專利名稱：利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源環(huán)境和生物技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種利用荒山資源培養(yǎng)微藻的 模式。
背景技術(shù)：
我國雖然擁有廣闊的國土面積，但是可耕土地十分有限。隨著人口增加、城市建設(shè) 不斷擴大和工業(yè)化速度加快，可耕土地資源呈大幅度縮減趨勢，人均農(nóng)耕土地少的問題更 加突出。與此同時，在我國特別是西部地區(qū)擁有大片的荒山野嶺和無垠的鹽堿土地資源，長 期以來受到各種因素限制，這些土地資源既不適宜于農(nóng)業(yè)耕作，也不能發(fā)展林牧產(chǎn)業(yè)，水土 流失嚴重。如何開發(fā)利用上述荒蕪?fù)恋刭Y源的潛能，創(chuàng)建新型農(nóng)產(chǎn)業(yè)，并提供新的就業(yè)機 會，保障社會穩(wěn)定和支撐經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，將是我國下一步需要發(fā)展的重大方向性課題。眾所周知，植物是生物圈中的第一生產(chǎn)力，而微藻是該生產(chǎn)力的重要組成部分。微 藻不僅在水生態(tài)系統(tǒng)中是水產(chǎn)動物整個生長過程(或特定發(fā)育階段)的唯一餌料或餌料生 物的餌料，提供水生物圈運轉(zhuǎn)的基本有機物質(zhì)和能量。而且微藻種類占植物物種數(shù)量的近 50%，數(shù)以萬計的微藻廣泛分布于地球的每一個角落?？梢哉f，從熱帶經(jīng)溫帶，到寒帶和冰 天雪地的南北二極，從淡水湖泊到海水以及鹽堿沼澤，從水表到大洋深處都有微藻存在和 繁衍，它們能夠適應(yīng)不同的光、溫、濕度和營養(yǎng)生境。由于微藻在種質(zhì)、生態(tài)分布、遺傳信息、 生化組成、代謝途徑等方面具有出多樣性、復(fù)雜性和特殊性，決定了其潛在的營養(yǎng)和藥學(xué)價 值，人類可能從中開發(fā)出大量結(jié)構(gòu)特異的高附加值生物活性成分、生物能源和生物蛋白食 品?？梢源_信，微藻資源將成為人類繼發(fā)現(xiàn)微生物之后又一新的重要種質(zhì)庫、遺傳信息庫、 生化物質(zhì)庫、再生藥用資源庫和特色產(chǎn)品博物館。但是，自然界并沒有可以大量直接收集的微藻！無論何時、在何地開發(fā)上述資源， 首先需要興建一新型農(nóng)產(chǎn)業(yè)，通過工程培養(yǎng)生產(chǎn)出微藻原料。由于不同微藻能適應(yīng)不同光、 溫、鹽、濕度和營養(yǎng)生境。理論上可以利用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所不能耕作的荒蕪?fù)恋?如鹽堿荒地、 沙漠和巖石丘陵地帶)和各類水源(淡水、咸水、海水等)，變廢為寶，開發(fā)出高價值的微藻 資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，解決荒蕪?fù)恋刭Y源長期 以來受到各種因素限制、無法有效利用等問題。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式在荒山建成從山頂?shù)缴侥_高度依次遞減、面積依 次增加的多級梯度平臺；在地勢最低的區(qū)域建壩圍欄，形成蓄水池塘，在地勢最高的山頂建 造人工儲水池多個；在儲水池下方多級梯度平臺高度最高、環(huán)境相對凈潔的梯度平臺處，建 造微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間；在儲水池下方高差約7-15米處，建立液體處理消毒車間；選擇空氣 干燥、質(zhì)量凈潔低洼處建造配氣車間。
