培养微藻的孵化场的制作方法
【专利说明】培养微藻的孵化场
[0001]本申请要求2014年12月02日提交的申请号为10201408033V、名称为“光生物反应器”(Photob1reactor)的新加坡专利申请的优先权。本申请以引用的方式将这一较早申请的全部内容、主题和资料并入本文。
技术领域
[0002]本申请涉及一种用于培养光合自养藻类、微藻类或显微藻类的孵化场。该孵化场也被称为孵化器或光生物反应器。本申请还涉及制造、装配、拆卸、安装、配置、维护和使用该孵化场的方法。
【背景技术】
[0003]藻类以叶绿素作为其主要光合色素，在其生殖细胞周围缺少细胞无菌覆盖物。因此，藻类具有最终来自蓝藻的光合作用体，蓝藻产生氧气作为光合作用的副产品。因为藻类可用作能源、肥料、营养补充品、污染控制媒介(如二氧化碳减排)、色素和物质稳定剂(如角叉菜胶)，所以许多科学家、科研机构和公司研宄并提出了不同类型的培养微藻的孵化场。培养微藻的孵化场的类型包括开放池培养系统、运用气升方法的管道网络、封闭反应器、水平式光生物反应器、垂直培养系统、平板型反应器以及发酵罐型反应器。为了应对能源和环境危机，高效、成本低廉且稳定的孵化场是全球很多地方工业实现的理想之选。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在提供一种新颖实用的培养微藻的孵化场。
[0005]本专利申请的独立权利要求中提供了本发明的基本特征，而从属权利要求中分别描述了本发明的重要特征。
[0006]本实用新型提供一种培养微藻的孵化场。该孵化场包括第一光生物反应器、第二光生物反应器以及第一连接器，其中所述第一光生物反应器用于盛纳第一补料培养基；所述第二光生物反应器用于盛纳第二补料培养基；所述第一连接器将所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器相连接，用于在所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器之间调节微藻和/或补料培养基的输送。所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器相互独立运作，便于这两个生物反应器各自进行单独操作，这样可使用不同的补料培养基，以不同的停留时间、温度、光照量、湍流或任何其他培养环境对这两个光生物反应器中的微藻分别进行培养。必要时，可将所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器连接在一起，以便一起对它们同时进行操作，这样可使用实质上相同的补料培养基，以相同的停留时间、温度、光照量、湍流或任何其他培养环境对这两个光生物反应器中的微藻进行培养。所述第一连接器控制所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器之间的流体(如浆液)连通，这样所述第一光生物反应器内所盛物质(如补料培养基、微藻)可被输送至所述第二光生物反应器，反之亦然。因此，在微藻生长的各个阶段，该孵化场可在不同的地点以不同的环境条件(例如:光照量、温度、二氧化碳浓度)对所述微藻进行培养，而非在整个生命周期内采用固定不变或单一的培养物在同一个地点对微藻进行培养。实际上，该孵化场可对补料培养基的成分以及环境条件进行调节或优化，以适应并优化微藻的几个生长阶段，这将实现微藻增殖力或效力最大化。换言之，所述孵化场在该孵化场的各个光生物反应器中提供不同的培养环境，因此可显著提高微藻的生长。所述孵化场可包括多个光生物反应器，然而最佳的光生物反应器数量为3至20个。
[0007]由于所述微藻需要不同水平的营养物供应及生长环境(如培养基的含盐度、温度、微量元素含量、光照强度)来实现最优生长，因此需要在微藻的生命周期内对所述补料培养基和生长环境做出更改。所述孵化场可在特定的生长阶段在所述光生物反应器内提供设计、定制或预先确定的增殖培养物和环境。所述微藻的例子包括微拟球藻、扁藻和杜氏藻。
[0008]所述孵化场还包括一个泵，该泵与一个或多个所述光生物反应器相连，用于输送所述微藻、补料培养基或二者结合(即微藻和补料培养基)。该泵能够以预定的速度(如2.3升/分钟)将流体(如气体、液体)或浆液(如微藻和补料培养基的混合物)推送至所述一个或多个光生物反应器。例如，如果所述泵、所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器串联连接在一起，则所述泵可将所述第一光生物反应器内的微藻和补料培养基推送至所述第二光生物反应器。所述泵可连续地、间歇地、周期性地推送或保持静止(即停止)，因此可根据微藻培养策略(例如产量最大化)调节两个光生物反应器之间的流体连通。
