CN106190851A - 微藻收获‑消毒‑接种方法及收获‑消毒‑接种一体化设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微藻收获‑消毒‑接种方法以及相关的一体化装置。所述方法为高压液体冲淋法，是对液体增压后喷洒在光生物反应器的微藻生长表面进行的；其中，所述液体为水、藻液、消毒液中的一种。本发明深入研究了半干的表面生长式微藻培养，特别是柔性光生物反应器微藻培养的收获、接种和消毒问题，采用高压液体喷淋法这种非机械性直接接触培养单元表面的方法来进行收获、接种或消毒，并提供了相关的一体化设备，只要改变储液罐内的内容，就可以实现收获、消毒和接种的作用。因此具有高度集成化的优点，减少设备成本和占用的空间；还能够避免现有方法在收获的时候刮伤培养单元、避免藻被钝性物件填入到培养单元表面的小孔以及创面里侧的缺点，减少浪费，延长培养单元的使用寿命。

Description

微藻收获-消毒-接种方法及收获-消毒-接种一体化设备

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及一种微藻-消毒-接种收获方法及收获-消毒-接种一体化设备。

背景技术

微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，且营养丰富、光合利用度高的自养植物，其细胞代谢产生的蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素，如Cu、Fe、Se、Mn、Zn等高价值的营养成分和化工原料，在医药、食品、环境净化、动物饲料、生物技术和可再生能源制造领域均有应用。

然而，自然界中并不存在大量的现成的可供人类直接收集加工的微藻资源。因此微藻的规模化养殖近年来也受到相当多的企业、科研机构的重视，其中包括如何低成本大规模提供微藻生物质，即微藻低成本高效培养。

微藻的培养中，半干的表面生长式培养方法由于其节省能耗、空间利用率高、省水等优势而被大量研究。半干式包括刚性基质和柔性基质，例如带有微孔的分子筛材料制成的培养单元(柔性培养膜材或培养纤维)；柔性介质，例如棉布、以及多孔膜等材料。这些材料的共性是具有一定含水能力，可以通过滴注、环境加湿、定时补水等保持这些材质的湿润，以给微藻供应营养。然而，相对于浸没式的培养方法而言(微藻浸没于管道或跑道池中)，由于1)光生物培养单元呈队排列，间距小，对数量众多且非常密集布置的光生物培养表面进行操作(比如接种光生物、补充营养液、进行杀菌消毒、或收获光生物)需要时间较长，操作困难，且受空间限制；2)对于柔性的培养单元来说，虽然比刚性培养单元在加工、组装等方面相对于刚性材质有较大优势，但轻便的特点给后期材质表面的处置工作带来了较大困难，主要表现为硬度低、易损坏以及易受到外力使其移位和变形这两个方面的原因，使得半干的表面生长式培养的微藻的收获以及自动化收获一直是一个难以攻克的难题，这也导致半干的表面生长式微藻培养装置难以大规模工业化应用。

为此，本领域技术人员进行了大量研究，中国发明专利CN 105018330A公开了一种设置有多层贴壁培养单元的多层半干贴壁培养装置，其中贴壁培养单元水平设置或与水平面呈一定倾角设置，且一端对齐、平行排列安装在支架系统上，在收获微藻时，微藻的柔性的贴壁培养单元，在转动的情况下，通过一个相对静止的刮刀，将贴壁培养单元上生长的微藻，刮除进入到藻泥收集部件中。此外，由于半干贴壁培养单元具有较好的保水性、较强的结构强度、孔径小于藻粒(防止藻进入孔内)，故当对这样的培养单元的一个面进行收获时无法同时作用于另一侧面。

但这种收获装置存在以下问题：

1)贴壁培养单元的运动表面由具多孔性、对藻细胞无毒性的材料制成，或在其表面贴敷滤纸、滤布、海绵、塑料泡沫或纤维织物材料以构成培养表面；培养基质，特别是柔性基质，其结构比较脆弱，刮刀容易将培养单元表面刮伤，不利于材料重复利用，成本较高；

