專利名稱：用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置及其補碳方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)領域，具體地，本發(fā)明涉及用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置及其補碳方法。
背景技術：
微藻可以通過光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)多種化學品。有的可以產(chǎn)脂肪烴，如葡 萄藻產(chǎn)烴量可達細胞干重的15% 75%，有的可積累糖原，有的可積累甘油，許多微藻含油脂可達干重的60%以上。藻類熱解所獲得的生物質(zhì)燃油熱值平均高達33MJ/kg。微藻可以在海水、堿水或半堿水中培養(yǎng)，不與農(nóng)作物爭奪土地和淡水資源，還可以利用廢水，是淡水短缺、土地貧瘠地區(qū)獲得有效生物資源的重要途徑。微藻有望成為未來的能源和化學品的重要來源。微藻細胞中碳的含量占其細胞干重的一半以上，藻細胞在生長過程中通過光合作用將二氧化碳固定為自身的組成成分，故在藻類培養(yǎng)過程中需在培養(yǎng)液中保持碳源的供給。藻類培養(yǎng)液中的無機碳源以HC03_、C0廣和游離的0)2三種形式存在。三種形式的碳在水溶液中的含量比例隨PH值的變化而變化。若使用小蘇打(NaHCO3)為碳源，則隨著HCO3IA解離和CO2的利用，培養(yǎng)液的pH值逐漸升高，有超過一半的NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3而不能被利用，碳源消耗大，培養(yǎng)液PH升高導致水體難以循環(huán)利用。若直接以CO2為碳源，微藻利用的就是CO2,則可以避免培養(yǎng)液pH值升高的問題，有利于維持適宜的培養(yǎng)環(huán)境，使水可以長時間或者重復使用。開放式培養(yǎng)是傳統(tǒng)而又簡單的微藻培養(yǎng)模式，也是目前被大家公認為是成熟的微藻培養(yǎng)技術，優(yōu)點是構建簡單、操作簡便，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的工業(yè)化生產(chǎn)中獲得了應用(Chaumont D. , J. Appl. Phycol. , 1993, 5:593-604 ；Richmond A. , Progressin Physiological Research, Vol. 7，Biopress, Bristol.，1990，269-330 ；BorowitzkaL T.，Bioresource Technology, 1991，38:251-252)。然而，傳統(tǒng)開放池由于液層深度 20 30cm，如果以鼓泡的方式直接向培養(yǎng)池中補加C02，由于氣泡在培養(yǎng)液中停留時間短，使得CO2 的吸收率非常低，只有 13% 20% 的 CO2 被吸收(Becker EWj Microalgae:biotechnologyand microbiology. Cambridge University Press, Cambridge, 1994，pp293)。Ferreira等(Ferreira B S，F(xiàn)ernandes H L, Reis A and Mateus M. Microporoushollow fibres for carbon dioxide absorption:mass transfer model fitting andthe supplying of carbon dioxide to microalgae cultures. Journal of ChemicalTechnology and Biotechnology, 1998，71:61-70)利用中空纖維膜來強化氣液傳質(zhì)，以提高CO2的吸收率，但該法造價高，中空纖維膜易受污染。氣罩法(李夜光，胡鴻鈞，張良軍，陳志祥。以二氧化碳為碳源工業(yè)化生產(chǎn)螺旋藻工藝技術的研究。武漢植物學研究，1996，14(4) :349-356)是在微藻養(yǎng)殖水面上扣一個幾平米的罩子，將二氧化碳氣體通入罩子內(nèi)，依靠罩子扣住的水面向培養(yǎng)液傳遞二氧化碳。該方法的問題在于氣液交換的比表面積?。粴庹謨?nèi)會積累氧氣、氮氣從而降低傳質(zhì)速率，需要不斷放空，從而損失氣罩內(nèi)的二氧化碳；對于含低濃度二氧化碳的氣源，二氧化碳的吸收率很低；而且氣罩內(nèi)壓力稍高時氣體會從氣罩下方穿過氣罩外的液面漏出。槽式補碳(CN200610018771. 