用于在扩大式塞流反应器中生长微藻类的方法和系统技术方案

提供了一种用于支持藻类细胞的生长的方法和系统。在该方法中，在封闭生物反应器中生长藻类细胞的接种体。之后，将藻类细胞的接种体传递到开放系统中。具体地，将接种体传递到从第一端到第二端具有增加的宽度的扩大式塞流反应器（EPFR）中。此外，将培养基引入到EPFR中以维持选定的浅深度。重要地，该培养基提供充足的营养物以支持藻类细胞的对数式生长，从而维持藻类细胞的高浓度，即，在EPFR中，至少0.5克每升培养基。在达到期望的生长水平之后，将藻类细胞输送至标准塞流反应器，在该反应器中，在藻类细胞中激活油生产。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及用于生长藻类的方法。更具体地，本专利技术涉及使用扩大式塞流反应器来降低对使用用于生长藻类的昂贵的封闭系统的需求。作为用于在包括供给有培养基以维持藻类细胞的高浓度的扩大式塞流反应器的开放系统中生长藻类的方法，本专利技术是特别地但不排它性地有用的。
技术介绍
随着全世界的石油储量的下降，存在对与生产烃类产品相关联的短缺和成本的上升的担忧。因此，正在研究当前从石油加工的产品的替代品。为此，生物燃料诸如生物柴油已经被识别为基于石油的运输燃料的可能的替代品。一般地，生物柴油是由源自于植物油或动物脂肪的长链脂肪酸的单烷基酯构成的燃料。在工业实践中，当植物油或动物脂肪与醇类诸如甲醇起反应时，产生生物柴油。对于源自植物的生物燃料，太阳能首先通过光合作用转变成化学能。化学能随后被提炼成可用燃料。当前，在从植物油产生生物燃料中所涉及的工艺相对于提取和提炼石油的工艺是昂贵的。然而，可能的是，加工源自植物的生物燃料的成本能够通过最大化植物源的生长速率而降低。因为已知藻类是用于将太阳能转变成细胞生长的最为有效的植物中的一种，所以藻类作为生物燃料源是特别让人感兴趣的。重要地，藻类作为生物燃料源的使用不存在特殊的问题，即，从藻类中的油加工出生物燃料可以与从陆地植物中的油加工出生物燃料一样容易。虽然藻类能够经高速率的细胞生长而有效地将太阳能变换成化学能，但是难以创造最优化藻类细胞生长速率的环境。当前，从藻类产生生物燃料受到不能最大化藻类细胞生长的限制。具体地，已经发现，在大型操作中创造有利于藻类细胞的快速生长速率所必需的条件是昂贵的。例如，在提供藻类细胞生长的高速率的时，封闭无菌环境诸如接种体罐和受控的生物反应器的维持是昂贵的并且在规模上受到限制。另一方面，室外大规模开放系统诸如开放河床受到污染物-有机体的困扰，所述有机体为了营养物和日光而与所选定的藻类细胞争抢并且降低藻类细胞生长的速率。具体地，这些污染物包含非选定的即“废物的”藻类、病毒、细菌、以及食草动物。直至现在，在开放系统中防止污染物有机体引起微生物不稳定以及降低所选定的藻类细胞生长速率实际上是不可能的。事实上，标准开放系统通常提供仅一至两天的微生物稳定性。鉴于以上所述，本专利技术的一个目的是提供一种用于在生物燃料生产系统中最小化对藻类细胞接种体的封闭系统的需要的方法。本专利技术的另一个目的是在开放系统中最大化所选定的藻类细胞的生长速率。本专利技术的另一个目的是提供支持藻类细胞的对数式生长的扩大式塞流反应器。本专利技术 的另一个目的是将培养基选择性地泵送到扩大式塞流反应器中以维持藻类的高浓度和培养基的选定的浅深度。本专利技术的又一个目的是提供一种用于在污染物不能与所选定的藻类细胞竞争的开放系统中生长所选定的藻类细胞的方法和系统。本专利技术的再一个目的是，提供一种用于生长所选定的藻类细胞的系统和方法，该系统和方法实现起来简单、易于使用、并且相对成本有效。
技术实现思路
