二相藻類培養系統的製作方法
2023-05-12 21:40:06
專利名稱：二相藻類培養系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物反應器方法，具體地涉及用於由生物質生產生物柴油和/或氫和 /或甲烷的光生物反應器方法，更具體地涉及用於由藻類生產生物柴油和/或氫和/或甲烷的二相光生物反應器方法。
背景技術：
隨著化石燃料和石油的價格上升，由生物質生產生物柴油和/或氫氣和/或甲烷以及其他發酵產品日益成為替代燃料產品的一個有吸引力的選擇。隨著化石燃料被損耗， 替代能源將變成工業和學術界的一個關鍵研究領域。具體而言，氫被認為是一種乾淨和可再循環的能量載體，以及在關注氫氣的充分、 有效、有利且「綠色」生產的研究主動性中存在顯著趨勢。應相信，作為一種替代能量載體的氫氣確實是在未來可考慮和開發的更有希望的替代物中的一種。在氫氣的生產中使用生物質提供一種用於氫生產的「綠色」解決方案，希望該解決方案會被優化和研發，以提供一種用於提供經濟和有效益的氫氣供應的方式。此外，從有機廢料以及其他可再生資源生產氫被認為優選於從糧食作物生產氫，這是因為儘管糧食作物(例如玉米和小麥)的氫產量相對高，但是通過在生物氫生產反應器中使用糧食作物存在加劇全球糧食儲備的風險。類似地，在現代社會中所需要的能量生產中，生物柴油快速成為傳統化石燃料的一種可行的替代物。生物柴油本身通常指的是由生物材料(包括長鏈烷基酯)製成的柴油燃料。在包括汽車工業或運輸工業的應用中尤其考慮生物柴油的使用。在生物柴油和/或氫和/或甲烷和/或其他燃料的生產中所採用的生物反應器可被特別設計為用於待在該系統中所使用的生物質類型。採用藻類生物質的生物反應器通常是光生物反應器形式。光生物反應器具有提供能量給反應器系統的光源，藻類或其他光養生物被培養和供養在該反應器系統中。通常，從藻類生物質生產生物柴油在開放水道(raceway)式光生物反應器系統中進行。已知這些系統的製造和維護是昂貴的，因為它們要求專用反應器容器、冷卻裝置、混合裝置和氣體控制
直ο已知相比於更常規的開放水道系統，用於藻類生物柴油生產的閉合管狀光生物反應器系統促進藻類生物質生產的更高水平的過程控制和更高的速度。通常這些光生物反應器僅採用好氧光合自養藻類，從而如果設想在非日光時期生產時需要人工照明。因此，需要一種廉價的光生物反應器系統，其中該光生物反應器系統可在不需要人工照明的情況下在整個二相循環中維持生產。發明目的本發明的目的是提供一種用於生產至少生物柴油的光生物反應器系統，具體地提供一種用於生產生物柴油和/或氫和/或甲烷的二相光生物反應器系統，其中利用的生物質是藻類。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種用於生產至少生物柴油的二相光生物反應器系統，該二相光生物反應器系統包括一個光生物反應器容器，其被劃分為第一隔間和第二隔間；一個連接裝置，其連接在所述第一隔間和所述第二隔間之間，使得所述第一隔間和所述第二隔間流體連通；以及一個生物柴油精煉設備，其與所述光生物反應器容器連通。所述二相光生物反應器系統，進一步包括位於該光生物反應器容器中的營養物流入口。所述二相光生物反應器系統，其中所述營養物流入口被連接至所述第一隔間，以允許營養物受控地流入所述第一隔間。所述二相光生物反應器系統，進一步包括被連接至所述第二隔間的第二營養物流入口，以允許營養物受控地流入所述第二隔間。所述二相光生物反應器系統，其中所述營養物包括含氮和磷的化合物。所述二相光生物反應器系統，其中所述第一隔間具有藻類培養，並且用於藻類細胞繁殖；以及所述第二隔間具有藻類細胞培養，並且用於脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中所述連接裝置便於已繁殖的藻類細胞從所述第一隔間移動至所述第二隔間。所述二相光生物反應器系統，其中所述第二隔間經由第二連接裝置與所述生物柴油精煉設備連通。所述二相光生物反應器系統，其中所述生物柴油精煉設備利用包含在來自所述第二隔間的藻類細胞中的脂類來生產生物柴油。所述二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或所有下列各項來優化所述第一隔間中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。所述二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第一隔間進入所述第二隔間中的氮和磷來促進所述第二隔間中的脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過給所述第二隔間提供高水平的輻照和/或高水平的二氧化碳來進一步促進所述第二隔間中的脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第二營養物入口進入所述第二隔間的氮和磷來促進所述第二隔間中的脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來最小化所述第二隔間中的藻類細胞繁殖設定點溫度；飽和輻照水平、氮和磷供應、 二氧化碳供應、鹽度和PH。