9，微藻養(yǎng)殖池補充二氧化碳的裝置)是在培養(yǎng)池邊挖一個深槽，使培養(yǎng)液流過深槽，在槽底布置通氣管，向培養(yǎng)液供應二氧化碳，該方法會打亂傳統(tǒng)的開放池的空間布局，且在槽內(nèi)缺少混合，一段時間后槽的底部被二氧化碳飽和后就成為傳質(zhì)的死區(qū)，失去了深槽的作用。叢威等(CN200510126465. 2用于大規(guī)模培養(yǎng)微藻的補碳裝置及其使用方法和用途)發(fā)明了在開放池直接為培養(yǎng)液補充CO2的阱式補碳裝置，使培養(yǎng)液在阱式補碳裝置內(nèi)形成環(huán)流，大幅度延長了氣液接觸時間，并從阱式補碳裝置的底部供氣，大幅度提高了 CO2的吸收率。但是此補碳裝置增加了開放池內(nèi)流體的流動阻力，導致在保持同樣流速情況下葉輪驅(qū)動流體的電能消耗增加，此外施工的工程量偏大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為解決上述問題，提供一種用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于開放池培養(yǎng)微藻的補碳方法。本發(fā)明的構思為直接在開放池底布設氣體分布器，為了延長氣液接觸時間，在氣體分布器上方設置浸沒于培養(yǎng)液內(nèi)的罩子，罩子沿培養(yǎng)液流動方向充分延長，使得氣泡被封在罩子內(nèi)，與培養(yǎng)液在罩子內(nèi)一同流動時有充分的接觸時間，從而提高氣體的吸收率。本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置，包括I個或2個以上的罩子I和氣體分布器2,所述氣體分布器2設置于開放池底部,所述罩子I罩于氣體分布器2上方，罩子I呈兩端開口的筒體，沿培養(yǎng)液流動方向布置，罩子I的兩端口分別為培養(yǎng)液進口 3和培養(yǎng)液出口 4 ;其中，所述氣體分布器2與罩子I的培養(yǎng)液出口 4距離40厘米以上。氣體分布器2可以位于罩子I的培養(yǎng)液進口 3或罩子其他部位的下方，只要保證從氣體分布器2到罩子I的培養(yǎng)液出口 4的距離在40厘米以上即可。優(yōu)選氣體分布器2位于罩子I的培養(yǎng)液進口 3的下方。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，優(yōu)選氣體分布器2與培養(yǎng)液出口 4距離60 750厘米。為了施工方便并保證足夠的二氧化碳吸收率，罩子I沿培養(yǎng)液流動方向的長度應保證氣液接觸時間在3秒 15秒，所以優(yōu)選的從氣體分布器2到罩子I的培養(yǎng)液出口 4的距離是流道內(nèi)培養(yǎng)液在3秒 15秒內(nèi)的流動距離。一般開放池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為20 50厘米/秒，所以優(yōu)選的從氣體分布器2到罩子I的培養(yǎng)液出口 4的距離是60 750厘米。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述罩子I直接固定于開放池底或架空設置于開放池底。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述罩子I的底部可以敞開也可以為封閉結構。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述罩子I的主體呈半圓形筒體、弧形筒體、矩形筒體或梯形筒體。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，為了降低罩子I內(nèi)的流體流動阻力，所述罩子I的培養(yǎng)液進口 3和/或培養(yǎng)液出口 4可以為錐形或喇叭形的擴口結構。
根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述罩子I高度為2 20厘米，以被培養(yǎng)液浸沒為準。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述罩子I寬度大于等于2厘米。每個罩子的寬度可以小到2厘米(如罩住一根氣體分布管)，大到接近開放池的寬度(如罩住多根氣體分布管或多個氣體分布器)。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，所述的氣體分布器的氣體分布面(板)為多孔材質(zhì)，可以是管狀氣體分布器或聯(lián)在輸氣管上的一個或多個氣體分布頭?？梢允怯搀w的，如多孔陶瓷管或玻璃砂芯，或軟體的，如市售的曝氣軟管或可變孔曝氣軟管。根據(jù)本發(fā)明的補碳裝置，其中，所述2個以上的罩子I可以聯(lián)體加工，形成聯(lián)體結構。 