[发明专利]V-型槽光生物反应器系统及其使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2011年5月31日的美国专利申请No.13/149,463和提交于2011年9月30日的美国专利申请No.13/249,426的权益，这两篇专利的完整内容全文据此以引用方式并入本文。

发明领域

本文公开了用于高产量水产养殖或藻类或其它生物在水生环境中生长的水产养殖的光生物反应器系统，该系统的特征方面在于通过实现高效混合速率、对生长培养基的内容物，包括碳源、氮源和生长所需必需痕量元素的控制来促进生长速率的提高。

背景

由于藻类在解决多个关键性全球问题，例如生产可再生燃料和动物饲料、通过二氧化碳整治减少全球气候变化、废水处理和可持续发展中的优势，其重要性在近年来显著提高。藻类养殖也用于生产食物、饲料、保健营养品、化学制品、生物燃料、药品以及可从藻类提取的其它产品。

藻类作为生物燃料原料的优越性来自多个因素，例如在与典型陆地油料作物、非食物类饲料资源进行比较时的每英亩高产量，及其在其它非生产性、非耕种土地上的栽培的能力。

已筛选出数千个藻类物种，并且研究了其过去几十年世界范围内的脂质生产，其中识别了约300个富含脂质的物种。在与其它同时期石油来源例如含油种子、谷物和坚果进行比较时，由藻类生产的脂质的组成类似。

由于美国已消耗超过80%的其已探明的石油储备，目前超过60%的石油需要进口。预计在20年内，美国进口的石油将在80-90%的范围内。大部分其进口的石油由世界的政治动荡地区的国家供应，该事实对美国的稳定石油供应构成不断威胁。虽然美国可以继续增加进口外国石油，但全球石油供应不是无限的，而且进口会继续增加美国的贸易逆差，增加经济负担。

产脂藻类的商业化培育为日益严重的石油短缺问题和进口成本增加提供了解决方案。藻类油可用于代替石油类产品。藻类可用于生产具有各种脂质特征的油，用于多种应用，包括但不限于柴油、汽油、煤油和喷气燃料的生产。

藻类养殖通常使用光生物反应器(PBR)，例如平板PBR和管状PBR，它们的体积很小，以提高藻类所利用的光量。这些装置具有高产量，但不足以弥补体积损失。其它PBR系统，例如池塘、输水管或槽用于提供较大规模的生产，但这些系统因低产量而蒙受损害。当前的PBR系统通常设计为平底的，固体沉降于其上，并且随时间推移可能会导致细菌和真菌的生长。此类不期望的生长可能减少藻类的产量和生长。另外，池塘是具有最小混合的大系统（半英亩、英亩或公顷大小）。在这些系统中的混合通常通过桨轮或空气管线的方式实现，它们对于藻类生长不是最佳的，并且在系统内不会形成系统的混合模式，以防止固体沉降。此类系统的最佳混合需要大量能源，减小了总体成本效率。池塘或输水管系统还需要维护，例如排水、收集和清洁，以保持藻类生长的最佳产量水平。这会导致系统停产，清洁劳动以及大量水来重新填充这些系统。

本公开提供了设计为在大体积下使产量最佳化，以提供每英亩高产率的V-型PBR系统。这些系统以高产量和具有成本效益的方式生产大量藻类。

发明简述

在一个方面，公开了光生物反应器，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括：两个基座壁，该基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：倾斜部分和大致垂直部分，近端和远端，以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定；并且所述光生物反应器系统还包括：至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的气体递送系统，以及至少一个设置于腔体内并且平行于所述轴延伸的二氧化碳递送系统。

在另一个方面，公开了光生物反应器，其包括波形基座限定的腔体，所述波形基座限定多个渐缩内部尺寸，形成至少两个平行的大致V-型结构，所述波形基座包括：第一大致垂直部分；第一倾斜部分；第二倾斜部分；第三倾斜部分；第四倾斜部分；第二大致垂直部分；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合；其中第一倾斜部分和第二倾斜部分限定第一大致V-型结构，所述第一大致V-型结构限定第一深度；其中第三倾斜部分和第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中第三倾斜部分和第四倾斜部分限定第二大致V-型结构，所述第二大致V-型结构限定第二深度；所述波形基座还包括近端和远端；以及沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；所述腔体还被邻近于近端的近端侧壁以及邻近于远端的远端侧壁限定。