核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板、培養(yǎng)單元、系統(tǒng)及培養(yǎng)方法
【專(zhuān)利摘要】一種核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，包括設(shè)于外部的殼板和填充于殼板內(nèi)的核芯部，所述殼板是由剛性滲水材料制成的多微孔板狀結(jié)構(gòu)；所述填充芯為保水滲水性材料；所述填充芯填充于所述殼板內(nèi)部。本發(fā)明的核殼式復(fù)合培養(yǎng)板，其表面供附著光合微生物，所述填充芯中保持有供光合微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)液，培養(yǎng)液自該填充芯中逐漸滲透至殼板的表面，為光合微生物持續(xù)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)液。此外，本發(fā)明還提供了一種包含所述核殼式復(fù)合培養(yǎng)板的培養(yǎng)單元、培養(yǎng)系統(tǒng)、培養(yǎng)方法及應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板、培養(yǎng)單元、系統(tǒng) 及培養(yǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板和包括該培養(yǎng)板的培養(yǎng)單 兀、表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)、方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 光合微生物是一類(lèi)以光為唯一的或主要能量來(lái)源而生長(zhǎng)繁殖的微生物，包括微 藻、藍(lán)細(xì)菌等含有葉綠素可進(jìn)行光合作用的微生物，微生物有著重要生物利用價(jià)值。據(jù)目前 文獻(xiàn)報(bào)道，藻類(lèi)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(lèi)胡蘿卜素、多糖等，這些物質(zhì)往往是 具有極高經(jīng)濟(jì)價(jià)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(guò)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(méi)式，以大量水作為 微藻生活支撐介質(zhì)。主要包括開(kāi)放式培養(yǎng)池與密閉式光生物反應(yīng)器（photobioreactor, PBR)兩種形式。開(kāi)放式培養(yǎng)池的優(yōu)點(diǎn)在于建造和運(yùn)行的成本較低。但由于開(kāi)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(kāi)放池培養(yǎng)運(yùn)行水深較淺，一般只有10-30厘米，使 得通氣補(bǔ)碳時(shí)氣液接觸時(shí)間短，補(bǔ)碳效率低，培養(yǎng)液中溶解二氧化碳（C0 2)的不足，使光合 作用受到限制；再一個(gè)是開(kāi)放式升溫慢，不能在短時(shí)間內(nèi)升到酶活性最好的溫度25°C，經(jīng) 常錯(cuò)失光利用的最佳時(shí)機(jī)；而在夜間開(kāi)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(chǔ)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(kāi)放 池培養(yǎng)的細(xì)胞生長(zhǎng)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(shí)，補(bǔ)碳?xì)怏w與液體接觸時(shí)間長(zhǎng)，培養(yǎng)液溶解 (X) 2濃度較高，因而細(xì)胞生長(zhǎng)速度與培養(yǎng)密度均較開(kāi)放培養(yǎng)池高。但該類(lèi)PBR通常造價(jià)昂 貴、運(yùn)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)測(cè)值100? 200g/m2/d，達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化的理論計(jì)算目標(biāo)，光能利用率低這使微藻大規(guī)模培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 最重要的直接制約因素仍有待提高。
[0004] 近年來(lái)，出現(xiàn)了一種半干式培養(yǎng)系統(tǒng)，已有專(zhuān)利報(bào)道，均采用濾紙、濾布、海綿、泡 沫塑料、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(lèi)軟質(zhì)材料具備如 下缺點(diǎn)：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)，2)表面濕度不均勻，微藻生長(zhǎng)不牢固；并且3)不耐循環(huán)使用，需要經(jīng)常更換， 增加成本，4)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(shí)，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。6)采用這些材料作為表面生長(zhǎng)式光 生物反應(yīng)器時(shí)，由于在堅(jiān)直方向存在高度差，使靠近下方的靜水壓較大，滲水較快并產(chǎn)生積 水，使微藻藻種很容易被沖洗掉（無(wú)法均勻地附著和生長(zhǎng)）。因此目前此類(lèi)培養(yǎng)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn) 入大規(guī)劃生產(chǎn)的可能。
[0005] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明擬采用一種新型的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合 微生物培養(yǎng)板、培養(yǎng)系統(tǒng)和培養(yǎng)方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其 包括：
[0007] 設(shè)于外部的殼板，該殼板該殼板是由剛性滲水材料制成的多微孔板狀結(jié)構(gòu)；
[0008] 填充芯，填充于該殼板內(nèi)部，所述填充芯為保水滲水性材料。
[0009] 根據(jù)上述方案，所述殼板為一種具有從內(nèi)至外連通的網(wǎng)絡(luò)狀微型管路結(jié)構(gòu)，該特 殊結(jié)構(gòu)使該殼板能夠吸水、滲水，并產(chǎn)生自然的虹吸作用；減少培養(yǎng)液介質(zhì)傳遞的能耗。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述殼板內(nèi)形成至少一個(gè)槽道，所述槽道內(nèi)填充所述填充芯。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述槽道包括多個(gè)，平行且縱向地貫穿所述殼板上、下兩個(gè)端 面，每?jī)蓚€(gè)槽道之間具有一個(gè)肋板，將兩個(gè)槽道之間形成區(qū)隔。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述肋板是由該殼板一體成型，或?yàn)槠渌煌杆牟馁|(zhì)制作 后，安裝于該殼板內(nèi)。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述殼板選擇為以下材料中的一種或幾種：透水陶瓷板水泥 板、陶土燒制板、青磚板、紅磚板及瓦材板。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述填充芯選擇為以下材料中的一種或幾種：分子篩、無(wú)紡 布、高密海綿、棉布、高分子吸水樹(shù)脂及聚氨酯吸水劑。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述填充芯的形態(tài)為條狀、塊狀、粉末狀、顆粒狀、絮狀或碎片 狀。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述槽道的水平截面為圓形、三角形、矩形或橢圓形。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述槽道沿垂直于所述殼板的前后兩表面的堅(jiān)直截面，由上 至下為平行式，或由上至下漸進(jìn)式縮小或臺(tái)階式縮小，使槽道內(nèi)壁距離該殼板的兩側(cè)表面 由上至下逐漸增大。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述分子篩具有5人?2nm的孔徑。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述分子篩為beta分子篩或ZSM-5分子篩。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述殼板的表面呈凹凸不平狀。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述各殼板能夠磊疊拼接組合，所述各殼板內(nèi)部設(shè)有供液體 直接通過(guò)的專(zhuān)用通道。