2)该现有技术的微藻接种是通过另设的微藻接种器，通过柔性软管与微藻种子液储罐连接，进行接种；设备结构较为复杂，占用空间大；

3)该收获方法是针对该专利申请提出的微藻培养方式，没给出目前广泛应用的竖直悬挂式的柔性培养单元的收获方案，而且该装置也不同时具备清洗和消毒功能，而清洁消毒对培养单元的再生利用是非常关键的。

因此，为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种适用于半干的表面生长式的微藻收获-消毒-接种方法；以及一种微藻收获-消毒-接种一体化设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微藻收获的微藻收获-消毒-接种方法。所述的微藻收获-消毒-接种方法特别适用于半干的表面生长式微藻培养，特别是柔性光生物反应器微藻培养的收获，还可以用于消毒和/或接种。

本发明的另一目的在于提供一种微藻收获-消毒-接种一体化装置。

本发明的再一目的是，提供一种可保护柔性培养基材的培养表面，实现培养基材的重复利用，减少培养基材的随意晃动、变形、扭曲的微藻收获方法及装置。

本发明所述的微藻收获-消毒-接种方法，为高压液体冲淋法。具体的说，所述高压液体冲淋法是将液体增压后喷洒在光生物反应器的微藻生长表面进行。

本发明以非机械性直接接触培养单元表面的方式进行收获，相对于现有的刮刀式等机械性接触方式收获而言，可大大保护培养单元表面不受损伤，使培养单元能够被多次利用。

其中，所述液体为水、藻液、消毒液中的一种；

进一步的，所述液体中还包括气体或固体颗粒；

其中，所述气体为空气，液体中的气体含量为5％-75％；

所述固体颗粒可以是橡胶颗粒；所述橡胶颗粒的粒径以1-2mm较佳。橡胶颗粒优选实心颗粒。

所述高压液体的压力为0.01MPa-1MPa。

进一步的，为保证培养单元的稳定，所述方法还包括：将加压液体对同一个培养单元的正反两面施加对称式的喷洒；

其中，所述对称式的喷洒包括喷洒用的喷嘴，压力、与培养单元表面的距离、流体组分及流量完全相同，但喷洒的角度及方向呈轴对称。

更进一步的，所述方法在喷洒液体的时候，采用的喷嘴为扇形喷嘴或锥形喷嘴。

更进一步的，所述方法在喷洒液体的时候，喷嘴与受力点的连线与垂直挂式的柔性培养单元表面的夹角(喷射角)为0-90°(大于0，包括90°)，较佳为0-45°(包括45°)，更为优选是15-30°(包括端点值)。

其中，角度跟喷嘴距离柔性培养单元表面的大小有关系，太近的时候，喷洒液的速度较低，动能小，冲刷效果差；

若直接用90°喷洒，对柔性培养单元表面伤害比较大，也不利于藻从培养单元表面上脱落。

上述方法可用于微藻的收获、消毒或接种，当用于收获微藻用途时，上述方法在喷洒以后还包括收集冲洗液，然后从收集液中分离出微藻。

更进一步的，本发明所述的收获方法还包括将冲洗液在分离微藻之前，先进行加压并作为高压液体冲洗微藻生长表面；该过程可重复进行，待液体中的微藻含量达到该藻种的适宜收获浓度后，导出至下一处理流程进一步处理。

在本发明的设备在进行不同作业时，增压压力不同，控制压力范围在0.01MPa-1MPa范围内，针对不同藻种类型、不同浓度、不同尺寸等条件进行调节。如：接种功能时取低压力范围，通常情况下可控制在0.01MPa-0.1MPa范围内；收获、消毒功能时可取较高压力范围，通常情况下可控制在0.1MPa-1MPa范围内。

当所述方法用于消毒时，本发明所述的方法中采用的高压液体为水或消毒液中的一种，所述消毒液可为次氯酸钠。

当所述方法用于接种时，本发明所述的方法中采用的高压液体为藻液，所述藻液OD₇₃₀在0.05-1之间；其中，滴落下来的藻液也可回收至藻液罐，经调节藻液OD₇₃₀后再回收利用。

