明，朱希坤，李海龙，王大志，孙鸿曼，
申请(专利权)人：沈阳化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21