一种微藻养殖的方法

技术领域

本发明涉及微藻养殖领域，具体地，涉及一种微藻养殖的方法。

背景技术

光合生物，例如微藻，具有很高的营养价值，其富含蛋白质、碳水化合物、维生素、多糖和色素等多种高附加值的生物物质，而且某些微藻还具有很高的产不饱和脂肪酸能力，在能源利用方面具有很好的应用前景。在全球能源危机、环境日益污染的今天，开发、利用微藻生物资源具有重要的社会、经济和环境效益。

目前，微藻工业化培养装置主要包括开放池和封闭式光生物反应器。

封闭式光生物反应器具有光照比表面积大，太阳能利用率高，培养密度和单位面积产量高等优点。这类光生物反应器主要包括平板式和柱式。然而，平板式光生物反应器内部空间狭小，大规模培养时，清理挂壁的工作很不方便，带来很高的成本；柱式反应器主要问题是柱体中间区域的培养液得不到充足的光照。此外，光生物反应器制造成本十分高昂，限制了其大规模应用。

开放池构建简单、成本低廉、操作方便，已成为微藻大规模养殖的主要装置。目前，开放池养殖的采光方式有室外直接采光和人造光源采光两种。由于人造光源的构建成本和能耗成本是微藻生长所遇到的最大瓶颈，因此如何降低光源成本，并提升光利用效率尤为重要。在现有光源中，太阳光是地球最丰富的天然资源之一，使用太阳光不仅没有人工光源耗电的问题，而且具有宽广的光波长，非常适合微藻的培养。

光穿过培养液会有衰减现象。太阳光穿过藻类培养液时，会发生严重衰减，光线能够穿越的距离有限，导致1)深层藻液由于得不到光照而形成暗区；2)停留在藻液表面的太阳光光照强度已经超过微藻所需的饱和光照强度，因此，太阳能利用率低，影响藻类的培养密度和单位面积产量。降低开放池的培养深度可以部分缓解这个问题，但是这会导致单位面积的培养体积大幅减少，降低了微藻的面积产率。培养液中如何充分利用太阳能，是一个亟待解决的难题，其影响到藻细胞对光的吸收利用，制约着藻类的大规模培养。

