一种微藻碱性絮凝收获及循环培养的方法技术

本发明专利技术提供一种微藻碱性絮凝收获及循环培养的方法。本发明专利技术利用碳酸氢盐为碳源培养微藻，培养过程中随着微藻生物量生长和碳酸氢盐的消耗，pH上升，形成高碱性环境可诱导微藻自絮凝，实现微藻生物质的收获；在高碱性环境下向培养液中加入低浓度的钙、镁、铁等絮凝离子，可促进此絮凝的发生，实现微藻生物质的高效快速收获，避免了使用代价高昂的高浓度絮凝剂，而且避免了生物质污染的问题。絮凝收获后，利用富含碳酸盐的高碱性培养基吸收CO2，再生碳酸氢盐作为碳源并再次用于微藻的培养，实现水和营养盐的再次利用，降低微藻培养的成本。因此，本发明专利技术可同时降低微藻培养和收获成本，在微藻大规模培养等领域具有推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微藻碱性絮凝收获及循环培养的方法
本专利技术涉及微藻生物
，具体涉及一种利用循环培养微藻及碱性絮凝收获微藻的方法。
技术介绍
微藻是一类可光合自养的微生物，含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸、色素等营养物质。同时因其具有环境适应能力强、生长速度快、固碳效率高、生物量高等特点，在医药工业、食品工业、动物饲料、生物能源以及环境保护等领域都有着重要的应用。但微藻的大规模培养仍然受到高成本的限制，这其中包括碳源成本、水和营养盐的成本以及微藻采收的成本。其中，碳源成本是限制微藻大规模培养的主要因素。传统藻类培养系统通过向培养体系中连续鼓入CO2为藻体提供碳源，虽能够保证高效气液传质效果，但是该技术仍然存在不足：一是CO2的高运输成本、高耗能、低利用效率使藻类培养成本居高不下。有文献报道可利用烟道气中CO2，但是由于从烟道气中分离出高浓度的CO2需要消耗巨大的能量；其次，分离出来的CO2需要通过管道运输至藻类培养基地，这其中管道成本较高；再者，烟道气中含有大量的有毒物质，包括富含硫和氮的物质，这些有毒物质会严重影响藻体的正常生长；二是CO2鼓气使得微藻培养反应器放大存在问题，限制其大规模商业化生产。利用碳酸氢盐可以克服这些问题，但是碳酸氢盐本身成本较高，因此，需要进行循环利用。另外，碳酸氢盐消耗产生的高pH不仅抑制了微藻的生长，而且高pH下碳酸盐并不能被微藻所利用，使微藻生长受到碳源的限制。另外，如果微藻培养基不能够重复利用而直接排放，其富含的大量营养物质不仅具有巨大的环境破坏作用，如水体污染等，更是成资源的浪费，降低微藻的收益也会造成。除此之外，由于微藻细胞的特性，采收比较困难、成本高，微藻采收成本占整个产业链条的20-30％。而传统微藻生物质收获方法主要是离心、过滤、添加无机或有机絮凝剂进行絮凝等，在这些采收方式当中，均有优缺点：离心采收的效率较高且适用性广泛但耗能较大，对藻体有损伤，不适于大规模应用；过滤较为经济，但容易造成膜污染，降低采收效率；絮凝剂采收的效果明显，但向水体中添加絮凝剂一方面会引入外来化合物造成水体污染，影响下游的操作造成再次分离困难。另一方面由于絮凝剂价格昂贵，使用絮凝剂会增加生产成本，在微藻大规模商业化生产中使用受到限制。综上所述，利用传统微藻培养方法以及生物质收获方法仍存在高耗能、高成本等不足，从而阻碍了微藻大规模生产的商业化进程。因此，需要开发低能耗、生产成本低、操作容易的藻类培养系统及藻类生物质采收方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种实现微藻培养、碱性絮凝收获及培养基循环使用的方法，通过使用碳酸氢盐作为碳源培养微藻，并利用碳酸盐消耗后产生的碱性条件来絮凝收获微藻细胞，建立低成本的收获方法，之后通入二氧化碳使碳酸氢盐再生和降低培养基的pH，并多次重复利用培养基来降低营养盐及水成本，从而实现微藻生产的低成本化。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：在微藻培养系统中利用碳酸氢盐作为碳源来培养微藻，其可以避免传统微藻培养使用CO2气体所具有的碳源成本较高的问题，微藻培养系统可以是任何一种形式的光生物反应器，包括开放池系统、封闭式反应器、漂浮式光生物反应器等。利用碳酸氢盐作为微藻生长所需碳源，随着微藻的消耗，培养液中的pH会上升，增高的pH一方面可以诱导微藻的自絮凝来收获微藻，另外一方面，在该碱性条件下也可添加一定浓度的絮凝离子，如钙、镁、铁等，促进微藻的絮凝从而收获微藻。由于培养液中的pH升高导致可利用碳源(碳酸氢盐)浓度降低，且较高的pH会降低微藻的生长速度。因此，需要向上述絮凝收获微藻后得到的上清液中鼓入CO2用于碳酸氢盐的再生和pH的调节，CO2吸收后的培养基可用于微藻的再培养。这不仅实现了碳酸氢盐的循环利用，同时也实现的水及其他营养盐的重复利用大大降低了微藻的营养盐成本；此外，在循环培养中，微藻的生长所需的其他营养元素如氮、磷等，其浓度随着循环次数的增加逐渐降低很低，并限制了微藻的生长，因此还需要向上清中定期添加其他被微藻消耗的除碳源之外的其他营养元素，然后将其用于微藻的再培养。其具体可分为以下步骤：(1)将微藻藻种接种在含有一定浓度的碳酸氢盐培养基中，在微藻培养系统培养微藻。(2)培养一段时间后，待培养液pH升高一定数值时，此时收获部分或全部的微藻培养液(藻液)，并向培养系统中添加相同体积的初始培养基。(3)将步骤(2)中取出的微藻培养液转移至沉降池中，利用由微藻培养液自身高碱性环境导致的自絮凝和/或向培养液中加入一定浓度的絮凝离子絮凝微藻细胞；经过一段时间后，分离藻泥和上清液。