专利名称：二相藻类培养系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物反应器方法，具体地涉及用于由生物质生产生物柴油和/或氢和 /或甲烷的光生物反应器方法，更具体地涉及用于由藻类生产生物柴油和/或氢和/或甲烷的二相光生物反应器方法。
背景技术：
随着化石燃料和石油的价格上升，由生物质生产生物柴油和/或氢气和/或甲烷以及其他发酵产品日益成为替代燃料产品的一个有吸引力的选择。随着化石燃料被损耗， 替代能源将变成工业和学术界的一个关键研究领域。具体而言，氢被认为是一种干净和可再循环的能量载体，以及在关注氢气的充分、 有效、有利且“绿色”生产的研究主动性中存在显著趋势。应相信，作为一种替代能量载体的氢气确实是在未来可考虑和开发的更有希望的替代物中的一种。在氢气的生产中使用生物质提供一种用于氢生产的“绿色”解决方案，希望该解决方案会被优化和研发，以提供一种用于提供经济和有效益的氢气供应的方式。此外，从有机废料以及其他可再生资源生产氢被认为优选于从粮食作物生产氢，这是因为尽管粮食作物(例如玉米和小麦)的氢产量相对高，但是通过在生物氢生产反应器中使用粮食作物存在加剧全球粮食储备的风险。类似地，在现代社会中所需要的能量生产中，生物柴油快速成为传统化石燃料的一种可行的替代物。生物柴油本身通常指的是由生物材料(包括长链烷基酯)制成的柴油燃料。在包括汽车工业或运输工业的应用中尤其考虑生物柴油的使用。在生物柴油和/或氢和/或甲烷和/或其他燃料的生产中所采用的生物反应器可被特别设计为用于待在该系统中所使用的生物质类型。采用藻类生物质的生物反应器通常是光生物反应器形式。光生物反应器具有提供能量给反应器系统的光源，藻类或其他光养生物被培养和供养在该反应器系统中。通常，从藻类生物质生产生物柴油在开放水道(raceway)式光生物反应器系统中进行。已知这些系统的制造和维护是昂贵的，因为它们要求专用反应器容器、冷却装置、混合装置和气体控制
直ο已知相比于更常规的开放水道系统，用于藻类生物柴油生产的闭合管状光生物反应器系统促进藻类生物质生产的更高水平的过程控制和更高的速度。通常这些光生物反应器仅采用好氧光合自养藻类，从而如果设想在非日光时期生产时需要人工照明。因此，需要一种廉价的光生物反应器系统，其中该光生物反应器系统可在不需要人工照明的情况下在整个二相循环中维持生产。发明目的本发明的目的是提供一种用于生产至少生物柴油的光生物反应器系统，具体地提供一种用于生产生物柴油和/或氢和/或甲烷的二相光生物反应器系统，其中利用的生物质是藻类。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于生产至少生物柴油的二相光生物反应器系统，该二相光生物反应器系统包括一个光生物反应器容器，其被划分为第一隔间和第二隔间；一个连接装置，其连接在所述第一隔间和所述第二隔间之间，使得所述第一隔间和所述第二隔间流体连通；以及一个生物柴油精炼设备，其与所述光生物反应器容器连通。所述二相光生物反应器系统，进一步包括位于该光生物反应器容器中的营养物流入口。所述二相光生物反应器系统，其中所述营养物流入口被连接至所述第一隔间，以允许营养物受控地流入所述第一隔间。所述二相光生物反应器系统，进一步包括被连接至所述第二隔间的第二营养物流入口，以允许营养物受控地流入所述第二隔间。所述二相光生物反应器系统，其中所述营养物包括含氮和磷的化合物。所述二相光生物反应器系统，其中所述第一隔间具有藻类培养，并且用于藻类细胞繁殖；以及所述第二隔间具有藻类细胞培养，并且用于脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中所述连接装置便于已繁殖的藻类细胞从所述第一隔间移动至所述第二隔间。所述二相光生物反应器系统，其中所述第二隔间经由第二连接装置与所述生物柴油精炼设备连通。所述二相光生物反应器系统，其中所述生物柴油精炼设备利用包含在来自所述第二隔间的藻类细胞中的脂类来生产生物柴油。所述二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或所有下列各项来优化所述第一隔间中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。所述二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第一隔间进入所述第二隔间中的氮和磷来促进所述第二隔间中的脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过给所述第二隔间提供高水平的辐照和/或高水平的二氧化碳来进一步促进所述第二隔间中的脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第二营养物入口进入所述第二隔间的氮和磷来促进所述第二隔间中的脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来最小化所述第二隔间中的藻类细胞繁殖设定点温度；饱和辐照水平、氮和磷供应、 二氧化碳供应、盐度和PH。