V-型槽光生物反应器系统及其使用方法技术方案

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，所述系统的特征方面在于通过实现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。本发明专利技术还公开了使用这些系统的方法以及用于其组装的套件。

V- tank bioreactor system and method of use

This paper discloses optical bioreactor for high yield aquaculture or algae or other organisms in the aquatic environment of aquaculture, characteristics of the system is realized by the contents of growth medium, including growth and control of carbon source, nitrogen source for essential trace elements to promote the growth rate to improve. Methods for using these systems and kits for assembling them are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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N0.13/149，463和提交于2011年9月30日的美国专利申请N0.13/249，426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。专利
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。专利技术简述 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。在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括两个基座壁、近端侧壁、远端侧壁以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫，当组装成光生物反应器时，其包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括: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设置的近端侧壁，以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。在另一个方面，公开了用于组装光生物反应器的套件，其包括波形基座，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；近端侧壁；远端侧壁；以及能够折叠、折卷或卷起的第一衬垫；当组装成光生物反应器时，其包括波形基座限定的腔体，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设置的近端侧壁以及邻近于远端设置的远端侧壁限定。在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器包括大致V-型基座限定的腔体，所述大致V-型基座包括:两个基座壁，所述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；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；并且所述方法还包括通过气体递送系统供应气体，生成具有约I和约3_之间直径的气泡，以及通过二氧化碳递送系统供应二氧化碳，生成具有约0.0Ol和约500微米之间直径的气泡。在另一个方面，公开了制备生物质的方法，其包括在光生物反应器中分配生物质培养基，所述光生物反应器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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生物反应器，所述光生物反应器包括：a)腔体，所述腔体被以下各项限定：i)包括两个基座壁的大致V?型基座，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括：1)倾斜部分和大致垂直部分；2)近端和远端；以及3)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度；ii)邻近于所述近端的近端侧壁；以及iii)邻近于所述远端的远端侧壁；b)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个气体递送系统；以及c)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个二氧化碳递送系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.31 US 13/149,463;2011.09.30 US 13/249,4261.一种光生物反应器，所述光生物反应器包括: a)腔体，所述腔体被以下各项限定: i)包括两个基座壁的大致V-型基座，所述基座壁靠近限定内角的轴汇合，每个基座壁包括: 1)倾斜部分和大致垂直部分； 2)近端和远端；以及 3)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度； ?)邻近于所述近端的近端侧壁；以及 iii)邻近于所述远端的远端侧壁； b)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个气体递送系统；以及 c)设置于所述腔体内并且平行于所述轴延伸的至少一个二氧化碳递送系统。2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述基座壁包括所述倾斜部分和所述大致垂直部分之间的弯曲过渡。3.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中所述内角在约60和约140度之间。4.一种光生物反应器，所述光生物反应器包括: а)腔体，所述腔体被以下各 项限定: i)限定多个渐缩内部尺寸的波形基座，所述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: 1)第一大致垂直部分； 2)第一倾斜部分； 3)第二倾斜部分； 4)第三倾斜部分； 5)第四倾斜部分； б)第二大致垂直部分； 其中所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分靠近限定第一内角的第一轴汇合； 其中所述第一倾斜部分和所述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； 其中所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分靠近限定第二内角的第二轴汇合；并且其中所述第三倾斜部分和所述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； 7)近端和远端；以及 8)沿着所述轴延伸的长度和垂直于所述轴延伸的宽度； ?)邻近于所述近端的近端侧壁；以及 iii)邻近于所述远端的远端侧壁。5.根据权利要求4所述的光生物反应器，还包括: 1)第五倾斜部分；和 2)第六倾斜部分； 其中所述第五部分和所述第六倾斜部分靠近限定第三内角的第三轴汇合；并且 其中所述第五倾斜部分和所述第六倾斜部分限定第三大致V-型结构，所述第三大致V-型结构限定第三深度。