專利名稱：用于使光合成生物生長的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備光合成生物，特別是，藻類(并且包括微藻類和大型藻類)的培養(yǎng)室和方法。
背景技術(shù)：
由于對于微生物的多種應(yīng)用，培養(yǎng)光合成生物，特別是微藻類和藍(lán)細(xì)菌已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)。首先，培養(yǎng)光合成微生物可以利用廢棄的二氧化碳(CO2)和營養(yǎng)素(例如來自污水或農(nóng)業(yè)產(chǎn)物)，以及，在光的存在下，將這些轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。其次，所生產(chǎn)的生物質(zhì)具有潛在的多種應(yīng)用，包括提取油，然后其可以被轉(zhuǎn)化為生物柴油；作為生物塑料工業(yè)的原料；提取營養(yǎng)品、藥品和化妝品；用于動物飼料和作為噴氣發(fā)動機(jī)燃料的原料、使植物熱解或氣化。
本發(fā)明目的是針對在本領(lǐng)域中已知的用于培養(yǎng)光合成生物，特別是藻類的系統(tǒng)中的一個或多個難點(diǎn)而作出的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種用于培養(yǎng)光合成生物的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括至少一個允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光的培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室包括一個透光壁或多個壁，其界定了氣體空間；和在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域(containment area)；設(shè)置在所述培養(yǎng)基容納區(qū)域內(nèi)的一個或多個流體入口 ；和與所述氣體空間相通的一個或多個氣體出口 ；操作地連接至氣體流動控制器件的控制單元，所述氣體流動控制裝置控制氣體通過所述流體入口流入和通過所述流體出口流出以控制在培養(yǎng)室內(nèi)的條件。在一個實(shí)施方式中，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括多個培養(yǎng)室。這允許生產(chǎn)的靈活性和系統(tǒng)控制的集中化。所述培養(yǎng)室可以，例如，通過許多方式，以串聯(lián)或并聯(lián)的方式相互連接。優(yōu)選，可以連接10至200個培養(yǎng)室，更優(yōu)選連接20至60個培養(yǎng)室。所述培養(yǎng)室陣列可以包括使用并聯(lián)配置的槽或2個或多個不同的生長培養(yǎng)基槽的結(jié)合。這可以包括，但是不限于，并聯(lián)的多個培養(yǎng)室或袋和開放通道(open raceway)的組合。因此，在本發(fā)明的可選的實(shí)施方式中，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括多個培養(yǎng)室，其中，所述培養(yǎng)室包括一個或多個由柔性材料形成的室；和一個或多個包括一對相對的由透光部圍成的基本剛性壁的室。所述剛性培養(yǎng)室可以允許培養(yǎng)的生物放置在需要的相對低光的地方。所述剛性培養(yǎng)室還可以包括如上所述的控制單元和平衡槽。
在本發(fā)明的又一方面，其提供了一種培養(yǎng)光合成生物的方法，所述方法可以包括(a)提供培養(yǎng)室，其包括(i)至少一個透光壁或多個壁，所述壁界定了氣體空間；和在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域；(ii) 一個或多個氣體入口和與所述氣體空間相通的一個或多個氣體出口 ；(iii) 一個或多個流體出口和與培養(yǎng)容納區(qū)域相通的出口 ；和
(iii)氣體流動控制裝置；(b)向所述培養(yǎng)室中引入培養(yǎng)基并且接種光合成生物，所述培養(yǎng)室允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光中；(C)使用氣體流動控制器件控制氣體通過所述氣體入口流入和通過所述氣體出口流出，其中，所述氣體的流動促使來自于培養(yǎng)基的蒸發(fā)和/或控制培養(yǎng)室的溫度；和(d)允許光合成生物在光的存在下生長。在一個實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室包括一個或多個流體端口以允許所述培養(yǎng)基的引入和除去。優(yōu)選地，所述一個或多個流體端口包括調(diào)節(jié)器以控制引入或從所述培養(yǎng)室中除去培養(yǎng)基。更優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)器為閥，優(yōu)選為球閥。光合成生物在光的存在下將二氧化碳、水和營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。因此，這些光合成生物的生長能夠?qū)⒆鳛槔鐝陌l(fā)電廠精煉廠或水泥窯、液化天然氣生產(chǎn)或煤層氣中排放廢氣的二氧化碳回收為生物質(zhì)而非釋放到大氣中。在所述培養(yǎng)室內(nèi)控制的條件包括所述培養(yǎng)基的pH和CO2含量，在所述培養(yǎng)室中的蒸發(fā)速率和溫度。將富含CO2的氣體加入到藻類淤漿中會降低溶液/淤漿的pH。隨著CO2的消耗，pH將會增加。因此，通過平衡供給0)2和消耗CO2的速率，可以保持穩(wěn)定和最佳的pH，其確保用于發(fā)生光合成和隨著細(xì)胞生長和增殖形成新的生物材料所需的足夠的碳濃度。用于培養(yǎng)基容納區(qū)域的流體入口沿著所述培養(yǎng)基容納區(qū)域的底座部(baseportion)設(shè)置。所述光合成生物選自大型藻類、微藻類和藍(lán)細(xì)菌。優(yōu)選所述光合成生物為微藻類。弓丨入的CO2濃度可以根據(jù)與CO2混合的空氣的量的變化而變化。例如，根據(jù)所述光合成生物的CO2要求，所述包含CO2的廢氣可以用空氣稀釋。在黑暗期，例如當(dāng)使用自然光時的晚上，通過提高混合物中的空氣的量可以減少CO2的量而保持恒定的氣體流動。例如，使用特定的空氣過濾器，更優(yōu)選高效的特定的空氣(HEPA)過濾器，可以過濾與所述CO2源混合的空氣以除去某種特定的物質(zhì)。所述培養(yǎng)基可以為適合于所需的光合成生物生長的任何合適的基質(zhì)。所述培養(yǎng)基可以基于新鮮的水或生理鹽水，并且可以包括來自工業(yè)過程或污水處理系統(tǒng)的廢水。所述培養(yǎng)基可以包括包含硫酸鐵等的額外的營養(yǎng)物。所述光合成生物可以選自任何合適的生物，并且可以被培養(yǎng)作為單一培養(yǎng)的單一種或在同一培養(yǎng)室中的兩種或多種種?；祓B(yǎng)是優(yōu)選的，因?yàn)檫@可以為由于例如溫度、營養(yǎng)物的補(bǔ)充和鹽濃度引起環(huán)境變化提供復(fù)原能力。產(chǎn)生用于化學(xué)、生物柴油、藥物或保健品工業(yè)的有用成分的光合成生物是優(yōu)選的。合適的光合成微生物包括藍(lán)細(xì)菌(藍(lán)綠藻)和藻類，優(yōu)選微藻類或大型藻類。所述微藻類可以在新鮮水或鹽水中生長?？梢援a(chǎn)生有用的成分/原料的光合成微生物的實(shí)例包括，但是不限于，屬于下面的屬的這些衣藻屬(Chlamydomoas);角毛藻屬(Chaetoceros);杜氏藻屬(Dunaliella)；紅球藻屬(Haematococcus);等鞭金藻屬(Isochrysis);微藻屬(Nannochloropsis);紫球藻屬(Porphyridum)；混營性微藻屬(Picochlorum) (synonymNannochloris);顆石藻屬(Pleurochrysis);紅胞藻屬(Rhodomoas);螺旋藻屬(Spriulina)。優(yōu)選的微藻菌株為快速生長的菌株。所述菌株可以顯示高的脂含量，并且可以為耐鹽的。特別優(yōu)選微藻屬菌株或菌株的混合物。本發(fā)明的方法還可以用于培養(yǎng)大型藻類，例如，石藥屬(Ulva);剛毛藻屬(Cladophora);硬毛藻屬(Chaetomorpha)或鞘藻屬(Oedoginium)的那些。根據(jù)本發(fā)明制備的光合成生物具有許多的潛在用途。可以從微生物中提取油(例如，甘油三酸酯)，并且這種油可以用于生物柴油的制備(例如，使用已知的酯交換方法)；作 為用于制備塑料和用于合成噴氣發(fā)動機(jī)和其它燃料的原料。在提取油后留下的生物質(zhì)的餅組分可以用作家畜養(yǎng)殖業(yè)的飼料；肥料的生產(chǎn)；用于生物塑料制備的生物質(zhì)或用于能源和噴氣發(fā)動機(jī)燃料的制備和/或熱解的生物質(zhì)。光合成生物還可以制備其它有用的產(chǎn)物，例如，營養(yǎng)品(例如,omega3和6脂肪酸；抗氧化劑，例如變胞藻黃素(astaxanthin)和顏料,例如β_胡蘿卜素)，藻藍(lán)素、甘油三酸酯和用于藥品工業(yè)和化妝品工業(yè)的其它成分。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，流體入口沿著培養(yǎng)基容納區(qū)域的底座部分設(shè)置。所述第一和/或第二氣體可以為含氧的氣體，例如，空氣。所述第二氣體可以為與第一氣體相同或不同。