本发明属于藻类培养，具体涉及一种微藻培养基组合物、应用该组合物的培养工艺及组合系统。
背景技术：
1、微藻在能源、食品、饲料、环保及医药等领域具有广泛的应用，光生物反应器是微藻培养的核心装置，特别是微藻能源研发热潮的兴起，对光生物反应器优化与放大的需求尤为迫切。迄今，国内外对光生物反应器虽已开展了不少研宄，但光生物反应器的优化仍然基本凭经验、且主要依靠传统的实验方法针对某一特定形式的反应器开展，工作量大且推广性差。因此，光生物反应器的优化与放大尚没有一套系统、可靠且具有普适性的方法，主要在于众多表征光生物反应器中混合及藻细胞受光特性参数对光生物反应器性能影响的重要性及敏感性。
2、并且在目前开发的微藻中，特别是微藻的规模化培养上仍然面临着巨大的挑战，由于微藻在规模化培养时生长密度一直不高，难分离难收获，导致培养成本高昂。此外，单一的管道式培养或者跑道池培养微藻培养周期长且可连续性较差，因此仍然需要合理优化培养条件配合高效的培养手段进一步推动其进行规模化生产，减少生产成本，为工业化培养提供良好的基础。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种微藻培养基组合物、应用该培养基的培养工艺以及组合反应系统，实现对裸藻进行放大培养，针对微藻培养的不同阶段的生长情况实施精准控制，实现微藻的持续高产，稳定可靠，普适性强。
2、为实现上述发明目的，本发明提供一种微藻培养基液体组合物，所述培养基液体至少包括硝酸钠60-80mg/l、磷酸二氢钠及其水合物4-6mg/l、硅酸钠及其水合物14-35mg/l、微量元素组合物4-7mg/l、复合维生素0.1-2ml/l；所述微量元素组合物至少包括硒、钠、铁、铜、锌、钴、锰、钼、硼、钾元素中的至少一种。
3、在本发明的一些技术方案中，所述微量元素组合物至少包括乙二胺四乙酸络合物4-5g/l、铁盐及其水合物2-4g/l、铜盐及其水合物0.005-0.05g/l、锌盐及其水合物0.020-0.025g/l、钴盐及其水合物0.008-0.012g/l、锰盐及其水合物0.15-0.20g/l、钼酸盐及其水合物0.002-0.007g/l。
4、在本发明的一些技术方案中，所述铁盐及其水合物选自fecl3、fecl3·6h2o；所述铜盐及其水合物选自cuso4、cuso4·5h2o、cucl2、cucl2·2h2o；所述锌盐及其水合物选自znso4、znso4·7h2o；钴盐及其水合物选自cocl2·6h2o、cocl2、coso4·6h2o、coso4·7h2o；锰盐及其水合物选自mncl2·4h2o、mncl2；钼酸盐及其水合物选自na2moo4·2h2o、na2moo4、k2moo4、mgmoo4；所述乙二胺四乙酸络合物选自na2edta。
5、在本发明的一些技术方案中，所述微量元素组合物包括4.2-4.5g/lna2edta、
6、3.1-3.2g/lfecl3·6h2o、0.01-0.02g/lcuso4·5h2o、0.02-0.025g/lznso4·7h2o、
7、0.008-0.012g/lcocl2·6h2o、0.17-0.20g/lmncl2·4h2o、0.006-0.007g/lna2moo4·2h2o。
8、为了实现上述发明目的，本发明还提供一种串联式反应器系统的微藻培养工艺，所述培养工艺至少包括以下阶段：
9、第一阶段，利用小型光生物反应器培养微藻种子液，渡过微藻培养生长期；
10、第二阶段，小型光生物反应器中微藻培养进入对数生长期，将微藻藻种按照体积比20％的接种量转入管道式光生物反应器培养，并加入所述培养基液体组合物；
11、第三阶段，待管道式光生物反应器中培养的微藻进入对数生长期后，打开管道式生物反应器与跑道池光生物反应器之间的阀门，将微藻进一步转移至跑道池光生物反应器中进行放大培养，在跑道池中补入培养基液体组合物；
12、第四阶段，在跑道池光生物反应器中的微藻进入对数生长后期阶段对微藻进行采收，并在管道式光生物反应器和跑道池光生物反应器中分别加入所述培养基液体组合物培养维持微藻的对数生长期。
13、在本发明的一些优选的技术方案中，所述培养基液体组合物用量为50-100ml/100l水。
14、在本发明的一些技术方案中，通过od680测定监控微藻生长状态。生物反应器中微藻od680值在0.4-0.8时，微藻处于对数生长期。
15、在本发明的一些技术方案中，所述第一阶段小型光生物反应器为封闭式光生物反应器；体积在40-60l。进一步的，针对一组串联式生物反应系统，需培养微藻种子液190-210l。
16、在本发明的一些技术方案中，所述第二阶段微藻藻种转入管道式光生物反应器后，调节温度为25-28℃。