[0022] 此外，本發(fā)明還提供了一種包含上述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的 培養(yǎng)單元，其包括：
[0023] 至少一個(gè)前述任一個(gè)方案的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其表面供 光合微生物附著生長(zhǎng)；
[0024] 至少一個(gè)供液裝置，所述供液裝置用于向所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物 培養(yǎng)板提供光合微生物生長(zhǎng)所需的培養(yǎng)液，所述培養(yǎng)液被所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合 微生物培養(yǎng)板吸收并滲透至該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的表面；
[0025] 至少一個(gè)培養(yǎng)液回收裝置，所述培養(yǎng)液回收裝置設(shè)于所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式 光合微生物培養(yǎng)板下端，以將各核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板下端滲出或未被 核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板吸收的培養(yǎng)液收集。
[0026] 在上述培養(yǎng)單元的一個(gè)實(shí)施方案中，所述供液裝置系罩設(shè)于所述核殼結(jié)構(gòu)的表面 生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的頂端。
[0027] 在上述培養(yǎng)單兀的一個(gè)實(shí)施方案中，所述供液裝置以間隔方式設(shè)于該核殼結(jié)構(gòu)的 表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的頂端上方位置，所述供液裝置以噴淋、滴漏或滲漏的方式 給該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板提供培養(yǎng)液。
[0028] 在上述培養(yǎng)單元的一個(gè)實(shí)施方案中，所述培養(yǎng)單元還包括至少一個(gè)固定裝置，該 固定裝置用于將所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板以直立的方式固定于一個(gè) 預(yù)定位置。
[0029] 此外，本發(fā)明還提供了一種包含上述培養(yǎng)單元的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，該培養(yǎng)系 統(tǒng)包括：
[0030] -個(gè)由上述任一個(gè)實(shí)施方案中培養(yǎng)單元所組成的陣列，以及
[0031]用于向所述陣列中的培養(yǎng)單元的供液裝置提供培養(yǎng)液的培養(yǎng)液供給裝置；
[0032] 其中，所述培養(yǎng)液供給裝置包括培養(yǎng)液池、和循環(huán)動(dòng)力裝置，所述培養(yǎng)液池用于儲(chǔ) 存培養(yǎng)液，所述循環(huán)動(dòng)力裝置用于將所述培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液輸送至各該供液裝置。
[0033] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述循環(huán)動(dòng)力裝置為一個(gè)泵，該泵設(shè)于該 培養(yǎng)液池連接至各該供液裝置的管路上。
[0034]在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述培養(yǎng)液供給裝置還包括一個(gè)二氧化碳 的混入裝置，所述混入裝置將將二氧化碳混入至所述的培養(yǎng)液培養(yǎng)池中。
[0035] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述循環(huán)動(dòng)力裝置包括一個(gè)壓力罐、一個(gè) 空氣壓縮氣源，其中該壓力罐與該培養(yǎng)池連接，該培養(yǎng)池中的培養(yǎng)液輸入至該壓力罐中暫 存，該空氣壓縮氣源連接至該壓力罐，用于對(duì)壓力罐內(nèi)部壓力實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，該壓力罐的通過(guò)管 道連接至各該供液裝置，開(kāi)啟該空氣壓縮氣源對(duì)該壓力罐增壓，使壓力罐內(nèi)的培養(yǎng)液輸送 至各該供液裝置。
[0036] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，該壓力罐連接一個(gè)液位計(jì),該空氣壓縮氣 源連接至該壓力罐的管路上設(shè)有截止閥、減壓閥，該壓力罐連接至各該供液裝置的管路上 設(shè)有一個(gè)壓力表。
[0037]在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述培養(yǎng)液回收裝置將該核殼結(jié)構(gòu)的表面 生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板下端滲出或未被該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板吸 收的培養(yǎng)液收集并通過(guò)管路返回至培養(yǎng)液池。
[0038] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培 養(yǎng)板與培養(yǎng)液回收裝置中的培養(yǎng)液接觸。
[0039] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，所述培養(yǎng)單元為至少兩個(gè)，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。
[0040] 在本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案中，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。
[0041] 基于上述構(gòu)思，本發(fā)明運(yùn)用前述表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)光合微生物的方法，包 括以下步驟：
[0042]a)將培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液通過(guò)所述循環(huán)動(dòng)力裝置輸送至各該供液裝置，所述供 液裝置以噴淋、滴漏或滲漏的方式給核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板提供培養(yǎng) 液，從而使含培養(yǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液浸潤(rùn)整個(gè)核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng) 板；
[0043]b)在所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板上接種光合微生物；
[0044]c)設(shè)置環(huán)境濕度和溫度，在適合光合微生物生長(zhǎng)的光量子強(qiáng)度下使得光合微生物 進(jìn)行光合作用、生長(zhǎng)繁殖。
[0045] 其中，在步驟a)中，還包括將所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板上滲 出或未被核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板吸收的培養(yǎng)液回收至培養(yǎng)液池中的步 驟，同時(shí)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液成分，及時(shí)向培養(yǎng)液池補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)成分。