所述第一氣體可以包含二氧化碳(CO2)。在包含CO2的情況，所述氣體可以起到為光合成系統(tǒng)提供碳和/或降低所述循環(huán)流體(例如水)的PH的作用。在一個實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室的一個或多個壁是由柔性材料組成的，其可以允許所述培養(yǎng)室膨脹。在本發(fā)明的上下文中，柔性材料為不具有剛性形狀的柔軟的材料。這種柔性材料包括，但不限于，塑料類膜。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室為管狀構(gòu)型的密封的柔性塑料結(jié)構(gòu)的形式，例如，塑料袋型結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室的一個或多個壁為透光的，并且所述壁可以以管狀整體地形成。所述培養(yǎng)室優(yōu)選水平地定向產(chǎn)生平板底座。所述底座優(yōu)選具有朝向所述培養(yǎng)室的排放端的1-5°的斜面。這有助于培養(yǎng)的藻類淤漿向排放出口的流動?？梢赃x擇所述塑料類膜以允許在預(yù)定的波長處透光?？梢允褂镁垡蚁┠?，例如線性低密度聚乙烯膜和/或中等密度膜。所述塑料類膜可以包含顏料，例如，無機(jī)氧化物，例如鈦氧化物和/或鐵氧化物，和/或其他光控制添加劑以允許控制光的透過。在一個實(shí)施方式中，可以使用允許大約20%至65%，優(yōu)選25%至60%的UV光透過的材料。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室是可膨脹的。在所述培養(yǎng)室是可膨脹的時，所述培養(yǎng)室的膨脹可以通過如下方式保持經(jīng)過氣體入口向所述培養(yǎng)室中引入氣體和經(jīng)過氣體出口使氣體流出而實(shí)現(xiàn)的氣體的流動。經(jīng)過設(shè)置在所述培養(yǎng)基的表面的上方或下方的一個或多個氣體入口，所述氣體可以被引入到培養(yǎng)室中。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室可以包括一對相對的基本剛性側(cè)壁；和連接并提供包圍所述側(cè)壁的頂棚的透光部。
基本剛性側(cè)壁的使用可以提高所述培養(yǎng)室的強(qiáng)度和壽命。所述側(cè)壁可以包括一對相對的隔壁，例如，鋼隔壁。因此，在本發(fā)明的可選的實(shí)施方式中，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)可以包括多個培養(yǎng)室，其中，所述培養(yǎng)室包括—個或多個由柔性材料形成的室；和一個或多個包括一對相對的由透光部圍成的基本剛性壁的室。直接控制在所述培養(yǎng)室的透光部中的光的透過性可以限制光合成生物生長的光抑制，同時在特定的季節(jié)和/或一天中的特定的時間可能需要額外的光控制。因此，所述培養(yǎng)室可以進(jìn)一步包括第二光控制器件。所述光控制器件可以為任何合適的類型。所述第二光控制器件可以為固定的和/或可變化的?？梢栽O(shè)置遮陽物或?yàn)V光片，例如遮陽帆或布。
由于預(yù)先計(jì)算的環(huán)境光亮級的地理特征，可以固定光亮級遮蔽。因?yàn)樽兓牡乩砦恢煤蜁r間相關(guān)的環(huán)境光條件，通過外部光可透光的蓋(例如遮陽帆)可以調(diào)節(jié)遮蔽。指示遮蔽的可變的控制的可變的參數(shù)可以為，但不限于(i)所處的時間和陽光強(qiáng)度(ii)地理緯度和/或(iii)在控制生長過程中的藻類的巨型和微型種類的藻菌株的個體種所需求的實(shí)際的光。優(yōu)選許多流體入口被設(shè)置在整個培養(yǎng)室中。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述流體入口被設(shè)置在所述培養(yǎng)室的底座上，優(yōu)選沿著所述培養(yǎng)室的底座的長度方向設(shè)置。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，沿著所述培養(yǎng)室的底座中的管道設(shè)置流體入口，其中，所述管道適合于運(yùn)送并分配所述氣流。氣體入口優(yōu)選沿著管道相隔一定距離設(shè)置以允許沿著延伸的培養(yǎng)室的長度氣流基本均勻的分配?？梢栽O(shè)計(jì)氣流出口以釋放在柔性的培養(yǎng)室中增加的過量的氣壓。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體出口可以包括閥系統(tǒng)，優(yōu)選單向閥系統(tǒng)。所述單向閥的使用可以降低來自外面的空氣污染所述培養(yǎng)室的風(fēng)險，同時允許除去過量的氧氣等。在另一實(shí)施方式中，氣體經(jīng)過所述培養(yǎng)基的表面的上面的和所述培養(yǎng)基的表面的下面的流體入口進(jìn)入到所述培養(yǎng)室中。在所述培養(yǎng)基的表面的上面的氣體的引入允許改變培養(yǎng)室中的氣氛。任何種類和在任何實(shí)施方式中的培養(yǎng)物可以被劣種(不需要的生物)污染。因此，在本發(fā)明優(yōu)選的方面，所述方法可以進(jìn)一步包括提供有效量的選擇性的殺生物劑；和用選擇性的殺生物劑處理所述培養(yǎng)基以減緩或除去不想要的生物的生長。所述不想要的生物可以為寄生蟲、細(xì)菌、真菌或藻類菌株。所述殺生物劑可以相應(yīng)地包括殺蟲劑、殺細(xì)菌劑、殺真菌劑或滅藻劑或其組合。生物需要光源以進(jìn)行光合成。可以使用的任何合適的光源包括自然光和人造光或天然光和人造光的組合。通過任何合適的光源可以提供人造光。在一個實(shí)施方式中，通過發(fā)光二極管(LED)提供所述人造光源?？梢蕴峁┤嗽旃庠匆匝娱L每天的光照時間的長度從而所述生物在日光時間外繼續(xù)光合成。因此，在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的培養(yǎng)室和方法適合于在使用所需要的自然光和人造光之間的切換(alternate)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的方面，培養(yǎng)光合成生物的方法，其中，所述培養(yǎng)室進(jìn)一步包括氣體流動控制器件；所述方法進(jìn)一步包括使用氣體流動控制器件控制經(jīng)過流體入口的氣體的流入和經(jīng)過流體出口的氣體的流出的步驟，其中，氣流驅(qū)使培養(yǎng)基的蒸發(fā)和/或控制培養(yǎng)室的溫度。所述氣體流動控制器件優(yōu)選為風(fēng)扇。所述氣體流動控制器件優(yōu)選位于延伸的培養(yǎng)室的一端上。所述氣體流動控制器件可以起到形成所述液態(tài)培養(yǎng)基和氣體空間之間的正的大氣置換差(positive atmospheric displacement differential)的作用。這可以起到延緩第一氣體，例如包含CO2的氣體從所述培養(yǎng)基中逃逸并增加其在培養(yǎng)基中的停留時間。例如，CO2的更長的停留時間可以協(xié)助有效定量給料培養(yǎng)基以促進(jìn)藻類生長。當(dāng)使用沒有向大氣開放的圍起的生物反應(yīng)器時，所述液體培養(yǎng)基和在所述液體界面區(qū)域之上圍起的大氣空間之間的正的壓力置換差可以起到延緩CO2從所述生長培養(yǎng)基液體的溶液中逃逸的作用。CO2在水溶液中的更長的停留時間將協(xié)助更高效地定量給料用于藻類生長的CO2和更少的CO2逃逸到大氣中而沒有被藻類生長所吸收。由此通過如下步驟實(shí)現(xiàn)提高的大氣壓控制(i)測量在輸送給料側(cè)的袋/生物反應(yīng)器內(nèi)的氣體的通風(fēng)能力(deliveryvolume)和(ii)通過壓力釋放機(jī)構(gòu)(例如可控制的或固定的壓力點(diǎn)安全閥)從液體培養(yǎng)基上的空隙釋放過量的氣壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基的蒸發(fā)可以能夠一定程度地控制所述培養(yǎng)室內(nèi)的溫度。這將幫助微生物的培養(yǎng)，因?yàn)闇囟瓤刂茖τ诘玫阶罴训纳L和/或由微生物最佳地制備相關(guān)的化學(xué)品(例如，作為生物柴油成分的甘油三酸酯)是重要的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氣體流動控制器件進(jìn)一步包括溫度控制器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)室，例如，光生物反應(yīng)器，其為封閉單元，可能經(jīng)歷所謂的“溫室效應(yīng)”。暴露于光中可能導(dǎo)致所述培養(yǎng)室內(nèi)的溫度不可接受地升高，其可能抑制藻類的生長或甚至殺死藻類。所述溫度控制器可以起到降低或升高培養(yǎng)室的溫度的作用。所述溫度控制器可以包括蒸發(fā)冷卻或空調(diào)系統(tǒng)。所述溫度控制器可以包括熱交換系統(tǒng)。為了對抗與從培養(yǎng)基中的水的蒸發(fā)相關(guān)的不需要的鹽度的提高，可以將額外的水加入到培養(yǎng)基中。這種額外的水可以為任何合適的形式，例如，作為新鮮水或水產(chǎn)業(yè)廢水。使用本發(fā)明的上述方面的用于控制培養(yǎng)基的溫度的其它的機(jī)構(gòu)為控制氣體被引入到培養(yǎng)室中的速率和/或引入的氣體的溫度。例如，可以通過減少在低于環(huán)境溫度下被引入到培養(yǎng)基中的氣體的量來減少在低于最佳環(huán)境溫度的熱損失，因而減少所述培養(yǎng)基的混合和產(chǎn)生的熱交換。因此，在黑暗中，可以減少氣流并可以使氣流完全停止，以在低的晚間環(huán)境溫度時至少部分地保持培養(yǎng)基的溫度。而且，通過改變引入到培養(yǎng)室中的氣體的溫度和組分，可以改變所述液體培養(yǎng)基的溫度。例如，如果使用來自廢氣的富含CO2的氣體作為輸入，所述廢氣可以保持更高的溫度以對抗低的環(huán)境溫度的影響。因此在需要增加所述培養(yǎng)基的溫度時，在較高的溫度下可以引入廢氣。相反地，在液體培養(yǎng)基的溫度需要下降時，在被引入到培養(yǎng)室中之前，所述廢氣可以被進(jìn)一步冷卻?；蛘?，增加被引入到培養(yǎng)室中的空氣量可以幫助冷卻所述培養(yǎng)基。這種空氣可以通過從所述培養(yǎng)基的表面下鼓泡或通過在所述培養(yǎng)基的表面的上面經(jīng)過而被引入。