发明内容

本公开的目的是提供一种微藻养殖的方法，该方法能耗低、光利用率高、藻种回收便利。

为了实现上述目的，本公开提供一种微藻养殖的方法，该方法包括：将微藻藻种接入含有培养基的养殖装置中，进行养殖；

所述养殖的过程包括对所述养殖装置中的微藻藻液交替地进行光照处理和非光照处理，所述光照处理包括第一搅动段和第一非搅动段；

其中，所述微藻可漂浮于所述培养基中。

可选地，所有所述光照处理的总时长与所有所述非光照处理的总时长的比例为(0.5-2)：1。

可选地，每次所述光照处理的时长为8-16h，每次所述非光照处理的时间为8-16h。

可选地，所述非光照处理包括第二非搅动段和可选的第二搅动段，每个所述第二非搅动段的时长为5-16h；

可选地，在所述第二搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡或涡轮搅拌。

每次所述光照处理包括交替进行的所述第一搅动段和所述第一非搅动段；

可选地，每个所述第一搅动段的时长为5-720min；

可选地，在所述第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡或涡轮搅拌。

可选地，当所述搅动的方式为气升式鼓泡，相对于1L的所述微藻藻液的体积，通气量为0.02-0.2L/min。

可选地，当所述光照的强度小于20klux，每个所述第一非搅动段的时长t

当所述光照的强度为20-60klux，所述t

当所述光照的强度大于60klux，所述t

可选地，所述微藻藻液的初始浓度为0.1-0.3g/L。

可选地，在所述第一搅动段内，将所述微藻藻液搅动至所述微藻藻液的上液面与下液面的浓度差小于所述下液面的浓度的20％。

可选地，所述微藻包括螺旋藻、鱼腥藻、阿氏颤藻和束丝藻中的一种或几种；光源为太阳光和/或人工光源。

可选地，所述微藻藻液的深度为30-100cm；

所述微藻藻液的上液面与所述养殖装置的侧壁上沿之间的距离为5-50cm。

通过上述技术方案，本申请的养殖方法利用微藻可漂浮于培养基中的特性，并通过光照处理和非光照处理的交替进行，以及在光照处理过程中的搅动和非搅动的交替进行，使微藻能够充分接收光照，吸收营养并生长。本申请的微藻养殖的方法简单，便于操作，并且能够极大程度地降低养殖能耗；具有较高的光合作用效率，且藻种易于浓缩分离，采收便利。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本申请的实施例1的微藻养殖过程示意图。

图2是本申请的实施例1的微藻藻液处于搅动状态的照片。

图3是本申请的实施例1的微藻处于漂浮状态的照片。

图4是本申请的实施例1的养殖条件控制示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开提供一种微藻养殖的方法，该方法包括：将微藻藻种接入含有培养基的养殖装置中，进行养殖；

所述养殖的过程包括对所述养殖装置中的微藻藻液交替地进行光照处理和非光照处理，所述光照处理包括第一搅动段和第一非搅动段；

其中，所述微藻可漂浮于所述培养基中。

根据本公开，“微藻可漂浮于所述培养基中”指的是，在非搅动段，微藻可以漂浮于培养基，例如，微藻可以具有漂浮性，具体可以包括螺旋藻、鱼腥藻、阿氏颤藻和束丝藻中的一种或几种。

为了提供有利于微藻生长的条件，根据本公开的一种实施方式，所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例为(0.5-2)：1。

根据本公开的一种实施方式，当微藻为螺旋藻，养殖的总时间为14-20天。采用本申请的方法养殖微藻，可以较大程度提高养殖效率，缩短养殖周期。

根据本公开的一种实施方式，每次光照处理的时长为8-16h，每次非光照处理的时间为8-16h。满足上述时间范围能够获得较高的微藻生产效率。

根据本公开的一种实施方式，非光照处理包括第二非搅动段和可选的第二搅动段；每个第二非搅动段的时长为5-16h；每个第二搅动段的时长为0-420min，优选为0-120min。进一步地，在第二搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡或涡轮搅拌，优选为气升式鼓泡。

根据本公开的一种实施方式，每次光照处理包括交替进行的第一搅动段和第一非搅动段；根据本公开的另一种实施方式，每次光照处理包括一个第一非搅动段，以及多个交替进行的第一搅动段和静置段，其中，“静置段”指的是在光照处理过程中，搅动停止后，微藻上浮的过程；进一步地，每个第一搅动段的时长为5-720min，优选为120-420min；进一步优选地，在第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡或涡轮搅拌，优选为气升式鼓泡。

为了获得更好的养殖效果，养殖过程开始时，先进行第一搅动段；优选地，养殖的过程可以包括：依次循环进行第一搅动段、第二非搅动段和第一非搅动段。

更优选地，养殖的过程包括：依次交替进行光照处理和非光照处理；其中，每一个光照处理包括一个第一非搅动段，以及交替进行的多个静置段和多个第一搅动段，当最后一个静置段或者第一搅动段结束后，进行第二非搅动段，第二非搅动段结束后，进行第一非搅动段。

根据本公开的一种实施方式，为了获得更好的搅动效果，使所有微藻被搅动，当搅动的方式为气升式鼓泡，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.02-0.2L/min，优选为0.03-0.1L/min。

