培養(yǎng)微藻的孵化場的制作方法
【專利說明】培養(yǎng)微藻的孵化場
[0001]本申請要求2014年12月02日提交的申請?zhí)枮?0201408033V、名稱為“光生物反應(yīng)器”(Photob1reactor)的新加坡專利申請的優(yōu)先權(quán)。本申請以引用的方式將這一較早申請的全部內(nèi)容、主題和資料并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請涉及一種用于培養(yǎng)光合自養(yǎng)藻類、微藻類或顯微藻類的孵化場。該孵化場也被稱為孵化器或光生物反應(yīng)器。本申請還涉及制造、裝配、拆卸、安裝、配置、維護(hù)和使用該孵化場的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]藻類以葉綠素作為其主要光合色素，在其生殖細(xì)胞周圍缺少細(xì)胞無菌覆蓋物。因此，藻類具有最終來自藍(lán)藻的光合作用體，藍(lán)藻產(chǎn)生氧氣作為光合作用的副產(chǎn)品。因為藻類可用作能源、肥料、營養(yǎng)補充品、污染控制媒介(如二氧化碳減排)、色素和物質(zhì)穩(wěn)定劑(如角叉菜膠)，所以許多科學(xué)家、科研機構(gòu)和公司研宄并提出了不同類型的培養(yǎng)微藻的孵化場。培養(yǎng)微藻的孵化場的類型包括開放池培養(yǎng)系統(tǒng)、運用氣升方法的管道網(wǎng)絡(luò)、封閉反應(yīng)器、水平式光生物反應(yīng)器、垂直培養(yǎng)系統(tǒng)、平板型反應(yīng)器以及發(fā)酵罐型反應(yīng)器。為了應(yīng)對能源和環(huán)境危機，高效、成本低廉且穩(wěn)定的孵化場是全球很多地方工業(yè)實現(xiàn)的理想之選。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型旨在提供一種新穎實用的培養(yǎng)微藻的孵化場。
[0005]本專利申請的獨立權(quán)利要求中提供了本發(fā)明的基本特征，而從屬權(quán)利要求中分別描述了本發(fā)明的重要特征。
[0006]本實用新型提供一種培養(yǎng)微藻的孵化場。該孵化場包括第一光生物反應(yīng)器、第二光生物反應(yīng)器以及第一連接器，其中所述第一光生物反應(yīng)器用于盛納第一補料培養(yǎng)基；所述第二光生物反應(yīng)器用于盛納第二補料培養(yǎng)基；所述第一連接器將所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器相連接，用于在所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器之間調(diào)節(jié)微藻和/或補料培養(yǎng)基的輸送。所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器相互獨立運作，便于這兩個生物反應(yīng)器各自進(jìn)行單獨操作，這樣可使用不同的補料培養(yǎng)基，以不同的停留時間、溫度、光照量、湍流或任何其他培養(yǎng)環(huán)境對這兩個光生物反應(yīng)器中的微藻分別進(jìn)行培養(yǎng)。必要時，可將所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器連接在一起，以便一起對它們同時進(jìn)行操作，這樣可使用實質(zhì)上相同的補料培養(yǎng)基，以相同的停留時間、溫度、光照量、湍流或任何其他培養(yǎng)環(huán)境對這兩個光生物反應(yīng)器中的微藻進(jìn)行培養(yǎng)。所述第一連接器控制所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器之間的流體(如漿液)連通，這樣所述第一光生物反應(yīng)器內(nèi)所盛物質(zhì)(如補料培養(yǎng)基、微藻)可被輸送至所述第二光生物反應(yīng)器，反之亦然。