基于本发明的方法，本发明还提供一种用于微藻收获-消毒-接种一体化装置。

本发明所述的收获-消毒-接种一体化装置，包括储液罐、增压装置、介质喷射装置，以及连接储液罐和介质喷射装置的总管道。

所述介质喷射装置包括喷嘴；所述喷嘴可以是一个或多个。

进一步的，所述介质喷射装置还包括分液管，使多个喷嘴沿着分液管线性排布，分液管一端连接总管道，另一端密闭或连接喷嘴。

所述喷嘴为锥形喷嘴或扇形喷嘴。

所述增压装置可以是机械设备领域常用的增压装置，如压力泵；根据采用的增压设备的不同，所述增压装置可设置在储液罐、总管道、分液管或喷嘴上。

进一步的，所述喷嘴的喷射角可以调整和变化，所述调整包括在喷淋过程中可变或在喷淋准备过程中可调整。

优选的，所述喷射角0-90°(大于0，包括90°)，较佳为0-45°(包括45°)，更为优选是5-20°(包括端点值)。

进一步的，所述微藻收获-消毒-接种一体化装置还包括收集部件，所述收集部件用于收集喷淋后从培养基表面流下来的藻液、消毒液或接种液。

进一步的，所述收集部件与微藻分离设备连接(或微藻种子液罐相连接)；

更进一步的，所述收集部件与储液罐以回用管道连接，回用管道上设置阀门。收集部件与储液罐连通，在收获微藻的时候，可以用藻液冲刷培养单元表面的藻，以减少总的用水量，使收获的藻液保持较高的浓度，以降低后续收获和浓缩的难度；在消毒或接种的时候，可(通过调整藻液的浓度(与种子罐相连))反复利用液体。

进一步的，为保证培养单元的稳定，防止在喷射介质时造成培养单元的随意晃动、扭曲、变形及由于培养单元的晃动削弱了喷射介质的冲刷作用力，所述介质喷射装置较佳对称地分设在同一个培养单元的正反两面，使喷淋可以对称地施加。这样既可以对该培养单元的正反两面生长的微藻同时进行冲刷收获(或消毒或接种)，又可以避免冲刷一个侧面时，悬挂的培养单元晃动、变形、扭曲等，保证培养单元的稳定。

更进一步的，本发明所述的用于微藻收获-消毒-接种一体化装置还包括移动部件，所述移动部件用于移动介质喷射装置；还包括行走机构，该行走机构使该装置整体能够相对地面移动。

所述移动部件包括竖直移动部件和/或水平向移动部件；所述水平向移动部件包括水平向轨道和设置在水平向轨道上的水平运动滑块，所述介质喷射装置固定于该水平运动滑块。

所述竖直移动部件包括位于一个竖直支架上竖直轨道，以及滑动于该竖直轨道上的竖直运动滑块，所述水平向轨道设于该竖直运动滑块。

进一步的，所述竖直移动部件和水平向移动部件配合使用，使所述的总管连接的数个分液管总是在一个培养单元的两个正反侧面“成对"出现，且使两个分液管相互平行对称，各个分液管上的喷嘴呈线性分布。

更进一步的，所述装置还包括控制装置，用于控制竖直移动部件和/或水平向移动部件的移动距离和移动速度。

或者所述介质喷射装置的一分液管两侧呈对称地设置喷嘴；借此，当在两个培养单元中间伸入一个介质喷射装置时，该介质喷射装置的一个分液管的两侧均匀地且对称地喷射出介质，可以对相邻的两个培养单元的两个相邻侧面上的藻进行冲刷。

更进一步的，基于上述方法和装置，本发明还特别提出一种微藻收获方法及相关的装置。

所述的微藻收获方法是将液体增压后喷洒在光生物反应器的微藻生长表面，然后收集冲洗液，从收集液中分离出微藻。

更进一步的，本发明所述的收获方法还包括将冲洗液在分离微藻之前，先进行加压并作为高压液体冲洗微藻生长表面；该过程可重复进行，待液体中的微藻含量达到该藻种的适宜收获浓度后，导出至下一处理流程进一步处理。