17、在本发明的一些技术方案中，所述第二阶段根据微藻的生长状态调节管道式光生物反应器光照强度、ph值。进一步的，当微藻od680值小于0.38时，ph值维持在3-3.3，光照强度在最大值的30％-40％；当微藻od680值0.38-0.4时，ph值维持在4-5，光照强度在最大值的40％-80％，此时ph调节采用人工调节方式，具体的可以通过添加小苏打或碳酸氢铵调节，添加方式优选为分批添加；当微藻od680值超过0.4以后，停止ph值人工调节，光照强度在最大值的80％-100％。进一步的，由于微藻光生物反应器中培养微藻存在光衰减现象，需根据实际生长情况进行手动调节，在本发明中使用的管道式光生物反应器，光照强度最大值为30000lux。
18、在本发明的一些技术方案中，所述第二阶段水泵转速控制在15-17hz。
19、在本发明的一些技术方案中，所述第三阶段，微藻转入跑道池光生物反应器进行放大培养初期，只运行跑道池光生物反应器第三层，确保微藻的高密度培养。进一步的，仅打开跑道池光生物反应器其中一层时关闭水泵，只打开桨叶转动保持池内培养液流动，所述桨叶转速维持20-30hz。
20、在本发明的一些技术方案中，所述第三阶段，微藻从管道式光生物反应器中引入跑道池光生物反应器后，在管道式光生物反应器、跑道池光生物反应器中分别补充铵盐、碳源、百能饲、硫酸亚铁以及所述培养基液体组合物。管道式光生物反应器通过添加培养基维持微藻种子生长，跑道池光生物反应器通过添加培养基促进微藻进一步放大生产的。
21、进一步的，所述碳源优选为柠檬酸，所述百能饲添加量为4-6g，所述硫酸亚铁添加量9-11g，所述培养基液体组合物添加量：50-100ml/100l水。更进一步的，在管道式光生物反应器中加入氮源以及磷源保证微藻的高密度培养，同时的，管道式光生物反应器的光照强度调节为最大光照强度，保证管道式光生物反应器中的微藻保持最大程度的光合作用。
22、在本发明的一些技术方案中，所述第三阶段，微藻在跑道池光生物反应器第三层培养两天后，依次打开跑道池光生物反应器第二层、第一层。进一步的，在打开跑道池光生物反应器一二层时，需要控制水泵转速和流速阀之间的平衡，水泵转速为18-22hz，跑道池光生物反应器第一层和第二层流速阀的倾斜角度在42-50°，当倾斜角度超过50°，水分会全部流至第三层。
23、在本发明的一些技术方案中，进入所述第三阶段后，所述跑道池光生物反应器开放层光照强度调节至最大值，即30000lux。具体的，当所述跑道池光生物反应器开放第三层时，第三层的光照强度调节为30000lux，第一层、第二层并未运行光照强度调节为0；当所述跑道池光生物反应器三层都开放时，三层的光照强度都调节为最大光照强度30000lux。进一步的，当跑道池光生物反应器三层全部打开以后，管道式光生物反应器的光照强度调节为最大光照强度的48-52％。
24、在本发明的一些技术方案中，进入所述第三阶段后，管道式光生物反应器中微藻进入稳定生长期，即od680≥0.8时，ph值控制在6.5-7.5之间，若ph值进一步升高，通过充入二氧化碳进行调整。
25、在本发明的一些技术方案中，在整个微藻培养阶段，每天上午调节水泵转速到25hz运营10-15min让微藻沉淀恢复流动。
26、在本发明的一些技术方案中，跑道池光生物反应器中微藻页面控制在不超过跑道池光生物反应器容积的2/3，可以在保证微藻产量的同时也可以进行气体交换。
27、在本发明的一些技术方案中，所述加入反应器中的药剂需要溶于水后添加，可以保证药品不洒在设备上而腐蚀设备的同时也不会在水中富集微藻聚沉。
28、本发明还提供了一种串联式微藻反应器组合系统，所述系统至少包括管道式生物反应器、跑道池类光生物反应器和采收系统；
29、所述跑道池光生物反应器串联于管道式光生物反应器末端，链接处通过阀门控制；
30、所述管道式光生物反应器和跑道式光生物反应器均至少包括光照强度调节装置，水泵转速调节装置，以及可以实时监测溶解氧、温度、酸碱度和二氧化碳浓度的传感器装置和调节装置。
31、在本发明的一些技术方案中，所述管道式生物反应器包括储液装置和透明管道装置；所述储液装置为不锈钢罐体，半径0.4-0.6m，高度1.2-1.4m；所述储液装置与透明管道装置串联连接，储液装置可以打打提高管道式生物反应器的微藻培养量，微藻培养液从储液罐流出经过透明管道装置再返回储液装置，往复循环，通过水泵控制循环的流量和流速。
32、在本发明的一些技术方案中，所述管道式生物反应器的管道排布方式为螺旋式，包括35-45跟水平管道，水平管道之间通过弧形管道连接，弧形管道两边的水平管道错落排布。确保管道内藻类可以充分进行光合作用。
33、在本发明的一些技术方案中，所述管道式生物反应器还包括空气驱动装置。
34、在本发明的一些技术方案中，所述管道式生物反应器的光强度调节装置、水泵调节装置、空气驱动装置、溶氧值调节装置、酸碱度调节装置、温度调节装置以及二氧化碳调节装置均包括自动模式和手动模式。手动模式可以进行变频驱动和显示计时，方便实时调节参数。
