專利名稱：一體連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種微藻的連續培養方法，尤其是一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的裝置和方法。
背景技術：
微藻富含蛋白質、多糖、不飽和脂肪酸等營養成分(如螺旋藻)，可用于食品、醫藥方面；含有多種色素(如紫球藻)，可用于化裝品、生物工程和醫學診斷；可以大量積累碳氫化合物，碳氫化合物含量可占干重的49％(如鹽生杜氏藻)，直接用于發電；某些微藻可以固氮，可用作天然肥料(如魚腥藻)，通過營養控制可以作為優質餌料；某些屬的微藻還含有抗生素及毒素，極具藥用價值。微藻已成為食品、保健品、醫藥和精細化工的原料，顯示出巨大的市場潛力。
從目前的現狀看，微藻的產業化仍存在相當難度，主要因為工程化的問題沒有很好解決。在微藻培養中應用最廣泛的是開放池培養系統，它具有技術簡單、投資低廉等特點，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的大規模培養中取得了良好的效果。但它同時存在培養條件不穩定，單位體積產率低，下游處理成本高，不易保持純種培養等缺點。而用于微藻培養的光生物反應器尚處于開發研制階段，沒有形成產業化規模。制約微藻產業化發展的因素首先是一是培養密度低，通常在lg/L的數量級，優化工藝后可達到10-15g/L的量級，比陸地微生物發酵低1-2個數量級，導致成本居高不下，其中光強和碳源的限制是主要原因；其次是現有微藻的初加工技術落后。目前采用的人工采收工作量大，采收效率低，大大增加了培養成本，不利于形成規模生產。
向培養液中添加適量的碳源是提高培養密度的有效手段。目前開放式培養系統中主要靠添加大量的NaHCO3補碳。研究表明，NaHCO3的補碳效果不如CO2，且添加碳酸鹽會使培養體系的pH升高，并增加成本。但在開放池中直接通CO2，由于氣液接觸時間短，傳質效率低，造成CO2的極大浪費。
發明內容
本發明的目的在于微藻的生長過程中如果能適時采收，一方面可以在一定程度上消除微藻增殖過程中的密度抑制，維持高密度培養，另一方面可以減輕光的衰減現象，而適時的連續采收也有利于工業化對連續性的要求。用溶解了CO2的溶氣水(稀藻液)采收，可以在采收的同時實現高效補碳，從而提供一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的裝置和方法。
本發明提供的一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的方法所使用的裝置主要包括氣源及加壓設備、飽和器、氣浮塔(泡載分離器)和微藻培養裝置。其主要過程和原理是CO2(除塵煙道氣)和空氣的混合氣體經過加壓后通過管道進入飽和器溶解，使飽和器中的水(來自補碳培養分離裝置的稀藻液)達到飽和(以下簡稱為溶氣水)，該溶氣水沿管道經過釋水器進入常壓的補碳培養分離裝置一氣浮塔，與沿管道進入裝置內的待采收藻液充分混合，發生湍流擴散接觸，向藻液快速傳質(屬液一液傳質，傳質阻力小)，實現高效補碳；與此同時，另一部分溶劑化的氣體降壓后形成大量的微氣泡，這些微氣泡與藻細胞相粘附，上浮，達到細胞濃縮分離的目的，濃縮的藻液及部分尾氣分別由管道和排出。裝置內上升的氣泡經過氣一水分離器后由管道輸送回到氣源裝置內，經重新加壓后循環使用。此外，CO2在藻液中溶解度比空氣大，釋壓時空氣將優先解吸形成微氣泡，實施細胞分離而溶劑化的CO2主要作用是補碳，因此，過程實現了合理和經濟。富含CO2的稀藻液經管道進入微藻培養池，或沿管道返回飽和器中，參與下一次循環。
該過程為連續操作，待采收、補碳的高密度藻液連續注入裝置，同時連續排出已實施補碳和采收的稀藻液，回流入培養池。示意圖如下本發明的效果由于本發明利用連續溶氣式(空氣和二氧化碳，來自煙道氣)氣浮技術，在氣浮塔內連續采收藻細胞，同時將溶解的二氧化碳補充給藻液，既利用了煙道氣，節省大量的無機碳源，又提高了通常用二氧化碳補碳的傳質效率(液液傳質的效率遠高于氣液傳質)。本發明可以有效地解除碳源不足對生長的限制，同時，在微藻的生長過程中適時采收，還可在一定程度上減輕了微藻增殖引起的光強的衰減，有利于提高了培養效率。
圖1是連續泡載分離微藻同時補碳系統具體實施方案實施例1一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的方法所使用的設備主要包括氣源及加壓設備1、飽和器2、氣浮塔(泡載分離器)3和微藻培養裝置(4)。其主要過程和原理是CO2(除塵煙道氣)和空氣的混合氣體經過加壓后通過管道5進入飽和器(2)溶解，使飽和器中的水(來自補碳培養分離裝置的稀藻液)達到飽和(以下簡稱為溶氣水)，該溶氣水沿管道經過釋水器6進入常壓的補碳培養分離裝置一氣浮塔(3)，與沿管道8進入裝置內的待采收藻液充分混合，發生湍流擴散接觸，向藻液快速傳質(屬液-液傳質，傳質阻力小)，實現高效補碳；與此同時，另一部分溶劑化的氣體降壓后形成大量的微氣泡，這些微氣泡與藻細胞相粘附，上浮，達到細胞濃縮分離的目的，濃縮的藻液及部分尾氣分別由管道10和11排出。裝置內上升的氣泡經過氣-水分離器后由管道9輸送回到氣源裝置內，經重新加壓后循環使用。此外，CO2在藻液中溶解度比空氣大，釋壓時空氣將優先解吸形成微氣泡，實施細胞分離而溶劑化的CO2主要作用是補碳，因此，過程實現了合理和經濟。富含CO2的稀藻液經管道7進入微藻培養池，或沿管道12返回飽和器中，參與下一次循環。
該過程為連續操作，待采收、補碳的高密度藻液連續注入裝置，同時連續排出已實施補碳和采收的稀藻液，回流入培養池。示意圖如下
權利要求
1.一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的裝置，包括氣源及加壓設備、飽和器、氣浮塔(泡載分離器)和微藻培養裝置。
2.一種應用權利要求1所述的連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的裝置進行培養微藻的方法，其特征在于連續操作，待采收、補碳的高密度藻液連續注入裝置，同時連續排出已實施補碳和采收的稀藻液，回流入培養池，實現微藻培養、連續補碳、氣浮采收的集成化和連續化。
全文摘要
本發明涉及一種微藻的連續培養方法，尤其是一種連續氣浮采收、連續補碳培養微藻的方法。將微藻的規模培養、連續補碳、氣浮采收集成在一起，實現微藻培養的集約化、自動化、低成本和規模化生產。利用煙道氣為微藻補碳，同時實現連續氣浮采收，既利用了煙道氣，節省大量的無機碳源，又可解除微藻培養的碳源限制和密度增加引起的光強衰減，大幅度提高產率。
文檔編號C12N1/12GK1472306SQ0114229
公開日2004年2月4日 申請日期2001年9月27日 優先權日2001年9月27日
發明者威 叢, 叢威, 曾文爐, 蔡昭玲, 歐陽藩 申請人:中國科學院過程工程研究所