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技术方案

本发明专利技术涉及微藻培养领域，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及微藻培养领域，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。
技术介绍
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Kirroliaetal(RenewableandSustainableEnergyReviews20：642–656)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
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术提供了一种兼养-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。本专利技术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。本专利技术第二方面提供一种兼养-自养联合培养光合微生物的系统，该系统包括：用于光合微生物兼养培养的第一反应器和用于光合微生物自养培养的第二反应器，其中，第一反应器包括第一光照装置和第一通气装置，所述第二反应器包括第二光照装置和第二通气装置，所述第二反应器为开放式或封闭式的光生物反应器；所述第一反应器的排气口与所述第二反应器的第二通气装置连通，以使得所述第一反应器排放的气体作为第二通气装置的气源。本专利技术第三方面提供了一种生产生物质的方法，包括采用上述方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。本专利技术第四方面提供了一种生产生物能源的方法，包括采用上述方法培养光合微生物。本专利技术提供的方法利用兼养培养来强化自养培养过程，有利于大规模、低成本、高效率的培养光合微生物。在本专利技术的一种实施方式中，可以利用兼养培养实施高浓度光合微生物的自养培养，进而提高兼养所得的光合微生物的品质。具体地，本专利技术能够获得如下优势：(1)本专利技术通过收集、利用兼养过程的排气为自养过程提供气源，可以强化自养培养过程，提高自养培养的生产效率；利用阳光进行自养培养可以降低生产光合微生物的成本。(2)已发现通过兼养本身改善光合微生物的品质效果有限，本专利技术通过收集、利用兼养过程的排气为自养过程提供气源，从而可以实施高浓度或较高浓度下光合微生物的自养培养，显著提高了兼养所得光合微生物的生物质品质，从整体上提高了光合微生物的生产效率，有利于大规模、低成本、高效率的生产光合微生物。(3)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，本专利技术通过收集、利用兼养过程的排气为自养过程提供气源，既实现了对兼养排放的CO2的原位生物固定，又克服了空气中CO2含量相对不足对藻细胞自养生长的抑制作用，从整体上进一步提高了有机碳源的综合利用率、降低了碳排放。附图说明图1是本专利技术的例子中发酵罐的小球藻生长曲线。图2是本专利技术的例子中管式反应器的小球藻生长曲线。图3是本专利技术的例子中发酵罐的小球藻随时间的叶绿素a/干重值变化曲线。图4是本专利技术的例子中管式反应器的小球藻随时间的叶绿素a/干重值变化曲线。图5是本专利技术的例子中发酵罐的小球藻随时间的pH值变化曲线。图6是本专利技术的例子中管式反应器的小球藻随时间的pH值变化曲线。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术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。本专利技术第二方面提供一种兼养-自养联合培养光合微生物的系统，该系统包括：用于光合微生物兼养培养的第一反应器和用于光合微生物自养培养的第二反应器，其中，第一反应器包括第一光照装置和第一通气装置，所述第二反应器包括第二光照装置和第二通气装置，所述第二反应器为开放式或封闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼养-自养联合培养光合微生物的方法，其特征在于，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼养-自养联合培养光合微生物的方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，将部分所述第一培养液送至第二反应器中，在稀释或未稀释的状态下培养；同时，将剩余部分的第一培养液继续在第一反应器中进行新一轮的兼养培养，如此循环；
优选地，所述第一通气的通气量为0.1-10L/(L·min)，优选为0.2-5L/(L·min)；所述第一通气采用的是含氧气体，所述含氧气体为空气或富氧空气。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二通气的通气量为0.1-10L/(L·min)，优选为0.2-5L/(L·min)。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第一光照的光照强度为5000-50000lux，优选为10000-20000lux；
所述第二光照的光照强度为5000-100000lux，优选为10000-30000lux。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊英，荣峻峰，程琳，李煦，管炳伟，郄凤翔，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11