專利名稱：一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置的制作方法
一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置技術領域
本發明屬于微生物培養與環境生物技術領域，特別涉及一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置。
背景技術：
開發高效、節能、簡便、經濟的微生物新型培養技術一直以來是微生物發酵工業領域中的重要研究內容之一。深層液態發酵法是當前發酵工業中廣泛采用的微生物培養技術之一，它主要通過大規模培養異養型微生物來生產菌體細胞或積累合成有用的代謝產物。 在這種培養模式中，有機碳源為異養型微生物的生長提供能量和營養源，而在發酵過程中因微生物細胞的呼吸作用產生的CO2大多隨發酵尾氣直接排放，造成有機碳源的綜合利用率低、增大碳排放量等問題。
微藻作為一種重要的生物質資源， 具有分布廣、生物量大、光合效率高、環境適應性強、生長周期短和產量高等突出特點，是進行生物煉制的優良材料。微藻有多種用途它含有多種維生素、胡蘿卜素、蛋白質、脂肪酸等，可以制備多種保健品和藥物；含油量高的微藻可用來提取油脂制備食用油和生物柴油；有些微藻在光合作用過程中能夠通過光生物水解產生氫氣，可用來生物制氫；微藻生物質也可以直接熱解處理后獲得生物燃油；微藻還可以凈化污水，去除污染水體中的有機物，并通過光合作用生物固定CO2降低碳排放量等。 然而，在大規模培養微藻時存在的高成本問題限制了其產業化發展的進程。
微藻產業化發展的前提條件是獲得充足的生物質原料，微藻培養模式的選擇是提高微藻生物質產量的關鍵環節之一。因此，根據不同的培養目的來選擇不同的培養模式，對于提高微藻的生產能力具有重要作用。開放池、跑道式或密閉光生物反應器培養是當前規?；B殖微藻的主要途徑。但是在單獨通入空氣培養微藻時存在氧飽和和光合放氧作用對微藻生長的抑制問題，而采用空氣和CO2的混合氣體通氣培養微藻時存在CO2的簡便、經濟補給的技術難題。
工農業有機廢水中含有大量的有機碳、無機鹽和微量元素，具有無毒或低毒、可生化特性強等特點。有機廢水的大量、直接排放不僅污染環境而且造成嚴重的資源浪費。目前能源短缺和環境惡化等問題迫使人們紛紛將目光投向這些有機廢棄物，希望將其作為微藻的培養基來獲得大量的微藻原料。這樣既可大大降低微藻的生產成本，還可通過微藻吸收利用廢水中的有機物質以減少環境污染。
有關微藻的培養方法與裝置，以及利用廢水培養微生物(含微藻)的技術專利已有報道。例如，專利CN101696389A公開了一種微藻培養方法及其光生物反應器系統，專利 CN101724547A公開了一種用LED可調光進行微藻培養實驗的方法和裝置等。但是，縱觀已有的文獻和專利，培養裝置均為單一異養微生物或光合自養型微生物，有關利用串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的方法及其裝置未見報道。發明內容
本發明的目的在于提供一種能同時實現異養-光合自養型微生物的串聯高效培養、異養發酵尾氣中CO2的原位生物固定與有機碳源的綜合利用率、光合微藻通氣培養過程中CO2的簡便補給與微藻細胞的高密度培養的裝置。
本發明的目的是通過以下步驟實現的
一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，包括培養異養型微生物的第一級生物反應器、發酵尾氣處理器和培養光合自養型微生物的第二級光生物反應器，培養異養型微生物的第一級生物反應器，通過發酵尾氣連接管與發酵尾氣處理器連接，發酵尾氣處理器通過進氣管與培養光合自養型微生物的第二級光生物反應器連接；
所述的發酵尾氣處理器由發酵尾氣連接管、尾氣凈化器、氣體緩沖器、氣體轉子流量計、微濾除菌器和進氣管組成；
所述的發酵尾氣連接管與尾氣凈化器相連，尾氣凈化器與氣體緩沖器相連，氣體緩沖器與尾氣管路的氣體轉子流量計相連，調配空氣支路管路由氣體轉子流量計和微濾除菌器連接組成，接在尾氣管路氣體轉子流量計之后，由轉子流量計混合的氣體經進氣管通入第二級光生物反應器；
所述的發酵尾氣處理器在工作時除氣體通路外，整個裝置為密閉體系；
所述的尾氣凈化器包括尾氣連接管、凈化液加液口、排氣安全閥、凈化廢液排放閥門，尾氣凈化器內裝尾氣凈化液，凈化液液面低于進入氣體緩沖器的管路進口，尾氣連接管通入管口應伸入凈化液液面以下；
所述的尾氣凈化器內裝的尾氣凈化液為質量分數為98. 3%的濃硫酸。
本發明相比現有技術具有以下優點
本發明中的異養-自養串聯培養模式，既可解決單獨通氣(空氣)培養光合自養型微藻時因空氣中CO2含量相對較低和光合放氧作用而導致的微藻細胞生長緩慢或受抑制的問題，又可實現光合自養型微藻對異養培養微生物時因呼吸作用而產生的發酵尾氣中 CO2的原位生物固定，提高有機碳源的綜合利用率，降低碳排放量，具有良好的經濟和環境效益。


圖1為本發明的結構示意圖
1-第一級生物反應器2-第二級光生物反應器3-發酵尾氣處理器4-發酵尾氣連接管5-進氣管12-氣體轉子流量計13-微濾除菌器14-廢氣排放口