一般来说，加压液体采取的压力范围，为0.1MPa-1MPa。

所述的微藻收获装置，包括储液罐、增压装置、介质喷射装置，收集部件，以及连接储液罐和介质喷射装置的总管道。

进一步的，所述收集部件与微藻分离设备连接(或微藻种子液罐相连接)；

更进一步的，所述收集部件与储液罐以回用管道连接，回用管道上设置阀门。收集部件与储液罐连通，在收获微藻的时候，可以用藻液冲刷培养单元表面的藻，以减少总的用水量，使收获的藻液保持较高的浓度，以降低后续收获和浓缩的难度。

本发明深入研究了半干的表面生长式微藻培养，特别是柔性光生物反应器微藻培养的收获、接种和消毒问题，采用高压液体喷淋法这种非机械性直接接触培养单元表面的方法来进行收获、接种或消毒，并提供了相关的一体化设备，从而实现只要改变储液罐内的内容，就可以实现收获、消毒和接种。例如，储液罐中为水，则可以收获；为种子液时，则可以接种；为次氯酸钠溶液，则可以对培养单元表面消毒处理，因此具有高度集成化的优点，减少设备成本和占用的空间；还能够避免现有方法在收获的时候刮伤培养单元的表面材料、避免藻被钝性物件填入到培养单元表面的小孔内部以及创面里侧的缺点，既减少浪费，又可以防止因藻粒进入培养单元小孔内引发的霉变及培养单元腐烂的问题，延长柔性培养单元的使用寿命。本发明的方法和一体化装置特别适用于半干的表面生长式微藻培养，特别是柔性光生物反应器微藻培养的收获、接种和消毒。

此外，对于半干式培养所用的柔性培养单元，本发明采用对称地设喷射介质于该培养单元的正反两个侧面，使作用力相互对称方向相反，由此可以抵消，避免该柔性的培养单元倒向一边与相邻的培养单元黏连、随意晃动、扭曲，影响冲刷的作用效果；由此，可在不对柔性基材的培养单元另外设置支撑结构的情况下，提升任一侧的喷射冲刷作用效果，实现节水节能的目的。

附图说明

图1为本发明一个实施例的收获方法及介质喷射装置的示意图。

图2为图1所示实施例中收获装置设置不同介质喷射装置的侧面示意图。

图3为在图2所示实施例收获装置设置不同介质喷射装置的俯视示意图。

图4为实施例2中从培养单元的俯视图显示扇形喷嘴。

图5为实施例2中从培养单元的侧视图显示锥形喷嘴。

图6为本发明的接种/消毒/清洗等自动化清洗设备的示意图。

图7为本发明的接种/消毒/清洗等自动化清洗设备的俯视图；

其中：1、储液罐；2、增压装置；3、介质喷射装置；4、收集部件；5、总管道；6、柔性培养单元；7、回用管道；8、水平向移动部件；9、竖直移动部件；10、竖直运动滑块；11、水平运动滑块；12、控制部件；13、分液管；14、喷嘴；15、地面水平向轨道；16、水平向轨道；17、竖直轨道。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明所述的微藻收获-消毒-接种方法以及相关的一体化装置。本发明主要解决了本领域的以下技术问题：

①：如何对柔性基材制成的培养单元表面生长的微藻进行收获，且不会刮伤柔性培养单元表面基材，使培养单元可实现多次反复利用；②：对于吊挂的柔性膜材的培养单元，进行收获时如何防止培养单元随意晃动、变形、扭曲提高收获效率，减少能量损耗；③：如何使收获-消毒-接种系统更加集成化、精简化。

实施例1：

本发明针对柔性材质制作的吊挂式培养单元设计的收获-消毒-接种一体装置，其基本结构和方法参见图1所示。

其中位于中间的竖直的表示柔性培养单元，其两侧附着生长微藻。为了收集附着在培养单元表面的藻，以便进行消毒和再次重复利用，本发明的方法采用高压液体冲淋法，即通过加压液体或气体或气液混合介质，将其喷射至该柔性基材的培养单元表面，将上面附着生长的藻冲刷到下方的藻液收集槽内，然后再进行后续的藻液离心浓缩等处理。