所述二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器是管狀的。所述二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器包括抗UV塑料材料，優選地是透明PVC或聚碳酸酯材料，具有優選的小於4. Omm的管壁厚度。所述二相光生物反應器系統，進一步包括經由第三連接裝置被連接至所述生物柴油精煉設備的厭氧流化顆粒床反應器(anaerobic fluidized granular bed reactor)，所述第三連接裝置便於藻類生物質和/或丙三醇從所述柴油精煉設備移動至所述厭氧流化顆粒床反應器，其中所述藻類生物質至少部分地被厭氧細菌聚生體發酵，引起至少氫的產生。所述二相光生物反應器系統，進一步包括氣體採集裝置，以採集在所述厭氧流化顆粒床反應器內部的藻類細胞的暗厭氧發酵期間所產生的所述至少氫氣。所述二相光生物反應器系統，進一步包括發電裝置，所述發電裝置利用氫氣來發 H1^ ο所述二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器通過廢棄藻類生物質的厭氧暗發酵來進一步產生甲烷、乙醇、乙酸鹽、丙三醇和揮發性脂肪酸中的至少一種。所述二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器進一步包括第四連接裝置，以便於乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸移動至存儲箱。所述二相光生物反應器系統，其中所述存儲箱與所述光生物反應器容器連通，優選地與所述第一隔間連通，從而為所述藻類細胞提供乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期間支持好氧異養藻類繁殖和脂類聚集。所述二相光生物反應器系統，其中每一所述光生物反應器容器都包括一個冷凝
ο所述二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器包括一個氣體源系統， 所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述光生物反應器容器內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的鼓泡。所述二相光生物反應器系統，其中所述第一隔間和所述第二隔間中的每一個都包括一個氣體源系統，所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供了一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述第一隔間和所述第二隔間內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的鼓泡。所述二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一隔間和所述第二隔間的所述氣體源是富集二氧化碳的空氣。所述二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一隔間和所述第二隔間的所述氣體源是二氧化碳。所述二相光生物反應器系統，其中所產生的氫氣和甲烷可被用於電力生產。根據本發明的第二方面，提供了一種用於生產至少生物柴油的二相光生物反應器系統，所述二相光生物反應器系統包括第一光生物反應器容器和第二光生物反應器容器，所述第一光生物反應器容器具有藻類培養，且用於藻類細胞繁殖，所述第二光生物反應器容器具有藻類細胞培養，且用於藻類生產；—個第一連接裝置，其使所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器彼此連通地連接，便於已繁殖的藻類細胞從所述第一光生物反應器容器移動至所述第二光生物反應器容器；
一個生物柴油精煉設備，用於從包含在藻類細胞的脂類中生產生物柴油；以及—個第二連接裝置，其將所述第二光生物反應器容器連接至所述生物柴油精煉設備，便於藻類細胞從所述第二光生物反應器移動至所述生物柴油精煉設備。所述二相光生物反應器系統，進一步包括位於所述第一光生物反應器容器中的營養物流入口，以允許營養物受控地流進所述第一光生物反應器容器。所述二相光生物反應器系統，進一步包括位於所述第二光生物反應器容器中的第二營養物流入口，以允許營養物受控地流進所述第二光生物反應器容器。所述二相光生物反應器系統，其中所述營養物包括包含氮和磷的化合物。所述二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來優化所述第一光生物反應器容器中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。所述二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第一光生物反應器容器進入所述第二光生物反應器容器中的氮和磷來促進所述第二光生物反應器容器中的脂