所述的罩子I的壁厚為I毫米 10毫米。所述的罩子材質(zhì)可以為塑料板、不銹鋼板、木板等材料，能加工成型、有一定強度即可；可以為透明或不透明。本發(fā)明的基于上述補碳裝置的用于開放池培養(yǎng)微藻的補碳方法，其特征在于，將水平浸沒罩式補碳裝置沿開放池流道方向設置于開放池底部，使培養(yǎng)液浸沒過罩子頂端；培養(yǎng)液在開放池原有的攪拌器9的推動下從罩子I的培養(yǎng)液進口 3流入，在補碳裝置內(nèi)與氣體分布器放出的CO2接觸后從罩子I的培養(yǎng)液出口 4流出。所述開放池內(nèi)的培養(yǎng)液流速為20 50厘米/秒。所述水平浸沒罩式補碳裝置內(nèi)的CO2流量，折合標準狀況的純CO2,為每米開放池寬度0. I 20升/分鐘。所述的開放池內(nèi)培養(yǎng)液的流動可以依靠開放池原有的攪拌器驅(qū)動實現(xiàn)，如葉輪或攪拌臂，攪拌器的材質(zhì)可以為竹片、塑料、不銹鋼、其它金屬材料等。所述的開放池內(nèi)培養(yǎng)液的深度可以是2 30厘米。根據(jù)本發(fā)明的補碳方法，當采用的開放池內(nèi)的培養(yǎng)液的深度較淺時，可以將開放池原有的攪拌器下降到攪拌器葉尖低于開放池底的位置，即，攪拌器9葉尖低于開放池底。根據(jù)本發(fā)明的補碳方法，當采用的開放池內(nèi)的培養(yǎng)液的深度較淺時，可以將開放池中擬安放補碳裝置的池底區(qū)域挖出淺槽以安放補碳裝置，即，將補碳裝置安裝于低于開放池底的位置。所述的安放補碳裝置的淺槽的底部可以是平底、帶圓角的平底，也可以是半圓底；材質(zhì)為水泥、塑料板、不銹鋼板、磚或與開放池底同樣的材料等。當氣體分布器的外形是長形時，優(yōu)選的氣體分布器布設方式是將氣體分布器的長的方向布設為與培養(yǎng)液流動方向一致。根據(jù)本發(fā)明的補碳方法，其中，所述CO2為凈化煙道氣、工業(yè)CO2氣體、純凈的0)2氣體或混合有CO2的空氣中的一種或多種或液態(tài)CO2。用于培養(yǎng)微藻的培養(yǎng)基可以是本領域熟知的任意適合微藻生長的培養(yǎng)基，如Zarrouk培養(yǎng)基、SM培養(yǎng)基、ASP2培養(yǎng)基、BG-Il培養(yǎng)基等，也可以是針對某種藻特殊需要的、培養(yǎng)過程需要CO2的培養(yǎng)基。本發(fā)明的水平浸沒罩式補碳裝置及補碳方法能夠用于在開放池內(nèi)大規(guī)模培養(yǎng)各種微藻過程中補充CO2，包括螺旋藻、柵藻、雨生紅球藻、鹽藻、小球藻、衣藻等各種微藻。
在開放池內(nèi)培養(yǎng)微藻過程中，用CO2補碳時碳源利用率非常低的主要原因是培養(yǎng)液層比較淺，氣液接觸時間短，二氧化碳氣體來不及被吸收即溢出。本發(fā)明的補碳裝置不僅克服了上述缺點，而且比氣罩法(李夜光，胡鴻鈞，張良軍，陳志祥。以二氧化碳為碳源工業(yè)化生產(chǎn)螺旋藻工藝技術的研究。武漢植物學研究，1996，14(4) :349-356)吸收效率高，比槽式補碳(專利CN200610018771. 9)操作方便，比阱式補碳裝置(專利CN200510126465. 2)降低了流體流動阻力、節(jié)省能耗。本發(fā)明，在開放池內(nèi)培養(yǎng)微藻細胞時，能夠有效利用二氧化碳進行補碳，大大降低了生產(chǎn)成本。


圖I為本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置在開放池流道內(nèi)的位置示意圖。 圖3為本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置使用時順培養(yǎng)液流動方向視圖。圖4為本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置使用時側視圖。圖5為本發(fā)明的補碳裝置罩子的主體不同截面形狀示意圖(示罩子直接落在開放池底、示每個罩子下有一個或多個氣體分布器、示罩子的截面形狀)。圖6為本發(fā)明的補碳裝置的不同設置方式示意圖(示罩子架空、示罩子底部敞開或封閉、示罩子聯(lián)體、示氣體分布器落地或架空)。圖7為本發(fā)明的補碳裝置的罩子采用擴口結構示意圖。圖8為本發(fā)明的補碳裝置用于培養(yǎng)液的深度較淺時與攪拌器葉尖低于開放池底的攪拌器配合使用示意圖。圖9為本發(fā)明的補碳裝置安裝于低于開放池底的位置順培養(yǎng)液流動方向的視圖。圖10為本發(fā)明的補碳裝置安裝于低于開放池底的位置側視圖。圖11為本發(fā)明的補碳裝置用于開放池培養(yǎng)微藻的總體布局示意圖(俯視圖)。圖12為利用本發(fā)明的補碳裝置自動補碳的系統(tǒng)示意圖。附圖標記I、罩子2、氣體分布器3、培養(yǎng)液進口 4、培養(yǎng)液出口5、培養(yǎng)液流動方向6、開放池底部7、開放池壁8、微藻培養(yǎng)液液面9、攪拌器10、弧形容器11、淺槽12、pH傳感器13、控制裝置14、CO2氣源15、執(zhí)行機構 16、流量計17、壓力表
