用于光合作用微生物的批量生產(chǎn)的反應(yīng)器的制造方法
【專利說明】用于光合作用微生物的批量生產(chǎn)的反應(yīng)器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及藻類的生產(chǎn)并特別關(guān)于藻類在封閉反應(yīng)器系統(tǒng)中的成長，在該反應(yīng)器系統(tǒng)中通過反射鏡系統(tǒng)將陽光供給到反應(yīng)器中。本發(fā)明提供用于該藻類生產(chǎn)反應(yīng)器系統(tǒng)的一種反應(yīng)器容器和光引入手段。
【背景技術(shù)】
[0002]藻類利用光和二氧化碳進(jìn)行成長，并且這個(gè)過程產(chǎn)生氧氣。通常藻類在開放式池塘、透明管道系統(tǒng)、水下塑料袋等中生產(chǎn)。
[0003]這些系統(tǒng)的缺點(diǎn)是用于混合所需能量多、供給碳源方法和排除產(chǎn)生的氧氣方法不佳。同時(shí)，白天水的加熱、水分蒸發(fā)量大以及夜晚的冷卻困難也是問題。這因?yàn)橛糜谏L藻類的唯一合理的光源是陽光，陽光基本上可以低成本使用，但是為了提高產(chǎn)量，藻類需要高強(qiáng)度的陽光。但是，具有高強(qiáng)度陽光的地點(diǎn)幾乎都位于地球的干旱區(qū)域，在干旱區(qū)域藻類生產(chǎn)也需要的水非常稀缺從而使得藻類生產(chǎn)受到阻礙。
[0004]這些缺點(diǎn)限制反應(yīng)器系統(tǒng)中的藻類濃度并由此增加生產(chǎn)一定數(shù)量的藻類所需的反應(yīng)器空間尺度。由此需要更有效且可向上擴(kuò)展的具有更好光供給的用于生長光合作用微生物的反應(yīng)器容器。
[0005]JP-A 2000-300244公開一種具有由丙烯酸制成的光傳輸板的光合作用培養(yǎng)裝置，光傳輸板在反應(yīng)器內(nèi)豎直地布置，(陽)光在反應(yīng)器頂部進(jìn)入。板之間10_70mm的距離提供了包含向上流動(dòng)布置的培養(yǎng)介質(zhì)的反應(yīng)空間。板之間的空間的頂端由蓋(“第一發(fā)明”)或由用于提高照射表面的丙烯酸板的三角形延伸件(“第二發(fā)明”)封閉。光傳輸板可具有由單向分條提供的光散射表面，并且多對板以這樣的方式形成:光散射表面位于多對板的內(nèi)側(cè)，如 JP-A H08-262232 所述。
[0006]JP-A 2000-300244和JP-A H08-262232中所描述類型的反應(yīng)器沒有提供優(yōu)化的照射效率以及藻類生產(chǎn)率。而且，根據(jù)該先前技術(shù)使用的板的布置特征不允許可靠第提供大規(guī)模光合作用反應(yīng)器以用在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)以及需要最少的維護(hù)操作。
[0007]發(fā)明該要
[0008]根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，通過空氣提升環(huán)路類型的反應(yīng)器，使用側(cè)向照射，并通過提供隔開距離平行地安裝的單元多對雙層矩形玻璃板，能夠提供改進(jìn)的光合作用，該隔開距離由在矩形雙層玻璃板之間并沿雙層玻璃板的長(豎直)側(cè)布置的玻璃條提供。使用玻璃板而不是丙烯酸型板減少了微生物產(chǎn)生的污垢。通過在雙層玻璃板的內(nèi)側(cè)提供光散射層實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步地改進(jìn)，光散射層包括非均勻性物或微粒的非單向?qū)印?br>[0009]本發(fā)明由此提供一種具有上升流動(dòng)通道和下降流動(dòng)通道的用于生長藻類的大規(guī)模反應(yīng)器，上升流動(dòng)通道和下降流動(dòng)通道能夠交替，例如通過切換氣體混合流的供給。氣體能夠引起上升和下降流循環(huán)。這些類型的空氣提升環(huán)路反應(yīng)器如廢水處理中已知的那樣。豎直玻璃板布置在上升和下降流中。這些玻璃板的前部與沿多對雙層玻璃板的長(豎直)側(cè)結(jié)合多對雙層玻璃板的玻璃條一起伸出反應(yīng)器壁以進(jìn)入(陽)光源。這些玻璃板用于將光傳遞進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)，這是反應(yīng)器內(nèi)藻類生長所需的。
[0010]發(fā)明描述