類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過為所述第二光生物反應器容器提供高水平的輻照和/或高水平的二氧化碳來進一步促進所述第二光生物反應器容器中的脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第二營養物入口進入所述第二光生物反應器容器中的氮和磷來促進所述第二光生物反應器容器中的脂類生產。所述二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來最小化所述第二光生物反應器容器中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、 氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。所述二相光生物反應器容器，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器是管狀的。所述二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器包括抗UV塑料材料，優選的是透明PVC或聚碳酸酯材料，具有小於4. Omm的優選管壁厚度。所述二相光生物反應器系統，進一步包括經由第三連接裝置被連接至所述生物柴油精煉設備的厭氧流化顆粒床反應器，所述第三連接裝置便於藻類生物質和/或丙三醇從所述柴油精煉設備移動至所述厭氧流化顆粒床反應器，其中所述藻類生物質至少部分地被厭氧細菌聚生體發酵，引起至少氫的產生。所述二相光生物反應器系統，進一步包括氣體採集裝置，以採集在所述厭氧流化顆粒床反應器內部的藻類細胞的暗厭氧發酵期間所產生的所述至少氫氣。所述二相光生物反應器系統，進一步包括發電裝置，所述發電裝置利用氫氣來發 H1^ ο所述二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器通過廢棄藻類生物質的厭氧暗發酵來進一步產生甲烷、乙醇、乙酸鹽、丙三醇和揮發性脂肪酸中的至少一種。所述二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器進一步包括第四連接裝置，以便於乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸移動至存儲箱。所述二相光生物反應器系統，其中所述存儲箱與所述第一光生物反應器容器和/ 或所述第二光生物反應器容器連通，從而為所述藻類細胞提供乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期間支持好氧異養藻類細胞繁殖和脂類聚集。所述二相光生物反應器系統，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器中的每一個都包括一個冷凝器。所述二相光生物反應器系統，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器中的每一個都包括一個氣體源系統，所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器的鼓泡。所述二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器的所述氣體源是富集二氧化碳的空氣。所述二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器的所述氣體源是二氧化碳。所述二相光生物反應器容器，其中所產生的氫和甲烷可被用於所述電力的生產。
下面將僅通過實施例並且參考附圖來描述本發明的實施方案，附圖示出了根據本發明的二相光生物反應器的一個實施方案的示意性表示。
具體實施例方式二相光生物反應器系統10包括串聯連接至彼此的第一管狀透明光生物反應器容器12和第二管狀透明光生物反應器容器14。第一管狀透明光生物反應器容器12可操作地包含藻類培養，並且用於該藻類培養的生長和繁殖。第二管狀透明光生物反應器容器14包含用於脂類生產的藻類細胞培養。 以第一排放物溢出管16形式的第一連接裝置連接第一和第二管狀透明光生物反應器容器 12、14，以便於將已繁殖生長的藻類細胞從第一管狀透明光生物反應器容器12轉移至第二管狀透明光生物反應器容器14。第一和第二管狀光生物反應器容器12、14中的每一個都包含一個營養物流入口 18，以允許通過利用流量計(未示出)或變量泵(未示出)使得營養物從營養物罐15受控地流進光生物反應器容器12、14。第一光生物反應器容器12供應有營養培養基，該營養培養基富集促進細胞繁殖和生長速度的濃度水平的氮和磷。