用于光合作用微生物的批量生产的反应器的制造方法
【专利说明】用于光合作用微生物的批量生产的反应器发明领域
[0001]本发明涉及藻类的生产并特别关于藻类在封闭反应器系统中的成长，在该反应器系统中通过反射镜系统将阳光供给到反应器中。本发明提供用于该藻类生产反应器系统的一种反应器容器和光引入手段。
【背景技术】
[0002]藻类利用光和二氧化碳进行成长，并且这个过程产生氧气。通常藻类在开放式池塘、透明管道系统、水下塑料袋等中生产。
[0003]这些系统的缺点是用于混合所需能量多、供给碳源方法和排除产生的氧气方法不佳。同时，白天水的加热、水分蒸发量大以及夜晚的冷却困难也是问题。这因为用于生长藻类的唯一合理的光源是阳光，阳光基本上可以低成本使用，但是为了提高产量，藻类需要高强度的阳光。但是，具有高强度阳光的地点几乎都位于地球的干旱区域，在干旱区域藻类生产也需要的水非常稀缺从而使得藻类生产受到阻碍。
[0004]这些缺点限制反应器系统中的藻类浓度并由此增加生产一定数量的藻类所需的反应器空间尺度。由此需要更有效且可向上扩展的具有更好光供给的用于生长光合作用微生物的反应器容器。
[0005]JP-A 2000-300244公开一种具有由丙烯酸制成的光传输板的光合作用培养装置，光传输板在反应器内竖直地布置，(阳)光在反应器顶部进入。板之间10_70mm的距离提供了包含向上流动布置的培养介质的反应空间。板之间的空间的顶端由盖(“第一发明”)或由用于提高照射表面的丙烯酸板的三角形延伸件(“第二发明”)封闭。光传输板可具有由单向分条提供的光散射表面，并且多对板以这样的方式形成:光散射表面位于多对板的内侧，如 JP-A H08-262232 所述。
[0006]JP-A 2000-300244和JP-A H08-262232中所描述类型的反应器没有提供优化的照射效率以及藻类生产率。而且，根据该先前技术使用的板的布置特征不允许可靠第提供大规模光合作用反应器以用在偏远地点以及需要最少的维护操作。
[0007]发明该要
[0008]根据本发明发现，通过空气提升环路类型的反应器，使用侧向照射，并通过提供隔开距离平行地安装的单元多对双层矩形玻璃板，能够提供改进的光合作用，该隔开距离由在矩形双层玻璃板之间并沿双层玻璃板的长(竖直)侧布置的玻璃条提供。使用玻璃板而不是丙烯酸型板减少了微生物产生的污垢。通过在双层玻璃板的内侧提供光散射层实现进一步地改进，光散射层包括非均匀性物或微粒的非单向层。
[0009]本发明由此提供一种具有上升流动通道和下降流动通道的用于生长藻类的大规模反应器，上升流动通道和下降流动通道能够交替，例如通过切换气体混合流的供给。气体能够引起上升和下降流循环。这些类型的空气提升环路反应器如废水处理中已知的那样。竖直玻璃板布置在上升和下降流中。这些玻璃板的前部与沿多对双层玻璃板的长(竖直)侧结合多对双层玻璃板的玻璃条一起伸出反应器壁以进入(阳)光源。这些玻璃板用于将光传递进反应器内，这是反应器内藻类生长所需的。
[0010]发明描述
[0011]本发明因此属于一种用于生产光合作用微生物的反应器容器。该反应器也被称为其同义词“光合作用反应器”或“光生物反应器”。反应器容器设有一个或多个液体进口和一个或多个液体出口，位于底部的一个或多个气体进口和位于容器顶部的一个或多个气体出口，以及竖直地间隔的多组双层玻璃板，当反应器容器运行时，多组双层玻璃板至少部分地浸入反应器液体中。双层玻璃板在中间具有光散射微粒层并具有与双层玻璃板的厚度对应的平的侧面，该平的侧面暴露在外部光源下。在运行中，平的侧面适当地竖直。反应器容器进一步设有用于竖直地循环反应器液体的设备。为运行做好准备的反应器还包括用于通过光合作用生产藻类的其它手段和物质，包括待生产的藻类的适当接种，二氧化碳源等。
