本发明专利技术公开了一种简易升流式光生物反应器体系培养微藻的装置及方法。首先利用锥形瓶在人工环境下活化单一藻种，以次氯酸钠溶液对升流式光生物反应器灭菌后将活化的藻种接种于反应器，同时向其中充入含有CO2的空气，在自然光照或人工光源照射下，微藻在光生物反应器内可迅速繁殖，最终达到快速生产微藻生物质的目的。与现有利用传统光生物反应器培养微藻的方法相比，本发明专利技术以次氯酸钠法对反应器进行灭菌处理，从而大幅降低了光生物反应器对材料、设备的苛刻要求，具有成本低、能耗小、效率高、可持续等特点。本发明专利技术涉及的微藻培养装置及方法在微藻基础研究、生物固碳、废物再利用等领域均具良好的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种简易升流式光生物反应器体系培养微藻的装置及方法，属于环境工程和生物工程领域。
技术介绍
微藻(Microalage)是对能够利用来自空气、废气、可溶性碳酸盐等各种碳源的CO2进行类似于植物细胞光合作用的单细胞和简单多细胞生物体类群的总称。微藻在食品、医药、能源、环境等诸多领域具有广泛应用。除利用空气中的CO2和HC03_离子外，许多研究基于空气中的CO2浓度过低考虑，使用含有高浓度CO2的空气混合气(CO2浓度范围为O. 5%-3%)为微藻提供碳源。研究发现通过含有高浓度CO2的混合气曝气可以显著地促进微藻的生长繁殖速率，且有时还可 以提高微藻的烃类、油质、β_胡萝卜素等副产物的含量。然而如果直接向培养池或培养瓶中通入高浓度CO2混合气，由于形成的气泡孔径较大且不匀从而造成CO2的利用效率较低。20世纪50年代起，密闭式光生物反应器在藻类培养的应用开始得到重视。采用光生物反应器为微藻提供CO2曝气能够显著提高CO2的利用效率，极大地提高微藻生长速率。目前用于藻类培养的光生物反应器种类主要包括泡柱式、平板式、气升循环式、发酵罐式四类。其中内环流气升式反应器在反应器中央设置导流装置，当气体进入导流筒后使反应器上升段内气液混合物的密度低于外部区域的密度，由此产生对液体的提升力，从而使液体形成环流。当藻细胞生长到一定浓度，由于光的衰减，在反应器中央的藻液上升区形成黑暗区，从而藻细胞在反应器内进行有规律的光暗循环，因此与常规的管式光反应器相比，气升式光反应器的光利用效率更高。气升式生物反应器比起管形装置更紧凑，从而更适合较大规模培养。截止目前，利用光生物反应器培养微藻获得最高生产效率是10 g/(L · d)，而绝大多数开放培养模式下微藻的生产效率都低于I g/ (L · d)。总体来讲，利用光生物反应器进行藻类培养的诸多优势，如条件可控、产量高、占地少等使其成微藻萄藻培养基础研究的必然选择。不过考虑到微藻在开放环境中可能会被生长速率更快的杂藻污染，目前已报道的升流式光生物反应器大都采用高温高压或微孔过滤灭菌，从而造成目前大多数升流式光生物反应器的结构复杂、运行条件苛刻，造成其构建和运行成本太高，限制了其在微藻商业化大规模生产实践中的应用。如果能采取措施避免这些灭菌操作或者找到一种低成本的灭菌方法，那么利用光生物反应器培养微藻的成本将会大幅降低，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术目的是提供。简易升流式光生物反应器体系培养微藻的装置包括CO2气瓶、空气压缩机、第一气体减压阀、第二气体减压阀、第三气体减压阀、CO2分析仪、气体混合箱、第一气体流量计、第二气体流量计、第三气体流量计、第一反应器罐体主体、第二反应器罐体主体、第一曝气头、第二曝气头、第一加温器、第二加温器；co2气瓶、第一气体减压阀、第一气体流量计、气体混合箱顺次相连；空气压缩机、第二气体减压阀、第二气体流量计、气体混合箱顺次相连；co2分析仪与气体混合箱相连；气体混合箱顺次通过第三气体减压阀、第三气体流量计后分别与第一曝气头、第二曝气头相连；第一反应器罐体主体内设有第一导流筒，第一反应器罐体主体上部设有第一排气口，第一反应器罐体主体下部设有第一排水口，第一导流筒的下部设有第一曝气头，第一加温器的下部伸入第一反应器罐体主体；第二反应器罐体主体内设有第二导流筒，第二反应器罐体主体上部设有第二排气口，第二反应器罐体主体下部设有第二排水口，第二导流筒的下部设有第二曝气头，第二加温器的下部伸入第二反应器罐体主体；第一反应器罐体主体和第二反应器罐体主体的外周设有多个人工光源，分别为第一光源、第二光源、第三光源。所述的简易升流式光生物反应器体系培养微藻的方法，步骤如下 1)将微藻首先接种于装有20mL人工培养基的50 mL锥形瓶中，并将锥形瓶置于摇床上，以人工光源提供光照，控制光强、环境温度和摇床转速，活化微藻，使微藻进入对数生长 期； 2)将活化后的微藻接种到装有40mL人工培养基的100 mL锥形瓶中按步骤I)所述的条件培养至藻液OD68tl达2. 0-2. 5时将60mL藻液接种到装有240mL人工培养基的500 mL锥形瓶中，按步骤I)所述的条件培养至藻液OD68tl达2. 0-2. 