根据本公开的一种实施方式，每个第一非搅动段的时长为0.5-12h。

根据本公开一种优选的实施方式，当光照的强度小于20klux，每个第一非搅动段的时长t

根据本公开的一种实施方式，在第一搅动段内，将所述微藻藻液搅动至所述微藻藻液的上液面与下液面的浓度差小于下液面的浓度的20％。微藻藻液浓度测定方法可以为取样测试，具体取样方式为：当藻液进入搅动状态，吸取一定体积的微藻藻液，采用400目滤布进行过滤，滤渣在60℃恒温干燥箱中干燥48h后，称重计算；测试方式也可以为在线监测。微藻藻液的上液面为距离藻液的最上液面10cm范围内，微藻藻液的下液面为距离藻液的最底面10cm范围内。

根据本公开的一种实施方式，光源为太阳光和/或人工光源。

根据本公开，微藻藻液中还包括培养基，培养基为本领域常规的，适合微藻的生长即可，在此不做具体要求。接种后微藻藻液的初始浓度为0.1-0.3g/L。

根据本公开的一种实施方式，养殖装置为本领域常规的，可以为任意形状，例如为圆形水池、矩形水池。进一步地，养殖装置中的微藻藻液的深度为30-100cm，优选为40-60cm，本申请的养殖方法可以进行深层养殖，提高养殖效率；微藻藻液的上液面与养殖装置的侧壁上沿之间的距离为5-50cm，优选为10-40cm，更优选为15-30cm，上述距离范围能够避免搅动过程中液体飞溅，也能保证微藻较好的受光。

下面以实施例详细说明本发明，但并不因此构成对本发明的限制。

实施例和对比例所用的微藻来源于中国科学院淡水藻种库的编号为FACHB-314的钝顶螺旋藻，将螺旋藻藻种接入含有Zarrouk培养基的开放池中，接种后螺旋藻的初始浓度为0.15g/L。

气升式鼓泡具体包括：在开放池底部布设的曝气管上开有直径2.5mm的曝气孔，曝气孔间隔30cm，通过曝气管向开放池中通入空气。

螺旋藻藻液浓度测定：吸取一定体积的微藻藻液，采用400目滤布进行过滤，滤渣在60℃恒温干燥箱中干燥48h后，称重计算。

光源为人工光源LED灯。

在下列实施例中，在第一搅动段内，将微藻藻液搅动至微藻藻液的上液面与下液面的浓度差小于下液面的浓度的20％。

实施例1

将微藻藻液放置在养殖装置中进行养殖，养殖装置为矩形水箱(长650mm×宽440mm×高400mm)，微藻藻液的深度为30cm，藻液体积为86L。养殖过程包括：依次循环进行第一搅动段、第二非搅动段和第一非搅动段；

其中，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min；

养殖的总时间为336h；

所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例1:1；

所有光照处理的总时长为168h；

每个光照处理的时长均为12h，每个非光照处理的时长均为12h；

每个第二非搅动段的时长为12h，所有第二非搅动段的总时长为168h；

第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡，每个第一搅动段的时长为420min，所有第一搅动段的总时长为98h；

光照强度为20klux，每个第一非搅动段的时长t

实施例1的养殖过程示意图如图1所示，实施例1的微藻藻液处于搅动状态的照片如图2所示，实施例1的微藻处于漂浮状态的照片如图3所示，养殖结果列于表1。

实施例1的养殖条件控制示意图如图4所示，具体如下：上午9点至当日下午4点，进行第一搅动段，即同时进行光照处理和搅动；下午4点至第二天早晨4点，进行第二非搅动段；早晨4点至当日上午9点，进行第一非搅动段，即进行光照处理，且不搅动；依次循环上述过程，完成微藻养殖。

实施例2

采用实施例1的方法养殖微藻，区别仅在于，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.15L/min，养殖结果列于表1。

实施例3

将微藻藻液放置在养殖装置中进行养殖，养殖装置为矩形水箱(长650mm×宽440mm×高400mm)，微藻藻液的深度为30cm，藻液体积为86L。养殖过程包括：依次交替进行的光照处理和非光照处理，在光照处理时，依次交替进行7个第一搅动段和7个静置段，最后一个静置段结束后，进行第二非搅动段，当第二非搅动段结束后，进行第一非搅动段；