或者，所述培養(yǎng)基的溫度可以通過使其直接或間接地在合適的熱交換器(例如冷卻塔或蒸發(fā)器)上循環(huán)而控制。所述培養(yǎng)室可以為任何合適的尺寸以培養(yǎng)所需量的光合成生物。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室的寬度可以為約I米至約10米，更優(yōu)選約2米至約6米。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室寬度為約3米。在可選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室的長度可以為約5米至250米，更優(yōu)選約10米至約100米。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的培養(yǎng)室的長度為約50米。在一個實(shí)施方式中，可以通過調(diào)節(jié)經(jīng)過一個或多個液體端口吸入的培養(yǎng)基控制培養(yǎng)室中的培養(yǎng)基的高度，所述液體端口起到用于液體流入和流出培養(yǎng)室中的通道的入口和/或出口的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過限制培養(yǎng)基經(jīng)過培養(yǎng)室中的流速可以實(shí)現(xiàn)改善的光合成培養(yǎng)物。作為允許氣體經(jīng)過培養(yǎng)基的結(jié)果，這是可能的，而由此提供向其中的充分混合。 因此，在另一方面，所述控制單元可以進(jìn)一步包括培養(yǎng)基輸入系統(tǒng)；流動連接至所述控制單元的培養(yǎng)室，液體入口和出口允許所述培養(yǎng)基控制地循環(huán)。優(yōu)選通過一個或多個閥調(diào)節(jié)經(jīng)過一個或兩個方向上的流體端口的培養(yǎng)基的通道。所述閥可以通過控制單元控制或者可以為外部控制閥。所述閥可以對培養(yǎng)室中的培養(yǎng)基的高度起作用，因而允許所述培養(yǎng)室排空(例如，為收獲所述光合成生物)和再填充。或者或此外，所述閥可以對在生長柱陣列(growth column array)中產(chǎn)生的藻類的高度起作用。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述閥可以為球閥。在另一實(shí)施方式中,通過一個或多個感應(yīng)器測量培養(yǎng)室中的培養(yǎng)基的高度。所述控制單元可以進(jìn)一步包括用于保持流體流動的平衡槽；和任選的取樣單元以允許測試所述培養(yǎng)基。所述取樣單元可以進(jìn)一步提供輸入供料器件。所述輸入供料器件可以提供營養(yǎng)物加入和/或其它給料任務(wù)的單一的位置。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在提供選擇性的殺生物劑時，這種殺生物劑可以通過輸入供料器件加入。在確認(rèn)藻類生長和收獲的過程中使用單一的位置以進(jìn)行輸入供料或給料任務(wù)和用于多個池的平行分組陣列、生長柱陣列、光生物反應(yīng)器(PBR’S)、培養(yǎng)室、開放的通道和其它藻類生長培養(yǎng)基、水保留槽(water retention vessel)的過程控制功能可以顯著地簡化單元設(shè)計(jì)和功能。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，控制單元可以包括與可編程的邏輯控制(PLC)結(jié)合的驅(qū)動控制器。在該實(shí)施方式中，所述驅(qū)動控制器可以起到控制培養(yǎng)物生長和泵控制的作用。(a)所述控制單元可以包括基于矢量的組合驅(qū)動和輸入/輸出(I/O)界面以結(jié)合泵和過程控制功能。(b)所述組合驅(qū)動和過程控制器具有能力存在于/被編程于在常規(guī)的PLC (可編程的邏輯控制-基于梯形配置或功能塊的展示)，或編程至集成電路芯片上的背景描述反編譯固件，其不能編輯超過常規(guī)MMI/HMI現(xiàn)有操作者可變參數(shù)。(c)特別指定的編程語言為(功能塊圖)、LD (梯形圖)、ST (結(jié)構(gòu)文本)、IL (指令表，類似于匯編語言)和SFC (順序功能圖)和模塊化程序設(shè)計(jì)。
(d)所述VSD控制器可以包括DSP (數(shù)字信號處理器)，其可以作為藻類生長過程控制所需的PLC CPU (中央控制單元)和作為可變速度的泵控制器同時運(yùn)行。(e)單一的主DSP還可以控制多個從屬的泵控制器和生長控制單元。可以設(shè)計(jì)控制單元以在AC和/或DC電源輸入上作用。所述控制單元可以相應(yīng)地進(jìn)一步供給AC輸入至DC母線，例如，通過轉(zhuǎn)化為AC輸出的整流器。所述控制單元可以進(jìn)一步包括驅(qū)動控制器以控制所述培養(yǎng)基的泵送速率。優(yōu)選所述驅(qū)動控制器為可變速度的驅(qū)動控制器(VSP)。為控制由AC和DC驅(qū)動的泵的可變的速率驅(qū)動允許在過程控制中使用的藻類生長培養(yǎng)基的可變的泵送速率。水的泵送速率可以根據(jù)生長要求或收獲/補(bǔ)充輸入/輸出(I/O)、可變頻率驅(qū)動(VFD)、脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)和/或矢量型泵驅(qū)動控制器而變化。DC控制器可以或變化的電壓控制或具有脈沖寬度調(diào)制。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選在收獲前使?fàn)I養(yǎng)物的生物饑餓一段時間，例如，I至5小時，以提高所實(shí)現(xiàn)的整體的脂質(zhì)含量。因此，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括如下步驟在預(yù)定的時期內(nèi)減少或除去所述培養(yǎng)基的營養(yǎng)物含量；和收獲所述光合成生物。所述用于培養(yǎng)光合成生物的生物培養(yǎng)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括(i)至少一種豎直定向的生長柱，其包括透光管道；與所述管道相通的一個或多個流體入口 ；和 一個或多個流體出口 ；以及其中，所述生長柱的流體出口流動連接至所述培養(yǎng)室的流體入口上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過使用垂直生長柱，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)的生長效率可以得到顯著提聞。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其提供了一種用于培養(yǎng)光合成生物的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括(i)垂直定向的生長柱，其包括透光管道；與所述管道相通的一個或多個流體入口 ；和一個或多個流體出口；以及(ii)允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光的培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室包括一個透光壁或多個壁，其界定了氣體空間；和在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域；設(shè)置在所述培養(yǎng)基容納區(qū)域內(nèi)的一個或多個流體入口 ；和與所述氣體空間相通的一個或多個氣體出口 ；其中，所述生長柱的流體出口流動連接至所述培養(yǎng)室的流體入口上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過使用垂直生長柱，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)的生長效率可以得到顯著提聞。在本發(fā)明的優(yōu)選的形式中，所述透光管道包括透光內(nèi)管道和圍繞并與內(nèi)管道流體相通的透光外管道。為了建立流動循環(huán)系統(tǒng)，優(yōu)選垂直生長柱的流體的一個或多個流體入口被設(shè)置在內(nèi)管道或外管道中的任一管道上，以及流體出口被設(shè)置在內(nèi)管道或外管道中的另一管道上。這樣，生物質(zhì)、培養(yǎng)基和氣體上升經(jīng)過內(nèi)管道或外管道中的任一管道，然后生物質(zhì)和培養(yǎng)基在所述內(nèi)管道或外管道中的另一管道中下降。