[0011]本發(fā)明因此屬于一種用于生產(chǎn)光合作用微生物的反應(yīng)器容器。該反應(yīng)器也被稱為其同義詞“光合作用反應(yīng)器”或“光生物反應(yīng)器”。反應(yīng)器容器設(shè)有一個(gè)或多個(gè)液體進(jìn)口和一個(gè)或多個(gè)液體出口，位于底部的一個(gè)或多個(gè)氣體進(jìn)口和位于容器頂部的一個(gè)或多個(gè)氣體出口，以及豎直地間隔的多組雙層玻璃板，當(dāng)反應(yīng)器容器運(yùn)行時(shí)，多組雙層玻璃板至少部分地浸入反應(yīng)器液體中。雙層玻璃板在中間具有光散射微粒層并具有與雙層玻璃板的厚度對應(yīng)的平的側(cè)面，該平的側(cè)面暴露在外部光源下。在運(yùn)行中，平的側(cè)面適當(dāng)?shù)刎Q直。反應(yīng)器容器進(jìn)一步設(shè)有用于豎直地循環(huán)反應(yīng)器液體的設(shè)備。為運(yùn)行做好準(zhǔn)備的反應(yīng)器還包括用于通過光合作用生產(chǎn)藻類的其它手段和物質(zhì)，包括待生產(chǎn)的藻類的適當(dāng)接種，二氧化碳源等。
[0012]成對布置的雙層玻璃板構(gòu)成本發(fā)明和本發(fā)明的反應(yīng)器容器的重要部件。玻璃的折射率高于水的折射率，這使得玻璃板起到像用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ＡЮw維的作用。光散射微粒層確保光從玻璃板的浸入到反應(yīng)器液體中的區(qū)域上均勻地照射到反應(yīng)器內(nèi)液體。為了這個(gè)目的，玻璃板由在中間具有涂層的兩層(被稱為“雙層玻璃板”)構(gòu)成，涂層基質(zhì)固定(i)微小無機(jī)(例如金屬氧化物)或(ii)有機(jī)微?；?iii)非均勻性物或者(iv)較大的具有微觀反射鏡面的微粒以這樣的方式散射光使得光能夠進(jìn)入反應(yīng)器里的液體。
[0013](單個(gè))玻璃板具有從幾毫米，例如5mm，向上變化到50mm甚至更多的厚度。有優(yōu)勢地，玻璃板的厚度在1mm和30mm之間，更優(yōu)選地在12mm和20mm之間。由此，雙層玻璃板優(yōu)選地具有20mm和60mm之間的厚度，最優(yōu)選地在24mm和40mm之間。相似地，雙層玻璃板的平的側(cè)面也優(yōu)選地具有20-60mm或更佳在24_40mm的寬度。玻璃優(yōu)選地為所謂的“超清”型，即其具有高清晰度并且鐵含量較低，尤其低于0.04重量％ (如Fe2O3)。該玻璃也叫做低鐵玻璃或高透玻璃。
[0014]光散射微粒層可以為涂覆層，在該涂覆層內(nèi)散射微?；旌显诰哂信c玻璃的折射率相同或相近的折射率的物質(zhì)中，以使光能夠從玻璃傳到涂層而不會(huì)因?yàn)檎凵渎实牟煌a(chǎn)生鏡像效應(yīng)。例如，其可以為陶瓷涂層，諸如二氧化硅。在涂覆層中可以混合產(chǎn)生散射的非均勻性物(例如微晶，氣泡等)。非均勻性物可理解為構(gòu)成基質(zhì)中的間斷性的物體或空洞，即其能夠至少電磁地有別于周圍涂層基質(zhì)，例如通過它們的折射率。非均勻性物優(yōu)選地為基本上的球形。
[0015]可使用兩種類型的散射:(1)米氏散射，通過具有與可見光的波長大約相同或與可見光的波長相比稍大的(平均)尺寸的非均勻性物或微粒，優(yōu)選地在200-1200nm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在300到100nm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地至少400nm到例如800nm ； (2)幾何散射，通過遠(yuǎn)大于光的波長的微粒，優(yōu)選地在5微米到500微米的范圍內(nèi)，例如鉻晶體。
[0016]米氏散射物質(zhì)(非均勻性物)可以為金屬氧化物，例如鈦，鋅，硅或鋁的金屬氧化物，或硅酸鹽，例如鎂或鋁的硅酸鹽。另外一類米氏散射物質(zhì)可以為有機(jī)微粒，例如聚合物(乳膠)微粒，或者他們可以為相同尺寸的氣孔或氣泡。金屬氧化物微粒，尤其二氧化鈦是特別優(yōu)選地，例如0.3至I μ??ο
[0017]幾何散射物質(zhì)是有面的(鏡面反射)微粒，即具有高反射面的微粒，例如鉻晶體或單晶微金剛石(6-20 μ m)。他們的尺寸優(yōu)選地在5_500 μ m的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在10-200 μ m的范圍內(nèi)，尤其在20-200 μ m的范圍內(nèi)。
[0018]包含光散射非均勻性物或微粒的內(nèi)涂層的厚度取決于散射的類型。對米氏散射而言，優(yōu)選地在5至500 μ m的范圍內(nèi)，特別在10和200 μ m之間，而對幾何散射而言，優(yōu)選地在100和1000 μπι之間。微粒有優(yōu)勢地同質(zhì)地分布在內(nèi)涂層內(nèi)。他們的密度可以為例如每平方分米涂層(基質(zhì))在I和500mg之間。
[0019]多對雙層玻璃板之間的距離，即有效反應(yīng)器空間，可以盡可能地接近例如10mm，直到比如20cm或更多。為了優(yōu)化光照，優(yōu)選地，距離在大約雙層板的厚度和大約兩倍所述厚度之間，即在20和120mm之間，最優(yōu)選地在24和80mm之間。在反應(yīng)器的寬度上的雙層玻璃板的數(shù)目可