所述選擇的荒山為長期水土流失嚴重、非耕作和不能進行林業(yè)種植的荒山野嶺的荒蕪?fù)恋刭Y源和各類水資源。所述每級梯度平臺寬約8-20米，長度在30-150米；所述人工 儲水池建造多個，每個儲水池體積根據(jù)地勢在幾十到上百立方，儲水池具有儲存水和配制 培養(yǎng)液的雙重功能；所述儲水池提供高水勢保障水或培養(yǎng)液在通過管道自然流淌到每個微 藻種質(zhì)培養(yǎng)車間；所述微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間根據(jù)多個的人工儲水池的不同，在其儲水池下方 多級梯度平臺高度最高環(huán)境相對凈潔的梯度平臺，建造微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間。所述蓄水池塘 內(nèi)的水匯集雨水并收集已經(jīng)收獲藻體細胞后的廢水，在山谷圍欄形成；蓄水池塘邊緣打水 井，蓄水池塘中水分通過土壤滲透和過濾，自然沉降到地下回補地下井水消耗。所述水井到 儲水池鋪設(shè)上水管道，利用水泵抽吸井水中的水分揚升到儲水池中。所述配氣車間內(nèi)將二 氧化碳和空氣進行有效混合，其中二氧化碳的體積比例控制在_2%，然后混合氣體經(jīng) 過微孔過濾和高壓泵壓縮，向不同梯度平臺上的微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間內(nèi)輸送，用于解析微藻 細胞光合作用在藻液內(nèi)累積的氧氣和補償其二氧化碳消耗。所述微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間的梯度平臺上構(gòu)建不同類型和大小的光生物反應(yīng)器，光生 物反應(yīng)器為管道光生物反應(yīng)器、平板光生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器或開放池式光生物 反應(yīng)器。所述消毒車間利用水壓差將培養(yǎng)液通過管道從儲水池自然流淌到消毒車間處理， 然后提供給不同高位平臺的微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間。所述經(jīng)微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間培養(yǎng)后的微藻 達到需要的密度后，完成細胞培養(yǎng)，將藻液收獲，依靠管道和水從高位想低位自然流淌的力 量，將培養(yǎng)后的藻液匯集到山谷底部的收集車間。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1.本發(fā)明因地制宜通過工程措施將荒山野嶺改造成多級梯度平臺，在山谷低位建 水井，并將水提升到山頂建造的儲水池中，完成培養(yǎng)液配制和消毒處理后，利用不同類型和 大小的生物反應(yīng)器培養(yǎng)微藻，微藻培養(yǎng)后的水體排放到山谷圍建的蓄水池塘中，蓄水池塘 同時回收降雨回補井水。在利用長期水土流失嚴重、非傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作、不能發(fā)展林業(yè)的荒山 野嶺等荒蕪?fù)恋刭Y源，同時構(gòu)建水循環(huán)利用的生態(tài)栽培模式，創(chuàng)建微藻資源開發(fā)新產(chǎn)業(yè)，開 展規(guī)?；毎こ膛囵B(yǎng)單細胞微藻，生產(chǎn)人類社會大量需要的生物能源、生物蛋白和高附 加值的生物活性物質(zhì)等產(chǎn)品。2.本發(fā)明利用微藻的生物多樣性和非農(nóng)業(yè)耕作的荒蕪?fù)恋刭Y源和水資源，創(chuàng)建微 藻資源開發(fā)新產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)人類社會大量需要產(chǎn)品。3.本發(fā)明開展規(guī)?；毎こ膛囵B(yǎng)單細胞微藻，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用、減少二氧 化碳含量，屬于環(huán)境友好的生態(tài)發(fā)展模式。另外，該模式充分借助地勢高低，使液體(水、培 養(yǎng)液、藻種、藻液)依次自然流動，減少對泵體的過度依賴，節(jié)省成本和電力，也減少了微藻 培養(yǎng)過程中潛在的污染程度。