一種微藻養(yǎng)殖裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微藻養(yǎng)殖裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻培養(yǎng)時(shí)，微藻對(duì)光的利用率取決于藻細(xì)胞所吸收的光的多少。高強(qiáng)度的光照是高產(chǎn)量的前提條件，但藻細(xì)胞對(duì)光的吸收和利用存在光飽和點(diǎn)，當(dāng)接收該光飽和點(diǎn)的光強(qiáng)時(shí)，藻細(xì)胞對(duì)光的利用效率達(dá)到最高，但若接收高于該光飽和點(diǎn)的光強(qiáng)時(shí)將導(dǎo)致藻細(xì)胞光利用效率下降，而且過多的光能會(huì)以熱和熒光的形式損失，對(duì)于光飽和點(diǎn)較低的細(xì)胞甚至?xí)斐蓳p傷。因此，在養(yǎng)殖過程中，為了保證每個(gè)藻細(xì)胞都能均勻的受到光的照射，需要進(jìn)行曝氣或攪拌混合，使藻細(xì)胞在養(yǎng)殖體系中進(jìn)行“明暗循環(huán)”，即在有光和黑暗之間不斷的運(yùn)動(dòng)，以滿足藻細(xì)胞光合作用對(duì)光的需求，同時(shí)又不至于讓藻細(xì)胞長時(shí)間或一直受光而產(chǎn)生光損傷或產(chǎn)生溫度過高等現(xiàn)象從而使藻細(xì)胞受損或死亡。
[0003]微藻培養(yǎng)時(shí)，為了提高產(chǎn)量，通常采用高密度養(yǎng)殖，同時(shí)照射高強(qiáng)度的光照，該培養(yǎng)過程中為了提高微藻對(duì)光的利用率、改善藻細(xì)胞接光均勻度，通常需要較高的混合強(qiáng)度，比如通過提高通氣比或提高攪拌強(qiáng)度等，以避免因混合不足而使藻細(xì)胞局部或長時(shí)間接收高光強(qiáng)，從而對(duì)藻細(xì)胞活性造成嚴(yán)重的影響。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的高密度養(yǎng)殖雖然可以通過提高混合強(qiáng)度來改善藻細(xì)胞接光均勻度、提高高強(qiáng)度光照的光利用效率，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的高密度培養(yǎng)技術(shù)也存在如下問題:(1)若采用窄光程的培養(yǎng)裝置，會(huì)使光穿透該培養(yǎng)裝置后無法被完全利用，造成光能損失；但若使光不穿透該培養(yǎng)裝置，則需要提高藻細(xì)胞的養(yǎng)殖密度，但該方法會(huì)使細(xì)胞密度與光照強(qiáng)度以及混合強(qiáng)度不易匹配:若混合不足，則藻細(xì)胞接收光能不均勻，若混合過強(qiáng)，則產(chǎn)生的剪切力會(huì)對(duì)藻細(xì)胞造成損傷，并且提高藻細(xì)胞密度還會(huì)使藻細(xì)胞呼吸作用消耗較大，造成凈產(chǎn)量下降；(2)若采用寬光程的培養(yǎng)裝置，藻細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)路徑較長，不利于藻細(xì)胞快速的接收光能進(jìn)行光合作用，同時(shí)寬光程往往伴隨著高強(qiáng)度的混合需求，能耗較大，且高強(qiáng)度混合產(chǎn)生的剪切力也會(huì)對(duì)藻細(xì)胞造成損傷，影響產(chǎn)量的提升。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)中的高密度培養(yǎng)技術(shù)雖然可以提高高強(qiáng)度光照的利用效率，但存在著混合強(qiáng)度需求高、會(huì)使藻細(xì)胞造成損傷等問題；但若保證藻細(xì)胞的混合強(qiáng)度較低不至于造成損傷，則又無法充分利用高強(qiáng)度光照，會(huì)造成光能損失，光利用效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種微藻養(yǎng)殖裝置和方法，能夠在提高高強(qiáng)度光照的光利用效率的同時(shí)，又不至于需要較高的混合強(qiáng)度，進(jìn)而避免高強(qiáng)度混合帶來的剪切力對(duì)藻細(xì)胞造成的損傷。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一方面，本發(fā)明提供了一種微藻養(yǎng)殖裝置，包括:光生物反應(yīng)器，所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)養(yǎng)殖層，每個(gè)所述養(yǎng)殖層中均設(shè)有通氣裝置，或者均設(shè)有通氣裝置和攪拌目.0
[0009]可選地，所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相疊加的養(yǎng)殖層；或者，
[0010]所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相嵌套的養(yǎng)殖層。
[0011]具體地，各個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度相等；或者
[0012]由所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)至與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度依次增加；或者
[0013]由所述光生物反應(yīng)器的外側(cè)至所述光生物反應(yīng)器的內(nèi)部，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度依次增加。
[0014]進(jìn)一步地，所述光生物反應(yīng)器的底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)裝置。
[0015]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種微藻養(yǎng)殖方法，使用了上述任一技術(shù)方案中提供的所述微藻養(yǎng)殖裝置，所述微藻養(yǎng)殖方法包括步驟:
[0016]I)根據(jù)所述微藻養(yǎng)殖裝置的各個(gè)養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度，將藻種接種至各個(gè)所述養(yǎng)殖層中，其中，各個(gè)所述養(yǎng)殖層的接種密度隨各個(gè)所述養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度的降低而降低；
[0017]2)養(yǎng)殖過程中，向各個(gè)所述養(yǎng)殖層中通入氣體，其中，各個(gè)所述養(yǎng)殖層的通氣比隨各個(gè)所述養(yǎng)殖層的接種密度的降低而降低。