所述二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器是管状的。所述二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器包括抗UV塑料材料，优选地是透明PVC或聚碳酸酯材料，具有优选的小于4. Omm的管壁厚度。所述二相光生物反应器系统，进一步包括经由第三连接装置被连接至所述生物柴油精炼设备的厌氧流化颗粒床反应器(anaerobic fluidized granular bed reactor)，所述第三连接装置便于藻类生物质和/或丙三醇从所述柴油精炼设备移动至所述厌氧流化颗粒床反应器，其中所述藻类生物质至少部分地被厌氧细菌聚生体发酵，引起至少氢的产生。所述二相光生物反应器系统，进一步包括气体采集装置，以采集在所述厌氧流化颗粒床反应器内部的藻类细胞的暗厌氧发酵期间所产生的所述至少氢气。所述二相光生物反应器系统，进一步包括发电装置，所述发电装置利用氢气来发 H1^ ο所述二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器通过废弃藻类生物质的厌氧暗发酵来进一步产生甲烷、乙醇、乙酸盐、丙三醇和挥发性脂肪酸中的至少一种。所述二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器进一步包括第四连接装置，以便于乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸移动至存储箱。所述二相光生物反应器系统，其中所述存储箱与所述光生物反应器容器连通，优选地与所述第一隔间连通，从而为所述藻类细胞提供乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期间支持好氧异养藻类繁殖和脂类聚集。所述二相光生物反应器系统，其中每一所述光生物反应器容器都包括一个冷凝
ο所述二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器包括一个气体源系统， 所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供一个气体源，所述热交换器协助调整所述光生物反应器容器内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的鼓泡。所述二相光生物反应器系统，其中所述第一隔间和所述第二隔间中的每一个都包括一个气体源系统，所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供了一个气体源，所述热交换器协助调整所述第一隔间和所述第二隔间内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的鼓泡。所述二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一隔间和所述第二隔间的所述气体源是富集二氧化碳的空气。所述二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一隔间和所述第二隔间的所述气体源是二氧化碳。所述二相光生物反应器系统，其中所产生的氢气和甲烷可被用于电力生产。根据本发明的第二方面，提供了一种用于生产至少生物柴油的二相光生物反应器系统，所述二相光生物反应器系统包括第一光生物反应器容器和第二光生物反应器容器，所述第一光生物反应器容器具有藻类培养，且用于藻类细胞繁殖，所述第二光生物反应器容器具有藻类细胞培养，且用于藻类生产；—个第一连接装置，其使所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器彼此连通地连接，便于已繁殖的藻类细胞从所述第一光生物反应器容器移动至所述第二光生物反应器容器；
一个生物柴油精炼设备，用于从包含在藻类细胞的脂类中生产生物柴油；以及—个第二连接装置，其将所述第二光生物反应器容器连接至所述生物柴油精炼设备，便于藻类细胞从所述第二光生物反应器移动至所述生物柴油精炼设备。所述二相光生物反应器系统，进一步包括位于所述第一光生物反应器容器中的营养物流入口，以允许营养物受控地流进所述第一光生物反应器容器。所述二相光生物反应器系统，进一步包括位于所述第二光生物反应器容器中的第二营养物流入口，以允许营养物受控地流进所述第二光生物反应器容器。所述二相光生物反应器系统，其中所述营养物包括包含氮和磷的化合物。所述二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来优化所述第一光生物反应器容器中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。所述二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第一光生物反应器容器进入所述第二光生物反应器容器中的氮和磷来促进所述第二光生物反应器容器中的脂