4.本發(fā)明利用荒蕪?fù)恋貏?chuàng)建新型農(nóng)產(chǎn)業(yè)，開發(fā)微藻新資源生產(chǎn)稀有產(chǎn)品。即利用 長期水土流失嚴重、非農(nóng)業(yè)耕作、不能發(fā)展林業(yè)的荒山野嶺等荒蕪?fù)恋刭Y源，因地制宜變廢 為寶，通過工程措施改造成多級梯度平臺，然后構(gòu)建不同類型和大小的生物反應(yīng)器，創(chuàng)建微 藻資源開發(fā)的新型農(nóng)產(chǎn)業(yè)，開展規(guī)?；毎こ膛囵B(yǎng)單細胞微藻，生產(chǎn)人類社會大量需要 的生物能源、生物蛋白和高附加值的生物活性物質(zhì)等產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明荒山改造成為開發(fā)微藻資源的基本工程布局框架示意圖。其中1水 井，2配電室，3儲水池，4微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間，5消毒車間，6光生物反應(yīng)器，7收獲車間，8蓄 水池塘，9混合氣體車間。
具體實施例方式實施例1在云南構(gòu)建了 1個利用荒蕪?fù)恋刭Y源開發(fā)微藻的基地?；孛娣e400多畝，該地 地質(zhì)不能進行農(nóng)業(yè)耕作的羊肝石土壤，土壤褐紅色，系羊肝石風(fēng)化后的貧瘠土壤，只有非常 稀疏的草本和小灌木生長，晴天土層顆粒細小、干燥，風(fēng)起揚塵嚴重，雨后土壤顆粒吸水膨 脹化成泥土，并因雨水沖刷造成嚴重的水土流失，長期作用導(dǎo)致地表溝壑縱橫，為典型的荒 山野嶺。本發(fā)明提出了開發(fā)利用荒山資源培養(yǎng)微藻的方法，通過科學(xué)合理規(guī)劃和工程措施改 造，創(chuàng)建了利用荒山資源和循環(huán)利用水資源，開發(fā)微藻資源的新型農(nóng)業(yè)栽培模式(參見圖1)。1.根據(jù)山坡的等高線進行科學(xué)合理的規(guī)劃，確定較少的工程平整量，從山頂向下 就荒山山勢而建立十幾個臺階，每個臺階寬約12米寬，長50-100米。改造后的荒山成多個 培養(yǎng)用的梯度平臺區(qū)。2.選擇在相臨山的中間即山谷位置，地勢最低的區(qū)域建壩，形成一個蓄水池塘8， 儲水量維持在1000-1500噸。在池塘邊緣打探一臺深水井1 ；并在深水井1旁建設(shè)符合安 全標準的配電室2 ；在地勢最高的山頂建造五個人工儲水池3，儲水池3體積在100立方；從 水井1到儲水池3鋪設(shè)上水管道，利用水泵抽吸井水并上揚到儲水池3中。3.在儲水池3下方5米處，高度最高的第一個平臺建造微藻種質(zhì)(藻種)培養(yǎng)車 間4，培養(yǎng)車間1000平米，培養(yǎng)微藻藻種。4.針對培養(yǎng)微藻種類微藻培養(yǎng)的Zarrot，BG-11, f/2嫉扔號浞劍菖嘌康牟煌 ε衽渲婆嘌?？~頤悄殼昂燁蛟逑赴敝車吶嘌翰捎朋CM修正配方，其中硝酸鉀濃度在 100-400毫克/升，磷酸鹽10-40毫克/升。為防止培養(yǎng)也存放過程中發(fā)生不必要的變化， 堅持做到在使用前臨時配制培養(yǎng)液。5.在儲水池3下方，高度差約15米處，建立1個培養(yǎng)液體處理消毒車間5。儲水 池3內(nèi)的培養(yǎng)液依靠水壓差，通過管道自然流淌到消毒車間5進行處理，去除培養(yǎng)液中存在 的微生物(細菌、雜微、原生動物細胞和孢子)、雜質(zhì)顆粒。6.選擇山谷一角、空氣質(zhì)量凈潔的低洼處建造混合氣體(配氣)車間9。在混合 氣體(配氣)車間9內(nèi)將工業(yè)廢氣二氧化碳和空氣進行有效混合，其中二氧化碳的體積比 例控制在1. 0% 2%，氣體混合后經(jīng)過微孔過濾和風(fēng)機壓縮，通過送氣管道向不同梯度平臺 上的光生物反應(yīng)器培養(yǎng)單元內(nèi)輸送，混合氣體可發(fā)揮攪拌藻液、解析微藻細胞光合作用在 藻液內(nèi)累積的氧氣和補償其二氧化碳消耗等作用。