[发明专利]特别用于光合异养微生物的生长和培养的光生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及光生物反应器，光生物反应器特别是用于光合异养微生物如微藻或蓝细菌的生长和培育。

背景技术

微藻和蓝细菌是这样的水生生物：其尺寸大小从一微米到百来微米变化和其使用光作为能量源来固定二氧化碳(CO₂)。如同陆生植物，微藻和蓝细菌能以脂质的形式蓄积所吸收的碳，这允许设想对之进行使用来产生生物燃料。由于微藻和蓝细菌所具有的光合效率和细胞生长率非常高(是陆生油料作物如油菜、葵花等的一到数十倍)和由于直接可使用的生物量部分最大(相反地，陆生植物将一部分吸收的碳引向更难甚至无法再利用的木质纤维素分子)，这类使用更加是大有希望的。

为使可使用脂质(基本是甘油三酯)的生成最大化，合适的是：使微藻和蓝细菌经受使生长和油质生成交替的周期。在较低的平均光照强度下，通过给微藻供给二氧化碳和氮获得生长；油质生成通过由缺氮和/或光照强度的突然增强所产生的应激压力来激发。当条件优化时，微藻和蓝细菌可蓄积的脂质量直达到其净重的80％。

现今存在生产微藻和蓝细菌的两种方式：在“赛场”类型的池塘中露天培育，和在称为光生物反应器的透明封闭壳体中进行培育。开放式培育所提供的效率较小，要求大量供水以对蒸发进行补偿和对污染敏感。借助于对获取营养资源、光线照射和使CO₂从气态向液态转化的条件的更大掌控，光生物反应器可通过高生产率来补偿高成本。

存在两大类光生物反应器：平板光生物反应器和管道光生物反应器。

平板光生物反应器基本由平行的两透明板组成，一培养基薄层在这两板之间按照挡板路径流动。由于其所遇到的泄露、其污垢癖性(源于挡板)和为考虑工业和商业运营而需要实施的大量单元的问题，现今平板光生物反应器遭到舍弃。

管道光生物反应器包括一个或多个具有不同的长度和直径(或宽度)的透明管道。可区分以下类型：

-柱式光生物反应器，其由直径通常在30cm到60cm之间变化的垂直竖立的宽柱体形成；

-平面式光生物反应器，其包括多个通常直径较小(不足15cm)的刚性管道，这些管道并排布置和以蛇形的方式相连接，这些管道全部在同一水平、倾斜或竖直的平面中延伸；

-三角式光生物反应器，其包括并排布置的多个三角形管道，光生物反应器因此呈具有三角形底的棱柱形式；

-螺旋式光生物反应器，其借助单一管道构成，该单一管道具有大长度，围绕一竖直结构呈螺旋形卷绕；

-其管道在一双壁挤压刚性板中形成的光生物反应器。

光线对微生物的照射取决于光生物反应器的几何形状。管道光生物反应器允许在尺寸大小和容积方面具有大灵活性，和可容易地根据所培育的微藻或蓝细菌，配有多种类型的搅动和循环装置。

但是，已知的管道光生物反应器具有占地尺寸大的弊端，这限制了所获得的每单位面积(hectare)效率。

发明内容

本发明旨在通过提出一种具有创新型几何形状的管道光生物反应器来消除该弊端，对于与由已知的相同培育容积的光生物反应器所提供的效率等同或比其高的效率，其占地尺寸被减小。

为此，本发明提出一种光生物反应器，这种光生物反应器包括多个反应管道，其特征在于，所述光生物反应器包括至少一反射器，所述至少一反射器布置在光生物反应器的一侧；并且，管道按多个层布置，所述多个层沿在反射器中心区域中所取的反射器法线方向相接续，每层均包括多个管道。

优选地，管道布置在光生物反应器中，以使沿法线方向每个管道不会被另一管道完全遮蔽。

根据本发明的光生物反应器用于安装在外部，以使得反射器在管道下方延伸和将太阳光线向管道反射。优选地，光生物反应器被安装以使得：前面所确定的法线方向与天顶方向基本重合。因此，本发明在于反射器的使用和管道层的竖直叠置的结合。根据本发明的光生物反应器具有的体积尺寸相对于已知的(三角式或平面式)管道光生物反应器减小。

优选地，根据本发明的光生物反应器的所有管道相互串联连接。作为变型，所有管道并联连接。作为变型，光生物反应器包括多组管道，同一组的管道串联连接，而管道组并联连接。

有利地，根据本发明的光生物反应器的所有管道是直线形的和沿正交于反射器法线方向的相同方向延伸。当光生物反应器被安装以使得反射器法线方向基本与天顶方向重合时，管道因而水平地延伸。