在柔性培养单元的两侧分别设有一个介质喷射单元，其包括分液管和设于分液管上的数个喷嘴，这些喷嘴在培养单元的正反两侧呈对称设置。如此设置，可以保证在向柔性培养单元表面喷射高压介质时，两股力量恰好抵消，使吊挂的培养单元不会随意晃动，省去对培养单元另外设置固定支撑的繁琐。

为了保证该柔性培养单元正反两侧喷射的高压介质的对称性，介质喷射装置为两个一组，分别在柔性培养单元的两侧，稳定状态下平行于柔性培养单元表面；优选的情况下，可以满足以下条件：

介质喷射装置距离柔性培养单元的距离相等，L1＝L2＝10mm～200mm；

介质喷射装置距离地面的距离相等，H1＝H2；

介质喷射装置设置的喷嘴数量、型号相同，布置位置和喷射角大小关于柔性培养单元的平面对称，即θ1＝θ2；优选为0-90°。

介质喷射装置的喷嘴向柔性培养单元喷射出的介质流量、力度、压力大小相等，即Q1＝Q2＝1.0L/min～2.0L/min，F1＝F2，P1＝P2＝0.1MPa～1MPa，力的方向关于柔性培养单元的平面对称。

以上是严格控制条件下，但在实际使用中，可容许一定的误差。只要保证分液管的型号，喷嘴型号，内径，分布位置完全对称一致即默认已符合上述最优条件。

向藻液中以增压的方式混入一定量的空气，实验结果发现：空气含量为5％-75％(体积百分数)的时候，微藻的剥落情况较好，且微藻的形态保留的更好，均好于同样实验条件但不混入空气的增压液体收获微藻的情况。

另外，还尝试向藻液中混入一定量的橡胶颗粒，实验发现：橡胶颗粒的混入会提高收获率，加速收获，但收获的微藻形貌较差，橡胶颗粒的粒径以1-2mm较佳，混入比例以3-6％(体积百分数)为佳。

实施例2：喷射角度的优化实验

由于不同角度的作用力对于将附着在培养单元表面的微藻的冲刷效果不同，下面对喷嘴的喷射角度进行实验和优化。

如图1所示，为柔性基材的培养单元两侧对称地设置了一对介质喷射装置，该介质喷射装置上的喷嘴为扇形喷嘴，即喷射出来的液体介质呈扇形，到达培养单元表面。调整介质喷射单元，使喷出的介质扇形面A与培养单元表面之间以不同的角度变化，该角度可定义为喷射角，使喷射角在0-90°范围内进行冲刷测试。

如图1所示，是从侧面观察，扇形喷嘴喷射的的扇形面A以一条直线表示。对喷射角度进行实验，喷射角度和介质喷射装置的具体安排参见图2和图3。

经实验证明，对于扇形喷嘴，优选的喷射角为0-45°(包括45°)，更为优选是5-20°(包括端点值)。在优选喷射角下，冲刷培养单元表面的微藻的效率最高、用时最短，用水量最小。实验结果证明，当介质喷射装置的自上而下运动速度为40mm/s时，介质流量为1.5L/min，喷嘴的开口距培养单元表面10mm，在介质压力0.2MPa时，可将培养单元表面栅藻冲刷率达到90％。而当喷射角等于或接近于90°时，相同的压力参数、距离、流量参数和介质喷射装置移动速度下，冲刷效果较上述的喷射角的实施情况差。这可能是因为在接近90°时，液体介质的速度尚未达到较高速度，故其单位体积的动能较低，且介质受重力影响较大，喷洒液作用于培养单元表面时几乎垂直于培养单元，将栅藻向培养单元表面推挤压紧，因此冲刷效果较差。而反之，当喷射角度介质0-45°时，液体介质被加速，又因与重力方向一致，而作用力与培养单元表面更趋于一致，因此更便于将附着在培养单元表面的藻冲刷下来。

实施例3：喷嘴的选择实验

对喷嘴的选择进行实验。

在分液管上每间隔50mm设置一个喷嘴，分液管内的介质流量为1.3L/min，喷嘴的开口距培养单元表面10mm，在介质压力0.15MPa条件下测试，对用半干法在培养单元表面培养了10天的栅藻进行冲刷收获处理，更换不同的喷嘴型号。