圖2為本發明中發酵尾氣處理器的結構示意圖
4-發酵尾氣連接管5-進氣管6-尾氣凈化器7-凈化液加液口 8-排氣安全閥9-凈化廢液排放口 10-凈化廢液11-氣體緩沖器12-氣體轉子流量計13-微濾除菌器具體實施方式
本發明還將結合具體實施方式
作進一步詳述
在分別配制培養異養和光合自養型微生物的培養基，滅菌、冷卻、接種后連接各管路，并保證系統的密封性，分別控制異養和光合自養型微生物的培養條件(溫度、pH、光強度、攪拌轉速、通氣量等參數)，進行串聯通氣培養。具體工作原理及過程為壓縮空氣經連接于第一級生物反應器I的微濾除菌器13和氣體轉子流量計12按一定流量通入第一級生物反應器I的培養液中，經異養型微生物利用和代謝的發酵尾氣通過發酵尾氣連接管4通入發酵尾氣處理器3中，發酵尾氣經過尾氣凈化器6中凈化液10的處理后，先進入氣體緩沖器11，然后經尾氣管路氣體轉子流量計12計量，并和來自調配空氣支路的經微濾除菌器 13除菌和氣體轉子流量計12計量的無菌空氣按一定比例混合后，通入第二級光生物反應器2作為光合自養型微生物的培養氣源，培養廢氣最終經第二級光生物反應器2上端的廢氣排放口 14排出。
在整個串聯通氣培養過程中氣體的轉化過程為含有O2的無菌空氣通入第一級生物反應器I中，經異養型微生物的耗氧生長，呼吸釋放出CO2，含較高濃度CO2的異養發酵尾氣經發酵尾氣處理器3凈化處理，并與空氣調配混合后通入第二級光生物反應器2中供光合自養型微生物轉化利用，混合氣體中的O2參與光合自養型微生物的呼吸作用，CO2作為無機碳源被轉化利用，同時在光合作用中釋放出02。
因此，本發明裝置可使異養型微生物培養中產生的發酵尾氣中的CO2通過自養型微生物的光合作用得以高效利用，解決了光合自養型微生物培養中CO2的經濟性補給的技術難題，同時也解決了光合自養型微生物在通氣培養中因空氣中CO2濃度較低和光合放氧作用而對微生物生長造成的抑制問題。
權利要求
1.一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，包括培養異養型微生物的第一級生物反應器(I)和培養光合自養型微生物的第二級光生物反應器(2)，其特征在于培養異養型微生物的第一級生物反應器(I)，通過發酵尾氣連接管(4)與發酵尾氣處理器(3)連接，發酵尾氣處理器(3)通過進氣管(5)與培養光合自養型微生物的第二級光生物反應器 ⑵連接。
2.如權利要求1所述的串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，其特征在于 發酵尾氣處理器(3)由發酵尾氣連接管(4)、尾氣凈化器(6)、氣體緩沖器(11)、氣體轉子流量計(12)、微濾除菌器(13)和進氣管(5)組成。
3.如權利要求2所述的串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，其特征在于 發酵尾氣連接管(4)與尾氣凈化器(6)相連，尾氣凈化器(6)與氣體緩沖器(11)相連，氣體緩沖器(11)與尾氣管路的氣體轉子流量計(12)相連，調配空氣支路管路由氣體轉子流量計(12)和微濾除菌器(13)連接組成，接在尾氣管路氣體轉子流量計(12)之后，由轉子流量計(12)混合的氣體經進氣管(5)通入第二級光生物反應器(2)。
4.如權利要求2或3所述的串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，其特征在于尾氣凈化器(6)包括尾氣連接管(4)、凈化液加液口(7)、排氣安全閥(8)、凈化廢液排放閥門(9)，尾氣凈化器￠)內裝尾氣凈化液(10)，凈化液(10)液面低于進入氣體緩沖器 (11)的管路進口，尾氣連接管(4)通入管口應伸入凈化液(10)液面以下。
5.如權利要求5所述的串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，其特征在于 尾氣凈化器出)內裝的尾氣凈化液(10)為質量分數為98. 3%的濃硫酸。
全文摘要
本發明涉及一種串聯通氣培養異養-光合自養型微生物的裝置，是將培養異養型微生物的第一級生物反應器和培養光合自養型微生物的第二級光生物反應器通過發酵尾氣處理器進行串聯，實現同時培養異養型微生物和光合自養型微生物。本發明可使異養型微生物培養中產生的CO2通過自養型微生物的光合作用得以高效利用，解決了光合自養型微生物培養中CO2的經濟性補給的技術難題，同時也解決了光合自養型微生物在通氣培養中因空氣中CO2濃度較低和光合放氧作用而對微生物生長造成的抑制問題。
文檔編號C12M1/00GK102994363SQ20111027726
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月17日 優先權日2011年9月17日
發明者夏春谷, 孔維寶, 宋昊, 華紹烽 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所