微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)，管式反應(yīng)器中，首個管狀結(jié)構(gòu)的出口通過出液管與緩沖罐上部連通，末個管狀結(jié)構(gòu)的入口通過進(jìn)液管與緩沖罐的底部連通，在進(jìn)液管上安裝有水泵，同時，進(jìn)液管與藻液測樣池連通，傳感器分別與控制決策系統(tǒng)的連接，控制決策系統(tǒng)的控制端與水泵的控制端連接。本實(shí)用新型能夠在常規(guī)循環(huán)流動式微藻養(yǎng)殖設(shè)施中完成目的產(chǎn)物誘導(dǎo)，無需為誘導(dǎo)目的產(chǎn)物更換或增加養(yǎng)殖設(shè)備，節(jié)省投資和占地，減少操作步驟和能源消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)微藻自動、連續(xù)、快速和高效的生產(chǎn)。
【專利說明】微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微藻養(yǎng)殖【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]藻類植物不但能捕獲空氣中的二氧化碳，有助于控制溫室氣體排放，據(jù)統(tǒng)計，占地I平方公里的養(yǎng)藻場可年處理5萬噸二氧化碳。微藻的開發(fā)不但能減排CO2,并且可以利用微藻積累碳水化合物、色素和油脂的特性，進(jìn)行微藻生物飼料、食品、藥品、生物乙醇和生物柴油的開發(fā)，從而改善和豐富人類對食物、藥品、能源的需求。高價值微藻和生物能源微藻的開發(fā)是目前研究的熱點(diǎn)，比如高價值微藻的鹽藻、雨生紅球藻、紫球藻和能源微藻的小球藻、柵藻、硅藻等都是目前研究的重點(diǎn)。
[0003]微藻的培養(yǎng)或養(yǎng)殖就是微藻通過光合作用把CO2和水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，從而進(jìn)行生長和繁殖的過程。在微藻的正常培養(yǎng)過程中，微藻首先積累糖類和蛋白質(zhì)，以分裂生殖為主；當(dāng)養(yǎng)殖高價值微藻和能源微藻時，需要特殊的條件使微藻積累目的產(chǎn)物時，需要改變培養(yǎng)條件，使之不利于微藻生長或生存，此時微藻開始積累淀粉、色素和油脂，這些條件包括特殊營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏(N或P)或低溫、強(qiáng)光等；所以能源微藻的養(yǎng)殖需要在養(yǎng)殖過程中進(jìn)行油脂的誘導(dǎo)，也即改變微藻養(yǎng)殖過程中的某個或某些生長條件進(jìn)行限制性養(yǎng)殖，從而誘導(dǎo)淀粉、色素或油脂的積累。因此可以看出這些微藻的養(yǎng)殖不但需要微藻的快速繁殖，也需要微藻快速的積累淀粉、色素或油脂，從而高效的生產(chǎn)所需的生物材料。
[0004]當(dāng)今的微藻培養(yǎng)過程中，最普遍采用的微藻誘導(dǎo)方式有三種。第一，人為減少微藻生長所需的營養(yǎng)液中N含量，造成微藻不能合成蛋白質(zhì)，從而使微藻不能進(jìn)行分裂和繁殖，其光合作用的能量和碳源轉(zhuǎn)化成淀粉或油脂積累；該方法雖能使微藻積累淀粉或油脂，但是積累時間太長，造成生產(chǎn)成本過大。第二，可以采用高強(qiáng)度的太陽光或人造光進(jìn)行光誘導(dǎo)，強(qiáng)光作用下，微藻色素吸收的光能遠(yuǎn)大于光合作用中心所需能量，從而造成微藻機(jī)體收到強(qiáng)氧化，進(jìn)而造成損傷；為保護(hù)機(jī)體不受損，微藻開始改變代謝方式，最顯著的特點(diǎn)是，微藻開始減少葉綠素的含量，合成其他有色色素，并開始積累淀粉，繼而合成油脂存儲多余的熱量；該方法雖能使微藻積累淀粉、色素或油脂，但是強(qiáng)光也可能使藻液溫度升高過快，導(dǎo)致微藻細(xì)胞死亡，另外強(qiáng)光誘導(dǎo)在營養(yǎng)充足時，效果并不好。第三，把第一和第二種方法結(jié)合起來使用，這種方法在光合生物反應(yīng)器養(yǎng)殖微藻中最為普遍，該方法就是通過兩種光程的反應(yīng)器進(jìn)行兩步法養(yǎng)殖，第一步是在較寬光程反應(yīng)器中給微藻提供充足的營養(yǎng)和光，使微藻快速繁殖，待藻液中N含量較低時，進(jìn)行第二步養(yǎng)殖；第二步就是把第一步中反應(yīng)器內(nèi)的藻液轉(zhuǎn)移到另一種窄的反應(yīng)器中養(yǎng)殖，此時，藻液內(nèi)的N含量不僅低,而且窄光程反應(yīng)器也給細(xì)胞提供了更充足的光能，使其快速積累淀粉或油脂；采用這種方法，目的產(chǎn)物積累效率較高，但固定投資成本(窄光程的反應(yīng)器)較高，同時，增加了占地面積，誘導(dǎo)目的產(chǎn)物轉(zhuǎn)換效率也取決于由寬光程到窄光程的適合比例，如，若誘導(dǎo)光程過寬，誘導(dǎo)效率會不明顯；誘導(dǎo)光程過窄，對反應(yīng)器表面的藻會造成光抑制，影響產(chǎn)量。