具體實施例方式本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置，包括I個或2個以上的罩子I和氣體分布器2 (圖I、圖6),所述氣體分布器2設置于開放池底部6,所述罩子I罩于氣體分布器2上方，該罩子I呈兩端開口的筒體，沿培養(yǎng)液流動方向5布置，兩端口分別為培養(yǎng)液進口 3和培養(yǎng)液出口 4 (圖2、圖3);其中，所述氣體分布器2與罩子I的培養(yǎng)液出口 4距離40厘米以上。所述氣體分布器2與罩子I的培養(yǎng)液出口 4距離優(yōu)選60 750厘米。罩子I可以直接固定于開放池底(圖5)或架空設置于開放池底(圖6，略去支撐裝置)，罩子I底部可以敞開也可以為封閉結構(圖6)。罩子I的主體可以呈半圓形筒體、弧形筒體、矩形筒體或梯形筒體(圖5)。為了降低罩子內(nèi)的流體流動阻力，所述罩子I的培養(yǎng)液進口 3和/或培養(yǎng)液出口 4可以為錐形或喇叭形的擴口結構(圖7)。罩子I高度為2 20厘米，以被微藻培養(yǎng)液液面8浸沒為準。罩子I的寬度可以小到2厘米(如罩住一根氣體分布管)，可以大到接近開放池流道的寬度(即流道兩側開放池壁7的距離)(如罩住多根氣體分布管或多個氣體分布器)。所述2個以上的罩子I可以聯(lián)體加工，形成聯(lián)體結構(圖6)。本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的補碳方法，其特征在于，在開放池內(nèi)沿流道方向設置一組或多組水平浸沒罩式補碳裝置，每組包含一個或多個水平浸沒罩式補碳裝置，每個水平浸沒罩式補碳裝置含一個順培養(yǎng)液流動方向的罩子和被其罩住的一個或多個氣體分布器，氣體分布器優(yōu)選設置在罩子的培養(yǎng)液進口 3處，總體布局見圖11，水平浸沒罩式補 碳裝置的組數(shù)、每組含水平浸沒罩式補碳裝置的個數(shù)、每個罩子下的氣體分布器的個數(shù)依據(jù)單個水平浸沒罩式補碳裝置的補碳速率、開放池的大小、培養(yǎng)對象的生長速率及工藝要求而設定。培養(yǎng)液在攪拌器(本領域常規(guī)使用的攪拌器是葉輪)的推動下在開放池內(nèi)流動時，部分培養(yǎng)液由罩子的培養(yǎng)液進口 3流入水平浸沒罩式補碳裝置中，與氣體分布器放出的被封在罩子下方的含二氧化碳的氣體接觸，流經(jīng)罩子下方的空間，再由水平浸沒罩式補碳裝置的培養(yǎng)液出口 4流出，這樣大大延長了氣液接觸時間；另一方面，含二氧化碳的氣體通過氣體分布器后，變成很小的氣泡，氣液接觸面積急劇增大，這樣就大大提高了二氧化碳的吸收率。培養(yǎng)液的流動可以依靠開放池原有的的攪拌器驅(qū)動實現(xiàn)，如葉輪或攪拌臂，攪拌器的材質(zhì)可以為竹片、塑料、不銹鋼、其它金屬材料等。使用該水平浸沒罩式補碳裝置時的開放池內(nèi)的培養(yǎng)液流速一般為20 50厘米/秒，CO2流量(折合標準狀況的純CO2)為每米開放池寬度上0. I 20升/分鐘。所述的開放池內(nèi)的培養(yǎng)液的深度可以是2 30厘米。當采用的開放池內(nèi)的培養(yǎng)液的深度較淺時，可以將開放池原有的攪拌器9設置在弧形容器10的上方，攪拌器葉尖低于開放池底(圖8);可以將開放池中擬安放補碳裝置的池底區(qū)域挖出淺槽11以安放補碳裝置，即，將補碳裝置安裝于低于開放池底的位置(圖9、圖10)。所述的安放補碳裝置的淺槽11的底部可以是平底、帶圓角的平底，也可以是半圓底(圖9);材質(zhì)為水泥、塑料板、不銹鋼板、磚或與開放池底同樣的材料等。實施例I如圖11所示，在跑道式培養(yǎng)池(最常見的一種開放池，簡稱跑道池)內(nèi)進行螺旋藻培養(yǎng)。跑道池流道周長70米、寬3米，攪拌器9為由一根轉(zhuǎn)軸帶動的4組鋼制葉輪，每個葉輪有4個葉片，相互間隔90度角，相鄰葉輪的葉片交錯45度角，轉(zhuǎn)軸由交流電機及減速機帶動，攪拌器9的自轉(zhuǎn)半徑為50厘米。在跑道池內(nèi)沿流道方向設置一組6個水平浸沒罩式補碳裝置，每個水平浸沒罩式補碳裝置含一個順培養(yǎng)液流動方向的罩子I和被其罩住的一個氣體分布器2。每個罩子由I毫米厚的不銹鋼板制成，罩子的主體截面形狀為半圓，每個罩子長度400厘米，寬10厘米，高5厘米。氣體分布器2為微孔橡膠膜曝氣管，長50厘米，其外徑16毫米，內(nèi)徑10毫米，孔徑約為30 60微米，順培養(yǎng)液流動方向設置在罩子下方的培養(yǎng)液進口 0 50厘米之間、徑向位置居中。