[0012]成对布置的双层玻璃板构成本发明和本发明的反应器容器的重要部件。玻璃的折射率高于水的折射率，这使得玻璃板起到像用于数据传输的玻璃纤维的作用。光散射微粒层确保光从玻璃板的浸入到反应器液体中的区域上均匀地照射到反应器内液体。为了这个目的，玻璃板由在中间具有涂层的两层(被称为“双层玻璃板”)构成，涂层基质固定(i)微小无机(例如金属氧化物)或(ii)有机微粒或(iii)非均匀性物或者(iv)较大的具有微观反射镜面的微粒以这样的方式散射光使得光能够进入反应器里的液体。
[0013](单个)玻璃板具有从几毫米，例如5mm，向上变化到50mm甚至更多的厚度。有优势地，玻璃板的厚度在1mm和30mm之间，更优选地在12mm和20mm之间。由此，双层玻璃板优选地具有20mm和60mm之间的厚度，最优选地在24mm和40mm之间。相似地，双层玻璃板的平的侧面也优选地具有20-60mm或更佳在24_40mm的宽度。玻璃优选地为所谓的“超清”型，即其具有高清晰度并且铁含量较低，尤其低于0.04重量％ (如Fe2O3)。该玻璃也叫做低铁玻璃或高透玻璃。
[0014]光散射微粒层可以为涂覆层，在该涂覆层内散射微粒混合在具有与玻璃的折射率相同或相近的折射率的物质中，以使光能够从玻璃传到涂层而不会因为折射率的不同而产生镜像效应。例如，其可以为陶瓷涂层，诸如二氧化硅。在涂覆层中可以混合产生散射的非均匀性物(例如微晶，气泡等)。非均匀性物可理解为构成基质中的间断性的物体或空洞，即其能够至少电磁地有别于周围涂层基质，例如通过它们的折射率。非均匀性物优选地为基本上的球形。
[0015]可使用两种类型的散射:(1)米氏散射，通过具有与可见光的波长大约相同或与可见光的波长相比稍大的(平均)尺寸的非均匀性物或微粒，优选地在200-1200nm的范围内，更优选地在300到100nm的范围内，最优选地至少400nm到例如800nm ； (2)几何散射，通过远大于光的波长的微粒，优选地在5微米到500微米的范围内，例如铬晶体。
[0016]米氏散射物质(非均匀性物)可以为金属氧化物，例如钛，锌，硅或铝的金属氧化物，或硅酸盐，例如镁或铝的硅酸盐。另外一类米氏散射物质可以为有机微粒，例如聚合物(乳胶)微粒，或者他们可以为相同尺寸的气孔或气泡。金属氧化物微粒，尤其二氧化钛是特别优选地，例如0.3至I μ??ο
[0017]几何散射物质是有面的(镜面反射)微粒，即具有高反射面的微粒，例如铬晶体或单晶微金刚石(6-20 μ m)。他们的尺寸优选地在5_500 μ m的范围内，更优选地在10-200 μ m的范围内，尤其在20-200 μ m的范围内。
[0018]包含光散射非均匀性物或微粒的内涂层的厚度取决于散射的类型。对米氏散射而言，优选地在5至500 μ m的范围内，特别在10和200 μ m之间，而对几何散射而言，优选地在100和1000 μπι之间。微粒有优势地同质地分布在内涂层内。他们的密度可以为例如每平方分米涂层(基质)在I和500mg之间。
[0019]多对双层玻璃板之间的距离，即有效反应器空间，可以尽可能地接近例如10mm，直到比如20cm或更多。为了优化光照，优选地，距离在大约双层板的厚度和大约两倍所述厚度之间，即在20和120mm之间，最优选地在24和80mm之间。在反应器的宽度上的双层玻璃板的数目可