根据上述实验结果，推荐扇形和圆锥形两种喷嘴类型(如图4、5所示从培养单元上方向下观察的俯视示意图)，这两种喷嘴既可以起到较好的冲刷效果，又可以节省水量和能耗，其中扇形喷嘴在节省水量和冲刷效果上更优于圆锥形喷嘴，但扇形喷嘴仅能对一侧的培养单元进行冲刷：

如图4所示，介质喷射装置上结合的喷嘴可为扇形喷嘴，扇形喷嘴的喷射角度为0-120度。若干扇形喷嘴线性布置，使喷出的介质在线性方向上连成一线，使喷射出来的液体介质覆盖范围大于等于一个柔性培养单元的横向宽度，而该介质喷射装置在竖直方向上运动，完成对培养单元表面的藻自上而下地冲刷收获，冲刷下来的藻液汇集到底部的藻液收集池，在实验条件下，调节该介质喷射装置的运动速度20mm/s-50mm/s，经过一个处理周期后，培养单元表面的栅藻去除率达到80％以上。这种扇形喷嘴喷出的介质呈扇形，如果欲对两个相邻的培养单元表面进行冲刷的时，必须在该分液管的两侧对称地设置一组喷嘴。

如图5所示，介质喷射装置上设置的喷嘴也可为锥形喷嘴，加压的液体介质从该圆锥形喷嘴喷射出来后成圆锥形状，理想状态下，该介质喷射装置两侧的柔性培养单元将该圆锥形状拦截，形成类似圆锥切面的效果，液体介质被喷射至柔性培养单元表面，以冲刷掉生长于培养单元表面的微藻，在实验条件下，调节该介质喷射装置的运动速度30mm/s，经过一个处理周期后，培养单元表面的栅藻去除率达到60％以上。圆锥形喷嘴较适于用在相邻两个培养单元之间距离较近的情况下，可在分液管的下侧以线性方式仅安装一排圆锥形喷嘴即可。如果两个相邻的培养单元间距较大，采用圆锥形喷嘴就会造成大量的液体介质直接落下而浪费。

对于分液管的运动方式，有两种方式(1)分液管呈水平，且自上而下运动，逐一冲刷培养单元的表面；(2)分液管呈竖直，而运动方向为沿着柔性基材培养单元的表面从左至右地运动。前者可保证喷射出的液体的压力和速度的均匀性，而后一种可能会存在喷射压力差值；因此优选选择前者。

实施例4：介质喷射装置的结构选择

如图3A所示，介质喷射装置包括一个连接至介质总输送管路的接口，至少一组对称地分布于一个培养单元正反两侧的分液管，该分液管面向培养单元的一侧线性分布喷嘴，该喷嘴为扇形喷嘴。在这种情况下，对应一个柔性基材的培养单元就需要设置一个Y形的介质喷射装置，就是说每对应一个培养单元的正反面(由于培养单元的正反面都附着有藻)，需要设置对称的两个分液管，且分液管上的喷嘴也对称。

如图3B为另一种介质喷射装置的结构设置，包括一个连接至介质总输送管路的接口，至少一组对称地分布于一个培养单元正反两侧的分液管。不同于图3A的是，每个分液管上的喷嘴可以同时向该分液管的前后两个方向喷射介质。此种情况下，可以减少分液管的设置密度，适用的喷嘴可圆锥形喷嘴，或者扇形喷嘴，当选择为扇形喷嘴时，同一个分液管的前后两侧面对称地线性布置向两个相反方向喷射的喷嘴。图3B的介质喷射装置结构适用于两个相邻的柔性基材培养单元相距较近的情况。

以上实施例1-3中所使用的介质，根据不同的操作程序，如收获、消毒或接种等需要，可分别为水、次氯酸钠溶液及OD730＝0.05-1之间的处于对数生长期的种子液。当在收获时，除了使用水，还可以使用水和空气的混合物，二者以1：1的体积配比，在0.3MPa压力下进行测试，对柔性基材培养单元表面的藻冲刷效果较好。此外，也可以选择将冲刷到藻液收集槽内的藻液通过泵，再次加压之后，用作冲刷介质从喷嘴中喷出冲刷培养单元表面的藻，以此可以减少用水总量，保证冲刷获得藻液具有较高浓度，减少后续工序的处理难度。另外，也可以在喷射的介质中混入一定的固体颗粒，如细小的沙、略大于水密度的橡皮小球等，同样也可以增加收获效果，且便于与藻分离。