培養(yǎng)液被攪拌器9推動順流道流動，部分培養(yǎng)液進入補碳裝置的培養(yǎng)液進口 3，與氣體分布器2放出的氣泡接觸，流經(jīng)罩子I下方的空間，流出補碳裝置的培養(yǎng)液出口4，與未進入補碳裝置的培養(yǎng)液混合后在流道內(nèi)繼續(xù)循環(huán)流動。補碳采用自動控制，自動控制方法見申請?zhí)朇N200410009360. 4的專利，實施方案系統(tǒng)參見圖12。其中，pH傳感器12為市售pH電極，控制裝置13為帶開關控制的pH計，CO2氣源14為來自鋼瓶的純凈的二氧化碳氣體，執(zhí)行機構15是兩位常閉電磁閥(通徑8毫米)。依據(jù)培養(yǎng)液的pH值控制二氧化碳進氣閥門(執(zhí)行機構15)的開啟與關閉。CO2氣體的流量及壓力通過流量計16和壓力表17監(jiān)測。藻種為鈍頂螺旋藻(Spirulina Platensis),來自中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫，編號439，培養(yǎng)基為Zairouk培養(yǎng)基，其中碳酸氫鈉的初始濃度為0. 05mol/L。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度15厘米，藻細胞接種密度0. 40g(干重)/L。pH的控制范圍設定為9. 6 9. 7，當培養(yǎng)液的pH升高到9. 6時啟動自動補碳，每個氣體分布器的二氧化碳氣體的 流量(執(zhí)行機構15開)為I升/分鐘(純二氧化碳，標況)。調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速使得跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為25厘米/秒左右。每天定時檢測其他營養(yǎng)鹽的濃度并及時補充，并補充少量水以彌補水的蒸發(fā)損耗。持續(xù)培養(yǎng)6天，藻細胞密度達到0. 70g (干重)/L，單位面積藻細胞的產(chǎn)量達到13. 3g (干重)/m2. d。獲得螺旋藻藻粉的常規(guī)成分、氨基酸、脂肪酸以及類胡蘿卜素的組成及含量與文獻報道基本一致。經(jīng)過物料衡算得出鋼瓶二氧化碳的利用率為92%。實施例2.其他同實施例I。在開放池內(nèi)培養(yǎng)小球藻，培養(yǎng)液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養(yǎng)基。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度12厘米。藻細胞接種密度0. 5g(干重)/L。pH的控制范圍設定為7. 5 7. 6。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為0. 5升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為30厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為90%。實施例3.其他同實施例I。每個罩子長度800厘米，寬6厘米，高3厘米。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度10厘米。藻細胞接種密度0.6g (干重)/L。pH的控制范圍設定為9. 5 9. 6。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為I升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為50厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為98%。實施例4.其他同實施例I。設置一組3個水平浸沒罩式補碳裝置，每個水平浸沒罩式補碳裝置含I個順培養(yǎng)液流動方向的罩子和被其罩住的4個氣體分布器。罩子的主體截面形狀為弧形，每個罩子長度200厘米，寬40厘米，高10厘米。在開放池內(nèi)培養(yǎng)小球藻，培養(yǎng)液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養(yǎng)基。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度20厘米。藻細胞接種密度0. 3g(干重)/L。pH的控制范圍設定為7. 5 7. 6。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為0. 5升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為25厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為86%。實施例5.