其中，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min；

养殖的总时间为336h；

所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例1:1；

所有光照处理的总时长为168h；

每个光照处理的时长均为12h，每个非光照处理的时长均为12h；

每个第二非搅动段的时长为12h，所有第二非搅动段的总时长为168h；

第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡，每个第一搅动段的时长为20min，每个静置段的时长为40min，所有第一搅动段的总时长为32.7h；

光照强度为20klus，每个第一非搅动段的时长t

实施例4

将微藻藻液放置在养殖装置中进行养殖，养殖装置为矩形水箱(长650mm×宽440mm×高400mm)，微藻藻液的深度为30cm，藻液体积为86L。养殖过程包括：依次循环进行第一搅动段、第二非搅动段和第一非搅动段；

其中，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min；

养殖的总时间为336h；

所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例1：1；

所有光照处理的总时长为168h；

每个光照处理的时长均为12h，每个非光照处理的时长均为12h；

每个第二非搅动段的时长为12h，所有第二非搅动段的总时长为168h；

第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡，每个第一搅动段的时长为240min，所有第一搅动段的总时长为56h；

光照强度为10klus，每个第一非搅动段的时长t

实施例5

将微藻藻液放置在养殖装置中进行养殖，养殖装置为矩形水箱(长650mm×宽440mm×高400mm)，微藻藻液的深度为30cm，藻液体积为86L。养殖过程包括：依次循环进行第一搅动段、第二非搅动段和第一非搅动段；

其中，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min；

养殖的总时间为336h；

所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例1：1；

所有光照处理的总时长为168h；

每个光照处理的时长均为12h，每个非光照处理的时长均为12h；

每个第二非搅动段的时长为12h，所有第二非搅动段的总时长为168h；

第一搅动段内，搅动的方式为气升式鼓泡，每个第一搅动段的时长为600min，所有第一搅动段的总时长为140h；

光照强度为67klus，每个第一非搅动段的时长t

对比例1

采用实施例1的方法养殖微藻，区别仅在于，持续通气，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min，在此条件下，藻液一直处于搅动状态，无漂浮状态，养殖结果列于表1。

对比例2

将微藻藻液放置在养殖装置中进行养殖，养殖装置为矩形水箱(长650mm×宽440mm×高400mm)，微藻藻液的深度为30cm，藻液体积为86L。养殖过程包括：依次交替进行第一搅动段和第二搅动段；

养殖的总时间为336h，光照强度为20klus；

所有光照处理的总时长与所有非光照处理的总时长的比例1:1；

所有光照处理的总时长为168h；

每个光照处理的时长均为12h，每个非光照处理的时长均为12h；

在每个第一搅动段内，依次进行相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min的搅动5h和通气量为0.15L/min的搅动7h，所有第一搅动段的总时长为168h；

在每个第二搅动段内，依次进行相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.03L/min的搅动5h和通气量为0.15L/min的搅动7h，所有第二搅动段的总时长为168h；

在上述条件下，藻液一直处于搅动状态，无漂浮状态，养殖结果列于表1。

对比例3

采用实施例1的方法养殖微藻，区别仅在于，持续通气，相对于1L的微藻藻液的体积，通气量为0.15L/min，在此条件下，藻液一直处于搅动状态，无漂浮状态，养殖结果列于表1。

表1

根据表1的数据可知，采用本申请的方法养殖微藻，利用微藻可漂浮的特性，并通过光照处理和非光照处理的交替进行，以及在光照处理过程中的搅动和非搅动的交替进行，使微藻能够充分接收光照，吸收营养并生长。相对于现有技术的持续搅动，本申请的方法能够极大程度地降低养殖能耗，并提高微藻产量。

进一步地，根据实施例1和3的数据对比可知，当光照处理包括多个交替进行的第一搅动段和静置段，以及一个第一非搅动段时，能够在不降低产量的前提下，进一步降低能耗。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。