参见图6、图7，本实施例详细说明本发明所述的一种可用于微藻接种或收获或消毒的一体化多功能自动化设备。

所述收获-消毒-接种一体化装置，包括储液罐1、增压装置2、介质喷射装置3(包括分液管13和多个喷嘴14)，以及连接储液罐1和介质喷射装置3的总管道5，还包括收集部件4，控制部件12和移动部件(包括水平向移动部件和竖直向移动部件)，所述增压装置2设置在储液罐1下方。控制部件12控制移动部件的移动方式和启停时间。

所述喷嘴14沿着分液管13呈线性排布，分液管13一端连接总管道5，另一端密闭或连接喷嘴14。

所述移动部件包括水平向移动部件8和竖直移动部件9；所述水平向移动部件8包括水平向轨道16和设置在水平向轨道上的水平运动滑块11，所述介质喷射装置3固定于该水平运动滑块11。另外，该装置还包括地面水平向轨道15，使水平运动的范围更大。

所述竖直移动部件9包括位于一个竖直支架上竖直轨道17，以及滑动于该竖直轨道17上的竖直运动滑块10，所述水平向轨道16设于该竖直运动滑块10上。

本发明的基本原理：储液罐1里的水或液相的物质，通过增压装置2输入到(接种/收获/消毒)介质喷射装置3，从喷嘴14中喷洒出来，作用于柔性培养单元6的表面。被冲刷下来的藻收集到收集部件4里，然后导出进行下一步骤的浓缩。而虚线表示，所述收集部件4与储液罐1以回用管道7连接，回用管道7上设置阀门。收集部件4与储液罐1连通，在收获微藻的时候，藻液也可以回到储液罐1里，用来作为液相物质喷洒到柔性培养单元6的表面，冲刷柔性培养单元6上成熟的藻，以提高冲刷的效率，并节省用水量；保持收集部件4内藻液的浓度较高，减少后续浓缩步骤的负担；在消毒或接种的时候，可(通过调整藻液的浓度(与种子罐相连))反复利用液体。相对传统的半干式微藻培养的收获装置是采用机械地的刮刀式而言，本发明采用了一种间接的非接触式的冲刷方法，可以保护柔性培养单元6的表面不受损坏，也可以避免较强的剪切力破坏藻细胞结构，提升收获品质、节省培养材料成本、以及多种功能的高集成化和高自动化。此外，对于半干式培养所用的柔性培养单元6，本发明采用对称地设喷射介质于该培养单元的正反两个侧面，使作用力相互对称方向相反，由此可以抵消，避免该柔性的柔性培养单元6倒向一边与相邻的柔性培养单元6黏连、随意晃动、扭曲，影响冲刷的作用效果；由此，可在不对柔性基材的培养单元6另外设置支撑结构的情况下，提升任一侧的喷射冲刷作用效果，实现节水节能的目的。

该装置的操作流程如下：

以收获阶段为例。本装置在水平方向上移动至所需处置的培养单元侧面，并完成精准定位。介质喷射装置3从设备本体水平移动向外伸出，水平移动进入吊挂的若干个柔性基材培养单元6的间隙之间，使分液管13同各柔性培养单元6表面平行放置。此时，储液罐1内液体为无菌水，通过提升(加压)装置2进行加压，无菌水通过提升装置、总管5进入介质喷射装置3，在压力和喷嘴14的共同作用下，无菌水以一定压力和速度对称地喷射至一个培养单元的正反两个侧面，冲刷该培养表表面附着生长的藻，被冲刷的藻向该培养单元下方滴落，同时该介质喷射装置3在水平和/或竖直方向上以一定速度竖直运动；期间，由控制部件12精确控制运动轨迹和运动速度。该过程结束后，介质喷射装置3依次在水平、竖直方向上回到初始位置，从培养单元的间隙内撤出，收纳至设备本体内部，随后，一体式设备通过一定的动力装置整体在水平、竖直方向上向下一个单元移动，重复上述操作。冲刷掉落的藻液可以重复打压而进入喷洒装置，以藻液冲刷培养单元表面的藻，可起到较好的冲刷效果。清洗消毒操作同上。