(4)将步骤(3)中得到的上清液转移至CO2吸收系统中并鼓入CO2，待其pH下降至一定数值时停止CO2的通气。(5)由于步骤(4)调节pH后的上清液培养液中除碳源之外其他营养元素也被消耗，因此还需要对照步骤(1)所述的培养基的成分，向补充CO2后的上清液中添加培养基中除碳酸氢盐之外的成分，避免因其他营养物质限制而导致微藻生长的抑制作用。(6)利用步骤(5)中得到的培养基，依次重复上述(1)-(5)的方法以实现微藻的循环培养与碱絮凝收获。根据上文技术方案，步骤(1)中所述微藻藻种为富油新绿藻(Neochlorisoleoabundans)，或其它嗜盐碱微藻，如嗜盐碱小球藻、螺旋藻，特氏杜氏藻等。根据上文技术方案，步骤(1)中所述碳酸氢盐优选为碳酸氢钠或碳酸氢钾，更优选为碳酸氢钠。根据上文技术方案，步骤(1)中所述培养基中碳酸氢盐浓度优选为0.01mol/L至饱和浓度之间，优选为0.1-0.3mol/L，更优选为0.3mol/L，进一步优选为碳酸氢钠浓度0.3mol/L。根据上文技术方案，步骤(1)中所述富油新绿藻的培养基配方如下：所述富油新绿藻的培养基配方优选为如下：根据上文技术方案，步骤(1)中所述微藻培养系统可以是任何一种形式的光生物反应器，包括开放池系统、封闭式反应器、漂浮式光生物反应器等。根据上文技术方案，步骤(2)中所述培养液培养前pH为5.0-11.0，优选为8.0-10.0，更优选为8.0-9.0，培养结束后即培养液pH值上升至8.0-12.0，优选为9.0-12.0，更优选为10.0-12.0，形成高碱性环境，此时收获部分或全部的微藻培养液(藻液)，并向培养系统中添加相同体积的初始培养基。根据上文技术方案，步骤(2)中所述收获藻液时，取10-90％体积的微藻培养液进行絮凝沉降，则剩余10-90％体积的微藻在微藻培养系统中，当做下一次培养的藻种。根据上文技术方案，步骤(2)中所述添加的初始培养基配方如步骤(1)中培养基配方所示。根据上文技术方案，步骤(3)中所述微藻自絮凝pH为8.0-12.0，优选为9.0-12.0，更优选为为10.0-12.0。其中步骤(1)中所述培养液培养结束后pH为9.0-12.0用于微藻自絮凝收获，且不加入任何辅助絮凝离子。根据上文技术方案，步骤(3)中所述添加絮凝离子选自Ca2+、Mg2+和Fe3+的一种或几种，所述Ca2+来自可溶性钙盐，如氯化钙、硝酸钙等；所述Mg2+来自可溶性镁盐，如氯化镁、硫酸镁、硝酸镁等；所述Fe3+来自可溶性铁盐，如三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等。根据上文技术方案，步骤(3)中所述絮凝离子浓度分别为C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微藻碱性絮凝收获及循环培养的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)利用含有碳酸氢盐的培养基在微藻培养系统中培养微藻，待培养液pH上升至8.0‑12.0时，收获部分或全部体积的培养液，并向培养系统中补充相同体积的培养基；(2)利用步骤(1)收获的培养液自身高pH的碱性环境自絮凝和/或加入絮凝离子絮凝沉降，收获微藻；所述絮凝离子选自Ca2+、Mg2+和Fe3+中的一种或它们的组合；(3)向步骤(2)中絮凝沉降得到的上清液中补充CO2至pH 5.0‑11.0；(4)对照步骤(1)所述的培养基的成分，向步骤(3)中得到的上清液中添加除了碳酸氢盐之外的其他成分至初始浓度，并用于下一批次微藻的培养；(5)重复上述步骤(1)到(4)。

【技术特征摘要】
1.一种微藻碱性絮凝收获及循环培养的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)利用含有碳酸氢盐的培养基在微藻培养系统中培养微藻，待培养液pH上升至8.0-12.0时，收获部分或全部体积的培养液，并向培养系统中补充相同体积的培养基；(2)利用步骤(1)收获的培养液自身高pH的碱性环境自絮凝和/或加入絮凝离子絮凝沉降，收获微藻；所述絮凝离子选自Ca2+、Mg2+和Fe3+中的一种或它们的组合；(3)向步骤(2)中絮凝沉降得到的上清液中补充CO2至pH5.0-11.0；(4)对照步骤(1)所述的培养基的成分，向步骤(3)中得到的上清液中添加除了碳酸氢盐之外的其他成分至初始浓度，并用于下一批次微藻的培养；(5)重复上述步骤(1)到(4)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻为富油新绿藻。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述培养基中碳酸氢盐浓度为0.01mol/L至其饱和浓度。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述培养基配方如下：5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述培养液培养结束后pH为9.0-12.0用于微藻自絮凝收获...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟占有，翟晓嵌，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