培养光养生物的光生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于光养生物(特别是藻类)培养的光生物反应器，光生物反应器内的一种支承构件的布置，以及一种配备有该光生物反应器的生物沼气装置。根据本发明专利技术，提供了一种用于培养悬浮液(特别是藻类基质)流过的透明管道系统。在这种情况下，透明管道系统以层级方式配置，以能够在多个层级上实现特别高效的培养。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】培养光养生物的光生物反应器本专利技术涉及一种如权利要求1序言所述的光生物反应器，一种如综合权利要求所述的光生物反应器内的一种支承构件的布置，以及一种配备有该光生物反应器的生物沼气 目.0由于其丰富的高品质生物质属性，光养生物(例如藻类)可以被方便用于生物沼气生产。在该过程中，可以在特殊的光生物反应器内培养光养生物，然后在尽可能最佳的条件下在发酵罐(也被称为生物反应器)内将其发酵为生物沼气。对于光养生物的培养，通常具有开放式和封闭式生产系统。在开放式生产系统中，例如开放式水池，光养生物在户外培养，并且光养生物生长所需要的光基本上由可用日光提供。在这种情况下，生物培养过程中存在污染危险，特别是环境影响所带来的危险，例如风和外来物质，这主要由开放式布置所造成。最后，外来物质也可能会引起培养的生物突变为未知的或有害的藻类等，并因此会污染装置的其他部件。例如对于藻类，该生产系统的目标温度调节是生物培养的一个重要因素，其适宜范围介于16-22?之间，但这通常难以实现。DE 4134813 Al文件介绍了封闭式生产系统，该系统同时将日光以及人造光用于光养微生物的培养。该装置包括弯曲状通道，用于培养基流过。在一个实施例中，该通道布置在平行平面板之间并悬吊在一个框架上，同时可以转动，以改进光线入射。此外，光生物反应器与生物沼气装置之间的联接是已知的(DE 102010001907Al)，其中提供了一个光生物反应器，其结构管道以弯曲状布置。结构管道的布置具有一个倾斜角度，并且结构管道具有特殊的表面形状，以防止生物膜的形成。在封闭式生产系统中，该复杂的结构存在着问题，并很难以一种经济的方式实现工业规模的光养生物的培养。在引言中提到的光生物反应器类型在设计上主要用于有限的生产量。对于工业规模的光生物反应器或生物沼气装置，有必要以一种便于维护的方式进行设计，以提高该系统的可用性并确保最佳操作。此外，植物或动物残余物和有机废物被越来越多地用作光养生物的培养以及生物沼气生产的基质。大量生物沼气被生产，尤其在人口密集的新建居民区，但是，在城市规划中，通常无法考虑大规模的光生物反应器或生物沼气装置。一般情况下，光生物反应器或生物沼气装置在偏远地区使用。反过来，基质材料的必要运输影响了光生物反应器或生物沼气装置的成本效益。除非下文另有说明，上述的特征可以以任何方式与下文描述的本专利技术的标的物组合，即可单独使用，也可任意组合。本专利技术的一个目的是进一步开发一种光生物反应器或生物沼气装置。本专利技术的该目的通过具有权利要求1的特征的光生物反应器，以及具有所述协调权利要求的特征的制品来实现。有利的实施例在从属权利要求中显而易见。因此，根据该提案，提供了一种用于培养悬浮液流过的透明管道系统，优选地，用于光养生物生长的所述管道的朝向采用大致水平的方式。本专利技术意义上的培养悬浮液包括用于光养生物培养的营养液。在藻类培养的情况下，培养悬浮液主要构成了藻类基质。此夕卜，该透明管道系统以水平层级方式布置，尤其是至少两个水平层级，优选地采用四个以上的水平层级。因此，该管道系统的水平层级布置对应于数个层级的管道的大致水平情况。优选地，处于一个水平层级的管道或管段的间距要显著小于水平层级之间的间距。因此，这样可保证水平层级结构的管道或管段的空间节省。该透明管道系统的水平层级结构能够实现表面面积的有效利用。这样，可以减少对光生物反应器或配备该光生物反应器的生物沼气装置的表面面积的要求。同时，由于管道的水平层级布置，这能够以一种高效的方式提供较大的管道容量，以便培养悬浮液(例如藻类基质)流过，并将其充分暴露于光线，实现最佳的光合作用。