在逆流以影響到達(dá)生物質(zhì)的光的強(qiáng)度的過程中生物質(zhì)密度增加的情況下，優(yōu)選生物質(zhì)和培養(yǎng)基在外管道中向上移動以及在內(nèi)管道中向下移動。合適的氣體和/或液體營養(yǎng)物可以被引入到本發(fā)明的垂直生長柱和培養(yǎng)室中以幫助所述光合成生物的生長。這種氣體或液體可以選自二氧化碳(CO2);來自水產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)(例如，鱒魚、鮭魚、牛、豬和雞農(nóng)場)的肥料和廢物。所述CO2可以來自任何合適的源，并且可以來自空氣或呈高濃度的形式。合適的CO2的高濃度源的實(shí)例包括，但不限于，廢氣、燒窯和焚燒煙氣和來自厭氧消化的氣體。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，CO2源為廢氣，更優(yōu)選為脫硫的廢氣(DFG)。 在其中一個或多個生長柱被包括在生物培養(yǎng)系統(tǒng)中的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)基可以包括包含培養(yǎng)基和光合成生物的混合物的高濃度的淤漿(例如，藻類淤漿)。所述培養(yǎng)基可以包含選擇的營養(yǎng)物和/或痕量的元素以促進(jìn)生長。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包含硫酸鐵的培養(yǎng)基促進(jìn)藻類生長。本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括如下步驟(a)提供(i)包括透光管道的垂直定向生長柱；和(b)引入培養(yǎng)基和光合成生物的接種至所述垂直生長柱中；(C)將第一氣體引入到垂直生長柱中；并允許所述光合成生物在光的存在下生長;(d)將步驟(C)的產(chǎn)物引入到培養(yǎng)室中，所述培養(yǎng)室允許暴露于自然光和/或人造光;(e)經(jīng)過在容納區(qū)域的入口引入第一氣體，其中，因此，氣體的流動混合所述培養(yǎng)(f)經(jīng)過氣體入口將第二氣體引入到氣體空間中，其中，所述第二氣體起到控制所述氣體空間溫度的作用；和(g)允許光合成生物在光的存在下進(jìn)一步生長。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種培養(yǎng)光合成生物的方法，所述方法包括如下步驟(a)提供(i)包括透光管道的垂直定向生長柱；和(ii)包括一個壁或多個壁的培養(yǎng)室，所述壁界定了氣體空間和在所述氣體空間下的培養(yǎng)基容納區(qū)域；(b)引入培養(yǎng)基和光合成生物的接種至垂直生長柱中；(C)將第一氣體引入到垂直生長柱中；并允許所述光合成生物在光的存在下生長;(d)將步驟(C)的產(chǎn)物引入到培養(yǎng)室中，所述培養(yǎng)室允許暴露于自然光和/或人造光; (e)經(jīng)過在容納區(qū)域的入口引入第一氣體，其中，因此，氣體的流動混合所述培養(yǎng)(f)經(jīng)過氣體入口將第二氣體引入到氣體空間中，其中，所述第二氣體起到控制所述氣體空間溫度的作用；和·
(g)允許光合成生物在光的存在下進(jìn)一步生長。如上所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)包括垂直定向的生長柱，其可以被用選擇的光合成生物或生物的混合物接種的培養(yǎng)基基本填充。所述垂直定向的生長柱可以包括內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管。氣體可以通過氣體入口進(jìn)入所述內(nèi)導(dǎo)管的底座，并且可以鼓泡至培養(yǎng)基中。氣體的引入允許培養(yǎng)基的混合并協(xié)助氣體、營養(yǎng)物、光和熱在整個培養(yǎng)基中的分配。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在光合成生物被光合成時(在光的存在下)，第一氣體以基本連續(xù)的方式被引入。所述氣流還允許培養(yǎng)基從內(nèi)管道向外管道的移動。隨著在生長過程中，生物濃度的增加，這促進(jìn)生物的曝光。所述第一和/或第二氣體可以為含氧的氣體，例如，空氣。所述第二氣體可以與第一氣體相同或不同。所述第一氣體可以包含二氧化碳(CO2)。在包含CO2的情況下，所述氣體可以起到為光合成系統(tǒng)提供碳和/或降低循環(huán)流體(例如水)的PH的作用。在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以使用垂直生長柱的陣列。所述垂直生長柱可以相同或不同。一個或多個垂直生長柱可以包括透光內(nèi)導(dǎo)管和透光外導(dǎo)管，和/或一個或多個生長柱可以包括單一的透光柱。所述垂直生長柱可以以任何合適的方式排列。所述柱可以串聯(lián)或并聯(lián)排列。當(dāng)串聯(lián)時，來自一個柱的藻類淤漿成為相鄰柱的原料。由此在整個陣列中所述淤漿的濃度可以增加。一旦達(dá)到例如藻類的選擇的濃度時，所述藻類淤漿可以經(jīng)過流體出口流至培養(yǎng)室。與20-35克DW/平方米的培養(yǎng)室相比，通常所生長柱可以維持30-75克干重(DW) /平方米的藻類的生長。然后，使氣體通過流體入口進(jìn)入培養(yǎng)室中。在所述流體入口位于包含光合成生物的培養(yǎng)基的表面的下面時，可以將氣體鼓泡至所述培養(yǎng)基中。在所述培養(yǎng)基的表面的下面的氣體的引入允許培養(yǎng)基的混合并協(xié)助氣體、營養(yǎng)物、光和熱在整個培養(yǎng)基中的分配。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在光合成生物被光合成時(在光的存在下)，第一氣體以基本連續(xù)的方式被引入。因此，在本發(fā)明的另一方面提供了一種從在根據(jù)本發(fā)明的方法制備的光合成生物中提取的產(chǎn)物。在一個實(shí)施方式中，所述產(chǎn)物選自油；甘油；omega3和6脂肪酸；變胞藻黃素；和β_胡蘿卜素。在另一實(shí)施方式中，所述產(chǎn)物為生物質(zhì)餅，例如藻類餅。在所述培養(yǎng)室可膨脹時，氣體出口可以被設(shè)置在所述培養(yǎng)基的平面的上面以釋放經(jīng)過已經(jīng)鼓泡經(jīng)過所述培養(yǎng)基的氣體積累的壓力，例如，來自所述培養(yǎng)室的底座。因此，在本發(fā)明的又一方面提供了一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為藻類生物質(zhì)的方法，其包括如下步驟在光的存在下通過上述方法培養(yǎng)藻類光合成生物，其中，所述第二氣體為二氧化碳。在另一方面，本發(fā)明提供了一種使用本發(fā)明的方法通過使用排放的二氧化碳作為制備光合成生物中的輸入物而回收排放的二氧化碳的方法。所述排放的二氧化碳可以為廢氣、窯氣、焚燒氣體和來自厭氧消化的氣體。在由廢氣提供CO2時，所述廢氣在其被引入到培養(yǎng)室中之前優(yōu)選被冷卻，并且污染物(例如，SOx、灰塵、重金屬等)被部分地 洗氣。在部分地洗氣后殘留在所述廢氣中的重金屬、SOjJP灰塵可以提供所述光合成生物所需要的微量營養(yǎng)。然后將這些微量營養(yǎng)加入到培養(yǎng)基中，或者直接或經(jīng)過額外的處理加入(例如，選擇性地除去重金屬)。在本發(fā)明的另一方面，其提供了一種將來自水性培養(yǎng)基中的生物質(zhì)的淤漿中的高濃度的微生物生物質(zhì)分離為組分的方法，其包括如下步驟(I)提供具有基本完整的細(xì)胞的高濃度的微生物生物質(zhì)；(2)使用機(jī)械均質(zhì)器均化所述生物質(zhì)以分解所述微生物的細(xì)胞；和(3)將均化的生物質(zhì)分離為組分。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種光合成生長系統(tǒng)，其包括以兩個或多個部分排列的多個培養(yǎng)室，其中，所述部分串聯(lián)連接，并且各部分中的培養(yǎng)室具有比串聯(lián)的前面的部分的培養(yǎng)室更大的體積/容積，或者各部分中的培養(yǎng)室的總體積/容積比前面的部分的體積/容積大。在該方面的優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一部分的培養(yǎng)室可以為如上所述的垂直生長柱，以及后續(xù)的部分可以包括之前所述的任意的培養(yǎng)室。在各部分中，所述培養(yǎng)室可以并聯(lián)或串聯(lián)連接。本發(fā)明的另一方面可以包括一種在包括如上所述的多個部分的系統(tǒng)中制備光合成生物的方法。


圖1 (A)是根據(jù)第一實(shí)施方式的袋式培養(yǎng)室的前視圖，而圖1 (B)是圖1 (A)的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖2 (A)是袋式培養(yǎng)室的第二實(shí)施方式的前視圖，而圖2 (B)是圖2 (A)的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖3 (A)是袋式培養(yǎng)室的第三實(shí)施方式的前視圖，而圖3 (B)是圖3 (A)的實(shí)施方式的側(cè)視圖。圖4是圖3 (A)的實(shí)施方式的頂視圖。圖5是從第I天(接種)至第20天的細(xì)胞密度(細(xì)胞ml/1)的圖。平均值土標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=3。圖6是顯示在所述袋式培養(yǎng)室中營養(yǎng)物濃度的時間過程的圖。A)亞硝酸鹽，B)硝酸鹽(紅方塊)和磷酸鹽(黑三角)。平均值土標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=3。圖7是顯示A)pH、B)溫度和C)電導(dǎo)率隨微擬球藻(Nannochloropsisoculata)在培養(yǎng)袋中的培養(yǎng)時間而波動的圖。WP-81 :手持式TPS pH-和電導(dǎo)率測試儀，手動手持式溫度計(jì)。圖8是圖示帶有中心控制單元的一系列培養(yǎng)室的示意圖。圖9是圖示帶有封閉培養(yǎng)室的多個串聯(lián)培養(yǎng)室的示意圖。