类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过为所述第二光生物反应器容器提供高水平的辐照和/或高水平的二氧化碳来进一步促进所述第二光生物反应器容器中的脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第二营养物入口进入所述第二光生物反应器容器中的氮和磷来促进所述第二光生物反应器容器中的脂类生产。所述二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来最小化所述第二光生物反应器容器中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、 氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。所述二相光生物反应器容器，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器是管状的。所述二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器包括抗UV塑料材料，优选的是透明PVC或聚碳酸酯材料，具有小于4. Omm的优选管壁厚度。所述二相光生物反应器系统，进一步包括经由第三连接装置被连接至所述生物柴油精炼设备的厌氧流化颗粒床反应器，所述第三连接装置便于藻类生物质和/或丙三醇从所述柴油精炼设备移动至所述厌氧流化颗粒床反应器，其中所述藻类生物质至少部分地被厌氧细菌聚生体发酵，引起至少氢的产生。所述二相光生物反应器系统，进一步包括气体采集装置，以采集在所述厌氧流化颗粒床反应器内部的藻类细胞的暗厌氧发酵期间所产生的所述至少氢气。所述二相光生物反应器系统，进一步包括发电装置，所述发电装置利用氢气来发 H1^ ο所述二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器通过废弃藻类生物质的厌氧暗发酵来进一步产生甲烷、乙醇、乙酸盐、丙三醇和挥发性脂肪酸中的至少一种。所述二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器进一步包括第四连接装置，以便于乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸移动至存储箱。所述二相光生物反应器系统，其中所述存储箱与所述第一光生物反应器容器和/ 或所述第二光生物反应器容器连通，从而为所述藻类细胞提供乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期间支持好氧异养藻类细胞繁殖和脂类聚集。所述二相光生物反应器系统，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器中的每一个都包括一个冷凝器。所述二相光生物反应器系统，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器中的每一个都包括一个气体源系统，所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供一个气体源，所述热交换器协助调整所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器的鼓泡。所述二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器的所述气体源是富集二氧化碳的空气。所述二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器的所述气体源是二氧化碳。所述二相光生物反应器容器，其中所产生的氢和甲烷可被用于所述电力的生产。
下面将仅通过实施例并且参考附图来描述本发明的实施方案，附图示出了根据本发明的二相光生物反应器的一个实施方案的示意性表示。
具体实施例方式二相光生物反应器系统10包括串联连接至彼此的第一管状透明光生物反应器容器12和第二管状透明光生物反应器容器14。第一管状透明光生物反应器容器12可操作地包含藻类培养，并且用于该藻类培养的生长和繁殖。第二管状透明光生物反应器容器14包含用于脂类生产的藻类细胞培养。 以第一排放物溢出管16形式的第一连接装置连接第一和第二管状透明光生物反应器容器 12、14，以便于将已繁殖生长的藻类细胞从第一管状透明光生物反应器容器12转移至第二管状透明光生物反应器容器14。第一和第二管状光生物反应器容器12、14中的每一个都包含一个营养物流入口 18，以允许通过利用流量计(未示出)或变量泵(未示出)使得营养物从营养物罐15受控地流进光生物反应器容器12、14。第一光生物反应器容器12供应有营养培养基，该营养培养基富集促进细胞繁殖和生长速度的浓度水平的氮和磷。