这可以避免培养悬浮液(例如微型藻类基质)流经的管道系统的不利遮阴情况，而这一问题是常见的。因此，这可以提高整个光生物反应器或生物沼气装置的效率。为了使透明管道系统避免受到天气影响并达到保温效果，在一个实施例中提供了外壳，该外壳的一些部位具有透光性。外壳的上部，特别是顶部，优选地应以一种透光方式布置，以确保尽可能合适的日光入射。在一个优选的实施例中，顶部构造应允许可变的透光率。优选地，在顶部提供一种用于气体流过的遮盖物外形的双层壁结构物。该双层壁遮盖物优选地被配置成膜结构，例如由塑料(聚乙烯或石墨烯等)构成，特别应具有极佳的透光性。优选地，将石墨烯作为一个层，在配置上尤其应采用通过施加电压可改变光透射率的方式，例如通过一种液体中的金属微粒(细金属肩等)的磁化。相应地，可磁化的液体可流过该双层壁结构。优选地，光透射率是可调节的，使得能够实现50%至低于3%的反射率。优选地，在作为遮盖物的该膜的布置实现方式上，该膜可以通过光生物反应器内的过压被充气，并因此可形成稳定的顶部。因此，通过密封连接件，例如卡环，双层壁遮盖物在外壳和光生物反应器壁面上可以密封。气体可以流过该双层壁遮盖物，以便实现顶部的可变透光率。优选地，可以在双层壁遮盖物内导流的气体可选自甲烷、丙烷、丁烷或乙烷。该气体在流经方式上，应能够根据外部环境条件，有目标地调节顶部的透光率以及管道系统内部的采光。在夏季，或者光线入射较强的情况下，可减小透光率，特别是有害紫外线，以便使光线入射适合光养生物的最佳生长。原则上，也可以提供由玻璃或塑料等材质的板材所制成的双层壁遮盖物。在一个优选的实施例中，顶部包括一个顶部结构，优选地采用框架结构形式。如果必要，双层壁遮盖物可以布置在该顶部结构上方。此外，该顶部结构优选地应具有用于升降以水平层级方式布置的管道系统的装置。在这种情况下，该水平层级结构可包括(稍后将会进行说明)用于管道系统的管道保持机构。在结构上应特别有利于在顶部结构上提供钢缆绞盘，以便能够通过钢缆对层级结构或保持机构进行灵活的高度调节，进而调节单个管道或管段的高度。特别是，在该情况下，顶部结构被同时配置为桥式结构，以便能够通过辊子水平移动钢索绞盘。因此，管道系统的层级之间的间距能够以一种可变的方式改变，从而使光生物反应器内的管道系统的紧凑布置成为可能，以便进行灵活调节，尤其对于管道系统的维护情况。在另一个实施例中，在顶部结构上提供了滑架、升降架或类似装置，特别是桥式顶部结构，然后也可以通过辊子进行移动，以确保方便和安全的维护。培养悬浮液(特别是藻类基质)流经该透明管道系统的长度优选地至少达到数公里，更优选地至少到达10公里。为了提供一种循环过程，在一个实施例中，该透明管道系统以一种基本上封闭的方式布置。因此，培养悬浮液(例如藻类基质)可以在管道系统中连续循环。在该系统中，光养生物的培养可以在数天内发生。对于该目的，培养悬浮液特别以一种相应的慢速流经该管道系统。优选地，该速度可以根据光养生物的期望生长速度进行调节和控制。该管道系统的管道优选地以一种管状方式配置，以实现最佳的流通性。管道的直径优选地至少为70mm，更优选地不超过150mm。优选地，管道材料采用塑料或玻璃。更优选地，采用轻质塑料，特别是带有石墨烯涂层。培养悬浮液，特别是藻类基质，优选地包括大型藻类和微藻类。大型藻类(例如绒扇藻属)具有特殊的自清洁性，可降低维修成本并且生长效率高，因此是首选藻类。额外的微藻类(例如螺旋藻)有助于增加藻类基质的能量产生。特别是，它们随后仅会以受控数量增长，因为管道内的日光透射会以其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光养生物(特别是藻类)培养的光生物反应器，包括一个用于培养悬浮液(特别是藻类基质)流过的透明管道系统，其特征在于：该透明管道系统以层级方式配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·杨·莫德曼，
申请(专利权)人：康姆顿合伙制公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE