夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板、培養(yǎng)單元及培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板和包括該培養(yǎng)板的培養(yǎng)單元、表面 生長式培養(yǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微藻是指能夠進(jìn)行光合作用的水生浮游藻類。某些微藻本身富含蛋白質(zhì)，可以作 為水產(chǎn)餌料或畜禽飼料（如螺旋藻）；更重要的，某些微藻在特定條件下能夠大量合成次生 代謝物，如油脂、類胡蘿卜素、多糖等，這些物質(zhì)往往是具有極高經(jīng)濟(jì)價值的生物活性物質(zhì)， 可以被用在功能食品、食品添加劑、制藥、生物能源等領(lǐng)域。特別是通過微藻大規(guī)模培養(yǎng)提 取微藻油脂，進(jìn)而轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物柴油被認(rèn)為是解決生物能源生產(chǎn)與固碳減排的最重要途徑 之一。
[0003] 微藻培養(yǎng)已有幾十年歷史，目前的工業(yè)化微藻培養(yǎng)為液體浸沒式，以大量水作為 微藻生活的支撐介質(zhì)。主要包括開放式培養(yǎng)池與密閉式光生物反應(yīng)器（photo-bioreactor， PBR)兩種形式。開放式培養(yǎng)池的優(yōu)點在于建造和運行的成本較低。但由于開放池的光照 面積/體積比較小，液體表面與下部混合較差，只有表層藻細(xì)胞能夠接受較充足的光照，池 底細(xì)胞往往難以接受到充分光照；其次，開放池培養(yǎng)運行水深較淺，一般只有10-30厘米， 使得通氣補碳時氣液接觸時間短，補碳效率低，培養(yǎng)液中溶解二氧化碳（CO 2)的不足使光合 作用受到限制，再一個是開放式升溫慢，不能在短時間內(nèi)升到酶活性最好的溫度25°C，經(jīng)常 錯失光利用的最佳時機(jī)；而在夜間開放式池內(nèi)溫度自然下降太慢，使藻細(xì)胞仍然保持旺盛 的呼吸作用，將白天存儲的能量消耗掉，故使藻細(xì)胞內(nèi)有用的代謝物含量太低。因此開放池 培養(yǎng)的細(xì)胞生長速度與培養(yǎng)細(xì)胞密度均較低，另外其占地還大。與其相比，PBR-般是采用 透光材料（如玻璃、有機(jī)玻璃、塑料薄膜等）制成的細(xì)薄結(jié)構(gòu)，由于光徑小、培養(yǎng)體系光照面 積/體積比較大，所以細(xì)胞光照較充分。同時，補碳?xì)怏w與液體接觸時間長，培養(yǎng)液溶解濃 度較高，因而細(xì)胞生長速度與培養(yǎng)密度均較開放培養(yǎng)池高。但該類PBR通常造價昂貴、運 行成本高、維護(hù)困難、難于大型化，產(chǎn)率在5-30g/m 2/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論預(yù)期值100-200g/m2/ d，達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化的理論計算目標(biāo)，光能利用率低這項微藻大規(guī)模培養(yǎng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化最重要的 直接制約因素仍有待提尚。
[0004] 近年來，出現(xiàn)了一種半干式培養(yǎng)系統(tǒng)，已有專利報道，均采用濾紙、濾布、塑料泡 沫、纖維織物（例如帆布）中的一種或幾種作為基質(zhì)材料，但是該類軟質(zhì)材料具備如下缺 點：1)機(jī)械強(qiáng)度低，需要復(fù)雜的支撐，不合適大尺寸和空間高度上的放大，只能制成低矮細(xì) 薄結(jié)構(gòu)，而往往能自支撐，剛性較高的多孔材料其鎖水性又比較有限，無法很好地滿足微藻 生長所需的營養(yǎng)液量；2)現(xiàn)有的濾布和纖維織物等表面濕度不均勻，微藻生長不牢固；并 且3)現(xiàn)有的濾布和纖維織物等不耐循環(huán)使用，需要經(jīng)常更換，增加成本，4)現(xiàn)有的濾布和 纖維織物等容易掉落纖維等雜質(zhì)；另外，5)這些柔性材料在作為培養(yǎng)板表面材料時，其生 物兼容性、和耐化學(xué)腐蝕性等方面都具有一定局限性。因此目前此類培養(yǎng)系統(tǒng)沒有進(jìn)入大 規(guī)模生產(chǎn)的可能。
[0005] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本實用新型擬采用一種新型的表面生長式培養(yǎng)系統(tǒng)和 表面生長式培養(yǎng)方法。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 為解決上述問題，本實用新型一方面提供一種夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板，其 包括外板和位于外板內(nèi)的芯部，其中，該外板為剛性透水材料板，且其中該芯部為吸水鎖水 材料，例如分子篩、玻璃粉或玻璃砂，該芯部設(shè)于該兩側(cè)外板之間。
[0007] 在本實用新型的一個是實施例中，所述外板設(shè)有嵌入該芯部的連接件，使該芯部 能夠固定于該兩側(cè)外板之間。
