一种利用浓海水在漂浮式光生物反应器中培养微藻的方法技术

技术编号:19711689 阅读:51 留言:0更新日期:2018-12-08 18:06
本发明专利技术涉及微藻生物技术领域,特别是涉及一种利用浓海水在漂浮式反应器中培养高价值微藻的技术。在不更改海水淡化设备的基础上添加部分工艺直接利用海水淡化产生的浓海水配制成微藻培养基,将微藻和微藻培养基置于漂浮反应器中,为微藻提供稳定的培养系统,并将反应器置于水面上,利用波浪能提供的动力养殖微藻。本发明专利技术利用无需稀释的浓海水养殖高价值微藻的技术,实现了浓海水的资源化再利用,微藻培养成本显著降低,为海水淡化创造更多的附加值,甚至使淡水成为附加产品;同时,由于本发明专利技术使用漂浮式培养系统,节约了宝贵的土地资源,并降低了海水的运输、设备维护成本,提高了海水淡化产业及微藻培养产业的市场竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种利用浓海水在漂浮式光生物反应器中培养微藻的方法
本专利技术涉及微藻生物
,具体涉及微藻培养基及微藻培养方法,特别是涉及一种利用浓海水在漂浮式光生物反应器中培养微藻的技术。
技术介绍
水是生命之源,是社会和经济发展的命脉。随着经济高速发展,人口剧增,资源消耗巨大,淡水危机日趋加剧。海水中的水资源约占全球水储量的96.5%,海水淡化已成为解决淡水资源危机的战略途径,但其成本高昂。为降低海水淡化的成本,一种新兴的方法是利用海水淡化浓缩物生产高价值的附加产品。其中,一种可行的方法是利用浓缩海水养殖微藻,因为它们不仅富含丰富的蛋白质、多糖、色素等高价值产品,而且生长速率远高于陆生植物。尽管利用废弃的浓缩海水来生产高价值的微藻产品对提高海水淡水产业经济性具有很大的潜力,但是目前微藻培养成本较高,限制了其商业化应用。以传统的光生物反应器为例,如平板式反应器,其反应器制作成本高,运行、维护成本较高,特别是需要投入较多的能量来维持培养液的混合,而且其规模较小很难进行大规模培养。与光生物反应器相比,开放池式微藻养殖系统具有培养成本低、操作简单、培养体积大等优点,但其需要占用大量的土地,而且较低的生产力导致了较高的生产成本。再有,因为通常海水淡化工厂和微藻养厂场地理距离较远,因此运输大量的浓海水至微藻养殖厂的成本会很高。除此之外,浓海水具有较高的盐度(>70g/L),而多数微藻在此盐度范围内的生长速率较低。因此,要想充分利用浓海水的资源并得到较高的产出价值,就必须开发高效低成本的微藻培养系统和选择对盐度具有较高耐受性的藻种。在此前专利中(中国专利CN107475069A),公开了一种漂浮式光生物反应器。由于该反应器是利用塑料薄膜制作,其制作成本较低,同时其利用用波浪能驱动反应器的混合,节省了大量的电能、设备成本,而且不占用大量的土地资源。更为重要的是漂浮式光生物反应器可以安置在距离海水淡化工厂很近的位置,避免了浓海水在微藻养殖厂和海水淡化厂之间的长距离运输,节省了运输成本。因此漂浮式光生物反应器在浓海水培养微藻方面具有具有很大的应用潜力。但是,这个应用也具有很大的不确定性。一方面由于浓缩海水的复杂性,特别是其含有的较高浓度的钙镁离子对微藻的生长是否有影响及如何去除这些影响,同时如何向浓海水提供微藻生长的足够的碳源也是亟待解决的问题。另一方面,高盐浓度的浓缩海水中只适合培养耐高渗透压和耐高盐的藻,例如,富含β-胡萝卜素的盐生杜氏藻,但是这些耐盐藻能否在漂浮式生物反应器中生长以及最适培养条件是什么,都是急需解决的问题。综上所述,将预处理后的浓缩海水作为培养富含高价值产品的耐盐微藻的培养基,同时利用漂浮在水面上的、成本低廉的漂浮式光生物反应器作为微藻的培养装置,该技术可以利用废弃的浓海水来培养微藻生产高价值产品,不仅能有效降低微藻养殖成本,而且能够弥补现在海水淡化产业的低盈利性的缺点,从而提高了海水淡化产业的市场竞争力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提出一种以漂浮式光生物反应器为载体利用海水或浓海水养殖微藻的技术。利用经碳酸盐或是碱处理的海水或浓海水来培养富含高价值产品的微藻,进而达到废弃浓海水再利用和降低微藻养殖成本的双重目的。本专利技术的上述目的是通过这样的技术方案实现的:利用可溶性碳酸盐或是碱预处理海水或浓缩海水,使得海水中钙镁等离子能在高pH下形成沉淀分离出来,并向分离得到的上清中通入CO2来调节pH值和补充碳源。向经过上述处理后的上清液补充微藻生长所需要的其他营养盐,如氮、磷、钾等,制成培养基。将上述制备的培养基与微藻注入到漂浮式光生物反应器中,开始微藻的培养。该方法具体包括如下步骤:(1)预处理海水或浓缩海水:由于海水中具有过量的Ca2+、Mg2+,且其会随着pH升高形成沉淀使溶液混浊,一方面形成的沉淀会影响微藻的生长,另一方面混浊液会阻碍光的进入,降低微藻的光能利用率。因此,在海水或浓海水中添加碳酸盐或是碱以去除过量的钙镁离子。并进行分离,去除其形成的沉淀得到钙镁离子含量较少的上清液。(2)海水或浓海水由于经过碳酸盐处理后上清液中主要含有碳酸根,但是微藻并不能利用该形式的无机碳,且此时的上清液pH很高会抑制微藻的生长,因此,向步骤(1)得到的上清液中通入CO2气体或含有CO2的气体,补充碳源,通入的CO2可以与碳酸根或是氢氧根反应并生成微藻能够利用的碳酸氢根,既生成了微藻可以利用的碳酸氢盐,还降低了上清液的pH,避免了pH的抑制作用。(3)微藻生长除了需要水、碳源、钙、镁离子等外,其他离子也是微藻生长所必须的。因此,向步骤(2)中得到的上清液加入氮、磷、钾等微藻生长所需要的营养盐,制成培养基。此时的海水或浓海水可以维持微藻的高效生长。由于得到的培养基的水、钠钙镁离子是来自海水或浓海水,所以大大降低了微藻培养基的成本。(4)把步骤(3)得到的培养基与微藻注入微藻培养系统中进行培养。所述微藻培养系统可以但不限于是开放池或光生物反应器,其中开放池如跑道池、水面的漂浮池,光生物反应器如平板式光生物反应器、鼓泡式光生物反应器、管式光生物反应器和漂浮式光生物反应器。对于现在的微藻生产系统,其不仅造价高昂,运行成本也高,包括混合、控温及日常维护,同时其会占用大量的土地。因此,利用漂浮式光生物反应器来培养微藻。把步骤(3)中得到的培养基与微藻注入漂浮式光生物反应器中进行培养。将微藻和微藻培养基置于漂浮式光生物反应器中,为微藻提供稳定的培养系统,并将反应器置于水面上,利用波浪能提供的动力养殖微藻。具体地,可以将培养基注入放置在海面的漂浮式光生物反应器中,且控制培养液层厚度并接种微藻藻种,或是在漂浮式光生物反应器中直接接入已经混合了微藻藻种的培养基,并在其反应器底部添加适当厚度的保温层,然后在自然光强下进行微藻的培养。根据上文技术方案,步骤(1)中,所述浓缩海水为海水淡化所产生的浓海水,包括但不限于采用多效蒸发、反渗透、离子交换、多级闪蒸、电渗析过程所产生的浓海水。根据上文技术方案,步骤(1)中,所述碳酸盐优选为碳酸钠或碳酸钾,更优选为碳酸钠,碳酸钠添加至海水或浓缩海水中的浓度为0.01~1mol/L,且优选的碳酸钠浓度与相对应的微藻相关,如螺旋藻的最优碳酸钠浓度为0.3mol/L,而盐生杜氏藻的最优碳酸钠浓度为0.2mol/L。根据上文技术方案,步骤(1)中,所述碱优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙,更优选为氢氧化钠,碱添加至海水或浓缩海水中的最终浓度为0.01~1mol/L,且最优的氢氧化物(碱)浓度与相对应的微藻培养基相适应,如螺旋藻的最优氢氧化钠浓度为0.3mol/L,而盐生杜世藻的最优氢氧化钠浓度为0.2mol/L。根据上文技术方案,步骤(1)中,所述分离得到上清液的方法优选为沉降、过滤、离心的一种或几种,更优选为自然沉降与过滤的组合,即先让混浊的浓海水自沉降,再过滤自沉降后的上清液。根据上文技术方案,步骤(2)中,所述过滤上清液使用的滤膜的孔径优选为0.1~0.75μm,更优选为0.22~0.5μm。根据上文技术方案,步骤(2)中,所述通入CO2气体或含有CO2的气体调节pH最终值优选为7~11,且优选的pH与相对应的微藻相关,如螺旋藻的最优pH为9~10,而盐生杜氏藻的最优pH为8~本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种利用海水或浓缩海水在漂浮式光生物反应器中培养微藻的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在海水或浓缩海水中加入碳酸盐或碱来去除海水或浓缩海水中过量的Ca2+、Mg2+,并分离得到上清液;(2)向步骤(1)得到的上清液中通入CO2气体或含有CO2的气体至pH 7~11;(3)向步骤(2)得到的上清液中补充氮、磷、钾微藻生长所需要的营养盐,制成培养基;(4)把步骤(3)中得到的培养基与微藻注入漂浮式光生物反应器中进行培养。

