一种带有幕墙形式立体构件的新型微藻培养系统技术方案

本发明专利技术提供了一种带有幕墙形式的新型微藻培养系统。所述新型敞开式培养系统以微藻户外大规模光自养培养常用的培养池为主体，在其中设置1个或多个幕墙形式的空间立体构件。通过泵等流体输送设备将培养池中的藻液输送至幕墙顶端的溢流槽，然后藻液通过重力作用从幕墙顶端溢流槽沿幕墙流至池子内。当藻液沿着幕墙流下时，藻液可以充分利用照射在幕墙上的阳光，提高池子中藻细胞充分接受光照的机会。该带有幕墙的新型跑道池可以有效地提高敞开式培养系统中藻细胞的光能利用效率、藻细胞生长速率及藻细胞密度，因此可大幅度提升敞开式培养池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种带有幕墙形式立体构件的新型微藻培养系统
本专利技术属于微藻生物
，涉及一种具有幕墙的新型的培养系统，可实现微藻光自养高密度、高产率及高效率培养。
技术介绍
微藻富含蛋白质、多糖、多不饱和脂肪酸和类胡萝卜素等多种高附加值物质，同时微藻具有吸收N/P元素及在培养过程中积累油脂的能力，因此，微藻在生物能源、生物固碳、环保、食品、饲料和医药等诸多方面具有广泛的应用。特别是近年来在生物能源方面，微藻被认为是最具应用前景的生物柴油等生物燃料制备的原料。光生物反应器是微藻光自养培养的核心装置。光生物反应器性能优劣直接影响微藻培养的细胞密度及产率。目前，用于微藻光自养培养的光生物反应器有封闭式和敞开式两种。封闭式光生物反应器主要有柱式、管式及平板式三种类型。相比敞开式光生物反应器，封闭式光生物反应器存在着投资、运行及维护成本高和反应器放大困难等问题，使得它们目前难以大规模应用于非高附加值微藻的光自养培养。封闭式光生物反应器目前主要应用于微藻的藻种培养以及高附加值微藻(如雨生红球藻)的培养或光诱导。当前，微藻大规模培养中应用最多的是敞开式培养系统，主要是敞开式跑道池，其次为敞开式圆池。相比封闭式光生物反应器，敞开式池子存在着结构简单、建造容易、操作方便及运行成本低等优点。然后，敞开式池子主要存在藻细胞密度低(通常藻细胞密度低于1.0g/L)及藻细胞生长速率慢等问题，其主要原因在于跑道池中藻细胞无法充分地接受光照，藻细胞对光能的利用效率低。光在藻液中沿着光程方向呈指数衰减，同时，藻细胞密度越高，光在藻液中衰减越严重。因此，池子中能充分接受光照的区域仅在藻液的表层。在低细胞密度条件下，能获得充分光照的藻液层(一般称光区)约为几个厘米，在藻细胞密度较高时，光区一般仅为几个毫米。目前，敞开式跑道池中藻液深度通常为15~30cm左右，因此，跑道池中大部分的藻细胞处于暗区(光强低于藻细胞生长所需的最低光强)，无法充分地接受光照，导致藻细胞无法进行有效的光合作用而快速生长。同时，跑道池中藻液流速较低，一般藻液处于层流状态，藻细胞在光区和暗区明之间的运动不显著(仅在蹼轮附近的藻液混合较为剧烈)，使得处于池底的藻细胞较长时间处于暗区，影响细胞的生长及其生理状态。由此可见，这些因素制约了跑道池中藻细胞的生长速率及藻细胞密度。敞开式跑道池最早由Oswald于1969年提出，一直沿用至今，主体结构几乎没有变化。有关跑道池的优化研究工作也很少见于文献报道。近年来随着微藻能源研究热潮的兴起，有关跑道池的研究逐渐增多。丛威等申请的“用于大规模培养微藻的低落差开放池及其使用方法和用途”的专利(CN101948740A)提供了一种可实现微藻浅层均匀培养的低落差开放池，同时将阱式补碳装置安置于开放池中，提高了开放池中藻细胞对CO2的吸收利用效率，且提高了藻细胞密度。刘天中等申请的“一种用于微藻规模培养的装置及培养方法”(CN102206570A)将敞开式跑道池与封闭式平板式或圆柱式光生物反应器串联形成耦合系统，可显著地提高了敞开式跑道池中藻细胞的生长速率，藻细胞密度及培养效率。刘天中等申请的“一种微藻培养装置及微藻培养方法”(CN 102382755A)将敞开式跑道池与培养液贮罐相互串联形成耦合系统，培养液贮罐实为补碳装置及藻细胞暗区提供场所。申请者称这种强制实现藻细胞在光照的跑道池及光暗的贮罐循环的方式可以改善藻细胞在传统跑道池培养过程细胞明暗混合差、光能利用率低、气体充气补碳等困难，可明显提高微藻的培养效率。张成武等的“一种跑道池光生物反应器”(CN 202246641U)和“一种实现微藻规模化培养的跑道池光生物反应器”(CN 102304462A)提出了一种组合式跑道池光生物反应器将“藻液喷淋技术”和“地冷技术”等应用于跑道池。申请者称这种组合式跑道池提高了藻细胞的光合效率，解决了培养液降温等问题，可有效实现微藻的低成本、高密度及规模化培养。 上述研究者对敞开式跑道池的改造及优化工作，在一定程度上解决了跑道池存在的缺点，提高了跑道池的性能，提高了藻细胞在敞开式跑道池中的生长速率及藻细胞密度。为了更大程度地提高跑道池性能，提高藻细胞对光能的利用效率、藻细胞生长速率以及单位面积土地的微藻产率。因此，本领域仍然需要一种能够使得藻细胞充分利用光能的跑道池，解决池子中藻细胞受光不充足，藻细胞在光区和暗区转换频率慢等问题，提高藻细胞的光合作用效率，提高藻细胞的生长速率及密度，大幅度提高单位面积土地的微藻产率。