7.在不同高度的平臺臺階，根據(jù)生產(chǎn)需要進一步建立大小和類型不同的光生物反 應(yīng)器6，光生物反應(yīng)器6可以為管道光生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器、平板光生物反應(yīng)器 或開放池式光生物反應(yīng)器。消毒處理過的培養(yǎng)液通過管道系統(tǒng)罐入到光生物反應(yīng)器中，同 時在高位藻種培養(yǎng)車間內(nèi)培養(yǎng)的微藻藻種，通過管道自動進行接種，然后通氣開始細胞工程培養(yǎng)微藻。根據(jù)需要在光生物反應(yīng)器上面可搭建溫室大棚，以實現(xiàn)擋風(fēng)、遮雨和保持溫度 的作用。8.微藻培養(yǎng)7-10天，細胞密度達到所需生物量，結(jié)束細胞培養(yǎng)，并依靠水從高位 想低位自然流淌的力量，將藻液通過管道匯集到高度較低的藻體收獲車間，進行細胞加工 處理。進一步開發(fā)微藻生物能源、微藻蛋白、生物活性物質(zhì)等產(chǎn)品。9.微藻細胞收獲后的殘余水體，排放到山谷圍建的水體回收與回補蓄水池塘8 中，蓄水池塘8同時起到回收降雨的作用，另外蓄水池塘8中水分經(jīng)過土壤過濾和自然沉降 到地下，可以補償井水水量。 通過上述模式建立的新型農(nóng)業(yè)，可開發(fā)出人類社會大量需求的微藻產(chǎn)品。該過程 實現(xiàn)就地取水，經(jīng)過配料和消毒處理后，細胞工程培養(yǎng)微藻，最后殘余水分回收并不斷回補 地下水損失，該地區(qū)在維持降雨與蒸發(fā)基本平衡的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。該模 式運轉(zhuǎn)過程中，微藻細胞生長不斷吸收太陽光能并合成有機物質(zhì)，提供人類社會所需產(chǎn)品。 同時，實現(xiàn)通過光合作用吸收二氧化碳，發(fā)揮回收日益增加的工業(yè)廢氣排除的二氧化碳，有 利于減少溫室氣體含量，實現(xiàn)延緩溫室效應(yīng)的目的。另外，水體中添加培養(yǎng)微藻的營養(yǎng)物 質(zhì)，通過微藻細胞的有效吸收并轉(zhuǎn)化成有機物質(zhì)，水體中富營養(yǎng)化成分含量已經(jīng)很低，根據(jù) 我們實驗分析有些礦物質(zhì)(如造成我國富營養(yǎng)化程度最嚴重的氮含量)甚至比地下水本身 都要少，達到國家1類水質(zhì)標準。因此，本發(fā)明建立的模式生態(tài)環(huán)保、環(huán)境友好，可充分利用 荒山和水資源，為人類社會大量生產(chǎn)微藻產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于在荒山建成從山頂?shù)缴侥_高度依次遞減、面積依次增加的多級梯度平臺；在地勢最低的區(qū)域建壩圍欄，形成蓄水池塘，在地勢最高的山頂建造人工儲水池多個；在儲水池下方多級梯度平臺高度最高、環(huán)境相對凈潔的梯度平臺處，建造微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間；在儲水池下方高差約7-15米處，建立液體處理消毒車間；選擇空氣干燥、質(zhì)量凈潔低洼處建造配氣車間。
2.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述選擇的荒山 為長期水土流失嚴重、非耕作和不能進行林業(yè)種植的荒山野嶺的荒蕪?fù)恋刭Y源和各類水資 源。
3.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述每級梯度平 臺寬約8-20米，長度在30-150米；所述人工儲水池建造多個，每個儲水池體積根據(jù)地勢在 幾十到上百立方，儲水池具有儲存水和配制培養(yǎng)液的雙重功能；所述儲水池提供高水勢保 障水或培養(yǎng)液在通過管道自然流淌到每個微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間；所述微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間根據(jù) 多個的人工儲水池的不同，在其儲水池下方多級梯度平臺高度最高環(huán)境相對凈潔的梯度平 臺，建造微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間。