行走机构的行走控制，预先根据柔性培养单元6吊挂的间距和培养单元的数量预设的，由控制部件12控制,使行走机构每次停止时，恰好使每个柔性培养单元6正位于一对分液管13距离的中间线上，以符合L1＝L2。由于介质喷射装置3对称地设于某一柔性培养膜材或培养纤维的正反两个侧面，因此可以产生对称地介质喷射压力，对培养单元的推动力可抵消，不会造成培养单元随意晃动、扭曲，无需再额外设置专门的支撑装置来支撑柔性的培养单元，就可以使喷射冲刷效果达到理想程度，减少设备成本支出和能量损耗。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (22)

1.一种微藻收获-消毒-接种方法，其特征在于，为高压液体冲淋法；所述高压液体冲淋法如下进行：对液体增压后喷洒在光生物反应器的微藻生长表面；其中，所述液体为水、藻液、消毒液中的一种。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体中还包括气体或固体颗粒。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气体为空气，液体中的气体含量为体积百分数5％-75％。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固体颗粒为橡胶颗粒；优选的，所述橡胶颗粒的粒径以1-2mm较佳；更优选的，所述橡胶颗粒为实心颗粒。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压液体冲淋法还包括：对液体增压后对同一个培养单元的正反两面施加对称式的喷洒。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在喷洒液体的时候，喷嘴与受力点的连线与垂直挂式的微藻生长表面的喷射角为0-90°；优选的，喷射角为0-45°；更优选的，喷射角为5-20°。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于微藻的收获时，所述方法在喷洒以后还包括收集冲洗液，分离出微藻。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用于微藻的收获时，所述方法还包括将冲洗液在分离微藻之前，先进行加压并作为高压液体冲洗光生物反应器的微藻生长表面。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用于微藻的收获时，可多次进行以下步骤：将冲洗液在分离微藻之前，先进行加压并作为高压液体冲洗微藻生长表面。

10.一种微藻收获-消毒-接种一体化装置，其特征在于，包括储液罐、增压装置、介质喷射装置，以及连接储液罐和介质喷射装置的总管道。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述介质喷射装置包括喷嘴；所述喷嘴可以是一个或多个。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述介质喷射装置还包括分液管，使多个喷嘴沿着分液管线性排布，分液管一端连接总管道，另一端密闭或连接喷嘴。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述喷嘴为锥形喷嘴或扇形喷嘴。

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述增压装置可设置在储液罐、总管道、分液管或喷嘴上。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述喷嘴喷洒的喷射角为可调，喷射角为0-90°；优选的，喷射角为0-45°；更优选为5-20°。

16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述微藻收获-消毒-接种一体化装置还包括收集部件，所述收集部件用于收集喷淋后从培养基表面流下来的藻液、消毒液或接种液。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述收集部件与储液罐以回用管道连接，回用管道上设置阀门。

18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述介质喷射装置分设在同一个培养单元的正反两面，使喷淋对称施加。

19.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括移动部件，所述移动部件用于移动介质喷射装置。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述移动部件包括竖直移动部件和/或水平向移动部件，所述水平向移动部件包括水平向轨道和设置在水平向轨道上的水平运动滑块，所述介质喷射装置固定于该水平运动滑块；所述竖直移动部件包括位于一个竖直支架上竖直轨道，以及滑动于该竖直轨道上的竖直运动滑块，所述水平向轨道设于该竖直运动滑块。

21.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的总管道连接数个分液管，所述分液管总是“成对”出现，每个分液管和其上结合的喷嘴构成一个介质喷射装置；一对分液管位于柔性培养单元的两个侧面；一对分液管相互平行对称，各个分液管上的喷嘴呈线性分布。

22.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制装置，用于控制竖直移动部件和/或水平移动部件、行走机构的移动，以及增压装置的工作参数。