圖10是圖示碳捕獲和循環(huán)過程概況的示意圖。圖11是圖示經(jīng)由在24小時期間的O2生產(chǎn)量展示的光抑制的圖，其中左坐標(biāo)軸是以百分率表示的O2生產(chǎn)量，基坐標(biāo)軸為一天的時間，而右坐標(biāo)軸是質(zhì)子流量密度(μ mol/(m2*s))。圖12是圖示許多垂直生長柱的示意圖。圖13是圖示如圖9所示的帶有封閉培養(yǎng)室的串聯(lián)的多個培養(yǎng)室詳細(xì)顯示控制回路和系統(tǒng)中的輸入物的示意圖，以及圖14是使用許多不同尺寸的培養(yǎng)室的生物培養(yǎng)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1使用圖1中所示的袋式培養(yǎng)系統(tǒng)創(chuàng)建光合成生物的培養(yǎng)室。所述培養(yǎng)室I包括:柔性袋(1)，其包含用于繁殖藻(2)的培養(yǎng)基；氣體出口(3);風(fēng)扇(4);氣體入口(5);培養(yǎng)基出口(6);和培養(yǎng)基入口(7)。袋式培養(yǎng)室10的操作如下1、風(fēng)扇(4)將空培養(yǎng)室(沒有培養(yǎng)基(2))充氣至操作體積，同時所有多余的壓力通過氣體出口(3)排出。所述風(fēng)扇連續(xù)運(yùn)行以確保所述袋(I)不會癟掉。2、在所述空培養(yǎng)室中種植在一個單獨(dú)的光生物反應(yīng)器中生產(chǎn)的100001微藻培養(yǎng)物(O. 2%藻)，并用100001經(jīng)過濾和處理的循環(huán)廢鹽水加滿。3、在白天小時內(nèi)通過氣體入口(5)連續(xù)注入C02。微藻吸收所需量的CO2，而多余的CO2通過一直開著的氣體出口(3)排出。4、加入另外200001的循環(huán)廢鹽水，使培養(yǎng)基的總?cè)萘窟_(dá)到400001。5、這個工序再繼續(xù)進(jìn)行24小時，直至總收獲容量達(dá)到1000001。在這個階段，在培養(yǎng)室中的培養(yǎng)基(2)的高度是60cm。6、在所述藻達(dá)到最大收獲容量(72小時)后，從培養(yǎng)基出口(6)收獲5000001。7、經(jīng)由培養(yǎng)基入口(7)將500001的循環(huán)廢鹽水回送至培養(yǎng)室，使總培養(yǎng)基體積回到 1000001。8、每隔24小時重復(fù)所述收獲和回送循環(huán)一次，同時在白天小時內(nèi)保持連續(xù)注入CO2。實(shí)施例2將實(shí)施例1中描述的袋式培養(yǎng)室改進(jìn)成如圖2所示。在這個實(shí)施方式中，所述培養(yǎng)室20包括柔性袋(11)，其包含用于繁殖藻(12)的培養(yǎng)基；氣體出口(13);帶有針刺孔
(15)的氣體鼓泡軌道(14);氣體入口(16);培養(yǎng)基出口(17);培養(yǎng)基入口(18);排水出口(19)和調(diào)節(jié)端口(17)、(18)和(19)的浮閥(10a)。袋式培養(yǎng)室2的操作如下1、按照實(shí)施例1步驟2、4和5相同的程序在培養(yǎng)室20中種植，在72小時內(nèi)使收獲容量達(dá)到1000001。2、將CO2與用高效顆粒空氣(HEPA)過濾過的空氣流預(yù)混合并經(jīng)由氣體入口( 16)供給到氣體鼓泡軌道(14)。這些軌道被以適當(dāng)?shù)拈g隔針刺出針刺孔(15)以使得沿所述袋式培養(yǎng)室的長度平均分配空氣/CO2。這個鼓泡連續(xù)操作，同時在晚上減少CO2成分。注入空氣/CO2起到緩慢充氣所述袋(11)并保持在培養(yǎng)基(12)中藻的循環(huán)。通過單向閥控制的氣體出口(13)釋放多余的壓力。這創(chuàng)建了一個封閉的環(huán)路系統(tǒng)以使染風(fēng)險最小化。3、在培養(yǎng)所述微藻72小時后，從球閥(IOa)控制的培養(yǎng)基出口(17)(其設(shè)定在30cm高度)收獲500001。一旦培養(yǎng)基達(dá)到30cm，就會向自動系統(tǒng)發(fā)出信號培養(yǎng)室處于50000容量。4、經(jīng)由球閥(IOa)控制的培養(yǎng)基入口(18)將500001處理過的循環(huán)鹽水或淡水廢水回送至培養(yǎng)室中，向自動系統(tǒng)發(fā)送一個背壓信號所述培養(yǎng)室現(xiàn)在處于1000001。5、在污染的情況下或?yàn)榱诉M(jìn)行定期的日常清潔，所述球閥(IOa)控制的排水出口 (19)允許徹底排干培養(yǎng)室。剩余的培養(yǎng)基或者排放至收獲系統(tǒng)以進(jìn)行處理，或者在污染的情況下，排放至UV處理系統(tǒng)。實(shí)施例3將實(shí)施例1中描述的袋式培養(yǎng)室進(jìn)一步改進(jìn)成如圖3所示。所述培養(yǎng)室30包括柔性袋(21)，其包含用于繁殖藻(22)的培養(yǎng)基；氣體出口(23);帶有針刺孔(25)的氣體鼓泡軌道(24);氣體入口(26);培養(yǎng)基出口(27);和帶有壓力傳感器(18)和球閥(20a)的培養(yǎng)基入口(20b)。袋式培養(yǎng)室30的操作如下1、按照實(shí)施例1步驟2、4和5相同的程序在培養(yǎng)室30中種植，在72小時內(nèi)使收獲容量達(dá)到1000001。2、將CO2與用高效顆?？諝?HEPA)過濾過的空氣流預(yù)混合并經(jīng)由空氣入口(26)供給到氣體鼓泡軌道(24 )。這些軌道被以適當(dāng)?shù)拈g隔針刺出針刺孔(25 )以使得沿所述培養(yǎng)室的長度平均分配空氣/CO2。這個鼓泡連續(xù)操作，同時在晚上減少CO2成分。注入空氣/CO2起到緩慢充氣所述袋(21)并保持在培養(yǎng)基(22)中藻的循環(huán)。通過單向閥控制的氣體出口(23)釋放多余的壓力。這創(chuàng)建了一個封閉的環(huán)路系統(tǒng)以使污染風(fēng)險最小化。3、在培養(yǎng)所述微藻72小時后，經(jīng)由球閥控制的收獲出口(27)從所述培養(yǎng)室收獲500001。通過測量與壓力水頭傳感器(28)相關(guān)的體積測定所要求的體積。 4、經(jīng)由帶有壓頭傳感器(28 )的由球閥(29 )控制的培養(yǎng)基入口( 20b )將500001處理過的循環(huán)鹽水或淡水廢水回送至培養(yǎng)室中，向自動系統(tǒng)發(fā)送一個背壓信號所述培養(yǎng)室現(xiàn)在處于1000001。圖4提供了可以包括在所述改進(jìn)型培養(yǎng)室中的氣體鼓泡裝置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)(頂視圖)。該圖顯示，在具有帶有壓縮配件(32)的氣體入口(31)的袋式培養(yǎng)室底座中的氣體鼓泡軌道(35)，將氣體輸運(yùn)到節(jié)流式流量孔(34)和各個軌道(35)的末端的管道(33)和允許排出氣體的針刺孔(36)。該圖顯示6個帶有針刺孔(36)的氣體鼓泡軌道(36)，其進(jìn)料通過氣體入口(31)和壓縮配件(32)經(jīng)由氣體管道(33)和在各個軌道末端的節(jié)流式流量孔(34)導(dǎo)入的氣體。所述節(jié)流式流量孔用于在空氣分配器葉片間均勻地分配氣流。所述氣體通過所述氣體入口的流量為約100kg/hr，通過所述節(jié)流式流量孔的流量為17kg/hr。
實(shí)施例4使用實(shí)施例1中描述的袋式培養(yǎng)室檢測微藻微擬球藻的生長。這個培養(yǎng)袋長10m，寬3m，并在一端配置有六葉片風(fēng)扇以保持該袋充氣并促使蒸發(fā)。沿著該袋的頂部，四個孔(直徑13cm)允許熱空氣和水蒸汽排出。這個蒸發(fā)有助于將藻培養(yǎng)物保持在更穩(wěn)定的溫度。在這個試驗(yàn)中，淡水和經(jīng)過濾的海水養(yǎng)殖廢水(A3)都被加入到所述培養(yǎng)物中來補(bǔ)償液體的鹽度增加和蒸發(fā)損失。所述袋式培養(yǎng)室被填充至約O. 30m深，得到略小于9m3的最終培養(yǎng)體積。所述藻被培養(yǎng)在經(jīng)過20 μ m、5 μ m和I μ m過濾器過濾的海水中。通過設(shè)計(jì)用于氣體擴(kuò)散的管道經(jīng)由傳輸至液體介質(zhì)中提供通氣和CO2富集。這個管道具有25mm的外徑，IOmm的內(nèi)徑和7. 5mm厚的多孔壁。所述袋式培養(yǎng)室系統(tǒng)以2.1xlO4細(xì)胞mL—1的顯然較低的細(xì)胞濃度用微擬球藻進(jìn)行 種植，并且沒有填充至全容量。24h以后，細(xì)胞密度已經(jīng)顯著增加，表明需要完全混合接種物和培養(yǎng)基的時間到了(不完全混合影響細(xì)胞濃度的正確測定)，并且在第2天將所述袋充滿至其最大深度。圖5顯示，在第20天培養(yǎng)物生長至所述藻的收獲時節(jié)。營養(yǎng)物消耗亞硝酸鹽從接種日(O. 5mg L—1)至第8日(2. 5mg L—1)存在穩(wěn)定的增加(圖6A)。在處于穩(wěn)定濃度幾天后，亞硝酸鹽在第13天達(dá)到峰值3. 7mg L—1，然后被快速利用。在幾天內(nèi)，亞硝酸鹽就被耗盡并保持這種狀態(tài)直至培養(yǎng)崩潰。硝酸鹽在該時期的開始處為較高的90mgΓ1，并且被穩(wěn)定地利用(圖6B)。從第13天開始，硝酸鹽濃度保持穩(wěn)定在約IOmg L'在開始的幾天磷酸鹽濃度增加(通過加入經(jīng)過濾的A3水至將該系統(tǒng)加滿)(圖6B)。從第3天開始，磷酸鹽被顯著地吸收掉，并在2mg L—1至完全耗盡之間波動。沒有像所述袋系統(tǒng)中加入營養(yǎng)物，但是定期加入新鮮過濾的A3水，同時加入淡水以補(bǔ)償蒸發(fā)。所加入的A3水提供了營養(yǎng)物濃度的定期小增長。物理和化學(xué)參數(shù)在培養(yǎng)物中，pH在開始的三天里快速增加至9以上(圖7)。在第3天后，連接CO2供應(yīng)，現(xiàn)在當(dāng)記錄到pH值大于8. 4時可以通過加入CO2來調(diào)節(jié)pH。在該時期的開始階段在所述袋中的光合成活性較高，由于光合作用過程中攝取CO2導(dǎo)致pH變化快，因此pH波動大。溫度以晝夜節(jié)奏波動，最高溫度在下午(4pm)測到(圖7B)。類似于罐式系統(tǒng)，溫度僅僅升至高于30°C，并且相當(dāng)穩(wěn)定。由于蒸發(fā)，所述袋中的電導(dǎo)率在32至36mS之間波動，并且定期加入淡水和額外的經(jīng)過濾的A3水(圖7C)。下面將參考圖8、9和10描述根據(jù)本發(fā)明的碳捕獲和循環(huán)方法。圖8和9顯示根據(jù)本發(fā)明的培養(yǎng)系統(tǒng)的實(shí)施方式。所述系統(tǒng)包括多個培養(yǎng)室100。所述培養(yǎng)室100顯示為并聯(lián)配置成四個培養(yǎng)部分101、102、103、104，它們也并聯(lián)連接至泵站105。所述泵站105包括收獲泵106和回送泵107。每個培養(yǎng)部分都設(shè)置有閥分流管組件111，其包括計(jì)量儀108a和108b來監(jiān)控往來培養(yǎng)室100的各個培養(yǎng)部分的CO2、營養(yǎng)物和介質(zhì)(水)的流量以及可編程邏輯控制器(PLC)109來控制所述流量以優(yōu)化培養(yǎng)室100中的光合成生物的生長。此外，在供應(yīng)側(cè)設(shè)置平衡罐113以確保保持用于泵送的水頭。來自各個培養(yǎng)部分的各個閥分流管組件111的操作由主控制器112控制。所述控制單元105可以包括下列中的一種或多種(a)移動或固定平衡罐113和/或取樣點(diǎn)，其具有用于生產(chǎn)藻的水生長介質(zhì)的貯藏容量。
(b)處理單元，循環(huán)、收獲和補(bǔ)償水泵106、107。這些泵或者直接經(jīng)由管道或者經(jīng)由閥分流管組件111從控制單元112連接至所述
培養(yǎng)室。(C)罐或貯藏體積113，其可以作為營養(yǎng)物、化學(xué)品和CO2的定量供料點(diǎn)，用于工藝收集和測量的測量儀器的數(shù)據(jù)收集點(diǎn)。所述罐或貯藏體積113可以允許一定時期的黑暗以使得所述藻有休息時間。(d)用于上述功能需要的離散電源。(e)工藝控制設(shè)備109，即離散的IO虛擬PLC和常規(guī)的PLC以及SCADA設(shè)備型裝置。在另一個實(shí)施方式(圖13)中，所述控制單元可以包括下列中的一種或多種(a)固定平衡罐和/或取樣點(diǎn)，其具有用于生產(chǎn)藻的水生長介質(zhì)的貯藏容量。該設(shè)備可以是固定的地面四面水密結(jié)構(gòu)200，其帶有隔離壁，所述隔離壁將允許牢固地安裝閥、泵和用于生長藻的其他輔助裝置。取決于工藝需要，該設(shè)備可以用不透光的遮蓋物遮蓋以阻止光照射到培養(yǎng)基中的藻，或者用透光的遮蓋物遮蓋以使光照射到所述藻。(b)處理單元，循環(huán)、收獲和補(bǔ)償水泵212。該設(shè)備將直接經(jīng)由管道或者經(jīng)由閥分流管組件從剛性培養(yǎng)室200泵送至大培養(yǎng)室200。(C)罐或貯藏體積213，其將作為營養(yǎng)物、化學(xué)品和CO2的定量供料點(diǎn)，用于工藝收集和測量的測量儀器的數(shù)據(jù)收集點(diǎn)。(d)用于上述功能需要的離散電源。(e)工藝控制設(shè)備，即離散的IO虛擬PLC和常規(guī)的PLC以及SCADA設(shè)備型裝置。(f)蒸發(fā)冷卻組件(未顯示)，其安裝在內(nèi)部來冷卻并聯(lián)培養(yǎng)室的所有小隊(duì)(組)，例如經(jīng)由太陽輻射，將被通過所述剛性室傳送并經(jīng)由蒸發(fā)水下落和空氣移動而冷卻。(g)空氣移動裝置，例如鼓風(fēng)機(jī)，安裝到所述剛性室的隔離壁上。(h)所述剛性室200還可以加上水再循環(huán)和/或空氣鼓泡網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)備，允許空氣和水來a)循環(huán)工藝流程的藻以確保所述藻在整個生長系統(tǒng)中的均勻分配b)保持藻懸浮以促進(jìn)整個生長介質(zhì)水中均勻的藻分布并防止藻分層c)作為文氏(venturi)傳輸系統(tǒng)用于加入額外的空氣或C02。所述控制單元可以進(jìn)一步包括驅(qū)動控制器以控制所述培養(yǎng)基的泵送速度。優(yōu)選所述驅(qū)動控制器為變速驅(qū)動控制器(VSP)。變速驅(qū)動以控制用AC和DC供電的泵允許改變藻生長介質(zhì)的泵送速度用于工藝控制。水的泵送速度可以根據(jù)下列方面而變化生長需求或者收獲/補(bǔ)償，輸入/輸出(I/O)變頻驅(qū)動(VFD)、脈沖寬度調(diào)制(PWM)和/或向量型泵送驅(qū)動控制器。DC驅(qū)動控制器可以是變壓控制或者帶有脈沖寬度調(diào)制的。上面提及的基于VSD的控制器對輸入到DC總線的AC輸入到AC輸出的變化起作用。變化組合可以包括
(a)經(jīng)由用于穩(wěn)定供電AC輸出的電壓的逆變器的整流器輸入DC總線的AC輸入-這將允許用于再生能源的AC發(fā)電源(例如三相風(fēng)輪機(jī))或常規(guī)電源提供動力以驅(qū)動或供能并控制AC供能的電動機(jī)、泵、鼓風(fēng)機(jī)或頻率發(fā)射器。這可以非限制性地用于操作泵、鼓風(fēng)機(jī)或溶菌操作。(b)輸入到逆變器的DC總線的直接DC輸入，例如太陽能電池板和/或DC風(fēng)輪機(jī)，所述逆變器將把DC轉(zhuǎn)換成AC來驅(qū)動AC供能的電動機(jī)。這可以非限制性地用于操作泵、電動鼓風(fēng)機(jī)、工藝控制器或與藻生產(chǎn)/收獲相關(guān)的任何其他設(shè)備。(C) AC和DC輸入的組合，共同起到上述作用以驅(qū)動依賴于再生DC能源或常規(guī)電源能源(AC )的AC供能設(shè)備，例如泵、電源、工藝控制器或藻溶解設(shè)備。(d) (a)、(b)和(C)的組合，允許基于逆變器的設(shè)備來驅(qū)動DC或AC PWM輸出用于藻溶解(裂解)。
圖10顯示生產(chǎn)和收獲藻和其他光合成生物的工藝流程圖。所述生物藻生長系統(tǒng)(BAGS)50最初用淡/鹽水51填充，同時從計(jì)量單元52進(jìn)行營養(yǎng)物定量給料。然后將這些袋子用現(xiàn)存的在收獲密度的藻源接種。在所述藻的生長循環(huán)過程中，將用于輔助生物質(zhì)生長的CO2/廢氣53和用于進(jìn)行循環(huán)和排出溶解O2的過濾空氣傳輸至所述BAGS。一旦達(dá)到藻收獲密度(最高1. 0wt%,但是通常O. 2至O. 7wt%),收獲所述BAGS并傳輸至脫水階段54。所述脫水階段將濃縮物/過濾水傳輸至處理工廠，然后經(jīng)由營養(yǎng)物定量給料和將水補(bǔ)充所述水循環(huán)回至所述BAGS中。所述來自脫水階段的藻濃縮物進(jìn)行增密階段56以進(jìn)一步濃縮所述藻。然后可以將這個濃縮物傳輸?shù)街|(zhì)提取57和產(chǎn)物分離58以得到高質(zhì)量的藻油59和粗粉60用于進(jìn)一步產(chǎn)物處理和分配。功能要求對于計(jì)算機(jī)輔助網(wǎng)狀系統(tǒng)(computerised reticulation system, CRS)的主要功能要求如下·提供足夠流量以實(shí)現(xiàn)藻生物質(zhì)的最佳生長速度·容納用于所有局部閥、泵、儀器、冷卻系統(tǒng)和網(wǎng)狀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和動力源?！ご_保在所述藻的再循環(huán)操作階段過程中有效的流量平衡。 確保對于循環(huán)和收獲階段保持泵連續(xù)處于最佳狀態(tài)?！ふ虾褪芸氐亩趸?CO2)注射分流管以通過防止碳限制來確保藻的最佳生長?！ふ系臍怏w排放機(jī)構(gòu)，由此可以將廢氣(例如，溶解O2)從系統(tǒng)中排放出去?！ご_保根據(jù)發(fā)電站和DERM要求適當(dāng)?shù)嘏欧艢怏w?！ぐㄔ逡后w培養(yǎng)基溫度控制機(jī)構(gòu)來保持藻在預(yù)定的生長限度內(nèi)?！ぐ惭b保護(hù)協(xié)議和系統(tǒng)以確?？赡軄碜云渌⑸锏脑逦廴咀钚』！づc所有的現(xiàn)場測量儀器整合來收集相關(guān)生長數(shù)據(jù)?！ぴO(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定和強(qiáng)健以應(yīng)對連續(xù)室外暴露。·使能量使用最小化。