其他同實施例I。在攪拌器下方挖出半徑為52厘米、深度10厘米的半圓弧形槽，使攪拌器的葉尖下降到低于跑道池底8厘米。每個水平浸沒罩式補碳裝置含I個順培養(yǎng)液流動方向的罩子和被其罩住的2個氣體分布器。罩子的主體截面形狀為弧形，每個罩子長度200厘米，寬15厘米，高3厘米。每個補碳裝置下方的池底區(qū)域挖出2厘米深的平底斜坡的淺槽，每個罩子及氣體分布器直接設置于淺槽的平底上(圖9、圖10)。在開放池內(nèi)培養(yǎng)柵藻，培養(yǎng)液是以NaNO3為氮源的BG-Il培養(yǎng)基。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度5厘米。藻細胞接種密度1.2g (干重)/L。pH的控制范圍設定為7. 4 7. 5。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為0. 5升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為25厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為85%。實施例6. 其他同實施例I。在攪拌器下方挖出半徑為52厘米、深度10厘米的半圓弧形槽，使攪拌器的葉尖下降到低于跑道池底8厘米。每個水平浸沒罩式補碳裝置含I個順培養(yǎng)液流動方向的罩子和被其罩住的2個氣體分布器。罩子的主體截面形狀為弧形，每個罩子長度200厘米，寬10厘米，高2厘米。每個補碳裝置下方的池底區(qū)域挖出3厘米深的平底斜坡的淺槽，每個罩子及氣體分布器架空I厘米設置于淺槽的平底上(圖9、圖10、圖6)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度3厘米。藻細胞接種密度2g(干重)/L。pH的控制范圍設定為9. 7 9. 8。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為0. 5升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為25厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為88%。實施例7.其他同實施例I。罩子的主體截面形狀為梯形，每個罩子長度100厘米，寬15厘米，高15厘米。氣體分布器是直徑65_的可變孔曝氣軟管，長40厘米，順培養(yǎng)液流動方向設置在罩子下方的培養(yǎng)液進口 0 40厘米之間。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度25厘米。藻細胞接種密度0. 24g (干重)/L。pH的控制范圍設定為9. 8 9. 9。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為I升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為20厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為79%。實施例8.其他同實施例I。每個水平浸沒罩式補碳裝置含I個順培養(yǎng)液流動方向的罩子和被其罩住的2個氣體分布器。罩子的主體截面形狀為矩形，每個罩子長度50厘米，寬20厘米，高20厘米。氣體分布器是直徑30毫米的砂芯，高70毫米，垂直于培養(yǎng)液流動方向并排設置在罩子下方的培養(yǎng)液進口 5 10厘米之間。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液平均深度30厘米。藻細胞接種密度0. 2g(干重)/L。pH的控制范圍設定為9. 9 10. O。每個氣體分布器的二氧化碳氣體的流量(執(zhí)行機構15開)為0. 5升/分鐘(純二氧化碳，標況)。跑道池內(nèi)培養(yǎng)液的流速為15厘米/秒左右。持續(xù)培養(yǎng)6天，鋼瓶二氧化碳的利用率為75%。
權利要求
1.一種用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置，包括1個或2個以上的罩子 (1)和氣體分布器(2)，其特征在于，所述氣體分布器(2)設置于開放池底部，所述罩子(1) 罩于氣體分布器(2)上方，該罩子(1)呈兩端開ロ的筒體，沿培養(yǎng)液流動方向布置，罩子(1) 的兩端口分別為培養(yǎng)液進口(3)和培養(yǎng)液出口(4);其中，所述氣體分布器(2)與罩子(1)的 培養(yǎng)液出ロ(4)距離40厘米以上。