因此，在微藻生長的各個階段，該孵化場可在不同的地點以不同的環(huán)境條件(例如:光照量、溫度、二氧化碳濃度)對所述微藻進(jìn)行培養(yǎng)，而非在整個生命周期內(nèi)采用固定不變或單一的培養(yǎng)物在同一個地點對微藻進(jìn)行培養(yǎng)。實際上，該孵化場可對補料培養(yǎng)基的成分以及環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)節(jié)或優(yōu)化，以適應(yīng)并優(yōu)化微藻的幾個生長階段，這將實現(xiàn)微藻增殖力或效力最大化。換言之，所述孵化場在該孵化場的各個光生物反應(yīng)器中提供不同的培養(yǎng)環(huán)境，因此可顯著提高微藻的生長。所述孵化場可包括多個光生物反應(yīng)器，然而最佳的光生物反應(yīng)器數(shù)量為3至20個。
[0007]由于所述微藻需要不同水平的營養(yǎng)物供應(yīng)及生長環(huán)境(如培養(yǎng)基的含鹽度、溫度、微量元素含量、光照強度)來實現(xiàn)最優(yōu)生長，因此需要在微藻的生命周期內(nèi)對所述補料培養(yǎng)基和生長環(huán)境做出更改。所述孵化場可在特定的生長階段在所述光生物反應(yīng)器內(nèi)提供設(shè)計、定制或預(yù)先確定的增殖培養(yǎng)物和環(huán)境。所述微藻的例子包括微擬球藻、扁藻和杜氏藻。
[0008]所述孵化場還包括一個泵，該泵與一個或多個所述光生物反應(yīng)器相連，用于輸送所述微藻、補料培養(yǎng)基或二者結(jié)合(即微藻和補料培養(yǎng)基)。該泵能夠以預(yù)定的速度(如2.3升/分鐘)將流體(如氣體、液體)或漿液(如微藻和補料培養(yǎng)基的混合物)推送至所述一個或多個光生物反應(yīng)器。例如，如果所述泵、所述第一光生物反應(yīng)器和所述第二光生物反應(yīng)器串聯(lián)連接在一起，則所述泵可將所述第一光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻和補料培養(yǎng)基推送至所述第二光生物反應(yīng)器。所述泵可連續(xù)地、間歇地、周期性地推送或保持靜止(即停止)，因此可根據(jù)微藻培養(yǎng)策略(例如產(chǎn)量最大化)調(diào)節(jié)兩個光生物反應(yīng)器之間的流體連通。
[0009]所述第一光生物反應(yīng)器可包括一個第一送料器，該送料器與所述第一光生物反應(yīng)器的第一容器相連，用于向所述第一光生物反應(yīng)器供應(yīng)第一補料培養(yǎng)基。所述第一送料器可包括一個儲料槽，該儲料槽被定期充填所述微藻的第一補料培養(yǎng)基。例如，所述第一補料培養(yǎng)基包括硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、氯化物或其他營養(yǎng)鹽。所述第一補料培養(yǎng)基還可包括無機鹽、微量元素和維生素。
[0010]所述第一光生物反應(yīng)器還可包括一個控制閥，用于調(diào)節(jié)向所述第一光生物反應(yīng)器的第一容器供給所述第一補料培養(yǎng)基的補料速度?？墒謩踊螂妱訂铀隹刂崎y，這樣可調(diào)節(jié)所述第一補料培養(yǎng)基的補料速度，避免營養(yǎng)物供應(yīng)過剩(例如浪費)或供給不足(例如營養(yǎng)缺乏)。所述控制閥可由一個或多個本地或遠(yuǎn)程計算機控制，或者與一個或多個本地或遠(yuǎn)程計算機相連接，這些計算機根據(jù)微藻的生長情況自動調(diào)節(jié)第一光生物反應(yīng)器中補料培養(yǎng)基的供給。
[0011]所述第一連接器還可包括一個單向閥，其連接于所述第一光生物反應(yīng)器或所述孵化場的入口處。當(dāng)不存在順流進(jìn)料時，所述單向閥避免微藻或補料培養(yǎng)基回流。例如，當(dāng)所述泵處于不工作狀態(tài)(即不泵送)時，所述單向閥防止所述第一光生物反應(yīng)器中的補料培養(yǎng)基流入第一送料器。