因而，藻类细胞繁殖和生长发生在第一光生物反应器容器12中，其中供应至光生物反应器容器12的大多数氮和磷被藻类培养所消耗。因此，仅剩余量的氮和磷经由第一排放物溢出管16被转移至第二光生物反应器14。在第二光生物反应器容器中接收的低浓度的氮和磷提供不充分的支撑来维持藻类细胞分裂，导致与第一光生物反应器容器12中发生的繁殖和生长相比，产生了相对低水平的繁殖和生长。然而，与第一光生物反应器容器12中的藻类脂类生产相比，第二光生物反应器容器14中经历了高速的藻类脂类生产。响应于低的氮和磷浓度，在不受限制的辐照以及从气体源系统20供应的无限制的二氧化碳的情况下，在第二光生物反应器14中发生脂类生产以及相应的脂类聚集，气体源系统20允许选定的气体被引入第一和第二光生物反应器容器12、14中的一个或者二者。气体源系统20包括一个用于气体压缩的气体压缩机22 ；—个用于所述气体的操作温度调节的热交换机M ；以及一个气体鼓泡器26，其便于将气体鼓泡进入且穿过第一和第二光生物反应器容器12、14。在完全消耗完第二光生物反应器容器14中的氮和磷后，藻类叶绿体中的脂类被转换为贮存脂类和油。叶绿体经受了尺寸减小和光合速率下降至细胞维持水平。一旦叶绿体经受了尺寸减小，脂类和油贮存体被保持且未被耗尽。藻类细胞可在数天内以高密度被保持在该状态。相对于相似的辐照负载，第一和第二光生物反应器容器 12、14中的温度可有差别地被经由气体鼓泡器供应至单独的光生物反应器的气流的温度和流速所控制。该气流由空气组成，优选地是富集(X)2的空气。在光合作用饱和辐照水平、不受限制的氮供应和不受限制的磷供应和提高的CO2 供应状态下，促成细胞繁殖的最优速度的第一光生物反应器容器12的设定点温度可被气体源系统20所控制。相似地，在光合作用饱和辐照水平、低的氮浓度和低的磷浓度以及提高的CO2供应状态下，促成最优速度的脂类生产和脂类聚集的第二光生物反应器容器14的设定点温度也可被气体传递系统所控制。除了光合作用饱和辐照水平、升高的温度、升高的(X)2水平、低的氮浓度和低的磷浓度对藻类细胞中的脂类生产和脂类聚集的正面影响，其他因素(例如盐度和PH)还可用于促使藻类细胞中的脂类生产和脂类聚集。因而，在第二光生物反应器容器14中，可同时且单独控制下列处理因素的组合以增强光合作用饱和辐照水平下的藻类脂类生产和脂类聚集=CO2浓度、氮和磷浓度、温度、盐度和PH。相似地，对于第一光生物反应器容器12，下列因素的组合的正面影响可用于进一步促使或积极增大藻类细胞生产的高速率光合作用饱和辐照水平、升高的温度、升高的CO2水平、N和P浓度、藻类细胞生产、对例如盐度和PH的因素的控制。因而，在该第一光生物反应器中，下列处理因素的组合可被同时且独立地控制， 以增强光合作用饱和辐照水平下的藻类细胞生产0)2浓度、N和P浓度、温度、盐度和PH。 经由重力流动通过收集将藻类细胞从连接至第二光生物反应器容器14的第一排放物溢出管16提取进入生物柴油精炼设备25。生物柴油精炼设备25包括水道池(raceway pond) (未示出)，在将藻类细胞处理为生物柴油之前，水道池用作藻类细胞的临时存储设施。所生产的生物柴油可从生物柴油精炼设备经由生物柴油导管27传送至期望位置。单个管状透明光生物反应器容器12、14的设计优选地基于但是不限于下列维度 高度5. Im ；直径0. Im ；生物反应容积40L。管状透明光生物反应器容器12、14由低成本的抗紫外线塑料材料制成，例如管壁厚度小于4. Omm的透明PVC或聚碳酸酯材料。从第一和第二光生物反应器12、14的上端30延伸的是冷凝器32。第二排放物溢出管34形式的第二连接装置将第二光生物反应器容器14连接至生物柴油精炼设备25，以便于藻类细胞从第二光生物反应器14移动至生物柴油精炼设备25。 二相光生物反应器系统10进一步包括经由第三排放物溢出管38形式的第三连接装置38 而连接至生物柴油精炼设备25的厌氧流化颗粒床反应器观，该第三连接装置38便于藻类生物质和/或丙三醇从生物柴油精炼设备25移动至厌氧流化颗粒床反应器观，其中该藻类生物质至少部分地被厌氧细菌聚生体发酵，导致经由废弃藻类生物质的厌氧暗发酵而产生氢、甲烷、乙醇、乙酸盐、丙三醇和挥发性脂肪酸。二相光生物反应器系统10，其中厌氧流化颗粒床反应器28进一步包括第四排放物溢出管40形式的第四连接装置，第四排放物溢出管40便于移动乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸至存储箱42，该存储箱42经由第二连接装置44与第一和/或第二光生物反应器容器12、14相连通，从而为藻类细胞提供乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸形式的碳基底，从而在暗相期间支持好氧异养藻类繁殖和脂类聚集。在本发明的另一实施方案中，各个二相光反应器10 (其中一个二相光反应器10由两个串联连接的光生物反应器容器构成)可被组装进一个系统，该系统每100米由500个单个单元组成，对应于每公顷100000个单元的各个二相光生物反应器密度。