[0046] 其中，所述光合微生物包括小球藻、螺旋藻、綠藻、等鞭金藻、微擬球藻、柵藻或血 球藻。
[0047] 為了進(jìn)行光合微生物的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)，本發(fā)明米用新型核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式 光合微生物培養(yǎng)板，其包括具有吸水滲水性材質(zhì)制成的殼板，和具有吸水保水性材質(zhì)制成 的填充芯，這種殼板為多微孔材料板，具有很好的吸水/透水性能，因此可以吸取填充芯材 所持的培養(yǎng)液，當(dāng)殼板表面由于水分蒸騰，形成內(nèi)外液壓差，經(jīng)虹吸作用，可迅速吸收填充 芯中的培養(yǎng)液，而填充芯材中液會(huì)迅速吸收供液裝置供給的培養(yǎng)液，從而不斷將培養(yǎng)液供 給到該殼板的表面，達(dá)到飽和狀態(tài)。
[0048]另外，其中殼板內(nèi)部形成數(shù)個(gè)貫穿該殼板上下兩端的槽道，這些槽道平行且沿著 殼板上下兩端延伸，每?jī)蓚€(gè)槽道之間具有一個(gè)肋板，將兩個(gè)槽道之間形成區(qū)隔。這些肋板的 存在，將填充芯分割成數(shù)條，以避免一整塊填充芯內(nèi)部產(chǎn)生連續(xù)的水路所帶來(lái)的靜水壓差， 減少殼板下部外表面滲水過(guò)快等積水問(wèn)題，允許大量的光合微生物，如藻種附著（類(lèi)似苔 蘚等生長(zhǎng)在水中的石壁上），本發(fā)明可以解決培養(yǎng)板在堅(jiān)直方向上的滲水速率不同、反應(yīng)器 表面積水沖刷藻種等技術(shù)問(wèn)題。
[0049] 為了進(jìn)一步解決在堅(jiān)直方向靜水壓的問(wèn)題，其中各該槽道沿垂直于該殼板前后兩 側(cè)面的方向上的剖面可呈漸進(jìn)式縮小或臺(tái)階式縮小，使靠近該殼板下端的槽道內(nèi)壁到達(dá)殼 板外側(cè)之間的距離逐漸增大，以抵消部分的靜水壓差帶來(lái)的殼板下部表面滲水快，將微藻 沖刷脫落的問(wèn)題。
[0050] 再一個(gè)效果是，本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其內(nèi)部的填 充芯的形態(tài)的可不受限制，由于該殼板已經(jīng)形成了一個(gè)個(gè)獨(dú)立的槽道，故該填充芯可為粉 末狀、絮狀、條狀、塊狀、顆粒狀等形態(tài)，且在填充芯長(zhǎng)時(shí)間使用老化后，可輕易更換新的吸 水保水性填充芯，避免老化釋放毒素或鎖水性能差等問(wèn)題；因此，本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的表面 生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板其維護(hù)成本低。
[0051] 另外，本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的骨架強(qiáng)度和剛性較高， 相對(duì)于現(xiàn)有的濾布、濾紙或帆布等具有如下效果：（1)核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物 培養(yǎng)板自身為剛性，可以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)自支撐（只需簡(jiǎn)單地對(duì)其底部固定就可以直立， 或采用吊裝或掛裝），在空間高度和尺寸上更容易實(shí)現(xiàn)，無(wú)需如帆布等必須依賴(lài)復(fù)雜的支撐 框架，可以節(jié)省系統(tǒng)所占空間和成本；（2)殼板表面濕度均勻，微藻生長(zhǎng)牢固，不容易受到 環(huán)境影響而脫落；(3)殼板可耐環(huán)境因素影響，耐腐性好，重復(fù)利用率高，降低成本；(4)不 會(huì)有纖維等雜質(zhì)混入收獲的藻產(chǎn)物中；（5)吸水和保水性能好，有利于微藻生長(zhǎng)繁殖逐漸 增加的對(duì)培養(yǎng)液消耗的要求。本發(fā)明的殼板結(jié)構(gòu)較佳也是以分子篩為基質(zhì)，分子篩通常是 由T0 4(T = Si，P，Al，Ge等）四面體構(gòu)成的具有微孔結(jié)構(gòu)的晶態(tài)無(wú)機(jī)固體，具有不同的籠 或孔狀結(jié)構(gòu)（孔徑通常小于2nm)。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而 把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用，故得名分子篩。沸石分子篩的 實(shí)際用途是非常廣泛的，比如它可以用作吸附劑、離子交換劑，尤其是可以用作石油裂解催 化劑，這是人們開(kāi)發(fā)具有良好催化活性和選擇性沸石分子篩的動(dòng)力。當(dāng)然，隨著人們對(duì)分子 篩研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍也得到進(jìn)一步的拓展，比如可以用作電池材料、藥物載體等 等。沸石分子篩的這些特性主要依賴(lài)于其機(jī)構(gòu)和組成方面的特征，例如孔道的多維性、孔的 尺寸、孔容、陽(yáng)離子的數(shù)目和位點(diǎn)、Si/Al比例等，可以說(shuō)分子篩的性能是這幾種因素的綜合 作用的體現(xiàn)。與一般常用的固體吸附劑如硅膠、活性炭、活性氧化鋁等相比，分子篩在吸附 性能方面有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，一個(gè)是選擇性吸附，另一個(gè)是高效率吸附。由于分子篩的組成 元素主要是親水性元素以及多維的孔道結(jié)構(gòu)，分子篩具有良好的水吸附性能。其吸附方式 主要為物理吸附，而且被吸附的水分子主要儲(chǔ)藏于分子篩的孔道中，因此在吸水前后分子 篩材料體積并沒(méi)有明顯變化。同時(shí)，分子篩在水分子連續(xù)輸送方面也具有很好性能，這是分 子篩能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使內(nèi)部和表面保持均一濕度的原因。此外，分子篩還有一項(xiàng)重要的 特性是能夠在水分子的協(xié)助下，對(duì)金屬離子表現(xiàn)出良好的傳輸性能，使材料內(nèi)部的離子能 夠源源不斷地向表面進(jìn)行輸送。這些特點(diǎn)決定了分子篩在半干法微藻培養(yǎng)方面具有產(chǎn)業(yè)化 應(yīng)用的潛力。本發(fā)明提供的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)耗水量比較低、微藻細(xì)胞生長(zhǎng)較快、收獲便 利及總體能耗低，具體優(yōu)勢(shì)如下：本發(fā)明采用的是表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，可將微藻藻種接種 于殼板的表面后，利用培養(yǎng)液供給裝置向殼板頂端的槽道內(nèi)源源不斷地注入培養(yǎng)液，培養(yǎng) 液被填充芯吸收存儲(chǔ)，在填充芯吸收達(dá)到飽和狀態(tài)后，再補(bǔ)充的培養(yǎng)液就會(huì)慢慢從填充芯 中滲出，并透過(guò)多微孔性質(zhì)的殼板滲出至殼板的表面，使殼板的表面始終呈濕潤(rùn)狀態(tài)，能夠 提供微藻生長(zhǎng)所需的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)。這樣就避免了傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器中水的大量使用，減少 了動(dòng)力系統(tǒng)的能耗；減少了管道設(shè)計(jì)；培養(yǎng)板可堅(jiān)立排列呈陣列狀，減少了單位生物質(zhì)產(chǎn) 量的占地面積；同時(shí)，通過(guò)使微藻生長(zhǎng)濃度極大地提高，也簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)微藻后期收獲中脫水 濃縮、離心、過(guò)濾等工藝，提高了生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本；
[0052] 2、本發(fā)明中所使用光源直接照射到微藻細(xì)胞，而不需要通過(guò)水體，因此光能量衰 減較少，相對(duì)傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器，大幅度提高了光能利用率，同時(shí)大幅度提高了微藻生長(zhǎng)速 率和品質(zhì)，這是微藻生物能源產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵一步；