[0012]在空間位置上，所述第一光生物反應(yīng)器可低于所述第二光生物反應(yīng)器。這一布局使得所述第二光生物反應(yīng)器比第一光生物反應(yīng)器具有更高的勢能。在重力的影響之下，所述第二光生物反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)(例如微藻漿液)可自發(fā)流向所述第一光生物反應(yīng)器。實際上，如果所述孵化場設(shè)置有多個不同高度的光生物反應(yīng)器，那么位置更高的光生物反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)可自然地流入位置較低的光生物反應(yīng)器中，無需額外泵的抽送。例如，所述孵化場可設(shè)置一組位于斜坡上的光生物反應(yīng)器，位置較高的光生物反應(yīng)器中的微藻可自動流入另一個位置較低的光生物反應(yīng)器，在兩個光生物反應(yīng)器之間設(shè)置一個或多個連接器或閥，用于調(diào)節(jié)流速。
[0013]在一個實施例中，所述第二光生物反應(yīng)器疊加在所述第一光生物反應(yīng)器之上，而第二光生物反應(yīng)器通過第一連接器或閥與第一光生物反應(yīng)器相連。一般來說，所述孵化場可包括很多光生物反應(yīng)器，這些光生物反應(yīng)器成階梯狀依次堆疊。其中的每個光生物反應(yīng)器可提供適合微藻的一個或多個生長階段的補料培養(yǎng)基或生長條件。實際上，可構(gòu)建和連接2至15個光生物反應(yīng)器(或少于這一數(shù)字)，其中，可將這些光生物反應(yīng)器(即全部光生物反應(yīng)器)之中的一個或多個串行連接并垂直堆疊?？砂才?個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個或更多個光生物反應(yīng)器堆疊和/或串行連接。
[0014]作為替代方案，所述第一光生物反應(yīng)器和第二光生物反應(yīng)器高度相同，這樣可通過泵或其他外力實現(xiàn)補料培養(yǎng)基在所述第一、第二光生物反應(yīng)器之間循環(huán)流動。例如，如果所述第一、第二光生物反應(yīng)器之間存在溫度梯度，那么因為溫差，所述第一、第二光生物反應(yīng)器內(nèi)的流體將自然互相流動。
[0015]一個或多個所述光生物反應(yīng)器可配有一個或多個孔(開口、洞、管、窗、通道)，便于從所述光生物反應(yīng)器排放氣體(如空氣、蒸汽)或?qū)⒍趸甲⑷胨龉馍锓磻?yīng)器。因為氣體通常從液體的底部漂浮至上部，因此液體中氣泡的運動將攪動或擾動所述光生物反應(yīng)器中的微藻，避免其沉淀。有助于減少或避免位于所述光生物反應(yīng)器底部微藻的沉淀或腐敗。所述孔進(jìn)一步促進(jìn)二氧化碳或空氣的注入或釋放，這是微藻生長的重要條件。
[0016]所述孵化場還可包括一個或多個感測裝置，這些感測裝置與所述一個或多個光生物反應(yīng)器相連，用于監(jiān)測微藻的生長狀況。所述感測裝置可包括很多類型的傳感器、電子電路、微處理器和電纜，可在線、離線監(jiān)測或記錄微藻培養(yǎng)的PH值、鹽度、溫度、光照強度、二氧化碳濃度水平或其他參數(shù)?？烧{(diào)節(jié)孵化場的各種組件為微藻提供理想的條件。例如，如需延長光生物反應(yīng)器的日光照射，所述孵化場可在夜晚打開發(fā)光二極管(LED燈泡)。如感測裝置檢測到光生物反應(yīng)器的鹽度不足，可添加無機鹽。
[0017]所述孵化場還可包括一個收獲機，其與第二光生物反應(yīng)器或其他光生物反應(yīng)器相連，用于采集微藻。所述收獲機利用微孔篩網(wǎng)、離心作用、絮凝作用和/或通過泡沫浮選方法來收集成熟的微藻。例如，所述收獲機為收獲的微藻提供油脂抽提、化學(xué)提取和物理萃取。
[0018]所述孵化場還可包括一個第三光生物反應(yīng)器，該第三光生物反應(yīng)器依次與第二光生物反應(yīng)器以及第一光生物反應(yīng)器相連。實際上，更多個光生物反應(yīng)器可以以鏈的方式依次連接。這些光生物反應(yīng)器中的每個或一些光生物反應(yīng)器提供不同的補料培養(yǎng)基或不同的生長環(huán)境，這樣可在理想的條件下在這些光生物反應(yīng)器中培育微藻，幫助它們實現(xiàn)最優(yōu)生長。培養(yǎng)不同或相同種類的微藻時，甚至可將這些光