在该又一实施方案中，约0. 5m的空间分隔每一行光反应器。通过用高反射材料覆盖位于该光反应器下方的表面，促进了经由二相光生物反应器10阵列内的反射来再分配太阳辐照再分配，以及促进由二相光生物反应器10再捕获光子。每公顷100000个单元的优选密度对应于每公顷8000m3的总的光生物反应器容积，每公顷4000m3的藻类细胞生产以及每公顷4000m3的脂类生产和聚集。在提取脂类之后，经处理的藻类生物质连同丙三醇被用作用于厌氧流化颗粒床生物反应器观的用于生物氢、甲烷、乙醇和挥发性脂肪酸(VFA)生产的原料，乙酸盐是主要的VFA。生物氢和乙醇被用作发电的燃料，并且被连接至发电装置(未示出)。由厌氧生物反应器所产生的VFA被用作基底，以在暗期间支持生物反应器单元中的藻类生长和脂类生产，从而允许不间断的M小时循环的藻类细胞生长和脂类生产。厌氧生物反应器的适当操作模式便于将所有CO2转换为乙酸盐。因而由二相光生物反应器10和厌氧流化颗粒床生物反应器共同组成的组合系统一起操作为净CO2汇(sink)。且大多数碳作为藻类生物柴油离开该系统。因而，提供了一种廉价的二相光生物反应器系统。
权利要求
1.一种用于生产至少生物柴油的二相光生物反应器系统，该二相光生物反应器系统包括一个光生物反应器容器，其被划分为第一隔间和第二隔间；一个连接装置，其连接在所述第一隔间和所述第二隔间之间，使得所述第一隔间与所述第二隔间流体连通；以及一个用于生产至少生物柴油的生物柴油精炼设备，其与所述光生物反应器容器流体连通。
2.根据权利要求1所述的二相光生物反应器系统，进一步包括位于该光生物反应器容器中的营养物流入口，用作营养物的入口。
3.根据权利要求2所述的二相光生物反应器系统，其中所述营养物流入口被连接至所述第一隔间，以允许营养物受控地流进所述第一隔间。
4.根据权利要求3所述的二相光生物反应器系统，包括被连接至所述第二隔间的第二营养物流入口，以允许营养物受控地流进所述第二隔间。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述营养物包括含氮和磷的化合物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述第一隔间具有藻类培养，并且用于藻类细胞繁殖；以及所述第二隔间具有藻类细胞培养，并且用于脂类生产。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述连接装置便于已繁殖的藻类细胞从所述第一隔间移动至所述第二隔间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述第二隔间经由一个第二连接装置与所述生物柴油精炼设备连通。
9.根据权利要求8所述的二相光生物反应器系统，其中所述生物柴油精炼设备利用包含在来自所述第二隔间的藻类细胞中的脂类来生产生物柴油。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来优化所述第一隔间中的藻类细胞繁殖设定点温度、 饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过选择性控制从所述第一隔间进入所述第二隔间中的氮和磷来促进所述第二隔间中的脂类生产。
12.根据权利要求11所述的二相光生物反应器系统，其中通过向所述第二隔间提供高水平的辐照和/或高水平的二氧化碳来进一步促进所述第二隔间中的脂类生产。
13.根据权利要求11或13所述的二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第二营养物入口进入所述第二隔间中的氮和磷来促进所述第二隔间中的脂类生产。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来最小化所述第二隔间中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。
15.根据前述权利要求中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器是管状的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器包括抗UV塑料材料。
17.根据权利要求16所述的二相光生物反应器系统，其中所述抗UV塑料是透明PVC或聚碳酸酯材料。
18.根据权利要求17所述的二相光生物反应器系统，其中所述透明PVC或聚碳酸酯材料具有小于4. Omm的管壁厚度。
19.根据前述权利要求中任一项所述的二相光生物反应器系统，进一步包括一个厌氧流化颗粒床反应器，其经由一个第三连接装置连接至所述生物柴油精炼设备，所述第三连接装置便于藻类生物质和/或丙三醇从所述柴油精炼设备移动至所述厌氧流化颗粒床反应器，其中所述藻类生物质至少部分地被厌氧细菌聚生体发酵，引起至少氢的产生。