【技术特征摘要】
1.一种利用海水或浓缩海水在漂浮式光生物反应器中培养微藻的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在海水或浓缩海水中加入碳酸盐或碱来去除海水或浓缩海水中过量的Ca2+、Mg2+,并分离得到上清液;(2)向步骤(1)得到的上清液中通入CO2气体或含有CO2的气体至pH7~11;(3)向步骤(2)得到的上清液中补充氮、磷、钾微藻生长所需要的营养盐,制成培养基;(4)把步骤(3)中得到的培养基与微藻注入漂浮式光生物反应器中进行培养。2.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的浓缩海水为海水淡化所产生的浓海水。3.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾,所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述碳酸盐添加至海水或浓缩海水中的浓度为0.01~1mol/L,所述碱添加至海水或浓缩海水中的浓度为0.01~1mol/L。5.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述分离的方法选自沉降、过滤、离心中的一种或几种。6.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述含有CO2的气体为空气或烟道气。7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的微藻为盐生杜氏藻(Dunaliellasp.)、小球藻(Chlorellasp.)、超嗜盐杆藻(Euhalothecesp.)、蓝杆藻(Cyanothecesp.)、螺旋藻(Spirulina.)、微鞘藻(Microcoleussp.)、集胞藻(Synechocystis...

【专利技术属性】
技术研发人员:迟占有李永海朱陈霸
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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