根据本专利技术，提供 了一种用于在培养基中生长选定的藻类细胞以及用于防止在培养基中的污染物的生长的系统。在这一努力中，该系统依赖于对封闭反应器的最初使用以生长微藻类的接种体。重要地，所述封闭反应器与在已知的藻类产生系统中使用的那些相比小五倍。具体地，封闭反应器包括本系统的0. 4%,而封闭反应器通常包括已知系统的约2%。为了本专利技术的目的，封闭反应器是连续流反应器，诸如光生物反应器。此外，封闭反应器被设计用以将微藻类的接种体生长到最高浓度。在封闭反应器将微藻类生长到最高浓度之后，将在流出物中的微藻类的接种体传递到开放系统。具体地，开放系统包括扩大式塞流反应器和标准塞流反应器。为了本专利技术，扩大式塞流反应器从封闭反应器连续地接收含有藻类细胞的接种体的流出物。此外，扩大式塞流反应器包括用于在重力的影响下以几乎无逆混的方式连续地向下游移动流出物的导管。优选地，扩大式塞流反应器是开放水道。在结构上，扩大式塞流反应器在宽度上从其第一端到其第二端增加。另外，扩大式塞流反应器沿着其长度设置有多个用于将生长培养基引入到导管的泵。最初，泵稀释流出物，直到藻类达到高浓度为止。为了本专利技术的目的，“高浓度”被定义为至少约0. 5克每升流体。之后，随着流体蒸发和藻类细胞生长，泵添加生长培养基以维持藻类的高浓度。此外，生长培养基包含必需的营养物以支持藻类细胞的期望的生长。重要地，响应于藻类细胞的生长速率，对泵进行控制。例如，藻类生长速率可能由于接收的日光量的减少以及较低的空气温度而下降。因此，随着扩大式塞流反应器的加宽，为了确保藻类的高浓度，泵将提供较少的培养基。因此，培养基的深度将稍微下降，并且藻类细胞的流率将由于藻类细胞的粘性而下降。由于减小的流率，随着扩大式塞流反应器加宽，藻类细胞被提供足够的时间以充分地生长，从而保持在高浓度下。因为选定的藻类被维持在高浓度，所以在生长培养基中提供的营养物由选定的藻类迅速地消耗。因此，污染物的生长的可用的时间受到限制。当选定的藻类细胞到达扩大式塞流反应器的端部时，它们已经达到期望的生长水平。之后，将藻类细胞输送至标准塞流反应器。通常，标准塞流反应器将具有与扩大式塞流反应器的下游端相同的宽度。此外，可以将触发介质供给到标准塞流反应器中，以激活藻类细胞中的油生产。可替换地，可以不将培养基供给到标准塞流反应器中。该替代方法对于触发油生产是有效的，这是因为当缺乏某些或所有的营养物时，藻类细胞将储存的能量转换成油。此外，随着培养基在标准塞流反应器中的蒸发，培养基的深度将减小，直到藻类自然地絮凝为止。以这种方式，标准塞流反应器可以被设计成当已经实现最佳的油生产时自絮凝。对于 本专利技术的替代实施例，用于生长藻类细胞的系统包含多个开放池。以组合的形式，在该多个开放池中的开放池以选择性流体连通的方式相互连接，并且它们从第一上游池到最后一个下游池被依次布置。在来自上文描述的扩大式塞流反应器(EPFR)的变型中，本专利技术的该替代实施例将每个下游池建立成相对于其相邻的上游池具有以指数方式增加的表面面积。在结构上，本专利技术的替代实施例包含第一输送导管，该第一输送导管用于将接种体从接种体源输送到第一上游池中。从而，产生培养液用于藻类在第一上游池中的生长。然后，可以进行将培养液随后从第一上游池输送到用于进一步的藻类生长的接下来的下游池。对于本专利技术，这样的输送被以受控的方式定期地完成，并且允许藻类在连续的池的每一个中生长预定的时间。最后，充分生长的藻类细胞被从最后一个下游池经最后一个输送导管输送到油形成池。在该系统中的每个开放池，无论其相对大小，其都将优选地具有能够被用来在池中建立液体流动的流体循环装置，诸如桨轮或循环泵。优选地，每个池也将具有用于将培养基添加到在池中的培养液中的培养基添加导管。此外，如为本专利技术所想到的，可以以两种方式中的任一种来完成将培养液从上游池输送到其相邻的下游池。对于一种，每个池可以包含用于将培养液从该池向下游输送到其相邻的下游池的输送泵。对于另一种，可以使这些池形成阶梯状，以使得能够建立从上游池到下游池的重力流动。如上文暗示的，固定的乘数被确定，以建立相邻池的表面面积的比率。更具体地，每个池的表面面积相对于相邻的上游或下游池的表面面积将通过该乘数建立。