因而，藻類細胞繁殖和生長發生在第一光生物反應器容器12中，其中供應至光生物反應器容器12的大多數氮和磷被藻類培養所消耗。因此，僅剩餘量的氮和磷經由第一排放物溢出管16被轉移至第二光生物反應器14。在第二光生物反應器容器中接收的低濃度的氮和磷提供不充分的支撐來維持藻類細胞分裂，導致與第一光生物反應器容器12中發生的繁殖和生長相比，產生了相對低水平的繁殖和生長。然而，與第一光生物反應器容器12中的藻類脂類生產相比，第二光生物反應器容器14中經歷了高速的藻類脂類生產。響應於低的氮和磷濃度，在不受限制的輻照以及從氣體源系統20供應的無限制的二氧化碳的情況下，在第二光生物反應器14中發生脂類生產以及相應的脂類聚集，氣體源系統20允許選定的氣體被引入第一和第二光生物反應器容器12、14中的一個或者二者。氣體源系統20包括一個用於氣體壓縮的氣體壓縮機22 ；—個用於所述氣體的操作溫度調節的熱交換機M ；以及一個氣體鼓泡器26，其便於將氣體鼓泡進入且穿過第一和第二光生物反應器容器12、14。在完全消耗完第二光生物反應器容器14中的氮和磷後，藻類葉綠體中的脂類被轉換為貯存脂類和油。葉綠體經受了尺寸減小和光合速率下降至細胞維持水平。一旦葉綠體經受了尺寸減小，脂類和油貯存體被保持且未被耗盡。藻類細胞可在數天內以高密度被保持在該狀態。相對於相似的輻照負載，第一和第二光生物反應器容器 12、14中的溫度可有差別地被經由氣體鼓泡器供應至單獨的光生物反應器的氣流的溫度和流速所控制。該氣流由空氣組成，優選地是富集(X)2的空氣。在光合作用飽和輻照水平、不受限制的氮供應和不受限制的磷供應和提高的CO2 供應狀態下，促成細胞繁殖的最優速度的第一光生物反應器容器12的設定點溫度可被氣體源系統20所控制。相似地，在光合作用飽和輻照水平、低的氮濃度和低的磷濃度以及提高的CO2供應狀態下，促成最優速度的脂類生產和脂類聚集的第二光生物反應器容器14的設定點溫度也可被氣體傳遞系統所控制。除了光合作用飽和輻照水平、升高的溫度、升高的(X)2水平、低的氮濃度和低的磷濃度對藻類細胞中的脂類生產和脂類聚集的正面影響，其他因素(例如鹽度和PH)還可用於促使藻類細胞中的脂類生產和脂類聚集。因而，在第二光生物反應器容器14中，可同時且單獨控制下列處理因素的組合以增強光合作用飽和輻照水平下的藻類脂類生產和脂類聚集=CO2濃度、氮和磷濃度、溫度、鹽度和PH。相似地，對於第一光生物反應器容器12，下列因素的組合的正面影響可用於進一步促使或積極增大藻類細胞生產的高速率光合作用飽和輻照水平、升高的溫度、升高的CO2水平、N和P濃度、藻類細胞生產、對例如鹽度和PH的因素的控制。因而，在該第一光生物反應器中，下列處理因素的組合可被同時且獨立地控制， 以增強光合作用飽和輻照水平下的藻類細胞生產0)2濃度、N和P濃度、溫度、鹽度和PH。 經由重力流動通過收集將藻類細胞從連接至第二光生物反應器容器14的第一排放物溢出管16提取進入生物柴油精煉設備25。生物柴油精煉設備25包括水道池(raceway pond) (未示出)，在將藻類細胞處理為生物柴油之前，水道池用作藻類細胞的臨時存儲設施。所生產的生物柴油可從生物柴油精煉設備經由生物柴油導管27傳送至期望位置。單個管狀透明光生物反應器容器12、14的設計優選地基於但是不限於下列維度 高度5. Im ；直徑0. Im ；生物反應容積40L。管狀透明光生物反應器容器12、14由低成本的抗紫外線塑料材料製成，例如管壁厚度小於4. Omm的透明PVC或聚碳酸酯材料。從第一和第二光生物反應器12、14的上端30延伸的是冷凝器32。第二排放物溢出管34形式的第二連接裝置將第二光生物反應器容器14連接至生物柴油精煉設備25，以便於藻類細胞從第二光生物反應器14移動至生物柴油精煉設備25。 二相光生物反應器系統10進一步包括經由第三排放物溢出管38形式的第三連接裝置38 而連接至生物柴油精煉設備25的厭氧流化顆粒床反應器觀，該第三連接裝置38便於藻類生物質和/或丙三醇從生物柴油精煉設備25移動至厭氧流化顆粒床反應器觀，其中該藻類生物質至少部分地被厭氧細菌聚生體發酵，導致經由廢棄藻類生物質的厭氧暗發酵而產生氫、甲烷、乙醇、乙酸鹽、丙三醇和揮發性脂肪酸。二相光生物反應器系統10，其中厭氧流化顆粒床反應器28進一步包括第四排放物溢出管40形式的第四連接裝置，第四排放物溢出管40便於移動乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸至存儲箱42，該存儲箱42經由第二連接裝置44與第一和/或第二光生物反應器容器12、14相連通，從而為藻類細胞提供乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸形式的碳基底，從而在暗相期間支持好氧異養藻類繁殖和脂類聚集。在本發明的另一實施方案中，各個二相光反應器10 (其中一個二相光反應器10由兩個串聯連接的光生物反應器容器構成)可被組裝進一個系統，該系統每100米由500個單個單元組成，對應於每公頃100000個單元的各個二相光生物反應器密度。在該又一實施方案中，約0. 5m的空間分隔每一行光反應器。