6.根据权利要求4-5中任一项所述的光生物反应器，所述波形基座还包括至少一个另外的大致V-型结构。7.根据权利要求4所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角各自独立地在约60和约140度之间。8.根据权利要求4或7中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角相同。9.根据权利要求4或7中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角和所述第二内角不同。10.根据权利要求4或7-9中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度与所述第二大致V-型结构的所述第二深度相同。11.根据权利要求4或7-9中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度与所述第二大致V-型结构的所述第二深度不同。12.根据权利要求5所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角各自独立地在约60和约140度之间。13.根据权利要求5或12中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角中的至少二者相同。14.根据权利要求5或12中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一内角、所述第二内角和所述第三内角中的至少二者不同。15.根据权利要求5或12-14中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度、所述第二大致V-型结构的所述第二深度和所述第三大致V-型结构的所述第三深度中的至少二者相同。16.根据权利要求5或12-14中任一项所述的光生物反应器，其中所述第一大致V-型结构的所述第一深度、所述第二大致V-型结构的所述第二深度和所述第三大致V-型结构的所述第三深度中的至少二者不同。17.根据权利要求5-6或12-16中任一项所述的光生物反应器,其中最靠近所述第一大致垂直部分的所述大致V-型结构，和最靠近所述第二大致垂直部分的所述大致V-型结构限定的深度大于其它大致V-型结构中的至少一者。18.根据权利要求5-6或12-17中任一项所述的光生物反应器,其中最靠近所述第一大致垂直部分的所述大致V-型结构，和最靠近所述第二大致垂直部分的所述大致V-型结构限定的内角小于其它大致V-型结构中的至少一者。19.根据权利要求4-18中任一项所述的光生物反应器，还包括: 设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个气体递送系统。20.根据权利要求4-19所述的光生物反应器，还包括: 设置于所述腔体内并且平行于所述第一轴和所述第二轴中的至少一者延伸的至少一个二氧化碳递送系统。21.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括设置于所述腔体内的衬垫。22.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括通过所述近端侧壁的至少一部分的收集孔隙。23.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括营养物质注射系统。24.根据权利要求1-3或19-23中任一项所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，以提供相同的压力，用于均匀分散气体。25.根据权利要求1-3或19-24中任一项所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约Imm和约5_范围内的主要尺寸。26.根据权利要求1-3或20-23中任一项所述的光生物反应器，其中所述二氧化碳递送系统包括管线，所述管线包括多个沿着其长度设置的孔口，所述孔口包括在约0.001微米和约Imm范围内的主要尺寸。27.根据权利要求24-26中任一项所述的光生物反应器，其中所述孔口包括穿孔、孔、注射点或孔隙中的至少一者。28.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括从所述近端至所述远端的倾斜。29.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括覆盖件。30.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括支承结构，其中所述基座的至少一部分设置于所述支承结构的顶部。31.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括培养基，所述培养基包含设置于所述腔体内的生物材料。32.根据权利要求29所述的光生物反应器，所述覆盖件还包括釉化材料，所述釉化材料由选自聚乙烯、热塑聚碳酸酯、聚碳酸酯、透明乙烯基、透明聚氯乙烯、玻璃及其组合的材料制备。33.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构包括HDPE。34.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构包括泡沫。35.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构能够分解和堆叠。36.根据权利要求30所述的光生物反应器，还包括邻近于所述在与所述腔体相对的侧面上的至少一部分设置的泡沫绝缘件。37.根据权利要求30所述的光生物反应器，其中所述支承结构安装于所述地面上。38.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述培养基具有稳定pH。39.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述生物材料从所述培养基通过重力管线收集。40.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中离开所述气体递送系统的气流提供所述培养基的混合速率。41.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述培养基被从所述近端驱动至所述远端。42.根据权利要求31所述的光生物反应器，其中所述气体和二氧化碳递送系统结合pH缓冲剂用于稳定所述培养基的所述pH。43.根据权利要求36所述的光生物反应器，其中所述泡沫绝缘件包括所述支承结构。44.根据权利要求40所述的光生物反应器，还包括从所述近端至所述远端的倾斜，其中所述倾斜和所述混合速率以从所述近端至所述远端的方向驱动所述培养基。45.根据权利要求31、38-42或44中任一项所述的光生物反应器，还包括流体泵送系统和搅拌系统中的至少一者，用于混合和/或循环所述培养基。46.根据权利要求45所述的光生物反应器，其中所述气体递送系统、流体泵送系统和搅拌系统中的至少二者运行以创建策略混合模式。47.根据前述权利要求中任一项所述的光生物反应器，还包括返回结构用于将收集的流体再循环返回所述腔体。48.根据权利要求47所述的光生物反应器，其中所述返回结构包括导管、管材和通道中的至少一者。49.根据权利要求47-48中任一项所述的光生物反应器，其中所述返回结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·D·利卡米勒，卡尔·L·怀特，弗兰克·E·马尔斯，托马斯·J·库瓦加，
申请(专利权)人：赫里开发公司，
类型：
国别省市：