曝气管14被鼓入微藻培养液8后会形成上升气泡流18并推动微藻培养液8流动。由于导流板的存在，流动的微藻培养液8形成循环流，其流动方向如图1中箭头27、28所示。该微藻培养液的流动循环具有两个好处:其一是形成较好混合，使藻液内部溶解碳和营养物均匀分布，促进微藻生长的同时也可避免离子交换膜附近的离子堆积对离子跨膜传输的影响；其二使培养液内藻细胞更均匀的接受光照。
[0025]营养供给液9在蠕动栗20推动下经过进液口 10供入左耳室4a和右耳室4b内，与微藻培养液8之间进行目标离子的调控。所述蠕动栗的流速可为10mL/min。随后，营养供给液9从出液口 11流入储液瓶21中进行循环利用。待营养供给液9中的目标离子较低时重新补充目标离子以保证离子的渗入速率。
[0026]CO2烟气从气源22流出后经过气体压力计23进行压力调节后从曝气管14中被鼓入微藻培养液8中。进入微藻培养液8中的烟气会形成上升气泡流18，气泡流在上升的过程中，其中所含的0)2会以无机碳的形式溶解在微藻培养液8中供微藻生长利用。最后，经过溶解过后的烟气通过排气管15被排出。
[0027]由于离子交换膜上具有活性交换位点，阳离子交换膜上含有磺酸基团-SO3H、羧基基团-COOH或苯酚基团-C6H4OH等酸性基团；阴离子交换膜上含有季胺基团-NCH330H、或胺基-NH2等碱性基团。这些基团在水中能将自身的离子与溶液中的同号离子进行交换。其中，阳离子交换膜表面基团上的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换膜，而阴离子交换膜表面基团所产生的氢氧根能与阴离子进行交换。在左耳室和右耳室中的高浓度目标离子与微藻培养液8中的低浓度目标离子通过浓度差作用下，离子交换膜分别进行两次离子交换即可实现目标离子从左耳室和右耳室向微藻培养腔室8的定向传输。其离子交换反应式如下所示:
[0028]阳离子交换反应式:R-S03H+A+—R-SO 3A+H+
[0029]阴离子交换反应式:R-N(CH3) 30H+B — R-N (CH 3) 3Β+0Η
[0030]其中，A+为某一阳离子，B为某一阴离子。
[0031]利用自适应式微藻光生物反应系统进行营养物质自动补充的方法，包括以下步骤:
[0032]第一步:将微藻培养基在高压灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌30?60min，并将集成系统在紫外线照射下灭菌24?48h ;
[0033]第二步:待微藻培养基达到常温后，将微藻菌种以0.05?0.2g/L的浓度接种到微藻培养基中，并将接种有藻种的微藻培养液注入中间腔室3内；微藻菌种可以选择普通小球藻、蛋白核小球藻、栅藻等；
[0034]第三步:将营养供给液9放入储液器20中；
[0035]第四步:开启蠕动栗将营养补给液9供入左耳室4a和右耳室4b中，使目标离子分别通过阴离子交换膜6和阳离子交换膜7渗入微藻培养液8内供微藻生长使用；所述蠕动栗的流速可为10mL/min ;营养供给液9采用循环供给方式，营养供给液9从出液口 11流入储液瓶20 ;
[0036]第五步:开启气源22和气体压力计23，调节压力至0.02MPa后，气体经第一曝气管14a和第二曝气管14b曝入微藻培养液8内；
[0037]第六步:重复步骤第四步、第五步，对微藻培养液8培养，7?15天后，微藻培养完成，停止该批次培养，对微藻进行收获。
[0038]其中，微藻培养液8内的营养盐成分为SE培养基=NaNO3 0.15?0.25g/L, K2HPO40.05 ?0.lg/L, MgSO4.7H20 0.05 ?0.lg/L, CaCl2.2H20 0.02 ?0.03g/L, KH2PO40.125 ?0.25g/L, NaCl 0.015 ?0.03g/L, FeCl3.6H20 0.025 ?0.075g/L, H3BO30.00286g/L，MnCl2.4H20 0.00186g/L，ZnSO4.7H20 0.00022g/L，Na2MoO4.2H200.00039g/L，CuSO4.5H20 0.0008g/L，Co (NO3) 2.6H20 0.0005g/Lo