4.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述蓄水池塘內(nèi) 的水匯集雨水并收集已經(jīng)收獲藻體細胞后的廢水，在山谷圍欄形成；蓄水池塘邊緣打水井， 蓄水池塘中水分通過土壤滲透和過濾，自然沉降到地下回補地下井水消耗。
5.按權(quán)利要求4所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述水井到儲水 池鋪設(shè)上水管道，利用水泵抽吸井水中的水分揚升到儲水池中。
6.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述配氣車間內(nèi) 將二氧化碳和空氣進行有效混合，其中二氧化碳的體積比例控制在-2%，然后混合氣 體經(jīng)過微孔過濾和高壓泵壓縮，向不同梯度平臺上的微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間內(nèi)輸送，用于解析 微藻細胞光合作用在藻液內(nèi)累積的氧氣和補償其二氧化碳消耗。
7.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述微藻種質(zhì)培 養(yǎng)車間的梯度平臺上構(gòu)建不同類型和大小的光生物反應(yīng)器，光生物反應(yīng)器為管道光生物反 應(yīng)器、平板光生物反應(yīng)器、柱狀光生物反應(yīng)器或開放池式光生物反應(yīng)器。
8.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述消毒車間利 用水壓差將培養(yǎng)液通過管道從儲水池自然流淌到消毒車間處理，然后提供給不同高位平臺 的微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間。
9.按權(quán)利要求1所述的利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式，其特征在于所述經(jīng)微藻種質(zhì) 培養(yǎng)車間培養(yǎng)后的微藻達到需要的密度后，完成細胞培養(yǎng)，將藻液收獲，依靠管道和水從高 位想低位自然流淌的力量，將培養(yǎng)后的藻液匯集到山谷底部的收集車間。
全文摘要
本本發(fā)明屬于資源環(huán)境和生物技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種利用荒山資源培養(yǎng)微藻的模式。具體為在荒山建成從山頂?shù)缴侥_高度依次遞減、面積依次增加的多級梯度平臺；在地勢最低的區(qū)域建壩圍欄，形成蓄水池塘，在地勢最高的山頂建造人工儲水池多個；在儲水池下方多級梯度平臺高度最高、環(huán)境相對凈潔的梯度平臺處，建造微藻種質(zhì)培養(yǎng)車間；在儲水池下方高差約7-15米處，建立液體處理消毒車間；選擇空氣干燥、質(zhì)量凈潔低洼處建造配氣車間。本發(fā)明利用微藻的生物多樣性和非農(nóng)業(yè)耕作的荒蕪?fù)恋刭Y源和水資源，創(chuàng)建微藻資源開發(fā)新產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)人類社會大量需要產(chǎn)品，可以解決荒蕪?fù)恋刭Y源長期以來受到各種因素限制、無法有效利用等問題。
文檔編號C12R1/89GK101812399SQ20091030054
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者劉建國, 張勇 申請人:云南愛爾發(fā)生物技術(shù)有限公司