通過用高反射材料覆蓋位於該光反應器下方的表面，促進了經由二相光生物反應器10陣列內的反射來再分配太陽輻照再分配，以及促進由二相光生物反應器10再捕獲光子。每公頃100000個單元的優選密度對應於每公頃8000m3的總的光生物反應器容積，每公頃4000m3的藻類細胞生產以及每公頃4000m3的脂類生產和聚集。在提取脂類之後，經處理的藻類生物質連同丙三醇被用作用於厭氧流化顆粒床生物反應器觀的用於生物氫、甲烷、乙醇和揮發性脂肪酸(VFA)生產的原料，乙酸鹽是主要的VFA。生物氫和乙醇被用作發電的燃料，並且被連接至發電裝置(未示出)。由厭氧生物反應器所產生的VFA被用作基底，以在暗期間支持生物反應器單元中的藻類生長和脂類生產，從而允許不間斷的M小時循環的藻類細胞生長和脂類生產。厭氧生物反應器的適當操作模式便於將所有CO2轉換為乙酸鹽。因而由二相光生物反應器10和厭氧流化顆粒床生物反應器共同組成的組合系統一起操作為淨CO2匯(sink)。且大多數碳作為藻類生物柴油離開該系統。因而，提供了一種廉價的二相光生物反應器系統。
權利要求
1.一種用於生產至少生物柴油的二相光生物反應器系統，該二相光生物反應器系統包括一個光生物反應器容器，其被劃分為第一隔間和第二隔間；一個連接裝置，其連接在所述第一隔間和所述第二隔間之間，使得所述第一隔間與所述第二隔間流體連通；以及一個用於生產至少生物柴油的生物柴油精煉設備，其與所述光生物反應器容器流體連通。
2.根據權利要求1所述的二相光生物反應器系統，進一步包括位於該光生物反應器容器中的營養物流入口，用作營養物的入口。
3.根據權利要求2所述的二相光生物反應器系統，其中所述營養物流入口被連接至所述第一隔間，以允許營養物受控地流進所述第一隔間。
4.根據權利要求3所述的二相光生物反應器系統，包括被連接至所述第二隔間的第二營養物流入口，以允許營養物受控地流進所述第二隔間。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述營養物包括含氮和磷的化合物。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述第一隔間具有藻類培養，並且用於藻類細胞繁殖；以及所述第二隔間具有藻類細胞培養，並且用於脂類生產。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述連接裝置便於已繁殖的藻類細胞從所述第一隔間移動至所述第二隔間。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述第二隔間經由一個第二連接裝置與所述生物柴油精煉設備連通。
9.根據權利要求8所述的二相光生物反應器系統，其中所述生物柴油精煉設備利用包含在來自所述第二隔間的藻類細胞中的脂類來生產生物柴油。
10.根據權利要求6-9中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來優化所述第一隔間中的藻類細胞繁殖設定點溫度、 飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。
11.根據權利要求6-10中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過選擇性控制從所述第一隔間進入所述第二隔間中的氮和磷來促進所述第二隔間中的脂類生產。
12.根據權利要求11所述的二相光生物反應器系統，其中通過向所述第二隔間提供高水平的輻照和/或高水平的二氧化碳來進一步促進所述第二隔間中的脂類生產。
13.根據權利要求11或13所述的二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第二營養物入口進入所述第二隔間中的氮和磷來促進所述第二隔間中的脂類生產。
14.根據權利要求6至13中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來最小化所述第二隔間中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。
15.根據前述權利要求中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器是管狀的。
16.根據前述權利要求中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器包括抗UV塑料材料。
17.根據權利要求16所述的二相光生物反應器系統，其中所述抗UV塑料是透明PVC或聚碳酸酯材料。
18.根據權利要求17所述的二相光生物反應器系統，其中所述透明PVC或聚碳酸酯材料具有小於4. Omm的管壁厚度。
19.根據前述權利要求中任一項所述的二相光生物反應器系統，進一步包括一個厭氧流化顆粒床反應器，其經由一個第三連接裝置連接至所述生物柴油精煉設備，所述第三連接裝置便於藻類生物質和/或丙三醇從所述柴油精煉設備移動至所述厭氧流化顆粒床反應器，其中所述藻類生物質至少部分地被厭氧細菌聚生體發酵，引起至少氫的產生。
