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　　本发明涉及一种用于在水性液体中使光合培养物生长并收获该光合培养物的生物反应器系统。本发明进一步涉及一种用于在水性液体中生长光合培养物并收获该光合培养物的方法。更进一步地,本发明涉及一种用于生物反应器系统的光照系统,和用于光合培养物的收获系统。本发明进一步涉及一种用于在水性液体中使光合培养物生长的方法,和一种为光合培养物提供光照的方法,以及收获该光合培养物的方法。

　　藻类属于光合微生物种类,属于能够利用光合作用有效地将光转化为生物量的生物体。光合作用过程是通过活的生物体将光能转化为化学能。原料是二氧化碳和水;能量来源是光;最终产物是氧和(能量丰富的)碳水化合物。藻类和其他光合生物体被认为是生物量(特别是可以制造生物柴油和其他燃料的油)的有效生产者。在光合作用期间,藻类和其他光合生物体在吸收水的基础上吸收二氧南宫股份有限公司化碳(CO2)和光(光子),并产生氧和生物量。溶解的营养物有助于这一过程。藻类和其他光合生物体可产生油脂或植物油,其可被收获并转化为生物柴油或其他生物燃料,或被直接利用。人们早就知道利用藻类来有效地生长生物量并生产生物燃料的好处,并已经利用了各种方法在实验室和小规模实验单元中使藻类生长。但是,已经证明很难有效地使藻类生长以形成商业规模。已经采用开放池塘系统

　　(openpondsystem)来大规模使藻类生长。大多数用来种植微藻类的这种系统是浅池塘。在这些池塘中,可以仅为PAR范围内日光的大约2%的效率种植微藻类。PAR是可被藻类或其他光合生物体利用的光合作用有效区,即波长在400nm和700nm之间的日光。日光分布在宽得多的频谱上,但PAR区域中日光的能含量仅为日光总能含量的大约43%。藻类理论上可将收集的辐射(PAR内的)约20%转化为生物量。然而在大多数情况下,这一效率更低,因为光被吸收的速度比光子能被转化为生物量的速度要快得多。然而,在开放池塘系统中,很难控制温度和PH值,且很难避免外来的藻类和细菌入侵池塘并与需要的藻类培养物竞争。此外,很大一部分日光被水的表面反射,而进入池塘的日光仅穿透水中一小段距离,因为藻类变得十分密集从而阻挡了光,因此日光仅到达池塘表面附近生长的藻类薄层。也已经采用生物反应器,其中通过暴露在日光中的塑料或玻璃管道或板子抽取富有营养物的水。该反应器可参见例如Singh等,JournalofAppliedPhycology12:269-275,2000;Usui,,,Supple.,pagesS487-S492,1997。光生物反应器系统,特别是平板玻璃反应器的光化学效率,可达到大约

　　藻类高得多。然而,基于该技术发展水平的这种已知生物反应器仍具有一些缺点。这种生物反应器比开放池塘系统更昂贵且更难以操作,且这种生物反应器也遭遇使日光到达其可被吸

　　8收的藻类的问题。大部分日光在管道或板子的表面被反射。只有少量日光进入管道或板子中的水中,而该少量日光仅穿透进入管道或板子的体积的一小段距离。这种生物反应器系统的其他缺点是难以进行温度控制,以及依赖于日光来培养物生长。藻类最好在受控条件下生长。藻类对温度和光条件敏感。通过控制培养过程的所有方面,例如温度,CO2水平,光和营养物,可获得非常高的产量。一种已知的用于光合培养物的反应器参见Kondo等的US6287852。这种反应器的缺点是采用了固定的收集器,这意味着在大多数时间,太阳辐射不能被有效收集。W描述了一种用于培养光合微生物体的反应器,其中通过利用一个或多个可移动瞄准仪将日光引入间隔壁。该间隔壁是透明的,光可从该间隔壁分配到反应器中。这种反应器具有改进的辐射收集,以及改进的辐射在反应器中的分布,因此提供了更有效率的反应器和更有效率的光合微生物体培养过程。

　　(这里也称为“培养物”)和收获该光合培养物的可选的光生物反应器系统,该光生物反应器系统(这里也称为“生物反应物器”或“反应器”),布置为包含所述水性液体;,布置为至少部分淹没在该水性液体中,并布置为在水性液体的表面之下照射光合培养物;,包括铲子结构,该铲子结构包括铲子,该铲子结构布置为从水性液体中铲出至少部分光合培养物,以及收集系统,布置为收集至少部分所铲出的光合培养物。收获部分光合培养物可将剩余的培养物置于更优化的生长条件中,并且有利地能够针对生长条件持续优化生物反应器系统,从而提高产量。该系统的优点是可以生长和收获所有种类的培养物。光合培养物可以是微生物培养物,更特别地是藻类培养物,例如螺旋藻糕状培养物(cake-culture)0水性液体可仅为水,更特别地为水和营养物(和CO2)的混合物,用于培养物及其光合作用。包含水性液体的容器可以是容器(例如池塘)。取决于光照系统,该容器的深度通常从30cm到深得多的深度,例如深达大约200cm。更特别地,容器是一系列分开的容器,更特别地,是一系列互联的容器。因此,在一特定实施例中,该容器包括多个容器。光照系统至少部分淹没在水性液体中。特别地,光照系统基本淹没在水性液体中以照射其中的光合培养物。淹没的光照系统可实现对培养物更好的照射,从而进一步提高光合培养物的生长条件。本发明的另一方面提

　　供了一种光生物反应器系统,其中该光生物反应器系统集成在受控的和/或封闭的环境中,例如温室中。因此,在一特定实施例中,本发明还提供了一种受控的和/或封闭的环境,例如包括光生物反应器系统的温室。该受控的和/或封闭的环境,例如温室,能够使得在受控环境下操作该生物反应器。在一特定实施例中,其中容器包括多个容器,并且其中该受控的和/或封闭的环境,例如温室,包括多个单独的间隔间,每个单独的容器可包围在其自己的受控和/或封闭环境的间隔间中,例如控制每个单独容器的环境的温室。在本发明的又一方面提供了一种光生物反应器系统,其中铲子结构包括具有至少一个桨叶的桨轮结构,其中该桨叶包括铲子,且其中该铲子结构布置为在水性液体的表面之上的位置和水性液体的表面之下的位置之间移动或旋转该铲子。在一特定实施例中,铲子结构包括多个桨轮,更特别地多个桨轮布置为顺指针(cw)旋转,另外多个桨轮布置为逆时针旋转(CCW),甚至更特别地,一种多个桨轮的布置为,其中一桨轮布置为顺时针旋转,相邻桨轮布置为逆时针旋转。换言之,相邻的桨轮布置为以相反方向旋转。在一特定实施例中,桨叶包括铲子,更特别地桨叶基本上就是铲子,甚至更特别地桨叶就是铲子。在水性南宫股份有限公司液体的表面之下的位置上,桨轮铲出水性液体。在水性液体的表面之上的位置上,桨轮脱水以在铲子中保留光合培养物。在液体中,铲子可集中培养物,特别是当铲子是布置为从液体中筛出部分培养物的筛子时。本发明的光生物反应器布置有利地允许培养物的连续收获,而不是已知光生物反应器系统中的批量收获,从而提高系统产量。然而,本发明的布置和方法也可用于批量收获。进一步地,本发明通过利用用于收获的桨轮,以有效方式同时进行收获和漩涡。本发明的另一方面提供了一种用于在水性液体中使光合培养物生长并收获该光合培养物的可选方法,该方法包括

　　;;;。收集至少部分光合培养物可将光生物反应器中剩余的培养物置于更优化的生长条件,并能够针对生长条件实现生物反应器系统的持续优化,从而提高产量。本发明的另一方面提供了一种收获器系统的应用,该收获器系统包括具有铲子的铲子结构,其布置为从水性液体中铲出至少部分光合培养物;以及收集系统,其布置为收集至少部分所铲出的光合培养物,在用于在水性液体中使光合培养物生长的光生物反应器系统中用于在水性液体中产生扰动并收获至少部分光合培养物。可以几种方式实现收集。在一实施例中,收获器系统将收集的培养物提供给沟槽。该沟槽可布置在反应器的壁上或面板上。本发明也涉及该收获器系统本身和该光照系统本身。本发明的另一方面提供了一种用于根据本发明的光生物反应器系统的流动增强系统,该流动增强系统

　　包括流动增强主体,其具有用于接合水性液体从而将扰动流引入该水性液体的侧部(profile)。在一特定实施例中,该流动增强系统包括多个用于接合水性液体从而将扰动流引入该水性液体的主体。在一特定实施例中,该流动增强主体包括用于将该水性液体与圆柱体的圆柱形壁接合的圆柱体。在一特定实施例中,该流动增强主体包括用于将流体从导管的入口传送到出口的导管;在更特定的实施例中,该侧部包括与用于传送通过该导管的水性液体的导管耦合的流体入口。可选地,该入口可与供给导管耦合(例如液体接触),该供给导管用于将淡水、营养物等的一种或多种提供给水性液体。在更特别的实施例中,流动增强主体包括另一入口,用于将导管和供给导管流体耦合。在一特定实施例中,出口布置为将流体朝向相邻的流动增强主体引导。在一特定实施例中,出口布置为向上引导流体。本发明的另一方面提供了一种包括根据本发明的流动增强系统的光生物反应器系统。本发明也涉及该流动增强系统本身。本发明的另一方面提供了一种用于光生物反应器系统的光照系统的光照面板,例如本文所述,该光照面板包括形成间隔间的透明侧壁、位于该间隔间中用于照射藻类的光源、用于将光照面板容纳在包含耦合光面板的壁之中的耦合装置。包括耦合光面板的壁适用于在光生物反应器系统的容器中形成沟渠部分,也称为水槽。光照面板可包括透明侧壁,

　　如上文所示。然而,该光照面板也可包括壁,其中光源集成和/或结合于所述壁中。由此,光可从该壁提供给液体。在一特定实施例中,间隔间包括多个光源,更特别地,这些光源的每一个布置为提供具有特定波长,例如400-450nm之间和/或640-680nm之间的光,甚至更特别地,该一个或多个光源包括发光二极管。本发明的另一方面提供一种包括根据本发明的光面板的光生物反应器系统,特别地耦合光面板形成壁。在所述壁的一特定实施例中,所述壁包括用于耦合和支撑光照面板的框架。在又一实施例中,本发明提供用于在水性液体中使光合培养物生长的光生物反应器系统,,布置为包含该水性液体;,布置为至少部分地淹没在该水性液体中,并布置为在该水性液体的表面之下照射该光合培养物;,布置为在该液体中产生扰动。由此,可在该生物反应器中产生扰动,特别是流动。这种反应器可进一步包括如本文所述的一个或多个流动增强系统。可用本领域已知的方法进行收获,但是也可利用桨轮结构和收集系统进行收获。在又一实施例中,本发明提供了一种用于在水性液体中使光合培养物生长并收获该光合培养物的方法,;;,特别是流动;

　　移除至少部分该光合培养物,。可特别采用如本文所述的收获系统来移除培养物,但是也可采用本领域已知的方法来移除。特别地,扰动是利用如本文所述的桨轮结构产生的。在一实施例中,收获系统用于在液体中产生扰动并从该液体中移除(铲出)培养物。可选地或附加地,也可通过在该

　　11液体中注入水和/或营养物来产生流动。在一特定实施例中,(也)利用扰动增强系统,特别是漏斗类型的扰动增强系统,通过向液体提供水和/或营养物来产生扰动。本发明也涉及一种在水性液体中使光合培养物生长并收获该光合培养物的方法,;,其中从包含该光合培养物的反应器的壁,可选地也可从障碍物照射该光合培养物,其布置在反应器中和布置在液体中,其中该障碍物是圆柱形障碍物(且其中该障碍物不布置为壁)。作为进一步的示例,从壁发射出的光的类型是不同于从障碍物发出的光的另一种类型。例如,从障碍物发出的光的蓝色成分比从壁发出的光的蓝色成分多。特别地,该壁包括产生蓝色光和红色光的一个或多个光源,但是一个或多个障碍物可包括产生蓝色光的一个或多个光源。本专利讨论的各个方面可组合在一起从而提供更多的优点。本发明的又一方面的目的是提供一种采用LED光照系统的改进的生物反应器,从而至少部分地为藻类提供光。为达此目的,本发明的实施例涉及用来照射水性液体中的光合培养物的光照系统,该系统包括包含多个

　　LED的光源、用于支撑所述LED的安装结构、和用于容纳该光源和该安装结构的外罩,至少部分该外罩对于由光源发出的光是透明的,其中该外罩至少部分地填充有冷却液,从而在使用中,通过对流的方式利用冷却液将来自LED的热量从LED传送出去。在实施例中,本发明涉及一种用于在水性液体中使光合培养物生长的反应器,该反应器包括用于容纳其中具有光合培养物的水性液体的蓄水池;以及上文所述的用于照射光合培养物的光照系统,其中该光照系统至少部分地淹没在水性液体中。在实施例中,本发明涉及一种用于在水性液体中使光合培养物生长的反应器,该反应器包括用于容纳其中具有光合培养物的水性液体的蓄水池;以及包括具有多个LED的光源的光照系统,用于支撑该LED的安装结构,以及用于容纳该光源和该安装结构的外罩,至少部分该外罩对于由光源发出的光是透明的,其中该外罩的透明部分基本上全部淹没在该水性液体中,从而从光照系统发射的光基本上全部进入位于该水性液体的上表面之下的水性液体中。在实施例中,本发明涉及一种用于在水性液体中使光合培养物生长的方法,该方法包括提供其中包含光合培养物的水性液体;提供至少部分淹没在该水性液体中的光照系统,该光照系统包括多个LED,提供用于冷却光照系统的LED