20.根据权利要求19所述的二相光生物反应器系统，进一步包括气体采集装置，以采集在所述厌氧流化颗粒床反应器内部的藻类细胞的暗厌氧发酵期间所产生的所述至少氢气。
21.根据权利要求20所述的二相光生物反应器系统，进一步包括发电装置，所述发电装置利用氢气来发电。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器通过废弃藻类生物质的厌氧暗发酵来进一步产生甲烷、乙醇、乙酸盐、丙三醇和挥发性脂肪酸中的至少一种。
23.根据权利要求19-22中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器进一步包括一个第四连接装置，以便于乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸移动至存储箱。
24.根据权利要求23所述的二相光生物反应器系统，其中所述存储箱与所述第一隔间连通，从而为所述藻类细胞提供乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期间支持好氧异养藻类繁殖和脂类聚集。
25.根据前述权利要求中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中每一所述光生物反应器容器都包括一个冷凝器。
26.根据前述权利要求中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器包括一个气体源系统，所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供一个气体源，所述热交换器协助调整所述光生物反应器容器内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的鼓泡。
27.根据权利要求沈所述的二相光生物反应器系统，其中所述第一隔间和所述第二隔间中的每一个都包括一个气体源系统，所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供了一个气体源，所述热交换器协助调整所述第一隔间和所述第二隔间内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的鼓泡。
28.根据权利要求27所述的二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一隔间和所述第二隔间的所述气体源是富集二氧化碳的空气。
29.根据权利要求观所述的二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一隔间和所述第二隔间的所述气体源是二氧化碳。
30.根据权利要求19-29中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所产生的至少氢气可被用于电力生产。
31.一种用于生产至少生物柴油的二相光生物反应器系统，所述二相光生物反应器系统包括第一光生物反应器容器和第二光生物反应器容器，所述第一光生物反应器容器具有藻类培养，且用于藻类细胞繁殖，所述第二光生物反应器容器具有藻类细胞培养，且用于脂类生产；一个第一连接装置，其使所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器彼此连通地连接，便于已繁殖的藻类细胞从所述第一光生物反应器容器移动至所述第二光生物反应器容器；一个用于从包含在藻类细胞的脂类中生产生物柴油的生物柴油精炼设备；以及一个第二连接装置，其将所述第二光生物反应器容器连接至所述生物柴油精炼设备， 便于藻类细胞从所述第二光生物反应器移动至所述生物柴油精炼设备。
32.根据权利要求31所述的二相光生物反应器系统，进一步包括位于所述第一光生物反应器容器中的营养物流入口，以允许营养物受控地流进所述第一光生物反应器容器。
33.根据权利要求32所述的二相光生物反应器系统，其中第二营养物入口位于所述第二光生物反应器容器中，以允许营养物受控地流进所述第二光生物反应器容器。
34.根据权利要求32或33中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述营养物包括包含氮和磷的化合物。
35.根据权利要求32-34中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来优化所述第一光生物反应器容器中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。
36.根据权利要求32-35中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第一光生物反应器容器进入所述第二光生物反应器容器中的氮和磷来促进所述第二光生物反应器容器中的脂类生产。