[0039]营养供给液9中的营养盐成分主要为硝酸盐、磷酸盐、硫酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、氯化钙、氯化铁、氯化钠以及微量元素；微量元素如硫酸锌、钼酸钠、硫酸铜、硝酸钴等；硝酸盐如硝酸钾、硝酸钠等；磷酸盐如磷酸氢二钾和磷酸二氢钾等；其营养供给液浓度可根据所培养藻种对营养物质需求量而人为调整。
【主权项】
1.一种自适应式微藻光生物反应系统，包括中间腔室(3)、左耳室(4a)和右耳室(4b)； 其特征在于:左耳室(4a)和右耳室(4b)分别设置在中间腔室(3)的左、右侧，中间腔室(3)与左耳室(4a)和右耳室(4b)之间分别设置有阴离子交换膜(6)和阳离子交换膜(7);左耳室(4a)和右耳室(4b)的底部均设置有进液口，左耳室(4a)和右耳室(4b)的顶部均设置有出液口 ；中间腔室(3)内设置有微藻培养液(8);中间腔室(3)顶部的中心位置设置有出气孔，排气管(15)通过出气孔插入中间腔室(3)内；中间腔室(3)顶部的左、右端均设置有曝气孔，第一曝气管(14a)和第二曝气管(14b)分别通过曝气孔插入中间腔室(3)内；中间腔室(3)内位于第一曝气管(14a)和第二曝气管(14b)之间设置有第一导流板(13a)和第二导流板(13b)，第一导流板(13a)和第二导流板(13b)与中间腔室(3)的左、右侧平行。2.根据权利要求1所述的自适应式微藻光生物反应系统，其特征在于:该系统还包括气体源(23)和气体流通管路(25);气体源(23)中的气体通过气体流通管路(25)和第一曝气管(14a)以及第二曝气管(14b)曝入微藻培养液(8)内。3.根据权利要求1或2所述的自适应式微藻光生物反应系统，其特征在于:该系统还包括蠕动栗(20)和储液器(21);营养供给液(9)通过蠕动栗(20)以及进液口(10)注入左耳室(4a)和右耳室(4b)内。4.利用权利要求1、2或3所述的自适应式微藻光生物反应系统进行营养物质自动补充的方法，其特征在于:包括以下步骤: 第一步:将微藻培养基在高压灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌30?60min，并将集成系统在紫外线照射下灭菌24?48h ; 第二步:待微藻培养基达到常温后，将微藻菌种以0.05?0.2g/L的浓度接种到微藻培养基中，并将接种有藻种的微藻培养液注入中间腔室(3)内； 第三步:将营养供给液(9)放入储液器(20)中，并开启蠕动栗将营养供给液(9)供入左耳室(4a)和右耳室(4b)中，使目标离子分别通过阴离子交换膜(6)和阳离子交换膜(7)渗入微藻培养液(8)内供微藻生长使用； 第四步:开启气源(22)和气体压力计(23)，调节压力至0.02MPa后，气体经第一曝气管(14a)和第二曝气管(14b)曝入微藻培养液(8)内； 第五步:重复第三步、第四步，待微藻培养液(8)培养7?15天后，停止该批次培养，对微藻进行收获。
【专利摘要】本发明公开了自适应式微藻光生物反应系统及方法；自适应式微藻光生物反应系统，包括中间腔室、左耳室和右耳室；其特征在于：左耳室和右耳室分别设置在中间腔室的左、右侧，中间腔室与左耳室和右耳室之间分别设置有阴离子交换膜和阳离子交换膜；左耳室和右耳室的底部均设置有进液口，左耳室和右耳室的顶部均设置有出液口；中间腔室内设置有微藻培养液；中间腔室顶部的中心位置设置有出气孔，排气管通过出气孔插入中间腔室内；中间腔室顶部的左、右端均设置有曝气孔，第一曝气管和第二曝气管分别通过曝气孔插入中间腔室内；本发明可广泛应用于生物、环保、能源等领域。
【IPC分类】C12M1/00, C12N1/12, C12M1/04
【公开号】CN105039136
【申请号】CN201510403971
【发明人】廖强, 常海星, 付乾, 黄云, 朱恂, 李俊, 叶丁丁, 陈蓉
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月10日