[0009]所述第一光生物反应器可包括一个第一送料器，该送料器与所述第一光生物反应器的第一容器相连，用于向所述第一光生物反应器供应第一补料培养基。所述第一送料器可包括一个储料槽，该储料槽被定期充填所述微藻的第一补料培养基。例如，所述第一补料培养基包括硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐、氯化物或其他营养盐。所述第一补料培养基还可包括无机盐、微量元素和维生素。
[0010]所述第一光生物反应器还可包括一个控制阀，用于调节向所述第一光生物反应器的第一容器供给所述第一补料培养基的补料速度。可手动或电动启动所述控制阀，这样可调节所述第一补料培养基的补料速度，避免营养物供应过剩(例如浪费)或供给不足(例如营养缺乏)。所述控制阀可由一个或多个本地或远程计算机控制，或者与一个或多个本地或远程计算机相连接，这些计算机根据微藻的生长情况自动调节第一光生物反应器中补料培养基的供给。
[0011]所述第一连接器还可包括一个单向阀，其连接于所述第一光生物反应器或所述孵化场的入口处。当不存在顺流进料时，所述单向阀避免微藻或补料培养基回流。例如，当所述泵处于不工作状态(即不泵送)时，所述单向阀防止所述第一光生物反应器中的补料培养基流入第一送料器。
[0012]在空间位置上，所述第一光生物反应器可低于所述第二光生物反应器。这一布局使得所述第二光生物反应器比第一光生物反应器具有更高的势能。在重力的影响之下，所述第二光生物反应器内的物质(例如微藻浆液)可自发流向所述第一光生物反应器。实际上，如果所述孵化场设置有多个不同高度的光生物反应器，那么位置更高的光生物反应器内的物质可自然地流入位置较低的光生物反应器中，无需额外泵的抽送。例如，所述孵化场可设置一组位于斜坡上的光生物反应器，位置较高的光生物反应器中的微藻可自动流入另一个位置较低的光生物反应器，在两个光生物反应器之间设置一个或多个连接器或阀，用于调节流速。
[0013]在一个实施例中，所述第二光生物反应器叠加在所述第一光生物反应器之上，而第二光生物反应器通过第一连接器或阀与第一光生物反应器相连。一般来说，所述孵化场可包括很多光生物反应器，这些光生物反应器成阶梯状依次堆叠。其中的每个光生物反应器可提供适合微藻的一个或多个生长阶段的补料培养基或生长条件。实际上，可构建和连接2至15个光生物反应器(或少于这一数字)，其中，可将这些光生物反应器(即全部光生物反应器)之中的一个或多个串行连接并垂直堆叠。可安排2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个或更多个光生物反应器堆叠和/或串行连接。
[0014]作为替代方案，所述第一光生物反应器和第二光生物反应器高度相同，这样可通过泵或其他外力实现补料培养基在所述第一、第二光生物反应器之间循环流动。例如，如果所述第一、第二光生物反应器之间存在温度梯度，那么因为温差，所述第一、第二光生物反应器内的流体将自然互相流动。
[0015]一个或多个所述光生物反应器可配有一个或多个孔(开口、洞、管、窗、通道)，便于从所述光生物反应器排放气体(如空气、蒸汽)或将二氧化碳注入所述光生物反应器。因为气体通常从液体的底部漂浮至上部，因此液体中气泡的运动将搅动或扰动所述光生物反应器中的微藻，避免其沉淀。有助于减少或避免位于所述光生物反应器底部微藻的沉淀或腐败。所述孔进一步促进二氧化碳或空气的注入或释放，这是微藻生长的重要条件。
[0016]所述孵化场还可包括一个或多个感测装置，这些感测装置与所述一个或多个光生物反应器相连，用于监测微藻的生长状况。所述感测装置可包括很多类型的传感器、电子电路、微处理器和电缆，可在线、离线监测或记录微藻培养的PH值、盐度、温度、光照强度、二氧化碳浓度水平或其他参数。可调节孵化场的各种组件为微藻提供理想的条件。例如，如需延长光生物反应器的日光照射，所述孵化场可在夜晚打开发光二极管(LED灯泡)。如感测装置检测到光生物反应器的盐度不足，可添加无机盐。
[0017]所述孵化场还可包括一个收获机，其与第二光生物反应器或其他光生物反应器相连，用于采集微藻。所述收获机利用微孔筛网、离心作用、絮凝作用和/或通过泡沫浮选方法来收集成熟的微藻。例如，所述收获机为收获的微藻提供油脂抽提、化学提取和物理萃取。
[0018]所述孵化场还可包括一个第三光生物反应器，该第三光生物反应器依次与第二光生物反应器以及第一光生物反应器相连。实际上，更多个光生物反应器可以以链的方式依次连接。这些光生物反应器中的每个或一些光生物反应器提供不同的补料培养基或不同的生长环境，这样可在理想的条件下在这些光生物反应器中培育微藻，帮助它们实现最优生长。培养不同或相同种类的微藻时，甚至可将这些光