正能量光生物反應(yīng)器裝置和應(yīng)用該光生物反應(yīng)器的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理流出物(311，313)的方法，其特征在于，包括以下步驟：a.準(zhǔn)備包括微藻、二氧化碳(311)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物的水性培養(yǎng)介質(zhì)；b.將所述培養(yǎng)介質(zhì)注入暴露于光的閉合回路(135)中；c.測(cè)量循環(huán)的所述培養(yǎng)介質(zhì)中的微藻的濃度；d.當(dāng)微藻的濃度達(dá)到閾值時(shí)，收獲一定量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)；e.從所述量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)中將水(414)和微藻(415)分離出來(lái)；f.使用回收的微藻作為能量源。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】正能量光生物反應(yīng)器裝置和應(yīng)用該光生物反應(yīng)器的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種正能量光生物反應(yīng)器裝置和應(yīng)用該光生物反應(yīng)器的方法。更具體 地，但非排他地，本發(fā)明適于實(shí)現(xiàn)尤其用于建筑物外表面的活性隔熱板。
[0002] 文件W02010072925描述了一種包括尤其安裝在建筑物外表面上且包括微藻培養(yǎng) 的透明管的裝置。該現(xiàn)有技術(shù)裝置使得能夠處理包括二氧化碳的液態(tài)或氣態(tài)流出物。術(shù)語(yǔ) "處理"在于通過(guò)由微藻組成的生物量的作用轉(zhuǎn)化所述流出物，更特別地是通過(guò)光合作用在 所述生物量中固定二氧化碳。該現(xiàn)有技術(shù)裝置對(duì)于流出物的處理是有效的。然而，所述裝 置是耗能的，并且安裝復(fù)雜。
[0003] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并且因此涉及一種用于處理流出物的方法，所 述方法包括以下步驟：
[0004] a.準(zhǔn)備包括微藻、二氧化碳和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物的水性培養(yǎng)介質(zhì)；
[0005] b.將所述培養(yǎng)介質(zhì)注入暴露于光的閉合回路中；
[0006] c.測(cè)量所述培養(yǎng)介質(zhì)中循環(huán)的微藻的濃度；
[0007] d.當(dāng)微藻的濃度達(dá)到閾值時(shí)，收獲一定量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)；
[0008] e.將水和微藻從所述量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)中分離出來(lái)；
[0009] f.使用回收的微藻作為能量源。
[0010] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)方法是從光能和廢物中產(chǎn)生微藻。所述微藻被用作燃料以產(chǎn) 生至少相當(dāng)于用于應(yīng)用本發(fā)明的目標(biāo)方法的步驟a)至f)的大量能量。因此，本發(fā)明的目 標(biāo)方法稱(chēng)為正能量。
[0011] 根據(jù)下述單獨(dú)考慮的或按照所有有效技術(shù)組合的實(shí)施例有利地實(shí)施本發(fā)明。
[0012] 有利地，步驟a)包括如下步驟：
[0013] ai.在水溶液中使流出物微粒化。
[0014] 因此，營(yíng)養(yǎng)物縮減為細(xì)小的泡，并且生物量和營(yíng)養(yǎng)物之間的交換表面增加，從而使 得營(yíng)養(yǎng)物以最佳方式被消耗并且使得微藻繁殖。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述流出物是浸濾液。
[0016] 根據(jù)有利的實(shí)施例，所述流出物是甲烷化沼渣沼液，因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)稍微使該 廢物增值，使得能夠利用本發(fā)明的目標(biāo)方法產(chǎn)生能量。
[0017] 根據(jù)另一有利實(shí)施例，所述流出物由建筑物的污水構(gòu)成的。
[0018] 根據(jù)所尋求的效果，有利地組合上述實(shí)施例以使培養(yǎng)介質(zhì)最優(yōu)化。根據(jù)這些實(shí)施 例使用的流出物的優(yōu)點(diǎn)是尤其已被細(xì)菌預(yù)先消化，以除去相當(dāng)一部分有機(jī)內(nèi)容物，并且因 此富含可與光合作用并存的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物。
[0019] 根據(jù)有利的實(shí)施例，本發(fā)明的目標(biāo)方法的步驟d)包括如下步驟：
[0020] di.絮凝包括在培養(yǎng)介質(zhì)中的微藻。
[0021] 因此，更容易獲得微藻，并且能量的消耗少于膜過(guò)濾技術(shù)。
[0022] 根據(jù)特別有利的實(shí)施例，本發(fā)明的目標(biāo)方法的步驟di)通過(guò)使所述培養(yǎng)介質(zhì)經(jīng)受 電脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施例特別經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橹幌挠色@得的微藻釋放的能量中的約15%。此 夕卜，避免了在培養(yǎng)介質(zhì)中引入產(chǎn)物。所述方法還使得能夠提取所述微藻的脂類(lèi)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)方法的有利實(shí)施例，通過(guò)使培養(yǎng)介質(zhì)在建筑物外表面上的管道 中循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟b)。因此，培養(yǎng)介質(zhì)以最小陰影大面積地暴露于光，而不占用地面位置。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)方法的實(shí)施例，步驟b)包括如下步驟：
[0025] bi.控制是培養(yǎng)介質(zhì)在所述管道中循環(huán)的過(guò)程中所述微藻所經(jīng)受的光強(qiáng)度。
[0026] 因此，所述培養(yǎng)介質(zhì)的微藻群體的生存和繁殖受到控制。
[0027] 根據(jù)該實(shí)施例的有利實(shí)現(xiàn)，通過(guò)使在脈絡(luò)中限定的有色流體循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟bi)， 其中所述脈絡(luò)包括在光曝露源和培養(yǎng)介質(zhì)循環(huán)管道壁之間。因此，以經(jīng)濟(jì)美觀的方式實(shí)現(xiàn) 了對(duì)所吸收的光能量的調(diào)節(jié)。有色流體還可用作載熱流體，以回收培養(yǎng)介質(zhì)的熱量并將熱 量例如傳送至用于制造衛(wèi)生熱水的裝置。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)方法的特別有利的實(shí)施例，所述流出物包含有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，并且 微藻是混合營(yíng)養(yǎng)的，本發(fā)明的目標(biāo)方法包括如下步驟：
[0029] bii.減少培養(yǎng)介質(zhì)暴露于光以有利于微藻的異養(yǎng)行為和消耗有機(jī)物；
[0030] biii.增加培養(yǎng)介質(zhì)的光暴露，以有利于微藻的自養(yǎng)行為并且有利于所述流出物 的礦物質(zhì)的消化和光合作用。
[0031] 該實(shí)施例一方面使得能夠處理未由細(xì)菌預(yù)先消化的廢物，例如通過(guò)甲烷化過(guò)程。 此外，得益于缺少光暴露，異養(yǎng)行為使得能夠產(chǎn)生更大量的生物量。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)光暴露， 本發(fā)明的目標(biāo)方法使得能夠得到流出物的所有內(nèi)容物的能量益處，特別地當(dāng)該內(nèi)容物是有 機(jī)混合和無(wú)機(jī)混合時(shí)，如在生活污水的情況下。
[0032] 有利地，從食品廢物中實(shí)現(xiàn)包含有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的流出物。
[0033] 本發(fā)明還涉及一種用于應(yīng)用本發(fā)明的目標(biāo)方法的裝置，該裝置包括：
[0034] i.能夠被固定在建筑物外表面上的第一透明蜂窩板，以及用于使包括微藻的培養(yǎng) 介質(zhì)循環(huán)的裝置，所述培養(yǎng)介質(zhì)的循環(huán)管道包括所述板的蜂窩。
[0035] 因此，所述板的蜂窩被用于培養(yǎng)介質(zhì)沿著建筑物外表面上的大表面培養(yǎng)介質(zhì)循 環(huán)。該實(shí)施例不論是在管道制造還是在外表面上的板安裝中都是特別經(jīng)濟(jì)的。
[0036] 有利地，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括：
[0037] ii.被固定在所述第一蜂窩板的暴露于光的面上的第二透明蜂窩板即調(diào)節(jié)透明蜂 窩板，以及用于使有色流體在所述第二蜂窩板的蜂窩中循環(huán)的裝置。
[0038] 因此，所述有色流體在與第一板連接的第二板中的循環(huán)，起到屏幕的作用并且使 得能夠控制微藻暴露于其中的光的量，并且尤其能夠控制某些微藻上觀察到的光抑制現(xiàn) 象。
[0039] 有利地，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括：
[0040] iii.在與所述第二蜂窩板的固定面相對(duì)的面上被固定在所述第一蜂窩板上的第 三透明蜂窩板即調(diào)節(jié)透明蜂窩板，以及用于使有色流體在所述第三蜂窩板的蜂窩中循環(huán)的 裝直。
[0041] 因此，通過(guò)控制所述板的內(nèi)面上的光吸收，本發(fā)明的目標(biāo)裝置使得能夠控制由太 陽(yáng)輻射帶給培養(yǎng)介質(zhì)的熱量。
[0042] 有利地，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括：
[0043] iv.在第一板的蜂窩中循環(huán)的培養(yǎng)介質(zhì)與載熱流體之間的熱交換器。
[0044] 因此，所述培養(yǎng)介質(zhì)的溫度被調(diào)節(jié)，并且所述培養(yǎng)介質(zhì)的熱量被回收利用。
[0045] 參照?qǐng)D1至4,下面根據(jù)決非限制性的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，其中：
[0046] -圖1以正面示意圖示出了應(yīng)用于建筑物外表面上的本發(fā)明的目標(biāo)裝置的實(shí)現(xiàn)示 例；
[0047] -圖2以圖1中限定的AA剖視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的蜂窩板的實(shí)現(xiàn)示例；
[0048] -圖3示意性地示出了準(zhǔn)備待注入本發(fā)明的目標(biāo)裝置的循環(huán)回路中的培養(yǎng)介質(zhì)的 示例；和
[0049] -圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)示例的裝置的微藻的抽取、分離和增值 的操作。
[0050] 圖1，根據(jù)實(shí)現(xiàn)示例，本發(fā)明的目標(biāo)裝置包括多個(gè)固定在建筑物（100)的外表面 (120)上的蜂窩板（110)。每個(gè)板（110)包括通過(guò)密封內(nèi)壁彼此隔離的多個(gè)蜂窩（111)，蜂 窩（111)構(gòu)成流體的引導(dǎo)管道。不同板（110)的蜂窩（111)是液壓連通的，從而實(shí)現(xiàn)流體 在建筑物（100)的整個(gè)外表面（120)上的所述蜂窩中的循環(huán)（135)。根據(jù)該實(shí)現(xiàn)示例，在固 定于壁上的所有板之間實(shí)現(xiàn)所述循環(huán)（135)?？蛇x地，以蜂窩板的子集來(lái)組織多個(gè)流。
[0051] 根據(jù)該實(shí)現(xiàn)示例，基本上堅(jiān)直地實(shí)現(xiàn)流體的循環(huán)（135)，并且所述板（110)的蜂窩 因而被定向。根據(jù)可選的實(shí)施例，基本上水平地實(shí)現(xiàn)所述循環(huán)。在所述板的蜂窩（111)中 循環(huán)的流體是包含微藻、營(yíng)養(yǎng)物和二氧化碳（C0 2)的水性培養(yǎng)介質(zhì)。借助于泵浦（150)使 所述流體循環(huán)，并且根據(jù)實(shí)現(xiàn)示例，該流體在建筑物（100)外表面（120)上行進(jìn)期間經(jīng)受太 陽(yáng)輻射。暴露于太陽(yáng)輻射激活了藻對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收和光合作用現(xiàn)象，光合作用使得能夠固 定所述藻中的碳，藻從所述碳和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物中合成有機(jī)分子，例如脂肪酸，所述藻通過(guò)細(xì)胞 分裂繁殖。這些脂類(lèi)是能量源。
[0052] 太陽(yáng)輻射的作用還用于增加循環(huán)的培養(yǎng)介質(zhì)的溫度，并且該溫度可能達(dá)到與微藻 生存不相容的級(jí)別。同樣，調(diào)節(jié)所述培養(yǎng)介質(zhì)的溫度。
[0053] 根據(jù)第一實(shí)施例，通過(guò)有利地借助于熱交換器（160)冷卻循環(huán)流體來(lái)實(shí)現(xiàn)所述溫 度調(diào)節(jié)，其中，所述循環(huán)流體在所述熱交換器中與載熱流體交換熱量，該載熱流體例如用于 重新加熱鍋爐或衛(wèi)生熱水的球（170)。因此，本發(fā)明的目標(biāo)裝置使得能夠調(diào)節(jié)其上安裝有本 發(fā)明的目標(biāo)裝置的建筑物（100)的主動(dòng)熱調(diào)節(jié)。