技术实现思路
本专利技术以使得培养池内的藻细胞能充分利用空间接受光照，增加藻液的受光面积，提高藻液的受光通量及藻细胞的受光几率，提高藻细胞在光照和光暗区域的转换频率为设计理念。本专利技术的目的是提供一种可使得藻细胞充分接受光照的带有立体空间构件的新型培养系统，用于微藻的高效率、高密度及规模化培养。具体而言，本专利技术提供了一种用于微藻培养的敞开式培养系统，所述培养系统包括:培养池；和幕墙形式的空间立体构件；其中，所述的立体构件包括幕墙主体以及幕墙顶部的溢流槽。在一具体实施例中,所述培养系统还包括藻液输送设备和藻液输送管道。在一具体实施例中，所述幕墙主体由幕墙骨架及固定或覆盖在骨架上的幕墙材料组成。在一具体实施例中，所述幕墙形式的空间立体构件的形状为长方体、圆柱体、半圆体、椭圆体或球体。在一具体实施例中，所述溢流槽具有开孔，以允许藻液流出溢流槽，沿着幕墙流入培养池中，且其中各开孔的大小可独立调节。[0021 ] 在一具体实施例中，所述幕墙材料选自透明或不透明的材料制成。在一具体实施例中，所述幕墙材料由透明材料制成，在所述幕墙主体中安装有人工光源。在一具体实施例中，培养池为跑道池或圆池。本专利技术提供一种微藻培养方法,所述方法包括:使在培养池中培养的藻液流过置于培养池中的幕墙形式的空间立体构件，从该空间立体构件上沿该构件的幕墙流下，流入培养池中；其中，所述幕墙形式的空间立体构件包括幕墙主体以及幕墙顶部的溢流槽。在一具体实施例中，通过流量调节控制藻液在幕墙上的厚度，使得藻液厚度与阳光所能穿透的藻液厚度一致，这样在幕墙上流下的藻液可以充分地接受光照。在一个具体的实施方案中，通过藻液输送设备(如泵)和藻液输送管道将跑道池中的藻液输送到幕墙形式的空间立体构件顶部的溢流槽。在一个具体的实施方案中，所述幕墙主体由幕墙骨架及固定或覆盖在骨架上的幕墙材料组成。在一个具体的实施方案中，所述幕墙形式的空间立体构件的形状为长方体、圆柱体、半圆体、椭圆体或球体。在一个具体的实施方案中，所述溢流槽具有开孔，以允许藻液流出溢流槽，沿着幕墙流入培养池中，且其中各开孔的大小可独立调节。在一个具体的实施方案中，所述幕墙材料选自透明或不透明的材料制成。在一个具体的实施方案中，所述幕墙材料由透明材料制成，在所述幕墙主体中安装有人工光源。在一具体实施例中，培养池为跑道池或圆池。本专利技术还提供幕墙形式的空间立体构件在微藻培养中的应用，其中，所述幕墙形式的空间立体构件包括幕墙主体以及幕墙顶部的溢流槽，为长方体、圆柱体、半圆体、椭圆体或球体，所述幕墙主体由幕墙骨架及固定或覆盖在骨架上的幕墙材料组成，所述幕墙材料形成所述空间立体构件的侧面，藻液在所述侧面上流动。在一具体实施例中，所述溢流槽具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微藻培养的敞开式培养系统，其特征在于，所述培养系统包括：培养池；和幕墙形式的空间立体构件；其中，所述的立体构件包括幕墙主体以及幕墙顶部的溢流槽。

【技术特征摘要】
1.一种用于微藻培养的敞开式培养系统，其特征在于，所述培养系统包括: 培养池；和 幕墙形式的空间立体构件； 其中，所述的立体构件包括幕墙主体以及幕墙顶部的溢流槽。2.如权利要求1所述的培养系统，其特征在于，所述培养系统还包括藻液输送设备和藻液输送管道。3.如权利要求1所述的培养系统，其特征在于，所述幕墙主体由幕墙骨架及固定或覆盖在骨架上的幕墙材料组成。4.如权利要求1-3中任一项所述的培养系统，其特征在于，所述幕墙形式的空间立体构件的形状为长方体、圆柱体、半圆体、椭圆体或球体。5.如权利要求1-4中任一项所述的培养系统，其特征在于，所述溢流槽具有开孔，以允许藻液流出溢流槽，沿着幕墙流入培养池中，且其中各开孔的大小可独立调节。6.如权利要求3所 述的培养系统，其特征在于，所述幕墙材料选自透明或不透明的材料制成。7.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元广，黄建科，孙炳耀，沈国敏，王军，陈杰，王伟良，李淑兰，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海泽元海洋生物技术有限公司，嘉兴泽元生物制品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：