2.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述氣體分布器(2)與罩子(1)的培 養(yǎng)液出ロ(4)距離60 750厘米。
3.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)直接固定于開放池底或 架空設置于開放池底。
4.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)的底部為封閉結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)的主體呈半圓形筒體、 弧形筒體、矩形筒體或梯形筒體。
6.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)的兩端ロ為錐形或喇叭 形的擴口結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)高度為2 20厘米。
8.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述罩子(1)寬度大于等于2厘米。
9.根據(jù)權利要求1所述的補碳裝置，其特征在于，所述2個以上的罩子(1)形成聯(lián)體結構。
10.一種基于權利要求1的用于開放池培養(yǎng)微藻的補碳方法，其特征在于，將水平浸沒 罩式補碳裝置沿開放池流道方向設置于開放池底部，使培養(yǎng)液浸沒過罩子頂端，培養(yǎng)液在 開放池原有的攪拌器(9)的推動下從罩子(1)的培養(yǎng)液進口(3)流入，在補碳裝置內(nèi)與氣體 分布器放出的TO2接觸后從培養(yǎng)液出ロ(4)流出；所述開放池內(nèi)的培養(yǎng)液流速為20 50厘米/秒；所述水平浸沒罩式補碳裝置內(nèi)的TO2流量，折合標準狀況的純TO2,為每米開放池寬度 0. 1 20升/分鐘。
11.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述開放池內(nèi)培養(yǎng)液深度為2 30厘米。
12.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述攪拌器葉尖低于開放池底。
13.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述水平浸沒罩式補碳裝置設置 于開放池底部的淺槽內(nèi)。
14.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述淺槽底部為平底或帶圓角的 平底或半圓底。
15.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述TO2為凈化煙道氣、工業(yè)CO2氣 體、純凈的TO2氣體或混合有TO2的空氣中的一種或多種或液態(tài)C02。
16.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述培養(yǎng)微藻的培養(yǎng)基為Zarrouk 培養(yǎng)基、SM培養(yǎng)基、ASP2培養(yǎng)基或BG-Il培養(yǎng)基。
17.根據(jù)權利要求10所述的補碳方法，其特征在于，所述微藻為螺旋藻、柵藻、雨生紅 球藻、鹽藻、小球藻或衣藻。
全文摘要
本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)領域，具體地，本發(fā)明涉及用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置及其補碳方法。本發(fā)明的用于開放池培養(yǎng)微藻的水平浸沒罩式補碳裝置，包括一個或兩個以上罩子(1)和氣體分布器(2)，所述氣體分布器(2)設置于開放池底部，所述罩子(1)罩于氣體分布器(2)上方，該罩子(1)呈兩端開口的筒體，沿培養(yǎng)液流動方向布置，罩子(1)的兩端口分別為培養(yǎng)液進口(3)和培養(yǎng)液出口(4)；其中，所述氣體分布器(2)與罩子(1)的培養(yǎng)液出口(4)距離40厘米以上。本發(fā)明，在開放池內(nèi)培養(yǎng)微藻細胞時，能夠有效利用二氧化碳進行補碳，大大降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C12M1/04GK102660451SQ20121013884
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權日2012年5月7日
發(fā)明者叢威, 劉明, 吳霞, 孫中亮, 張東梅, 溫樹梅 申請人:中國科學院過程工程研究所