[0053] 3、傳統(tǒng)管式光生物反應(yīng)器需要對(duì)水、藻混合物進(jìn)行攪拌，以保證微藻在充足的光 照條件下充分生長(zhǎng)，能耗和成本較高。而本發(fā)明所涉及的培養(yǎng)系統(tǒng)不需通過(guò)攪拌來(lái)避免藻 細(xì)胞沉降、減少能耗，節(jié)約成本；
[0054] 4、相對(duì)于其他光生物反應(yīng)器，本發(fā)明的表面生長(zhǎng)式核殼結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)板可以便捷地 改變微藻生長(zhǎng)環(huán)境。微藻的生長(zhǎng)（生物量積累）和代謝物的產(chǎn)生（如油脂）一般是兩個(gè)分 開(kāi)的過(guò)程，因?yàn)樗鼈儗?duì)環(huán)境要求不相同，細(xì)胞生長(zhǎng)需要高氮環(huán)境，而油脂積累過(guò)程則需要低 氮等脅迫環(huán)境。目前常用的方法是等到培養(yǎng)基體系內(nèi)原有氮源消耗完畢時(shí)才逐步轉(zhuǎn)化為缺 氮誘導(dǎo)環(huán)境，往往需要10天以上；若生長(zhǎng)已近平臺(tái)期，想快速進(jìn)入油脂累積階段，目前只能 是先采集藻細(xì)胞后再轉(zhuǎn)入低氮或無(wú)氮培養(yǎng)基中進(jìn)行油脂代謝，這個(gè)工作量很大，而且能耗 高。而通過(guò)本發(fā)明的培養(yǎng)系統(tǒng)及培養(yǎng)方法，我們可以根據(jù)微藻生長(zhǎng)情況隨時(shí)改變生長(zhǎng)環(huán)境， 以實(shí)現(xiàn)微藻生物量的積累或油脂累積。
[0055] 5、使用本發(fā)明的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)及培養(yǎng)方法，與現(xiàn)有的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng) 及方法相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)：
[0056] 5a)本發(fā)明殼板具有強(qiáng)的吸水透水性，填充芯具有強(qiáng)的吸水性、鎖水性能，不需進(jìn) 行連續(xù)用泵大功率地輸水、淋水，就可以保持足夠水分，從而可以為微藻的培養(yǎng)、生長(zhǎng)源源 不斷地提供水分和其他培養(yǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)成分，節(jié)省能耗。本發(fā)明中的殼板所具有的多微孔 性，加上擴(kuò)散性能良好，所述殼板可迅速吸收培養(yǎng)液，達(dá)到飽和狀態(tài)，為在表面培養(yǎng)微藻做 好儲(chǔ)備。在水分蒸發(fā)時(shí)，由于培養(yǎng)系統(tǒng)表面孔穴內(nèi)液體表面的表面張力作用，可在孔徑內(nèi)產(chǎn) 生汲取作用。在汲取作用下，培養(yǎng)液可在殼板的孔管道/網(wǎng)絡(luò)/空穴內(nèi)流動(dòng)，可使培養(yǎng)液快 速補(bǔ)給到殼板表面，使殼板表面的濕度均一飽和。借助水分的運(yùn)動(dòng)，溶培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 小分子也會(huì)隨同水流動(dòng)到達(dá)任何地方，培養(yǎng)液實(shí)現(xiàn)從培養(yǎng)板內(nèi)部向培養(yǎng)板表面運(yùn)輸。在上 述自然機(jī)理作用下，由于是一個(gè)自然現(xiàn)象，因而相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可降低供液能耗。
[0057]本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)板的殼板材質(zhì)較佳選擇以分子篩為基質(zhì)，由于分子篩的規(guī) 格均一，可實(shí)現(xiàn)液體的流動(dòng)快速而且均勻。
[0058] 由分子篩制造的殼板具有雙重多微孔性，所述雙重多微孔性為①分子篩多微孔 性，即，分子篩本身所具有孔徑，從而具有強(qiáng)吸水性和保水性；②板多微孔性，具有從內(nèi)至外 連通的網(wǎng)絡(luò)狀管路，即制成的分子篩的多微孔性殼板還具有除了分子篩本身孔徑以外的孔 徑，這種孔徑大于分子篩本身孔徑，增加水生生物（如微藻）在殼板表面與水的接觸面積， 并且增加在殼板表面水的流動(dòng)性，從而有利于將富含營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)液向水生生物輸送。 這種分子篩的多微孔性和殼板的多微孔性的配合極大地增加了殼板的吸水性和保水性，并 增加了將培養(yǎng)液遞送至水生生物的能力，有利于水生生物生長(zhǎng)；
[0059] 5b)本發(fā)明的殼板為剛性，其機(jī)械強(qiáng)度高，可在堅(jiān)直方向自支撐，只需簡(jiǎn)易地對(duì)其 底部支撐固定即可，便于實(shí)現(xiàn)尺寸上的延展；
[0060] 5c)本發(fā)明的殼板抗腐蝕性好，從而在收獲后或污染后，可耐受消毒劑，從而保證 其循環(huán)使用性好；以及
[0061] 5d)本發(fā)明的殼板成本低，分子篩材料加工制造工藝目前相對(duì)成熟，而且可以選用 的原材料可來(lái)自本欲填埋處理的廢渣。
[0062] 5e)本發(fā)明的殼板內(nèi)部形成數(shù)個(gè)槽道，分別容納填充芯，可避免一整塊填充芯容 易形成連續(xù)水路而存在高度方向的靜水壓?jiǎn)栴}，避免靠近殼板下部產(chǎn)生滲水過(guò)快和積水問(wèn) 題；此外由于已經(jīng)成型了槽道，則可便于任何形態(tài)的填充芯填充進(jìn)去，并且可根據(jù)保水情 況，更替新的填充芯材質(zhì)。
[0063] 由上述優(yōu)點(diǎn)可見(jiàn)，這在很大程度上克服了微藻培養(yǎng)規(guī)?；龅降募夹g(shù)瓶頸-- 裝備大型化和提高空間利用率障礙，使微藻生物能源產(chǎn)業(yè)化具有可能性。
[0064] 另外一個(gè)額外的好處在于，不僅可降低做催化劑用的分子篩廢料處理成本，起到 環(huán)境保護(hù)作用，而且還低成本地進(jìn)行了環(huán)境治理。
[0065] 綜上所述，本發(fā)明解決了現(xiàn)有的浸沒(méi)式微藻培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)制造和維護(hù) 成本昂貴，空間利用率低、生產(chǎn)效率低、能耗高的問(wèn)題。本發(fā)明中，不僅培養(yǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)廉價(jià)， 而且微藻對(duì)光能、碳源及營(yíng)養(yǎng)的利用效率高，次生代謝物的生成速度快，大幅提高了單位占 地面積生物量產(chǎn)率和次生代謝物產(chǎn)率。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0066] 圖la-圖le為本發(fā)發(fā)明不同核殼結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)板結(jié)構(gòu)不意圖。
[0067] 圖2為本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068] 圖3為表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000a的不意圖。
[0069] 圖4為表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000b的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述；需要說(shuō)明的是本發(fā)明中"剛 性"所指代的含義是指相對(duì)于帆布、纖維布或海綿具有更大硬度的材質(zhì)，包括但不限于" 透水陶瓷板、水泥板、陶土燒制板、青磚板、紅磚板及瓦材板"等這些建筑施工用的剛性材 質(zhì)，這些材質(zhì)的特點(diǎn)是皆可在堅(jiān)直方向無(wú)特殊支撐架的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)自支撐、且耐腐蝕性強(qiáng)。
[0071] 〈核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板〉