實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在常規(guī)流動式循環(huán)微藻養(yǎng)殖設(shè)施中完成快速目的產(chǎn)物誘導(dǎo)的養(yǎng)殖系統(tǒng)，使能源微藻可以在常規(guī)的循環(huán)流動培養(yǎng)設(shè)施中完成目的產(chǎn)物的積累，無需額外建造專門的誘導(dǎo)養(yǎng)殖設(shè)備、設(shè)施，有效降低了這些微藻的養(yǎng)殖成本及設(shè)備占地，顯著提高微藻養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:一種微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)，將并列排布的管狀結(jié)構(gòu)的首尾依次連通形成管式反應(yīng)器，首個管狀結(jié)構(gòu)的出口通過出液管與緩沖罐上部連通，末個管狀結(jié)構(gòu)的入口通過進(jìn)液管與緩沖罐的底部連通，在進(jìn)液管上安裝有水泵，同時，在進(jìn)液管的前后位置分別連接有測樣管，測樣管與藻液測樣池連通，測樣管上安裝有預(yù)設(shè)閥門，并設(shè)置有對藻液測樣池進(jìn)行信號采集的傳感器，各傳感器分別與控制決策系統(tǒng)的信號輸入端連接，控制決策系統(tǒng)的控制端與水泵的控制端連接。
[0007]所述傳感器包括溫度傳感器，pH傳感器和光學(xué)密度儀。
[0008]在所述透明管狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置有光照強(qiáng)度探頭，光照強(qiáng)度探頭通過信號線與控制決策系統(tǒng)連接。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0010]1、本實(shí)用新型提出了一步法養(yǎng)殖特殊經(jīng)濟(jì)藻(鹽藻、雨生紅球藻或油藻等)的系統(tǒng)，能夠在常規(guī)循環(huán)流動式微藻養(yǎng)殖設(shè)施中完成目的產(chǎn)物誘導(dǎo)，無需為誘導(dǎo)目的產(chǎn)物更換或增加養(yǎng)殖設(shè)備，節(jié)省投資和占地，減少操作步驟和能源消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)微藻自動、連續(xù)、快速和高效的生產(chǎn)。
[0011]2、能夠使微藻在快速增殖過程中高效積累目的產(chǎn)物(多糖、色素或油脂等)。能夠使單位目的產(chǎn)物產(chǎn)量成本大幅度降低。
[0012]3、通過一套自反饋調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)來完成，可以根據(jù)環(huán)境和微藻生長狀況自動調(diào)整養(yǎng)殖工藝諸參數(shù)。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1是本實(shí)用新型微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。
[0015]圖中標(biāo)號:1為透明管狀結(jié)構(gòu)，2為緩沖罐,3為水泵,4為控制決策系統(tǒng),5為藻液測樣池，6為預(yù)設(shè)閥門，7為溫度傳感器，8為pH傳感器，9為光學(xué)密度儀，10為光照強(qiáng)度探頭，11為反饋線路。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1中微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)主要由透明管狀結(jié)構(gòu)1、緩沖罐2和水泵3三部分結(jié)構(gòu)，圖中透明管狀結(jié)構(gòu)I可為微藻養(yǎng)殖提供一個密閉的場所，利用水泵3作為動力推動藻液在管狀結(jié)構(gòu)I中循環(huán)流動，藻液最終回流至緩沖罐2中，經(jīng)過這一步驟，微藻可以在透明管狀結(jié)構(gòu)I中吸收太陽能進(jìn)行光合作用，進(jìn)行生長和繁殖。
[0017]將并列排布的管狀結(jié)構(gòu)的首尾依次連通形成管式反應(yīng)器，在上述管式反應(yīng)器中，通過微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)完成快速目的產(chǎn)物誘導(dǎo)養(yǎng)殖的過程具體描述如下:
[0018]系統(tǒng)設(shè)立一個藻液測樣池5，藻液測樣池5位于水泵3后的一個液體管路的旁路上，在藻液測樣池5的前后端預(yù)設(shè)閥門6進(jìn)行截留。藻液測樣池5內(nèi)設(shè)有多種電極，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以有溫度傳感器7、pH傳感器8、光學(xué)密度9等電極，上述探頭另一側(cè)與控制決策系統(tǒng)4相連；并在光生物反應(yīng)器表面安裝光照強(qiáng)度探頭10，同樣連接至控制決策系統(tǒng)4。通過實(shí)時監(jiān)測獲得的藻液溫度、藻液離子濃度(N和P)，藻液細(xì)胞密度及環(huán)境光照強(qiáng)度信號，進(jìn)入控制決策系統(tǒng)4，計算得到當(dāng)前條件下最佳藻液流速；該流速信號通過反饋線路11至變頻水泵3，改變管式光生物反應(yīng)器內(nèi)液體流速，調(diào)整微藻細(xì)胞生長環(huán)境不受強(qiáng)光、高低溫等的影響，保持最佳的生長速度。當(dāng)微藻進(jìn)入油脂誘導(dǎo)養(yǎng)殖過程時，隨N、P離子濃度降低，控制決策系統(tǒng)4可以通過水泵3逐漸調(diào)整降低藻液流速，增加微藻細(xì)胞在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，使藻細(xì)胞受到更多更強(qiáng)的光照，誘導(dǎo)微藻細(xì)胞積累多糖、色素或油脂。這樣就保證微藻在同一個系統(tǒng)中既能快速生長繁殖，也能通過調(diào)整簡單的流速達(dá)到快速積累目的產(chǎn)物的目的。
[0019]例如,將本實(shí)施例試用在河南某地露天場所,應(yīng)用的微藻種類為一種單細(xì)胞綠藻，管式反應(yīng)器的管內(nèi)徑為5cm，采用的電極有溫度探頭、光照探頭、pH電極、N離子濃度探頭、光學(xué)密度探頭，采用太陽光養(yǎng)殖，不增加人工光照；該系統(tǒng)的裝液總體積為900L，其中管的裝液體積為600L，緩沖罐的裝液體積為300L，該系統(tǒng)總占地面積為12m2。
[0020]下面就該系統(tǒng)一步法養(yǎng)殖微藻進(jìn)行描述:第一，把需要用的培養(yǎng)基鹽類放入緩沖罐中，再加入自來水混合培養(yǎng)基，然后把實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)好的藻種放入緩沖罐中，一同混勻后，通過水泵輸送到管中進(jìn)行循環(huán)培養(yǎng)。第二，正常培養(yǎng)后，控制系統(tǒng)通過各個電極的數(shù)據(jù)來調(diào)控系統(tǒng)的培養(yǎng)環(huán)境；如溫度設(shè)定在20?30度，決策系統(tǒng)會通過溫度探頭反饋調(diào)節(jié)流速，使溫度在此范圍內(nèi)；再比如系統(tǒng)會通過PH電極反饋調(diào)節(jié)CO2的通入量和通入時間；再比如系統(tǒng)會通過光照探頭來調(diào)節(jié)微藻細(xì)胞在管中的停留時間，從而避免光抑制，增加光合效率。第三，當(dāng)N離子濃度電極顯示藻液中N含量低于一個閥值時，系統(tǒng)會自動調(diào)慢流速，增加細(xì)胞在管中的停留時間，實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)淀粉或油脂的合成；當(dāng)然在光照探頭顯示光照超出最大設(shè)定范圍時，系統(tǒng)也會為了保護(hù)細(xì)胞，及時增大流速避免其被過多能量殺死。
【權(quán)利要求】
1.一種微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:將并列排布的管狀結(jié)構(gòu)的首尾依次連通形成管式反應(yīng)器，首個管狀結(jié)構(gòu)的出口通過出液管與緩沖罐上部連通，末個管狀結(jié)構(gòu)的入口通過進(jìn)液管與緩沖罐的底部連通，在進(jìn)液管上安裝有水泵，同時，在進(jìn)液管的前后位置分別連接有測樣管，測樣管與藻液測樣池連通，測樣管上安裝有預(yù)設(shè)閥門，并設(shè)置有對藻液測樣池進(jìn)行信號采集的傳感器，各傳感器分別與控制決策系統(tǒng)的信號輸入端連接，控制決策系統(tǒng)的控制端與水泵的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述傳感器包括溫度傳感器，PH傳感器和光學(xué)密度儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻誘導(dǎo)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:在所述管狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置有光照強(qiáng)度探頭，光照強(qiáng)度探頭通過信號線與控制決策系統(tǒng)連接。
【文檔編號】C12M1/34GK203668407SQ201320687934
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】陳偉, 張旭, 婁云霞 申請人:許昌縣四杰生物科技有限公司