20.根據權利要求19所述的二相光生物反應器系統，進一步包括氣體採集裝置，以採集在所述厭氧流化顆粒床反應器內部的藻類細胞的暗厭氧發酵期間所產生的所述至少氫氣。
21.根據權利要求20所述的二相光生物反應器系統，進一步包括發電裝置，所述發電裝置利用氫氣來發電。
22.根據權利要求19-21中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器通過廢棄藻類生物質的厭氧暗發酵來進一步產生甲烷、乙醇、乙酸鹽、丙三醇和揮發性脂肪酸中的至少一種。
23.根據權利要求19-22中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器進一步包括一個第四連接裝置，以便於乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸移動至存儲箱。
24.根據權利要求23所述的二相光生物反應器系統，其中所述存儲箱與所述第一隔間連通，從而為所述藻類細胞提供乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期間支持好氧異養藻類繁殖和脂類聚集。
25.根據前述權利要求中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中每一所述光生物反應器容器都包括一個冷凝器。
26.根據前述權利要求中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器包括一個氣體源系統，所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述光生物反應器容器內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的鼓泡。
27.根據權利要求沈所述的二相光生物反應器系統，其中所述第一隔間和所述第二隔間中的每一個都包括一個氣體源系統，所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供了一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述第一隔間和所述第二隔間內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的鼓泡。
28.根據權利要求27所述的二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一隔間和所述第二隔間的所述氣體源是富集二氧化碳的空氣。
29.根據權利要求觀所述的二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一隔間和所述第二隔間的所述氣體源是二氧化碳。
30.根據權利要求19-29中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所產生的至少氫氣可被用於電力生產。
31.一種用於生產至少生物柴油的二相光生物反應器系統，所述二相光生物反應器系統包括第一光生物反應器容器和第二光生物反應器容器，所述第一光生物反應器容器具有藻類培養，且用於藻類細胞繁殖，所述第二光生物反應器容器具有藻類細胞培養，且用於脂類生產；一個第一連接裝置，其使所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器彼此連通地連接，便於已繁殖的藻類細胞從所述第一光生物反應器容器移動至所述第二光生物反應器容器；一個用於從包含在藻類細胞的脂類中生產生物柴油的生物柴油精煉設備；以及一個第二連接裝置，其將所述第二光生物反應器容器連接至所述生物柴油精煉設備， 便於藻類細胞從所述第二光生物反應器移動至所述生物柴油精煉設備。
32.根據權利要求31所述的二相光生物反應器系統，進一步包括位於所述第一光生物反應器容器中的營養物流入口，以允許營養物受控地流進所述第一光生物反應器容器。
33.根據權利要求32所述的二相光生物反應器系統，其中第二營養物入口位於所述第二光生物反應器容器中，以允許營養物受控地流進所述第二光生物反應器容器。
34.根據權利要求32或33中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述營養物包括包含氮和磷的化合物。
35.根據權利要求32-34中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來優化所述第一光生物反應器容器中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。
36.根據權利要求32-35中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第一光生物反應器容器進入所述第二光生物反應器容器中的氮和磷來促進所述第二光生物反應器容器中的脂類生產。