[0054] 圖2,根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)裝置的實(shí)現(xiàn)示例，蜂窩板包括具有大蜂窩（111)的第一 板，大蜂窩（111)構(gòu)成用于培養(yǎng)介質(zhì)循環(huán)的管道。所述板夾在具有更小蜂窩的兩個(gè)蜂窩板 (212，213)之間，在更小的蜂窩中，有色流體通過(guò)與培養(yǎng)介質(zhì)的循環(huán)回路分開(kāi)的回路循環(huán)。 因此，根據(jù)在稱(chēng)為調(diào)節(jié)的板（212, 213)的蜂窩中循環(huán)的流體的顏色，光能量裝置的響應(yīng)被 修改。根據(jù)實(shí)現(xiàn)示例，不透明流體在直接暴露于光能量的調(diào)節(jié)板（212)中循環(huán)，這使培養(yǎng)介 質(zhì)失去該光，限制了重新加熱且停止了光合作用。根據(jù)另一實(shí)現(xiàn)示例，固定于外表面（120) 上的蜂窩板（213)中的深色流體的循環(huán)使得能夠增加光能量的吸收以及因此增加培養(yǎng)介 質(zhì)的溫度。
[0055] 微藻是混合營(yíng)養(yǎng)的，并且其行為由照明條件決定。因此，失去光，所述微藻采用異 養(yǎng)行為，而暴露于光，其采用自養(yǎng)行為。因此，通過(guò)修改調(diào)節(jié)板（212,213)中的循環(huán)流體的 光學(xué)特性，修改了微藻的行為，這有利地用于使所述微藻的行為適應(yīng)存在于循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì) 中的營(yíng)養(yǎng)物的特性。
[0056] 圖3,定期地準(zhǔn)備的培養(yǎng)介質(zhì)被注入管道中。所述培養(yǎng)介質(zhì)將微藻與水性混合物中 的三種類(lèi)型的成分混合。根據(jù)第一實(shí)施例，所述微藻與包括礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物的流出物（311)結(jié) 合。這種流出物是尤其由消耗有機(jī)物的細(xì)菌來(lái)預(yù)先消化的。作為示例，該流出物是排出的 浸濾液、甲烷化沼渣沼液或建筑物污水。該流出物與二氧化碳（312)結(jié)合。該實(shí)施例更具 體地適于通過(guò)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)所述微藻的自養(yǎng)行為而產(chǎn)生微藻。該產(chǎn)生模式使得能夠達(dá)到每升幾 克量級(jí)的微藻濃度。另一方面，該實(shí)施例使得在其他領(lǐng)域不可使用的流出物增值。
[0057] 根據(jù)另一實(shí)施例，流出物（313)包括有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。該實(shí)施例有利地使用食品有機(jī) 廢物，例如罐頭食品廠、屠宰場(chǎng)或餐館的在其他領(lǐng)域中無(wú)價(jià)值的廢物。該實(shí)施例通過(guò)將微藻 保存在避光處來(lái)使用微藻的異養(yǎng)行為。該實(shí)施例允許產(chǎn)生每升百來(lái)克量級(jí)的微藻。
[0058] 無(wú)論所使用的流出物的特性如何，流出物在適當(dāng)?shù)难b置（350)中被微粒化，以增 加微藻與所述營(yíng)養(yǎng)物之間的交換表面。文件US2009 0029445描述了微?；^(guò)程的不例。
[0059] 圖4,定期地抽取一定量的培養(yǎng)介質(zhì)以提取微藻。培養(yǎng)介質(zhì)當(dāng)培養(yǎng)介質(zhì)中微藻的濃 度超過(guò)與反應(yīng)減慢相對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)，根據(jù)該濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)該抽取。有利地，流體通過(guò)適配裝置 而經(jīng)受絮凝操作（450)。該絮凝操作使得能夠促進(jìn)提取所述微藻，其中該微藻的大大減小的 尺寸不允許使用膜分離技術(shù)或直接過(guò)濾技術(shù)，除非對(duì)于該過(guò)濾操作而言比回收所述微藻消 耗更多能量。因此，所述方法（450)使得能夠?qū)⑺鑫⒃迮c重新使用的水（414)分離以準(zhǔn) 備培養(yǎng)介質(zhì)。微藻（415)被派送至能量增值的領(lǐng)域中，例如用于準(zhǔn)備生物柴油。
[0060] 有利地，借助于使培養(yǎng)介質(zhì)經(jīng)受電脈沖的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)絮凝過(guò)程。這種方法例如在 文件W02012 054404中描述。