5时，获得300 mL处于对数生长期的微藻； 3)分别将150mL处于对数生长期的微藻接种到第一反应器罐体主体和第二反应器罐体主体，以含有O. 03%-25% CO2的CO2和空气混合气作为碳源，以纯净水配制的人工培养基或废水作为微藻培养液，以人工光源或太阳光作为光源，在温度为15-35 °C,光强为50-2000 PEm2S 1的环境条件下培养微藻,使微藻进入对数生长期； 4)CO2气瓶中的CO2通过第一气体减压阀、第一气体流量计进入气体混合箱；空气压缩机中的空气通过第二气体减压阀、第二气体流量计进入气体混合箱后与CO2气瓶输入的CO2混合后得混合气体；co2分析仪检测气体混合箱内的混合气体，控制混合气体中的CO2体积百分比浓度为O. 03%-20% CO2，混合气体通过第三气体减压阀、第三气体流量计、第一曝气头进入到第一反应器罐体主体，混合气体通过第三气体减压阀、第三气体流量计、第二曝气头进入到第二反应器罐体主体；第三气体流量计控制混合气体的流量O. 6 L/min ； 5)利用分光光度计检测第一反应器罐体主体和第二反应器罐体主体内微藻培养液最大吸收波长下吸收峰值变化状况，待微藻培养液于最大吸收波长下的吸收峰达到最大值时，停止第一曝气头、第二曝气头曝气，回收第一反应器罐体主体和第二反应器罐体主体上部微藻培养液，离心收集底部微藻细胞。所述的第一反应器罐体主体和第二反应器罐体主体利用2%_20%的次氯酸钠溶液进行灭菌和除杂藻处理。所述的步骤5)中回收微藻培养液前采用静置或添加絮凝剂方式使微藻与微藻培养液分离。本专利技术的有益效果 I、低能耗该方法成功避免了采用高温高压或微孔过滤(需要抽真空)所消耗的大量电倉泛。2、运行高效通过试验表明，该方法能够显著促进葡萄藻、小球藻、螺旋藻等微藻的生长繁殖速率，同时通过人工调控碳源、营养盐浓度等方法可以大幅提高微藻高附加值代谢物产量。3、环境友好除人工培养基外，还可以利用一些富含氮磷元素的污水作为营养源、以含有高浓度CO2的烟道气作为碳源培养微藻，从而起到净化环境的作用。4、操作简便该方法对装置和技术的要求较低，简化了传统内循环式光生物反应器的繁琐装置和方法流程，可提高微藻的生产效率，减少微藻高附加值产物的生产成本。5、省去蒸汽发生器等高温高压灭菌系统、微孔过滤系统等，同时以普通有机玻璃材质替代耐高温高压的精钢材质构建反应器主体，在保持反应器高效运行的前提下，使工作体积为3L左右的内循环升流式光生物反应器的构建成本由3-10万元降低至300-500J Li ο·附图说明图I是简易升流式光生物反应器体系培养微藻的装置的结构示意 图2是葡萄藻在锥形瓶中的生长曲线； 图3是葡萄藻在简易内循环式光生物反应器中的生长曲线。图中，CO2气瓶I、空气压缩机2、第一气体减压阀3. I、第二气体减压阀3. 2、第三气体减压阀3. 3,CO2分析仪4、气体混合箱5、第一气体流量计6. I、第二气体流量计6. 2、第三气体流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种简易升流式光生物反应器体系培养微藻的装置，其特征在于：它包括CO2气瓶（1）、空气压缩机（2）、第一气体减压阀（3.1）、第二气体减压阀（3.2）、第三气体减压阀（3.3）、CO2分析仪（4）、气体混合箱（5）、第一气体流量计（6.1）、第二气体流量计（6.2）、第三气体流量计（6.3）、第一反应器罐体主体（7.1）、第二反应器罐体主体（7.2）、第一曝气头（9.1）、第二曝气头（9.2）、第一加温器（11.1）、第二加温器（11.2）；CO2气瓶（1）、第一气体减压阀（3.1）、第一气体流量计（6.1）、气体混合箱（5）顺次相连；空气压缩机（2）、第二气体减压阀（3.2）、第二气体流量计（6.2）、气体混合箱（5）顺次相连；CO2分析仪（4）与气体混合箱（5）相连；气体混合箱（5）顺次通过第三气体减压阀（3.3）、第三气体流量计（6.3）后分别与第一曝气头（9.1）、第二曝气头（9.2）相连；第一反应器罐体主体（7.1）内设有第一导流筒（8.1），第一反应器罐体主体（7.1）上部设有第一排气口（12.1），第一反应器罐体主体（7.1）下部设有第一排水口（13.1），第一导流筒（8.1）的下部设有第一曝气头（9.1），第一加温器（11.1）的下部伸入第一反应器罐体主体（7.1）；第二反应器罐体主体（7.2）内设有第二导流筒（8.2），第二反应器罐体主体（7.2）上部设有第二排气口（12.2），第二反应器罐体主体（7.2）下部设有第二排水口（13.2），第二导流筒（8.2）的下部设有第二曝气头（9.2），第二加温器（11.2）的下部伸入第二反应器罐体主体（7.2）；第一反应器罐体主体（7.1）和第二反应器罐体主体（7.2）的外周设有多个人工光源，分别为第一光源（10.1）、第二光源（10.2）、第三光源（10.3）。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊稚，葛亚明，程海翔，杨治中，田光明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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