[发明专利]使用大型藻类的生物反应器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2014年11月7日提出的美国申请No. 62/077,040的优先权，该美国申请以引用的方式整体并入本文中。

发明领域

本发明提供了用于对目标过剩养分进行生物吸收，以便维持水族缸或水产养殖系统中的养分平衡的装置和方法，这种维持有助于存在于其中的一种或多种生物体的生长和/或健康。确切地说，本发明提供了一种供大型藻类生长用的生物反应器和使用所述生物反应器来维持水族缸或水产养殖系统中生物体的最佳养分水平的方法。

发明背景

热带、亚热带和温带水族缸的维持需要包括氮(N)、磷(P)、钾(K)和碳(C)在内的大量养分达成微妙的平衡。养分的过剩会引起不利的pH值波动、公害生物过度生长以及妨碍水族缸中生物体的健康和/或生长。举例来说，磷酸盐抑制珊瑚沉积新的骨骼生长的能力。本发明的装置和方法用于提供水族缸或水产养殖系统中养分的平衡。

本发明的装置在若干关键方面不同于藻缸(refugium)。藻缸是连接到主水族缸的外部缸并用作没有被例如主缸中的鱼捕食的植物和/或动物生长的独立场所。藻缸可以用于支撑大型藻类的生长，力图控制主缸中的养分水平。然而，并未将藻缸视为一种有效控制养分水平或昼夜pH值变动的方式。由于水流和光照效率低，所以藻缸并不能充分地控制如磷酸盐等过剩养分和/或预防每日pH值变动。此外，藻缸通向大气，使得碳从空气直接并入，这会引起会使水变黄的溶解有机碳化合物(例如多糖)的合成。

Walter H. Adey (美国专利No. 4,966,096和5,097,795)描述了一种“水净化系统”，该系统含有提供藻类生长表面的筛网，该藻类生长表面被放入可移动的基本上平坦、水平安置的托盘状容器中。由Adey所描述的设备在露天系统中利用微藻类，所述露天系统合并有用于将藻类草皮暴露于模拟的潮汐和波浪的机构。这些装置合并有用于模拟拍岸浪的复杂机构。举例来说，在由Adey描述的一个实施方案中，上面附着藻类草皮的托盘累积来自水族缸的水，直到水的重量引起托盘倾斜，将水倾倒并允许托盘返回到其原始水平位置。

Kyle R.Jensen (美国专利No. 5,527,456；5,573,669和5,846,423)描述了一种净化水的方法，所述方法包括在底部具有筛网或类似衬底作为微藻类生长表面的平坦水道。如Adey一般，Jensen利用一种露天系统，其中水在藻类草皮的表面上周期性涌动。

本发明提供了优于现有技术的若干优点。本发明提供了最佳曝光而有助于大型藻类生长，此用作本发明的一部分。本发明还使维护变得容易并能够经由通过大型藻类进行生物吸收和补充养分来控制主缸中一种或多种养分的水平。在一个实施方案中，本发明的生物反应器提供了一种不直接暴露于大气的闭路系统，从而将所含大型藻类限于来自主缸的碳。另外，本发明避免了由Jensen和Adey所描述的复杂机构。

发明概要

本发明提供一种用于对水族缸或水产养殖系统中的目标养分进行生物吸收的生物反应器，所述生物反应器包含灯组合件，所述灯组合件安装在电枢组合件中，所述电枢组合件包含可透光的管和供大型藻类生长用的支撑结构，其中所述电枢组合件安装在外部腔室组合件内，且其中所述可透光的管和所述外部腔室界定大型藻类的生长腔室。在一个实施方案中，灯组合件可移除地安装在电枢组合件中。在一个实施方案中，当使用生物反应器时，生长腔室基本上相对于周围的大气被密封。

在一个实施方案中，灯组合件包含光源和冷却系统。在一个实施方案中，光源相对于生长腔室具有同轴取向。在一个实施方案中，灯组合件包含选自由LED、荧光、发光阴极(LEC)和侧面发射的光纤组成的组的光源。在一个实施方案中，光源包含多个LED灯，例如一个或多个LED阵列。在一个实施方案中，光源包含一个或多个LED柔性阵列。在一个实施方案中，多个LED灯包含两种或更多种LED，每种类型LED发射不同波长的光。举例来说，在一个实施方案中，多个LED灯包含主要发射约450 nm波长光的LED和发射约650 nm波长光的LED。