35、在本发明的一些技术方案中，所述跑道式生物反应器包括三层容器装置，并且三层都能各自独立运行；第一层高度0.18-0.22m，第二层高度0.18-0.22，第三层高度0.35-0.45m。
36、在本发明的一些技术方案中，所述跑道式生物反应器底面积9-10m2，宽度1-1.5m，长度6-10m。在微藻进入对数生长期之后，通过阀门控制进入跑道池光生物反应器进行放大培养。
37、在本发明的一些技术方案中，所述跑道式生物反应器还包括可转动叶桨，当只运行跑道池光生物反应器中一层时，可以仅通过打开叶桨维持水的流动状态。
38、在本发明的一些技术方案中，所述跑道式生物反应器还包括流速控制阀，可以通过控制流速阀的倾斜角度进一步控制跑道池光生物反应器不同层之间水的流动。当同时开放跑道池光生物反应器两层以上时，需要实时控制水泵转速与流速阀之间的平衡。
39、在本发明的一些技术方案中，所述跑道式生物反应器的水泵调节装置、空气驱动装置、溶氧值调节装置、酸碱度调节装置、温度调节装置以及二氧化碳调节装置均包括自动模式和手动模式。手动模式可以进行变频驱动和显示计时，方便实时调节参数。
40、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
41、本发明通过通过藻类培养基组合物以及利用串联组合系统培养微藻的工艺，进一步提高的微藻培养效率、降低培养成本，并且该工艺并不受季节、光照的影响，精准控制培养条件，实现质量可控、产量高且稳定。管道式生物反应器光照表面积大、条件控制精准，有助于微藻种子液初步放大后稳定的进入对数生长阶段，此时接入跑道池光生物反应器具有更大的培养体积，便于微藻的进一步规模化培养，同时有利于微藻的持续采收。
1.一种微藻培养基液体组合物，其特征在于，所述培养基液体至少包括硝酸钠60-80mg/l、磷酸二氢钠及其水合物4-6mg/l、硅酸钠及其水合物14-35mg/l、微量元素组合物4-7mg/l、复合维生素0.1-2ml/l；所述微量元素组合物至少包括硒、钠、铁、铜、锌、钴、锰、钼、硼、钾元素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的培养基液体组合物，其特征在于，所述微量元素组合物至少包括乙二胺四乙酸络合物4-5g/l、铁盐及其水合物2-4g/l、铜盐及其水合物0.005-0.05g/l、锌盐及其水合物0.020-0.025g/l、钴盐及其水合物0.008-0.012g/l、锰盐及其水合物0.15-0.20g/l、钼酸盐及其水合物0.002-0.007g/l。
3.根据权利要求1所述的培养基液体组合物，其特征在于，所述微量元素组合物包括4.2-4.5g/lna2edta、3.1-3.2g/lfecl3·6h2o、0.01-0.02g/lcuso4·5h2o、
4.一种使用权利要求1-3所述培养基液体组合物的微藻培养方法，其特征在于，至少包括以下阶段：
5.根据权利要求4所述的微藻培养工艺，其特征在于，所述第二阶段当微藻od680值小于0.38时，ph值维持在3-3.3，光照强度在最大值的30％-40％；当微藻od680值0.38-0.4时，ph值维持在4-5，光照强度在最大值的40％-80％，此时ph调节采用人工调节方式，具体的可以通过添加小苏打或碳酸氢铵调节，添加方式优选为分批添加；当微藻od680值超过0.4以后，停止ph值人工调节，光照强度在最大值的80％-100％；od680≥0.8时，ph值控制在6.5-7.5之间。
6.根据权利要求4所述的微藻培养工艺，其特征在于，所述第三阶段，微藻转入跑道池光生物反应器进行放大培养初期，只运行跑道池光生物反应器第三层。
7.根据权利要求4所述的微藻培养工艺，其特征在于，所述第三阶段，微藻从管道式光生物反应器中引入跑道池光生物反应器后，在管道式光生物反应器中重新补充铵盐、碳源、百能饲、硫酸亚铁以及复合维生素。
8.根据权利要求4所述的微藻培养工艺，其特征在于，当所述跑道池光生物反应器开放第三层时，第三层的光照强度调节为30000lux，第一层、第二层并未运行光照强度调节为0；当所述跑道池光生物反应器三层都开放时，三层的光照强度都调节为最大光照强度30000lux；当跑道池光生物反应器三层全部打开以后，管道式光生物反应器的光照强度调节为最大光照强度的48-52％。
9.一种适用如权利要求1-8所述培养基液体组合物及培养工艺的串联式微藻培养反应器组合系统，所述系统至少包括管道式光生物反应器、跑道池光生物反应器和采收系统；
10.根据权利要求9所述的串联式微藻培养反应器组合系统，其特征在于，所述管道式光生物反应器至少包括储液装置和透明管道装置，所述储液装置与透明管道装置串联连接。