[0018]具體地，當(dāng)所述微藻養(yǎng)殖裝置的兩面均接收光照時(shí)、和/或當(dāng)所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相嵌套的養(yǎng)殖層，所述微藻養(yǎng)殖方法具體包括:
[0019]I)由所述光生物反應(yīng)器的外側(cè)至所述光生物反應(yīng)器的內(nèi)部，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度依次減弱；將藻種接種至各個(gè)所述養(yǎng)殖層中，其中，由所述光生物反應(yīng)器的外側(cè)至所述光生物反應(yīng)器的內(nèi)部，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的接種密度依次降低；
[0020]2)養(yǎng)殖過程中，向各個(gè)所述養(yǎng)殖層中通入氣體，其中，由所述光生物反應(yīng)器的外側(cè)至所述光生物反應(yīng)器的內(nèi)部，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的通氣比依次降低；
[0021]當(dāng)所述微藻養(yǎng)殖裝置從單面接收光照、且所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相疊加的養(yǎng)殖層時(shí)，所述微藻養(yǎng)殖方法具體包括:
[0022]I)由所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)至與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度依次減弱；將藻種接種至各個(gè)所述養(yǎng)殖層中，其中，由所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)至與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的接種密度依次降低；
[0023]2)養(yǎng)殖過程中，向各個(gè)所述養(yǎng)殖層中通入氣體，其中，由所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)至與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的通氣比依次降低。
[0024]此外，步驟I)之前，所述方法還包括:
[0025]設(shè)置所述光生物反應(yīng)器的各個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度均相等；或者，
[0026]當(dāng)所述微藻養(yǎng)殖裝置的兩面均接收光照、和/或當(dāng)所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相嵌套的養(yǎng)殖層時(shí)，由所述光生物反應(yīng)器的外側(cè)至所述光生物反應(yīng)器的內(nèi)部，設(shè)置至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度依次增加；
[0027]當(dāng)所述微藻養(yǎng)殖裝置從單面接收光照、且所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相疊加的養(yǎng)殖層時(shí)，由所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)至與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，設(shè)置至少兩個(gè)所述養(yǎng)殖層的厚度依次增加。
[0028]進(jìn)一步地，養(yǎng)殖過程中，當(dāng)所述微藻養(yǎng)殖裝置從單面接收光照、且所述光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)相疊加的養(yǎng)殖層時(shí)，步驟2)還包括:調(diào)整所述光生物反應(yīng)器的受光面朝向，使所述光生物反應(yīng)器的第一側(cè)接收到的光照強(qiáng)度一直大于所述第二側(cè)接收到的光照強(qiáng)度。
[0029]可選地，所述光照包括人工光照或自然光照，且所述光照強(qiáng)度大于等于500 μπιο?/
m2/s。
[0030]可選地，所述通氣比為0.1?lOvvm。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻養(yǎng)殖裝置和方法，包括光生物反應(yīng)器，且該光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)養(yǎng)殖層，微藻養(yǎng)殖時(shí)，可以根據(jù)該微藻養(yǎng)殖裝置的各個(gè)養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度，在各個(gè)養(yǎng)殖層中接種不同密度的藻種，并且可以使各個(gè)養(yǎng)殖層中的接種密度隨各個(gè)養(yǎng)殖層接收到的光照強(qiáng)度的降低而降低；養(yǎng)殖過程中，可以分別向各個(gè)養(yǎng)殖層中通入氣體，使各個(gè)養(yǎng)殖層的通氣比隨各個(gè)養(yǎng)殖層的接種密度的降低而降低；這樣，高強(qiáng)度光照照射高養(yǎng)殖密度的養(yǎng)殖層，而透過高養(yǎng)殖密度養(yǎng)殖層的強(qiáng)度較弱的光照會(huì)被低養(yǎng)殖密度的養(yǎng)殖層中的微藻吸收從而進(jìn)行光合作用；這樣，本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻養(yǎng)殖裝置整體提高了高強(qiáng)度光照的利用率，進(jìn)而提高了整體產(chǎn)量；并且，對(duì)于接收到的光照強(qiáng)度較高的養(yǎng)殖層，其中的養(yǎng)殖密度及通氣比均較高，而對(duì)于接收到的光照強(qiáng)度較低的養(yǎng)殖層，其中的養(yǎng)殖密度及通氣比均較低，相比于現(xiàn)有技術(shù)中整體采用高密度養(yǎng)殖的方式，降低了通氣能耗，避免了高強(qiáng)度混合帶來的剪切損傷。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微藻養(yǎng)殖裝置；
[0034]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種微藻養(yǎng)殖裝置；
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種微藻養(yǎng)殖裝置；
[0036]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微藻養(yǎng)殖方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施