·易于維護(hù)，特別是易于清潔。·易于連接和斷開集裝塊(skid)及其各個鉛垂電子元件藻生長系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖9圖示了一個單獨(dú)的培養(yǎng)部分，其由三個50m BAGS 100和一個50mTAGS100的分流管構(gòu)成。所述BAGS100由半透明的聚丙烯制成,而所述TAGS由用透明的LaserliteTM覆蓋并襯里的地面池塘構(gòu)成。所述BAGS用小型電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇充氣。在所述BAGS100和TAGSlOOa上的通風(fēng)口允許自由釋放多余的氣體和在藻的光合成生長階段過程中產(chǎn)生的多余溶解氧(O2)。工序用于所述BAGS/TAGS的最初水注入或水補(bǔ)充，以及接種藻流，都將現(xiàn)場從其他地 方傳輸?shù)狡胶夤拗小１肞l用于從所述平衡罐113中泵送進(jìn)入所述組合分流管中，然后沿著所述四個生長容器的長度泵送(經(jīng)由在所述藻溶液中的多孔噴射棒)。然后泵P2用于從所述生長容器中泵送回所述平衡罐113。經(jīng)由下面的環(huán)路保持循環(huán)容器>P2>平衡罐>P1>容器。在所述循環(huán)階段過程中加入過濾空氣以去除在所述生長階段過程中產(chǎn)生的溶解02。這可以是加入所述緩沖罐，直接加入所述生長系統(tǒng)或同時加入兩者。在所述循環(huán)階段過程中加入CO2，在其進(jìn)入容器之前直接加入到所述液流中。這根據(jù)所述藻的光合成需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。在所述循環(huán)階段過程中根據(jù)所述藻的光合成需求還將營養(yǎng)物定量供料到所述平衡 中。當(dāng)收獲藻時，將所述生物質(zhì)脫水得到每單位體積高濃度的生物體，泵Ρ3將所述藻溶液從所述平衡罐中現(xiàn)場傳輸?shù)剿雒撍到y(tǒng)用于產(chǎn)物濃縮。接口下列連接與所述受控釋放系統(tǒng)(controlled release system, CRS)接口。輸入·水/接種管線，用于補(bǔ)償?shù)?鹽水和從其他藻生長系統(tǒng)接種。·收獲管線從BAGS/TAGS到集裝塊(skid)· O. 4巴的過濾空氣用于排出溶解O2。· 9巴的CO2用于藻生長?！た刂苼碜灾鱌LC (可編程邏輯控制)的輸入?！び糜诩b塊裝置、相關(guān)閥和測量儀器和BAGS風(fēng)扇的電力。輸出·收獲管線，用于當(dāng)處于收獲密度時收獲藻生物質(zhì)?！せ厮凸芫€，從集裝塊至BAGS/TAGS·測量儀器和泵和閥門狀態(tài)輸出展示設(shè)施概念所述多組件生長系統(tǒng)圖示在圖8中。
工序各個循環(huán)工序如上面所概述發(fā)生，僅使用更大容積的BAGS。在所述展示級生長系統(tǒng)中，所述CRS意圖控制最多8個BAGS，使用一個主控制系統(tǒng)監(jiān)控來自各個單元的輸出。所有收獲的藻和回送水都經(jīng)由該主系統(tǒng)傳輸來分配至所述局部CRS。系統(tǒng)數(shù)據(jù)·所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)都基于研究規(guī)模的藻生長系統(tǒng)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)生長系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范用于所述藻生長系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范
權(quán)利要求
1.一種用于培養(yǎng)光合成生物的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括 至少一個允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光的培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室包括 一個透光壁或多個壁，其界定 氣體空間；和 在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域； 一個或多個設(shè)置在所述培養(yǎng)基容納區(qū)域內(nèi)的流體入口 ；和 一個或多個與所述氣體空間相通的氣體出口； 操作地連接至氣體流動控制器件的控制單元，所述氣體流動控制器件控制氣體通過所述流體入口流入和通過所述流體出口流出以控制在培養(yǎng)室內(nèi)的條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括串聯(lián)或并聯(lián)相互連接的多個培養(yǎng)室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括多個培養(yǎng)室，其中，所述培養(yǎng)室包括 一個或多個由柔性材料形成的室；和 一個或多個室，其包括一對相對的由透光部圍成的基本剛性壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述培養(yǎng)室包括一個或多個流體端口以允許引入或除去培養(yǎng)基，所述一個或多個流體端口包括調(diào)節(jié)器以控制引入培養(yǎng)基或從所述培養(yǎng)室中除去培養(yǎng)基。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，用于所述培養(yǎng)基容納區(qū)域的流體入口沿著所述培養(yǎng)基容納區(qū)域的底座部設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述培養(yǎng)室為管狀構(gòu)型的封閉的彈性塑料結(jié)構(gòu)的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述培養(yǎng)室的一個或多個壁是透光的，并且所述壁以管狀整體地形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述培養(yǎng)室水平地定向產(chǎn)生平板底座。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述底座具有朝向所述培養(yǎng)室的排放端的1-5°范圍內(nèi)的斜面。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，由材料形成的一個或多個壁以允許預(yù)定波長的光透過，所述材料允許大約20%至65%的UV光透過。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述培養(yǎng)室是可膨脹，所述培養(yǎng)室的膨脹通過如下方式保持經(jīng)過氣體入口向所述培養(yǎng)室中引入氣體和經(jīng)過氣體出口流出而實(shí)現(xiàn)的氣體的流動，所述氣體入口被設(shè)置在所述培養(yǎng)基的表面的上面和/或下面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第二光控制器件以控制經(jīng)過所述培養(yǎng)室的壁透過的光的量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述第二光控制器件被固定和/或可變，并且包括遮陽帆或布。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，多個流體入口沿著所述培養(yǎng)室的底座的長度設(shè)置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述流體入口沿著所述培養(yǎng)室的底座處的管道設(shè)置，其中，所述管道適合于運(yùn)送并分配所述氣流，所述氣體入口沿著管道以規(guī)則的間隔設(shè)置以允許沿著培養(yǎng)室的長度氣流基本均勻分配。
16.根據(jù)權(quán)利要求16所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述氣體出口包括單向閥系統(tǒng)以允許氣體從容納室中釋放。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括 (i)至少一個垂直定向的生長柱，其包括 透光管道； 一個或多個與所述管道相通的流體入口 ；和 一個或多個流體出口 ；以及 其中，所述生長柱的流體出口流動連接至所述培養(yǎng)室的流體入口。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述透光管道包括透光內(nèi)管道和圍繞并與內(nèi)管道流體相通的透光外管道。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，所述控制單元進(jìn)一步包括 培養(yǎng)基輸入系統(tǒng)；和流動連接至所述控制單元的至少一個培養(yǎng)箱和/或至少一個垂直定向的生長柱，培養(yǎng)箱的流體入口和出口和生長柱允許所述培養(yǎng)基控制地循環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述控制單元進(jìn)一步包括驅(qū)動控制器以結(jié)合可編程的邏輯控制(PLC )控制所述培養(yǎng)基的泵送速率。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制器起到控制培養(yǎng)物生長和泵控制的作用。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其中，所述控制單元包括基于矢量的組合驅(qū)動和輸入/輸出(I/O)界面以結(jié)合泵和過程控制功能。