实际上，乘数的值可以从系统到系统不同。具体地，在每种情况下，乘数将由用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.23 US 12/821,9431.一种用于生长藻类细胞的方法，所述方法包括如下步骤 提供开放系统，所述开放系统包括扩大式塞流反应器(EPFR)和标准塞流反应器(SPFR)，所述扩大式塞流反应器(EPFR)用于促进藻类细胞的接种体的对数式生长，所述标准塞流反应器(SPFR)用于处理所述藻类细胞以在所述藻类细胞中激活油生产； 将藻类细胞的接种体引入到所述EPFR的第一端，其中所述EPFR具有第二端，并且其中所述第一端具有宽度W1，并且所述第二端具有宽度W2,且W2I1 ； 在散布在所述EPFR的所述第一端与所述第二端之间的多个位置处添加生长培养基以支持在所述EPFR中的所述藻类细胞的对数式生长，其中在所述EPFR中维持培养基的选定深度； 将所述藻类细胞从所述EPFR的所述第二端输送到所述SPFR ;以及 触发所述SPFR中的所述藻类细胞，以激活油生产。2.如权利要求1中所述的方法，其中在所述EPFR中的所述培养基中的藻类细胞的浓度被维持在近似0.5克每I升。3.如权利要求1中所述的方法，其中在所述EPFR中的所述培养基的深度小于近似十五英寸。4.如权利要求1中所述的方法，其中所述EPFR具有结构化的下游梯度以将所述生长培养基和藻类细胞从所述第一端移动到所述第二端。5.如权利要求1中所述的方法，其中所述藻类细胞在所述EPFR中具有约三十天的停留时间。6.如权利要求1中所述的方法，还包括如下步骤 确定所需的营养物的量以支持所述藻类细胞在所述EPFR中从第一位置到第二位置的生长，其中所述EPFR在所述第二位置处的宽度大于所述EPFR在所述第一位置处的宽度；定期地确定所述藻类细胞在所述EPFR中的所述第一位置处的生长速率； 按照所确定的生长速率，确定所述藻类细胞在所述EPFR中的所述第一位置处生长所需要的持续时间； 在所需要的持续时间之后，计算适合于将在所述第一位置处的所述藻类细胞移动到所述第二位置的体积流率；以及 在所述第一位置与所述第二位置之间添加所述生长培养基以使所述藻类细胞以所计算的体积流率移动，且所述生长培养基含有所确定的量的营养物以支持所述藻类细胞从所述第一位置到所述第二位置的生长。7.一种用于在开放系统中生长选定的藻类的方法，所述方法包括如下步骤 提供包括封闭反应器、扩大式塞流反应器(EPFR)和标准塞流反应器(SPFR)的系统，所述封闭反应器用于生长藻类细胞的接种体，所述扩大式塞流反应器(EPFR)用于促进藻类细胞的接种体的对数式生长，所述标准塞流反应器(SPFR)用于处理所述藻类细胞以在所述藻类细胞中激活油生产； 给接种培养基供给营养混合物，用于促进藻类细胞的所述接种体的生长； 将含有藻类细胞的所述接种体的流出物从所述封闭反应器传递到所述EPFR的第一端，其中所述EPFR具有第二端，并且其中所述第一端具有宽度W1，并且所述第二端具有宽度W2，且 W2SW1 ；在散布在所述EPFR的所述第一端与所述第二端之间的多个位置处添加生长培养基以支持在所述EPFR中的所述藻类细胞的对数式生长，其中在所述EPFR中维持培养基的选定深度； 将所述藻类细胞从所述EPFR的所述第二端输送到所述SPFR ;以及 给所述SPFR供应触发介质以在所述SPFR中的所述藻类细胞中激活油生产。8.如权利要求7中所述的方法，其中所述封闭反应器是连续流反应器。9.如权利要求7中所述的方法，其中在所述EPFR中的所述培养基中的藻类细胞的浓度被稀释并且维持在近似0. 5克每I升。10.如权利要求7中所述的方法，其中在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·A·哈兹勒贝克，吴肖希，
申请(专利权)人：通用原子公司，
类型：
国别省市：