[0061] 以上描述和實(shí)現(xiàn)示例表明本發(fā)明達(dá)到了預(yù)期目的，特別地，其根據(jù)正能量過(guò)程，通 過(guò)實(shí)現(xiàn)建筑物的熱調(diào)節(jié)而使得污染性流出物增值。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于處理流出物（311,313)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： a. 準(zhǔn)備包括微藻、二氧化碳（311)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物的水性培養(yǎng)介質(zhì)； b. 將所述培養(yǎng)介質(zhì)注入暴露于光的閉合回路（135)中； c. 測(cè)量循環(huán)的所述培養(yǎng)介質(zhì)中的微藻的濃度； d. 當(dāng)所述微藻的濃度達(dá)到閾值時(shí)，收獲一定量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)； e. 從所述量的循環(huán)培養(yǎng)介質(zhì)中將水（414)和所述微藻（415)分離出來(lái)（450); f. 使用回收的微藻（415)作為能量源。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟a)包括以下步驟： ai.在水性溶液中使流出物微?；?50)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述流出物（311)是浸濾液。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述流出物（311)是甲烷化沼渣沼液。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述流出物（311，313)由建筑物的污水構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟d)包括以下步驟： di.絮凝（450)包括在所述培養(yǎng)介質(zhì)中的所述微藻。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟di)是通過(guò)使所述培養(yǎng)介質(zhì)經(jīng)受電脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)使所述培養(yǎng)介質(zhì)在建筑物（100)的外表面 (120)上的管道（111)中循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟b)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟b)包括以下步驟： bi.控制所述培養(yǎng)介質(zhì)在所述管道中循環(huán)的過(guò)程中所述微藻所經(jīng)受的光強(qiáng)度。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過(guò)使在脈絡(luò)（212, 213)中所限定的有色流體循 環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟bi)，其中所述脈絡(luò)包括在光曝露源與所述培養(yǎng)介質(zhì)循環(huán)的所述管道（111) 的壁之間。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述流出物（313)包含有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，所述微藻是 混合營(yíng)養(yǎng)的，并且該方法包括以下步驟： bii.減少所述培養(yǎng)介質(zhì)在光下的暴露，以有利于所述微藻的異養(yǎng)行為并且消耗所述有 機(jī)物； biii.增加所述培養(yǎng)介質(zhì)的光暴露，以有利于所述微藻的自養(yǎng)行為，并且有利于所述流 出物的礦物質(zhì)的消化和光合作用。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，從食品廢物中實(shí)現(xiàn)所述流出物（313)。
13. -種用于應(yīng)用如權(quán)利要求8所述的方法的裝置，其特征在于，包括： i. 能夠被固定在建筑物外表面（120)上的第一透明蜂窩板（110)，以及用于使包括微 藻的培養(yǎng)介質(zhì)循環(huán)的裝置（150)，所述培養(yǎng)介質(zhì)的循環(huán)管道（111)包括所述板的蜂窩。
14. 如權(quán)利要求11所述的裝置，用于應(yīng)用如權(quán)利要求10所述的方法，包括： ii. 被固定在所述第一蜂窩板的暴露于光的面上的第二透明蜂窩板（212)即調(diào)節(jié)透明 蜂窩板，以及用于使有色流體在所述第二蜂窩板的蜂窩中循環(huán)的裝置。
15. 如權(quán)利要求12所述的裝置，包括： iii. 在與所述第二蜂窩板的固定面相對(duì)的面上被固定在所述第一蜂窩板上的第三透 明蜂窩板（213)即調(diào)節(jié)透明蜂窩板，以及用于使有色流體在所述第三蜂窩板的蜂窩中循環(huán) 的裝置。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，包括： iv.所述第一板的蜂窩中循環(huán)的所述培養(yǎng)介質(zhì)與載熱流體之間的熱交換器（160)。
【文檔編號(hào)】C12M1/00GK104066832SQ201380004180
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】讓-路易斯·金德勒, 皮埃爾·托齊納 申請(qǐng)人:恩能系統(tǒng)公司