23.—種培養(yǎng)光合成生物的方法,該方法包括 (a)提供培養(yǎng)室，其包括 (i)至少一個透光壁或多個壁，其界定 氣體空間；和 在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域； ( ) 一個或多個氣體入口和一個或多個與所述氣體空間相通的氣體出口 ； (iii) 一個或多個流體出口和與培養(yǎng)容納區(qū)域相通的出口 ；和 (iii)包括氣體流動控制器件的控制單元； (b)向所述培養(yǎng)室中引入培養(yǎng)基并且接種光合成生物，所述培養(yǎng)室允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光中； (C)使用氣體流動控制器件控制氣體通過所述氣體入口流入和通過所述氣體出口流出，其中，所述氣體的流動促使培養(yǎng)基蒸發(fā)和/或控制培養(yǎng)室的溫度；和 (d)允許光合成生物在光的存在下生長。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，流體入口沿著培養(yǎng)基容納區(qū)域的底座部設(shè)置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，第一氣體包含二氧化碳(CO2)以向光合成生物提供碳和/或降低循環(huán)流體的pH。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，氣體經(jīng)過在所述培養(yǎng)基的表面的上面和所述培養(yǎng)基的表面的下面的流體入口進(jìn)入到所述培養(yǎng)室中， 所述培養(yǎng)基的表面的上面的氣體的引入允許改變所述培養(yǎng)室中的氣氛。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 提供有效量的選擇性的殺生物劑；和 用所述選擇性的殺生物劑處理所述培養(yǎng)基以減緩或除去不需要的生物的生長。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述不需要的生物為寄生蟲、細(xì)菌、真菌或藻類菌株，以及所述殺生物劑選自殺蟲劑、殺細(xì)菌劑、殺真菌劑或滅藻劑或其組合。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述殺生物劑為亞硫酸銅。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述氣體流動控制器件起到形成液態(tài)培養(yǎng)基和氣體空間之間的正的大氣置換差的作用。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述氣體流動控制器件實(shí)施如下步驟 (i)測量在輸送給料側(cè)上的培養(yǎng)室內(nèi)的氣體的通風(fēng)能力，和 ( )通過壓力釋放機(jī)構(gòu)從液體培養(yǎng)基上的氣體空間中釋放過量的氣體壓力。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，控制所述培養(yǎng)基的蒸發(fā)提供對所述培養(yǎng)室內(nèi)的溫度的一定程度的控制。
33.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述氣體流動控制器件進(jìn)一步包括溫度控制。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，氣體被引入到所述培養(yǎng)室中的速率和/或引入的氣體的溫度被用于控制培養(yǎng)室中的培養(yǎng)基或氣體空間的溫度。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法進(jìn)一步包括如下步驟在預(yù)定的時期內(nèi)減少或除去所述培養(yǎng)基的營養(yǎng)物含量；和 收獲所述光合成生物。
36.一種根據(jù)權(quán)利要求23所述的培養(yǎng)光合成生物的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 (a)將培養(yǎng)基和光合成生物的接種引入至至少一個垂直生長柱，；所述至少一個垂直定向的生長柱包括 透光管道；和 培養(yǎng)室，其包括一個或多個界定如下的壁氣體空間和在所述氣體空間下的培養(yǎng)基容納區(qū)域； (b)將第一氣體引入到垂直生長柱中；并允許所述光合成生物在光的存在下生長以形成藻類淤漿； (C)將步驟(b)的藻類淤漿引入到培養(yǎng)室中，所述培養(yǎng)室允許暴露于自然光和/或人造光; (d)經(jīng)過在容納區(qū)域的入口引入第一氣體，其中，因此，氣體的流動混合所述培養(yǎng)基； (e)經(jīng)過氣體入口將第二氣體弓丨入到氣體空間中，其中，所述第二氣體起到控制所述氣體空間的溫度的作用；和 (f)允許所述光合成生物在光的存在下進(jìn)一步生長。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述垂直定向的生長柱包括透光的內(nèi)管道和透光的外管道。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，氣體通過氣體入口進(jìn)入所述內(nèi)管道的底座，并且鼓泡至培養(yǎng)基中。
39.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的方法，其中，使用垂直生長柱的陣列，在陣列中的垂直生長柱相同或不同，以及所述柱串聯(lián)或并聯(lián)排列。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述生長柱串聯(lián)排列，培養(yǎng)基和來自一個柱的藻類淤漿形成的光合成生物成為相鄰柱的原料。
41.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述藻類淤漿經(jīng)過所述流體出口進(jìn)入所述培養(yǎng)室。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，氣體隨后通過位于所述培養(yǎng)容納區(qū)域中的流體入口進(jìn)入所述培養(yǎng)室。
43.一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為藻類生物質(zhì)的方法，其包括如下步驟 在光的存在下通過權(quán)利要求23所述的方法培養(yǎng)藻類光合成生物，其中，所述第一氣體為二氧化碳。
44.一種通過使用排放的二氧化碳而回收排放的二氧化碳的方法，該方法包括如下步驟使用權(quán)利要求23所述的方法使用包含排放的二氧化碳的氣體作為在制備光合成生物的過程中輸入物。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述包含排放的二氧化碳的氣體被冷卻，并且在其被弓I入到所述培養(yǎng)室之前污染物被部分地洗氣。
46.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 (g)從步驟(f)回收光合成生物，其包括如下步驟 (i)提供光合成生物作為具有基本完整細(xì)胞的高濃度的光合成生物生物質(zhì)； ( )使用機(jī)械均質(zhì)器均化所述生物質(zhì)以分解所述微生物的細(xì)胞；和 (iii)將均化的生物質(zhì)分離為組分。
47.一種光合成生長系統(tǒng)，其包括以兩個或多個部分排列的多個權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)室，其中 所述部分串聯(lián)連接，以及第一部分的所述培養(yǎng)室包括 至少一個垂直定向的生長柱，其包括 透光管道； 以及，各部分的培養(yǎng)室 比串聯(lián)的前面部分的培養(yǎng)室的體積/容量大；或 各部分的培養(yǎng)室的總體積/容量大于前面部分的培養(yǎng)室的總體積/容量。
全文摘要
一種用于培養(yǎng)光合成生物的生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括至少一個允許培養(yǎng)基暴露于自然光和/或人造光的培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室包括一個透光壁或多個壁，其界定了氣體空間和在所述氣體空間下面的培養(yǎng)基容納區(qū)域；一個或多個設(shè)置在所述培養(yǎng)基容納區(qū)域內(nèi)的流體入口；和一個或多個與所述氣體空間相通的氣體出口；操作地連接至氣體流動控制器件的控制單元，所述氣體流動控制器件控制氣體通過所述流體入口流入和通過所述流體出口流出以控制在培養(yǎng)室內(nèi)的條件。
文檔編號C12M1/04GK103025860SQ201180033177
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者馬克·勒內(nèi)·施坦巴內(nèi), 洛奇·德尼斯, 基爾斯滕·海曼, 阿諾德·曼戈特, 霍華德·尼伯恩 申請人:Mbd能源有限公司