[0072] 本發(fā)明的表面生長(zhǎng)式核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板1、如圖la所不， 包含兩個(gè)部分，即位于設(shè)于外部的殼板11，該殼板11是由剛性滲水材料制成的多微孔板 狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有連通的網(wǎng)絡(luò)狀微型管孔結(jié)構(gòu)，在該殼板11內(nèi)部形成數(shù)個(gè)堅(jiān)直方向的槽道 111，優(yōu)選的，使這些槽道可相互平行，貫穿該殼板11的上端面112、下端面113 (也可不貫 穿）；數(shù)條填充芯12,用于填充至該各槽道111內(nèi)，填充芯12是由吸水、鎖水及滲水性的材 質(zhì)制成，例如，能夠選擇分子篩、無(wú)紡布、高密海綿、棉布、高分子吸水樹(shù)脂及聚氨酯吸水劑， 且不限于這些材質(zhì)。其中，槽道111的設(shè)置數(shù)量不限制，但為了殼板11的表面的濕潤(rùn)度的 平均性，較佳使各槽道111分布的間隔小于5cm。其中，填充芯12的形態(tài)能夠?yàn)槿魏涡螒B(tài)， 例如填充芯12為圖la所示的條狀或塊狀，當(dāng)然可以僅為粉末狀、顆粒狀、絮狀或碎片狀等 任何方便填入槽道111之中的形態(tài)。
[0073] 所述的殼板11，在兩個(gè)槽道111之間形成一個(gè)肋板，其材質(zhì)可與殼板11的材質(zhì)相 同，而一體成型出這些肋板和槽道111，也可以采用其他的材質(zhì)單獨(dú)制成肋板后，再安裝進(jìn) 去。上述結(jié)構(gòu)的作用是，由于槽道111之間有區(qū)隔，殼顯著降低了一整塊填充芯中水柱及靜 水壓形成的幾率，從而避免了滲水率因?yàn)楦叨炔煌兴鶇^(qū)別以及殼板11表面積水，使光 合微生物，如藻種無(wú)法有效附著的現(xiàn)象。
[0074] 上述核殼式的培養(yǎng)板1，其特殊的殼板加填充芯結(jié)構(gòu)，不僅可綜合剛性的外側(cè)單層 板所具有的"多孔滲水性能"和較強(qiáng)的"鎖水和持水性能"的填充芯的雙重優(yōu)勢(shì)，解決現(xiàn) 有技術(shù)問(wèn)題；同時(shí)還可以緩解靜水壓，減少孔內(nèi)連續(xù)水路的形成，防止表面積水，更有利于 微藻附著生長(zhǎng)，提升培養(yǎng)板單位面積的產(chǎn)藻量。
[0075] 其中，殼板11可選擇為以下材料中的一種或幾種的現(xiàn)有的建筑板材，如：水泥板、 陶土燒制板、青磚板、紅磚板及瓦材板；同時(shí)可以采用一些多微孔性的基質(zhì)材料和添加劑 制作成一種硬質(zhì)多微孔板，所采用添加劑包括粘結(jié)劑，基質(zhì)材料為分子篩、玻璃砂或青石等 等；其中的添加劑為鋁石，或者鋁石、田菁粉和硝酸的混合物。采用分子篩制作該殼板11 時(shí)，分子篩較佳選擇具有5A ~2nm的孔徑的分子篩，例如分子篩beta分子篩或ZSM-5分 子篩。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述硬質(zhì)多微孔板包含分子篩和鋁石，其中所述分子篩為50-90 質(zhì)量份，鋁石為5-45質(zhì)量份。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述殼板包含分子篩、鋁石、田菁粉和 硝酸，其中所述分子篩為60-80質(zhì)量份，鋁石為15-35質(zhì)量份，田菁粉為1-4質(zhì)量份，硝酸為 1-4質(zhì)量份。
[0076] 進(jìn)一步地，殼板11表面呈凹凸不平狀，以增加其表面積，可讓更多的微藻附著于 其上，使單位體積內(nèi)可生長(zhǎng)更多的微藻。
[0077] 進(jìn)一步的，其中該殼板11的槽道111的形狀不受限制。
[0078] 參照?qǐng)Dlb所示，是圖la的變形，圖la槽道111的水平截面為矩形，在圖lb中殼 板11的各槽道111的水平截面為圓形，此外，還可設(shè)為三角形或橢圓形等等，而填充芯12 可分別為粉末狀、絮狀、碎片狀或顆粒狀（未繪）。
[0079] 參照?qǐng)Dla所示，其殼板11中的各槽道111沿垂直于所述殼板的前后兩表面的堅(jiān) 直向截面，為均勻的寬度，而填充芯12為規(guī)則的條狀。在圖lc中，可以看到，槽道111沿垂 直于殼板11前后表面的堅(jiān)直向截面為由上至下為漸進(jìn)式縮小，圖Id中，槽道111堅(jiān)直向截 面為由上至下為階梯式縮小，使槽道111內(nèi)壁與該殼板11的前后兩側(cè)表面之間的距離由上 至下逐漸增大，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是通過(guò)增加殼板11下方的滲水距離，以增加滲水阻力，可 在一定程度上抵消部高度方向靜水壓引起的滲水過(guò)快，殼板11表面積水的問(wèn)題。
[0080] 參見(jiàn)圖le所示，所述培養(yǎng)板1可以疊置壘高以拼接成更大面積的培養(yǎng)板組合；這 樣一來(lái)由于高度方向上有多塊培養(yǎng)板1重疊，則培養(yǎng)液若從最上層的培養(yǎng)板1的上端面112 開(kāi)始往下滲漏，逐漸滲至最下端的培養(yǎng)板1的上端面，就會(huì)造成最上層的培養(yǎng)板1外表面滲 水很大，而最下層培養(yǎng)板1外表面會(huì)就比較干，并且最下層的培養(yǎng)板1上的培養(yǎng)液傳輸速度 較慢，影響殼板11上藻的生長(zhǎng)速度。
[0081] 為了解決這個(gè)問(wèn)題，如圖le所示的四塊培養(yǎng)板1壘疊在一起時(shí)，各培養(yǎng)板1的殼 板11內(nèi)貫穿設(shè)置有專(zhuān)門(mén)用于培養(yǎng)液流動(dòng)的專(zhuān)用通道114,為空管結(jié)構(gòu)，該些通道114可以使 培養(yǎng)液流經(jīng)各培養(yǎng)板1時(shí)不被填充芯12吸收，而是直接通過(guò)這些通道114,到達(dá)相鄰的下 一層培養(yǎng)板1上端面112 ;通過(guò)這些專(zhuān)用通道114的設(shè)置，可以平衡所述培養(yǎng)板組合中各層 培養(yǎng)板1上培養(yǎng)液的滲出速度和滲出量，使組合中各培養(yǎng)板1外表面藻的生長(zhǎng)情況更加符 合預(yù)期，更加均衡；其中，通道114內(nèi)還可以設(shè)置一些水管（pipe)，在各培養(yǎng)板1與培養(yǎng)板1 連接的位置處設(shè)有高密海綿條或吸水棉條115,使從通道114內(nèi)滲出的水分布均勻。
[0082]本發(fā)明中核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板可通過(guò)以下方法制造（下稱(chēng) 制備方法1):將具有6 ~ 8A的孔徑的物質(zhì)A (如分子篩類(lèi)多微孔材料）和粘合物質(zhì)B (如鋁 石類(lèi)輔助劑）以質(zhì)量份數(shù)比約70份：25份混合，向上述混合物加入添加劑C(如田菁和硝 酸少量添加物）進(jìn)行粘接，在80-KKTC和常壓，使粘接混合物在模具中壓制形成硬質(zhì)多微 孔的板狀結(jié)構(gòu)（類(lèi)似制磚的工藝），所述多微孔殼板具有無(wú)數(shù)個(gè)孔徑為3?40 y m，較佳為 3-10 y m的微孔管道結(jié)構(gòu)（分子篩壓合后顆粒之間形成的微孔管道），同時(shí)在該殼板的內(nèi)部 形成數(shù)個(gè)槽道111 ;然后，將具有6 ~ 8A的孔徑的物質(zhì)A(如分子篩類(lèi)多孔材料，可進(jìn)行簡(jiǎn) 單加工成條狀，也可以不加工）在常溫條件下緊密地填充到槽道111內(nèi)，形成本發(fā)明的核殼 結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板1。
[0083]本發(fā)明中核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板可通過(guò)以下方法制造（下稱(chēng) 制備方法2):在具有槽道111的透水陶瓷板中，緊密填充具有6孔徑的分子篩（可分 子篩ZSM-5或分子篩beta或二者的混合物），形成本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微 生物培養(yǎng)板1。
[0084]〈核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板組成的培養(yǎng)單元〉