[0008] 優(yōu)選的，其中分子篩、玻璃粉或玻璃砂芯部是將分子篩、玻璃粉或玻璃砂事先通過 一定壓力預(yù)壓成一塊板狀結(jié)構(gòu)，再設(shè)置于該兩側(cè)外板之間，芯部強(qiáng)度較小，主要用于吸水保 水作用。該外板的強(qiáng)度較大，主要用于直接面對外部環(huán)境，并供微藻附著，可供將芯部所吸 收的培養(yǎng)液吸收滲出至外表面。
[0009] 在本實用新型的一個是實施例中，所述外板為透水陶瓷板、水泥板、陶土燒制板、 青石、青磚板、紅磚板或瓦材板。
[0010] 優(yōu)選的，所述外板為采用多微孔性的基質(zhì)和粘合劑壓合而成硬質(zhì)多孔板材，所述 基質(zhì)材料為分子篩、粘合劑包含鋁石。
[0011] 優(yōu)選的，所述芯部為分子篩、玻璃砂、無紡布、高密海綿、棉布、高分子吸水樹脂、超 吸水性纖維或聚氨酯吸水劑。
[0012] 在本實用新型的一個是實施例中，所述芯部中埋入骨架以支撐該培養(yǎng)板和用于引 導(dǎo)培養(yǎng)液。
[0013] 優(yōu)選的，所述骨架為細(xì)小管道、網(wǎng)絡(luò)等的形式。
[0014] 優(yōu)選的，所述外板的表面設(shè)為凹凸面，以增加其表面積，可以附著更多的藻粒；其 中凹凸面為波浪形的表面。
[0015] 本實用新型同時還提供了一種培養(yǎng)單元，該培養(yǎng)單元包括前述任一實施方案的夾 心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板及其固定裝置。
[0016] 優(yōu)選的，該培養(yǎng)單元包括多個所述夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板，該多個夾心結(jié) 構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板組成單個平板形狀。
[0017] 在上述構(gòu)思的基礎(chǔ)上，本實用新型還涉及一種表面生長式培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括：至少 一個前述任一實施方案的培養(yǎng)單元和培養(yǎng)液循環(huán)裝置。
[0018] 優(yōu)選的，所述培養(yǎng)單元為至少兩個，相鄰培養(yǎng)單元之間設(shè)置有光源裝置，該光源裝 置與所述培養(yǎng)單元平行地設(shè)置；或者，所述各培養(yǎng)單元平行放置形成陣列，而將一光源裝 置設(shè)于該陣列的一側(cè)，與各該培養(yǎng)單元垂直。
[0019] 優(yōu)選的，所述光源為自然光或人工光源，所述人工光源為雙面光源或單面光源。
[0020] 優(yōu)選的，光源的波長處于660_680nm范圍。
[0021] 優(yōu)選的，所述培養(yǎng)液循環(huán)裝置包括培養(yǎng)液池、循環(huán)泵、供液裝置以及培養(yǎng)液回收裝 置，所述培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液通過循環(huán)泵輸送至所述供液裝置，所述供液裝置設(shè)于所述夾 心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板上方，并以噴淋、滴漏或滲漏的方式給夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式 培養(yǎng)板提供培養(yǎng)液，所述培養(yǎng)液回收裝置設(shè)于所述夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板的下方， 用以收集由夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板滲出或未被吸收的培養(yǎng)液，并通過管道返回至培 養(yǎng)液池。
[0022] 優(yōu)選的，所述培養(yǎng)液循環(huán)裝置還包括培養(yǎng)所需的營養(yǎng)物質(zhì)的混入裝置。
[0023] 優(yōu)選的，所述夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板與培養(yǎng)液回收裝置中的培養(yǎng)液接觸。
[0024] 優(yōu)選的，所述培養(yǎng)液循環(huán)裝置包括培養(yǎng)液池、壓力罐、空氣壓縮氣源、供液裝置以 及培養(yǎng)液回收裝置，所述壓力罐進(jìn)液口與所述培養(yǎng)液池連接，用于暫存一定量的培養(yǎng)液， 該空氣壓縮氣源與該壓力罐進(jìn)氣口連接能夠?qū)毫拊鰤海古囵B(yǎng)液從出液口輸出，該壓 力罐的出液口與該供液裝置連接，所述供液裝置設(shè)于所述夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板上 方，并以噴淋、滴漏或滲漏的方式給夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板提供培養(yǎng)液，所述培養(yǎng)液 回收裝置設(shè)于所述夾心結(jié)構(gòu)的表面生長式培養(yǎng)板的下方，用以收集由夾心結(jié)構(gòu)的表面生長 式培養(yǎng)板滲出或未被吸收的培養(yǎng)液，并通過管道返回至培養(yǎng)液池。
[0025] 優(yōu)選的，所述壓力罐連接一個液位計，該空氣壓縮氣源連接至該壓力罐的管路上 設(shè)有減壓閥、截止閥；該壓力罐連接至供液裝置的管路上設(shè)有壓力表；該壓力罐的排氣口 設(shè)有截止閥；該培養(yǎng)液池與該壓力罐之間的管路上設(shè)有截止閥。