37.根據權利要求32-36中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過為所述第二光生物反應器容器提供高水平的輻照和/或高水平的二氧化碳來進一步促進所述第二光生物反應器容器中的脂類生產。
38.根據權利要求32-34中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過選擇性地控制從所述第二營養物入口進入所述第二光生物反應器容器中的氮和磷來促進所述第二光生物反應器容器中的脂類生產。
39.根據權利要求32-38中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中通過獨立地控制下列各項的組合或者所有下列各項來最小化所述第二光生物反應器容器中的藻類細胞繁殖設定點溫度、飽和輻照水平、氮和磷供應、二氧化碳供應、鹽度和PH。
40.根據權利要求31-39中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器是管狀的。
41.根據權利要求31-40中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述光生物反應器容器包括抗UV塑料材料。
42.根據權利要求41所述的二相光生物反應器系統，其中所述抗UV材料是透明PVC或聚碳酸酯材料。
43.根據權利要求42所述的二相光生物反應器系統，其中所述透明PVC或聚碳酸酯材料具有小於4. Omm的管壁厚度。
44.根據權利要求31-43中任一項所述的二相光生物反應器系統，進一步包括一個厭氧流化顆粒床反應器，其經由一個第三連接裝置被連接至所述生物柴油精煉設備，所述第三連接裝置便於藻類生物質和/或丙三醇從所述柴油精煉設備移動至所述厭氧流化顆粒床反應器，其中所述藻類生物質至少部分地被厭氧細菌聚生體發酵，引起至少氫的產生。
45.根據權利要求44所述的二相光生物反應器系統，進一步包括氣體採集裝置，以採集在所述厭氧流化顆粒床反應器內部的藻類細胞的暗厭氧發酵期間所產生的所述至少氫氣。
46.根據權利要求45所述的二相光生物反應器系統，進一步包括發電裝置，所述發電裝置利用氫氣來發電。
47.根據權利要求44-46中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器通過廢棄藻類生物質的厭氧暗發酵來進一步產生甲烷、乙醇、乙酸鹽、丙三醇和揮發性脂肪酸中的至少一種。
48.根據權利要求44-47中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述厭氧流化顆粒床反應器進一步包括一個第四連接裝置，以便於乙酸鹽、丙三醇和/或揮發性脂肪酸移動至存儲箱。
49.根據權利要求48所述的二相光生物反應器系統，其中所述存儲箱與所述第一光生物反應器容器和/或所述第二光生物反應器容器連通，從而為所述藻類細胞提供乙酸鹽、 丙三醇和/或揮發性脂肪酸形式的碳基底，以在暗相期間支持好氧異養藻類繁殖和脂類聚集。
50.根據權利要求31-49中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器中的每一個都包括一個冷凝器。
51.根據權利要求31-50中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器中的每一個都包括一個氣體源系統，所述氣體源系統具有一個氣體壓縮機、一個熱交換器和多個氣體鼓泡器，其中所述氣體壓縮機提供一個氣體源，所述熱交換器協助調整所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器內部的溫度，以及所述氣體鼓泡器用作氣體入口裝置，以便於所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的鼓泡。
52.根據權利要求51所述的二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一光生物反應器容器和所述第二光生物反應器容器的所述氣體源是富集二氧化碳的空氣。
53.根據權利要求52所述的二相光生物反應器系統，其中從所述氣體壓縮機提供至所述第一光生物反應器和所述第二光生物反應器的所述氣體源是二氧化碳。
54.根據權利要求44-53中任一項所述的二相光生物反應器系統，其中所產生的至少氫可被用於電力生產。
55.基本如本說明書描述以及參考圖1示出的二相光生物反應器系統。
全文摘要
本發明涉及用於生產至少生物柴油和/或氫和/或甲烷的光生物反應器系統，尤其涉及一種二相光生物反應器系統。
文檔編號C12M1/00GK102575209SQ201080032717
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月22日 優先權日2009年6月23日
發明者V·M·格雷 申請人:約翰尼斯堡威特沃特斯蘭德大學