[0085] 圖2不出了本發(fā)明的培養(yǎng)單兀101，培養(yǎng)單兀101包括核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光 合微生物培養(yǎng)板1、固定裝置2、培養(yǎng)液回收裝置3、供液裝置4。所述固定裝置2可包括相 對(duì)的固定組件21和22,固定組件21和22之間形成可固定培養(yǎng)板1的孔隙23。培養(yǎng)單元 100可包括多個(gè)培養(yǎng)板1的陣列，其形成較大的平面培養(yǎng)板組件。供液裝置4設(shè)置在培養(yǎng)板 1的上方，供液裝置4具有孔、縫隙等出口，從而使培養(yǎng)液以滴漏、滲漏等形式進(jìn)入核殼結(jié)構(gòu) 的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板1內(nèi)部，被填充芯12吸收并保持。培養(yǎng)板1的頂端側(cè)緣可 密封在供液裝置4中。作為替換，供液裝置4可沿堅(jiān)直方向與培養(yǎng)板1間隔開(kāi)，以使得培養(yǎng) 液從供液裝置4滴落至培養(yǎng)板1。培養(yǎng)板1的下端側(cè)面可密封在培養(yǎng)液回收裝置3中，與培 養(yǎng)液回收裝置3中的培養(yǎng)液接觸，使培養(yǎng)液回收裝置3中的培養(yǎng)液能夠浸潤(rùn)該培養(yǎng)板1的 下端部。
[0086]〈培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)施例1>
[0087] 結(jié)合圖2和圖3進(jìn)行說(shuō)明，圖3示出了本發(fā)明的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000a的，表 面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)l〇〇〇a可包括多個(gè)如圖2所示的培養(yǎng)單元101和設(shè)置在培養(yǎng)單元101之 間光源裝置8,以及為培養(yǎng)單元101提供培養(yǎng)液的培養(yǎng)液供給裝置9。
[0088] 如圖2和3所示的，所述固定裝置2包括相對(duì)的固定組件21和22,固定組件21和 22之間形成可固定培養(yǎng)板1的孔隙23,且培養(yǎng)板1還可以向上從孔隙23中取出。
[0089] 圖3中的多個(gè)培養(yǎng)單元101設(shè)置為相互平行且間隔開(kāi)一距離。每?jī)蓚€(gè)培養(yǎng)單元 101之間設(shè)置至少一光源裝置8。光源裝置可為雙面光源，對(duì)兩側(cè)的培養(yǎng)單元進(jìn)行照射。光 源裝置8也可根據(jù)需要為單面光源。
[0090] 圖2的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000a包括培養(yǎng)液供給裝置9,該培養(yǎng)液供給裝置9包 括培養(yǎng)液池6、循環(huán)泵7。
[0091] 培養(yǎng)液回收裝置3用于將從核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1下端滲出或未被培養(yǎng)板1吸收的培 養(yǎng)液收集并通過(guò)管道返回至培養(yǎng)液池6。當(dāng)培養(yǎng)系統(tǒng)1000a工作時(shí)，循環(huán)泵7啟動(dòng)，將培養(yǎng) 液池6中的培養(yǎng)液通過(guò)管道輸送至供液裝置4,供液裝置4將培養(yǎng)液供給核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板 1，核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1吸收培養(yǎng)液并通過(guò)其內(nèi)部的細(xì)小孔徑運(yùn)輸至核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1的表 面，提供為微藻生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，而核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1端部同時(shí)與培養(yǎng)液回收裝置3內(nèi)的培 養(yǎng)液相接觸，培養(yǎng)液通過(guò)毛細(xì)作用浸潤(rùn)核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1下端的部分區(qū)域，使得核殼結(jié)構(gòu) 培養(yǎng)板1處于半干狀態(tài)。
[0092] 培養(yǎng)液供給裝置9還可包括二氧化碳混入裝置（圖中未示），用于將二氧化碳混入 到培養(yǎng)液中。
[0093]〈培養(yǎng)系統(tǒng)實(shí)施例2>
[0094] 結(jié)合圖2和圖4說(shuō)明本發(fā)明的另一培養(yǎng)系統(tǒng)1000b。圖4不出了本發(fā)明的表面生 長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)l〇〇〇b。與圖3所示的實(shí)施例類(lèi)似，培養(yǎng)系統(tǒng)1000b也可包括一個(gè)或多個(gè)圖2 的培養(yǎng)單元101。具體地，培養(yǎng)系統(tǒng)l〇〇〇b可包括核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1、固定裝置2、培養(yǎng)液回 收裝置3、供液裝置4、培養(yǎng)液池6、壓力罐11、空氣壓縮氣源12、液位計(jì)13、截止閥14、截止 閥15、減壓閥16、排氣閥17、和壓力表18。
[0095] 圖4的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000b包括培養(yǎng)液循環(huán)裝置9b，所述培養(yǎng)液循環(huán)裝置 9b中可選采用空氣壓縮方式。該空氣壓縮方式所用裝置為本領(lǐng)域可選的其他壓力泵替代 裝置，可選但不限于包括壓力罐11、空氣壓縮氣源12、液位計(jì)13以及配套閥門(mén)，優(yōu)選截止閥 14、15,減壓閥16等。通過(guò)將在壓力罐11內(nèi)儲(chǔ)備足量培養(yǎng)液的條件下，將循環(huán)裝置9b中其 上游截閥15關(guān)閉，將截止閥14開(kāi)啟，通過(guò)空氣壓縮氣源12使壓力罐11內(nèi)培養(yǎng)液在循環(huán)裝 置9b中輸送至供液裝置4,可選用壓力表18監(jiān)測(cè)，供液裝置4以噴淋、滴漏或滲漏的方式給 核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1提供培養(yǎng)液，從而使含培養(yǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液浸潤(rùn)整個(gè)核殼結(jié)構(gòu)培 養(yǎng)板1，培養(yǎng)液回收裝置3位于核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1的下方，未被核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1吸收的培 養(yǎng)液流至培養(yǎng)液回收裝置3,培養(yǎng)液回收裝置3中的培養(yǎng)液通過(guò)管道回流至培養(yǎng)液池6。
[0096] 水牛牛物表面牛長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)的橾作
[0097] 本發(fā)明實(shí)施例1的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000a可如下操作：
[0098] _通過(guò)培養(yǎng)液供給裝置9使得供液裝置4具有包含C02微泡的培養(yǎng)液，供液裝置4 以噴淋、滴漏或滲漏的方式給核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1提供培養(yǎng)液；
[0099]-使核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1與培養(yǎng)液回收裝置3中的培養(yǎng)液保持接觸，從而使含C02微 泡的培養(yǎng)液浸潤(rùn)核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1 ;
[0100] -在核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1的表面接種微藻；
[0101] -利用所述光源裝置8照射所述核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1，并設(shè)置培養(yǎng)系統(tǒng)1000a周?chē)?環(huán)境濕度和溫度，溫度通常為20-35°C，濕度在50-80%的范圍，使得微藻生長(zhǎng)。
[0102] 本發(fā)明實(shí)施例2的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)1000b可如下操作：
[0103] 1.排氣閥17打開(kāi)，截止閥14和截止閥15關(guān)閉，減壓閥16壓力調(diào)至OMPa，減壓閥 16要求在0-1. OMPa范圍內(nèi)可調(diào)；
[0104] 2.在培養(yǎng)液池6中添加一定體積量的培養(yǎng)液；
[0105] 3.打開(kāi)截止閥15,培養(yǎng)液從培養(yǎng)液池6流入壓力罐11，液面在截止閥14相連的管 路入口以下；
[0106] 4?關(guān)閉截止閥15和排氣閥17,打開(kāi)截止閥14,調(diào)整減壓閥16的壓力，壓力罐11 內(nèi)的培養(yǎng)液會(huì)逐漸流入供液裝置4,為核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1提供微藻所生長(zhǎng)所需要的培養(yǎng)液。 其中，根據(jù)核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1承載的微藻生長(zhǎng)情況和壓力表18顯示的壓力，將減壓閥16的 壓力調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹担?br>
[0107] 5.流經(jīng)培養(yǎng)液回收裝置3的培養(yǎng)液返回到培養(yǎng)液池6中，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)液池6中的 成分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果成分達(dá)不到培養(yǎng)要求，及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)的培養(yǎng)液成分；
[0108] 6.壓力罐11中安裝有低液位檢測(cè)的液位計(jì)13,當(dāng)液位低于設(shè)定的液位后，將排氣 閥17打開(kāi)，截止閥15打開(kāi)，截止閥14關(guān)閉，培養(yǎng)液從培養(yǎng)液池6流入壓力罐11。重復(fù)步驟 3至步驟5的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1上微藻不間斷供給培養(yǎng)液；
[0109] 7.在培養(yǎng)液浸潤(rùn)整個(gè)核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1后，在核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1的表面上接種微 藻；
[0110] 8.利用光源裝置8照射核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1，并設(shè)置培養(yǎng)系統(tǒng)100周?chē)沫h(huán)境濕度 和溫度，溫度通常為20-35°C，濕度在50-80%的范圍，使得水生生物生長(zhǎng)。
[0111] 本發(fā)明實(shí)施例2的系統(tǒng)借助壓力表18、減壓閥16以及液位計(jì)13,可以根據(jù)微藻生 長(zhǎng)狀況較為精確地控制培養(yǎng)液的供給量和速度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的目的。
[0112] 以下是將本發(fā)明的培養(yǎng)單元與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較，以進(jìn)一步使本本發(fā)明的技術(shù)效 果得到體現(xiàn)：
[0113] 實(shí)施例1本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板及對(duì)照的制備
[0114] 本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1的制備例：
[0115] 按照前述制備方法1得到本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板①；
[0116] 按照制備方法2,以分子篩ZSM-5制備得到本發(fā)明核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板②。
[0117] 所述核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板①和②的尺寸均為1米*2米*3厘米。
[0118] 設(shè)置3組對(duì)照：
[0119] 第1組：對(duì)照帆布（32支），尺寸與所述核殼結(jié)構(gòu)培養(yǎng)板1相當(dāng)，夾心層有為海綿 吸水材料。
[0120] 第2組：按照前述的制備方法1，用分子篩和鋁石等制作一張多孔板，但不形成槽 道111，得到對(duì)照板①；
[0121] 第3組：在兩塊透水陶瓷板中間夾持一整塊的分子篩ZSM-5組成的塊狀體，得到對(duì) 照板②。
[0122] 上述3組對(duì)照板的尺寸與所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板①及② 相當(dāng)。
[0123] 實(shí)施例2吸水率比較
[0124] 表1.吸水率比較
[0125]
【權(quán)利要求】
1. 一種核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征包括： 設(shè)于外部的殼板，該殼板是由剛性滲水材料制成的多微孔板狀結(jié)構(gòu)； 填充芯,填充于該殼板內(nèi)部,所述填充芯為保水滲水性材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述殼 板內(nèi)形成至少一個(gè)槽道，所述槽道內(nèi)填充所述填充芯。
3. 如權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述槽 道包括多個(gè)，平行且縱向地貫穿所述殼板上、下兩個(gè)端面，每?jī)蓚€(gè)槽道之間具有一個(gè)肋板， 將兩個(gè)槽道之間形成區(qū)隔。
4. 如權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述殼 板選擇以下材料中的一種或幾種制成：透水陶瓷板、水泥板、陶土燒制板、青磚板、紅磚板及 瓦材板。
5. 如權(quán)利要求4所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述填 充芯選擇以下材料中的一種或幾種制成：分子篩、玻璃砂、無(wú)紡布、高密海綿、棉布、高分子 吸水樹(shù)脂及聚氨酯吸水劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述 填充芯的形態(tài)為條狀、塊狀、粉末狀、顆粒狀、絮狀或碎片狀。
7. 如權(quán)利要求3所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述槽 道的水平截面為圓形、三角形、跑道形、矩形或橢圓形。
8. 如權(quán)利要求3所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述槽 道沿垂直于所述殼板的前后兩表面的堅(jiān)直截面，由上至下為平行式，或由上至下漸進(jìn)式縮 小或臺(tái)階式縮小，使槽道內(nèi)壁距離該殼板的兩側(cè)表面由上至下逐漸增大。
9. 如權(quán)利要求5所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述分 子篩具有5 A?2nm的孔徑。
10. 如權(quán)利要求9所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述分 子篩為beta分子篩或ZSM-5分子篩。
11. 如權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其特征是，所述各 殼板能夠磊疊拼接組合，所述各殼板內(nèi)部設(shè)有供液體直接通過(guò)的專(zhuān)用通道。
