专利名称：一体连续气浮采收、连续补碳培养微藻的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种微藻的连续培养方法，尤其是一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的装置和方法。
背景技术：
微藻富含蛋白质、多糖、不饱和脂肪酸等营养成分(如螺旋藻)，可用于食品、医药方面；含有多种色素(如紫球藻)，可用于化装品、生物工程和医学诊断；可以大量积累碳氢化合物，碳氢化合物含量可占干重的49％(如盐生杜氏藻)，直接用于发电；某些微藻可以固氮，可用作天然肥料(如鱼腥藻)，通过营养控制可以作为优质饵料；某些属的微藻还含有抗生素及毒素，极具药用价值。微藻已成为食品、保健品、医药和精细化工的原料，显示出巨大的市场潜力。
从目前的现状看，微藻的产业化仍存在相当难度，主要因为工程化的问题没有很好解决。在微藻培养中应用最广泛的是开放池培养系统，它具有技术简单、投资低廉等特点，在螺旋藻、小球藻和盐藻的大规模培养中取得了良好的效果。但它同时存在培养条件不稳定，单位体积产率低，下游处理成本高，不易保持纯种培养等缺点。而用于微藻培养的光生物反应器尚处于开发研制阶段，没有形成产业化规模。制约微藻产业化发展的因素首先是一是培养密度低，通常在lg/L的数量级，优化工艺后可达到10-15g/L的量级，比陆地微生物发酵低1-2个数量级，导致成本居高不下，其中光强和碳源的限制是主要原因；其次是现有微藻的初加工技术落后。目前采用的人工采收工作量大，采收效率低，大大增加了培养成本，不利于形成规模生产。
向培养液中添加适量的碳源是提高培养密度的有效手段。目前开放式培养系统中主要靠添加大量的NaHCO3补碳。研究表明，NaHCO3的补碳效果不如CO2，且添加碳酸盐会使培养体系的pH升高，并增加成本。但在开放池中直接通CO2，由于气液接触时间短，传质效率低，造成CO2的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于微藻的生长过程中如果能适时采收，一方面可以在一定程度上消除微藻增殖过程中的密度抑制，维持高密度培养，另一方面可以减轻光的衰减现象，而适时的连续采收也有利于工业化对连续性的要求。用溶解了CO2的溶气水(稀藻液)采收，可以在采收的同时实现高效补碳，从而提供一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的装置和方法。
本发明提供的一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的方法所使用的装置主要包括气源及加压设备、饱和器、气浮塔(泡载分离器)和微藻培养装置。其主要过程和原理是CO2(除尘烟道气)和空气的混合气体经过加压后通过管道进入饱和器溶解，使饱和器中的水(来自补碳培养分离装置的稀藻液)达到饱和(以下简称为溶气水)，该溶气水沿管道经过释水器进入常压的补碳培养分离装置一气浮塔，与沿管道进入装置内的待采收藻液充分混合，发生湍流扩散接触，向藻液快速传质(属液一液传质，传质阻力小)，实现高效补碳；与此同时，另一部分溶剂化的气体降压后形成大量的微气泡，这些微气泡与藻细胞相粘附，上浮，达到细胞浓缩分离的目的，浓缩的藻液及部分尾气分别由管道和排出。装置内上升的气泡经过气一水分离器后由管道输送回到气源装置内，经重新加压后循环使用。此外，CO2在藻液中溶解度比空气大，释压时空气将优先解吸形成微气泡，实施细胞分离而溶剂化的CO2主要作用是补碳，因此，过程实现了合理和经济。富含CO2的稀藻液经管道进入微藻培养池，或沿管道返回饱和器中，参与下一次循环。
该过程为连续操作，待采收、补碳的高密度藻液连续注入装置，同时连续排出已实施补碳和采收的稀藻液，回流入培养池。示意图如下本发明的效果由于本发明利用连续溶气式(空气和二氧化碳，来自烟道气)气浮技术，在气浮塔内连续采收藻细胞，同时将溶解的二氧化碳补充给藻液，既利用了烟道气，节省大量的无机碳源，又提高了通常用二氧化碳补碳的传质效率(液液传质的效率远高于气液传质)。本发明可以有效地解除碳源不足对生长的限制，同时，在微藻的生长过程中适时采收，还可在一定程度上减轻了微藻增殖引起的光强的衰减，有利于提高了培养效率。
图1是连续泡载分离微藻同时补碳系统具体实施方案实施例1一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的方法所使用的设备主要包括气源及加压设备1、饱和器2、气浮塔(泡载分离器)3和微藻培养装置(4)。其主要过程和原理是CO2(除尘烟道气)和空气的混合气体经过加压后通过管道5进入饱和器(2)溶解，使饱和器中的水(来自补碳培养分离装置的稀藻液)达到饱和(以下简称为溶气水)，该溶气水沿管道经过释水器6进入常压的补碳培养分离装置一气浮塔(3)，与沿管道8进入装置内的待采收藻液充分混合，发生湍流扩散接触，向藻液快速传质(属液-液传质，传质阻力小)，实现高效补碳；与此同时，另一部分溶剂化的气体降压后形成大量的微气泡，这些微气泡与藻细胞相粘附，上浮，达到细胞浓缩分离的目的，浓缩的藻液及部分尾气分别由管道10和11排出。装置内上升的气泡经过气-水分离器后由管道9输送回到气源装置内，经重新加压后循环使用。此外，CO2在藻液中溶解度比空气大，释压时空气将优先解吸形成微气泡，实施细胞分离而溶剂化的CO2主要作用是补碳，因此，过程实现了合理和经济。富含CO2的稀藻液经管道7进入微藻培养池，或沿管道12返回饱和器中，参与下一次循环。
该过程为连续操作，待采收、补碳的高密度藻液连续注入装置，同时连续排出已实施补碳和采收的稀藻液，回流入培养池。示意图如下
权利要求
1.一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的装置，包括气源及加压设备、饱和器、气浮塔(泡载分离器)和微藻培养装置。
2.一种应用权利要求1所述的连续气浮采收、连续补碳培养微藻的装置进行培养微藻的方法，其特征在于连续操作，待采收、补碳的高密度藻液连续注入装置，同时连续排出已实施补碳和采收的稀藻液，回流入培养池，实现微藻培养、连续补碳、气浮采收的集成化和连续化。
全文摘要
本发明涉及一种微藻的连续培养方法，尤其是一种连续气浮采收、连续补碳培养微藻的方法。将微藻的规模培养、连续补碳、气浮采收集成在一起，实现微藻培养的集约化、自动化、低成本和规模化生产。利用烟道气为微藻补碳，同时实现连续气浮采收，既利用了烟道气，节省大量的无机碳源，又可解除微藻培养的碳源限制和密度增加引起的光强衰减，大幅度提高产率。
文档编号C12N1/12GK1472306SQ0114229
公开日2004年2月4日 申请日期2001年9月27日 优先权日2001年9月27日
发明者威 丛, 丛威, 曾文炉, 蔡昭玲, 欧阳藩 申请人:中国科学院过程工程研究所