37.根据权利要求32-36中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过为所述第二光生物反应器容器提供高水平的辐照和/或高水平的二氧化碳来进一步促进所述第二光生物反应器容器中的脂类生产。
38.根据权利要求32-34中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过选择性地控制从所述第二营养物入口进入所述第二光生物反应器容器中的氮和磷来促进所述第二光生物反应器容器中的脂类生产。
39.根据权利要求32-38中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中通过独立地控制下列各项的组合或者所有下列各项来最小化所述第二光生物反应器容器中的藻类细胞繁殖设定点温度、饱和辐照水平、氮和磷供应、二氧化碳供应、盐度和PH。
40.根据权利要求31-39中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器是管状的。
41.根据权利要求31-40中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述光生物反应器容器包括抗UV塑料材料。
42.根据权利要求41所述的二相光生物反应器系统，其中所述抗UV材料是透明PVC或聚碳酸酯材料。
43.根据权利要求42所述的二相光生物反应器系统，其中所述透明PVC或聚碳酸酯材料具有小于4. Omm的管壁厚度。
44.根据权利要求31-43中任一项所述的二相光生物反应器系统，进一步包括一个厌氧流化颗粒床反应器，其经由一个第三连接装置被连接至所述生物柴油精炼设备，所述第三连接装置便于藻类生物质和/或丙三醇从所述柴油精炼设备移动至所述厌氧流化颗粒床反应器，其中所述藻类生物质至少部分地被厌氧细菌聚生体发酵，引起至少氢的产生。
45.根据权利要求44所述的二相光生物反应器系统，进一步包括气体采集装置，以采集在所述厌氧流化颗粒床反应器内部的藻类细胞的暗厌氧发酵期间所产生的所述至少氢气。
46.根据权利要求45所述的二相光生物反应器系统，进一步包括发电装置，所述发电装置利用氢气来发电。
47.根据权利要求44-46中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器通过废弃藻类生物质的厌氧暗发酵来进一步产生甲烷、乙醇、乙酸盐、丙三醇和挥发性脂肪酸中的至少一种。
48.根据权利要求44-47中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述厌氧流化颗粒床反应器进一步包括一个第四连接装置，以便于乙酸盐、丙三醇和/或挥发性脂肪酸移动至存储箱。
49.根据权利要求48所述的二相光生物反应器系统，其中所述存储箱与所述第一光生物反应器容器和/或所述第二光生物反应器容器连通，从而为所述藻类细胞提供乙酸盐、 丙三醇和/或挥发性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期间支持好氧异养藻类繁殖和脂类聚集。
50.根据权利要求31-49中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器中的每一个都包括一个冷凝器。
51.根据权利要求31-50中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器中的每一个都包括一个气体源系统，所述气体源系统具有一个气体压缩机、一个热交换器和多个气体鼓泡器，其中所述气体压缩机提供一个气体源，所述热交换器协助调整所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器内部的温度，以及所述气体鼓泡器用作气体入口装置，以便于所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的鼓泡。
52.根据权利要求51所述的二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一光生物反应器容器和所述第二光生物反应器容器的所述气体源是富集二氧化碳的空气。
53.根据权利要求52所述的二相光生物反应器系统，其中从所述气体压缩机提供至所述第一光生物反应器和所述第二光生物反应器的所述气体源是二氧化碳。
54.根据权利要求44-53中任一项所述的二相光生物反应器系统，其中所产生的至少氢可被用于电力生产。
55.基本如本说明书描述以及参考图1示出的二相光生物反应器系统。
全文摘要
本发明涉及用于生产至少生物柴油和/或氢和/或甲烷的光生物反应器系统，尤其涉及一种二相光生物反应器系统。
文档编号C12M1/00GK102575209SQ201080032717
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月23日
发明者V·M·格雷 申请人:约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学