12. -種表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)培養(yǎng)單元，其特征包括： 至少一個(gè)如權(quán)利要求1-11所述的核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板，其表面 供附著光合微生物生長(zhǎng)； 至少一個(gè)供液裝置，所述供液裝置用于向所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng) 板提供光合微生物生長(zhǎng)所需的培養(yǎng)液，所述培養(yǎng)液被所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生 物培養(yǎng)板吸收并滲透至該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的表面； 至少一個(gè)培養(yǎng)液回收裝置，所述培養(yǎng)液回收裝置設(shè)于所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合 微生物培養(yǎng)板下端，以將各核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板下端滲出或未被核殼 結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板吸收的培養(yǎng)液收集。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)培養(yǎng)單元，其特征是，所述供液裝置系罩 設(shè)于所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的頂端。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)培養(yǎng)單元，其特征是，所述供液裝置以間 隔方式設(shè)于該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板的頂端上方位置，所述供液裝置以 噴淋、滴漏或滲漏的方式給該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板提供培養(yǎng)液。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13或14所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)單元其特征是，所述培養(yǎng)單元 還包括至少一個(gè)固定裝置，該固定裝置用于將所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng) 板以直立的方式固定于一個(gè)預(yù)定位置。
16. -種表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，該培養(yǎng)系統(tǒng)包括： 一個(gè)由權(quán)利要求12-15任一項(xiàng)所述的培養(yǎng)單元所組成的陣列，以及 用于向所述陣列中的培養(yǎng)單元的供液裝置提供培養(yǎng)液的培養(yǎng)液供給裝置； 其中，所述培養(yǎng)液供給裝置包括培養(yǎng)液池和循環(huán)動(dòng)力裝置，所述培養(yǎng)液池用于儲(chǔ)存培 養(yǎng)液，所述循環(huán)動(dòng)力裝置用于將所述培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液輸送至各該供液裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述循環(huán)動(dòng)力裝置為一 個(gè)泵，該泵設(shè)于該培養(yǎng)液池連接至各該供液裝置的管路上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述培養(yǎng)液供給裝 置還包括一個(gè)二氧化碳的混入裝置，所述混入裝置將將二氧化碳混入至所述的培養(yǎng)液培養(yǎng) 池中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述循環(huán)動(dòng)力裝置包括 一個(gè)壓力罐、一個(gè)空氣壓縮氣源，其中該壓力罐與該培養(yǎng)池連接，該培養(yǎng)池中的培養(yǎng)液輸入 至該壓力罐中暫存，該空氣壓縮氣源連接至該壓力罐，用于對(duì)壓力罐內(nèi)部進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，該 壓力罐的通過(guò)管道連接至各該供液裝置，開(kāi)啟該空氣壓縮氣源對(duì)該壓力罐增壓，使壓力罐 內(nèi)的培養(yǎng)液輸送至各該供液裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，該壓力罐連接一個(gè)液位 計(jì)，該空氣壓縮氣源連接至該壓力罐的管路上設(shè)有截止閥、減壓閥，該壓力罐連接至各該供 液裝置的管路上設(shè)有一個(gè)壓力表。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16或17或19所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)其特征是，所述培養(yǎng)液回 收裝置將該核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板下端滲出或未被該核殼結(jié)構(gòu)的表面 生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板吸收的培養(yǎng)液收集并通過(guò)管路返回至培養(yǎng)液池。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生 長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板與培養(yǎng)液回收裝置中的培養(yǎng)液接觸。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16或17或19所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)其特征是，所述培養(yǎng)單元 為至少兩個(gè)，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。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16或17或19所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)其特征是，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。
25. -種運(yùn)用權(quán)利要求16-24任一項(xiàng)所述的表面生長(zhǎng)式培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)光合微生物的方 法，包括以下步驟： a)將培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液通過(guò)所述循環(huán)動(dòng)力裝置輸送至各該供液裝置，所述供液裝置 以噴淋、滴漏或滲漏的方式給核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板提供培養(yǎng)液，從而 使含培養(yǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)液浸潤(rùn)整個(gè)核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板； b)在所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板上接種光合微生物； C)設(shè)置環(huán)境濕度和溫度，在適合光合微生物生長(zhǎng)的光量子強(qiáng)度下使得光合微生物進(jìn)行 光合作用、生長(zhǎng)繁殖。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的培養(yǎng)光合微生物的方法，其特征是，在步驟a)中，還包括 將所述核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光合微生物培養(yǎng)板上滲出或未被核殼結(jié)構(gòu)的表面生長(zhǎng)式光 合微生物培養(yǎng)板吸收的培養(yǎng)液回收至培養(yǎng)液池中的步驟，同時(shí)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)液池中的培養(yǎng)液成 分，及時(shí)向培養(yǎng)液池補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)成分。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的培養(yǎng)光合微生物的方法，其特征是，所述光合微生物包括 小球藻、螺旋藻、綠藻、柵藻、等鞭金藻、微擬球藻或血球藻。
【文檔編號(hào)】C12M1/04GK104328029SQ201410599353
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】胡強(qiáng), 喻正保, 劉倩 申請(qǐng)人:國(guó)家開(kāi)發(fā)投資公司, 中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院