DE102011113440A1

DE102011113440A1 - Method for operating a photobioreactor and photobioreactor

Info

Publication number: DE102011113440A1
Application number: DE201110113440
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-14
Also published as: WO2013037339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Photobioreaktors (1) sowie einen Photobioreaktor (1) bei dem ein Gas in den Photobioreaktor (1) eingeleitet wird, das zur Versorgung phototropher Mikroorganismen dient, beidem das Gas wenigstens an einem Teilbereich der Wand (3) des Photobioreaktors so zugeführt wird, dass es auf der Wand (3) abgelagerte Mikroorganismen ablöst oder die Anlagerung den Mikroorganismen an der Wand des Photobioreaktors verringert. Mit dem Verfahren und dem Photobioreaktor (1) kann die Produktivität des Photobioreaktors (1) über längere Betriebsdauern unvermindert aufrecht erhalten werden und Kosten können reduziert werden.The invention relates to a method for operating a photobioreactor (1) and a photobioreactor (1) in which a gas is introduced into the photobioreactor (1), which serves to supply phototrophic microorganisms, wherein the gas is at least at a portion of the wall (3). of the photobioreactor is supplied so that it dissolves on the wall (3) deposited microorganisms or reduces the attachment of the microorganisms on the wall of the photobioreactor. With the method and the photobioreactor (1), the productivity of the photobioreactor (1) can be maintained undiminished over longer periods of operation and costs can be reduced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Photobioreaktors, sowie einen Photobioreaktor.The invention relates to a method for operating a photobioreactor, and a photobioreactor.

Nach dem Stand der Technik werden phototrophe Mikroorganismen in Photobioreaktoren zur photochemischen Produktion von Produkten eingesetzt. Hierzu werden lichtdurchlässige Photobioreaktoren mit einer meist wässrigen Phase, wie Süß- oder Salzwasser beaufschlagt, die Mikroorganismen enthält, die gewünschte Produkte, wie beispielsweise Proteine, Lipide, Biokraftstoffe oder Zwischenprodukte produzieren. Daneben kann die flüssige Phase Nährstoffe enthalten.According to the state of the art, phototrophic microorganisms are used in photobioreactors for the photochemical production of products. For this purpose, translucent photobioreactors are exposed to a mostly aqueous phase, such as fresh or salt water, which contains microorganisms which produce desired products, such as, for example, proteins, lipids, biofuels or intermediates. In addition, the liquid phase may contain nutrients.

Für die Mikroorganismen wird weiterhin Luft, Sauerstoff oder CO₂ benötigt, oder allgemein ein Gas, welches die Atmung der Mikroorganismen unterhält.For the microorganisms air, oxygen or CO ₂ is still required, or generally a gas that maintains the respiration of the microorganisms.

Beispielhaft aber nicht beschränkend kann der Betrieb eines Photobioreaktors mit einer wässrigen Lösung von Algen in einer Nährlösung angeführt werden, bei dem die Algen zur Produktion von Biomasse, beispielsweise Proteine oder Lipide, mit CO₂ versorgt werden, welches über eine Leitung, die zum Beispiel in das Zentrum der Photobioreaktors einmündet, in den Bioreaktor eingeleitet ist.By way of example but not limitation, the operation of a photobioreactor can be cited with an aqueous solution of algae in a nutrient solution in which the algae for the production of biomass, for example proteins or lipids, are supplied with CO ₂ , which is supplied via a conduit which, for example, in the center of the photobioreactor opens into the bioreactor is initiated.

Als Photobiorektoren sind Reaktoren mit lichtdurchlässigen festen bzw. starren Wänden, beispielsweise aus Glas oder Plexiglas oder aus lichtdurchlässigen Folien, die ihre Form nach Befüllung mit dem Kulturmedium erhalten, bekannt.Reactors with translucent solid or rigid walls, for example made of glass or Plexiglas or of translucent films, which obtain their shape after being filled with the culture medium, are known as photobiorctors.

Nachteilhaft an diesen Verfahren und Vorrichtungen ist, dass die Produktivität dieser Verfahren und die Effizienz der Photobioreaktoren im Laufe des Betriebes zunehmend abnimmt. Die Produktion von Mikroorganismen und deren Produktion von gewünschten Produkten nimmt im Laufe des Betriebes ab.A disadvantage of these methods and devices is that the productivity of these methods and the efficiency of the photobioreactors in the course of operation increasingly decreases. The production of microorganisms and their production of desired products decreases in the course of operation.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen die Produktivität des Photobioreaktors über längere Betriebszeiten aufrecht erhalten werden kann und während des Betriebs nicht oder nur unwesentlich abnimmt. Die Produktion von Mikroorganismen und deren Produktion von gewünschten Produkten soll über die gesamte Betriebsdauer aufrecht erhalten werden, oder weniger stark abnehmen als nach dem Verfahren und der Vorrichtung nach dem Stand der Technik.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device with which the productivity of the photobioreactor can be maintained over longer periods of operation and does not decrease or only insignificantly during operation. The production of microorganisms and their production of desired products is to be maintained over the entire service life, or decrease less than by the method and the device according to the prior art.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 und dem nebengeordneten Anspruch wird die Aufgabe gelöst mit den im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen.Starting from the preamble of claim 1 and the independent claim, the object is achieved with the features indicated in the characterizing part.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, die Betriebsdauer des Photobioreaktors bei gleichbleibender oder im Wesentlichen gleichbleibender Produktivität gegenüber den Verfahren und den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zu verlängern. Eine Hemmung des Wachstums von phototrophen Mikroorganismen kann verhindert oder sehr stark verringert und eine optimale Kultivierung erreicht werden. Die Produktion von gewünschten Produkten, wie Proteinen, Lipiden kann über die gesamte Betriebsdauer des Photobioreaktors konstant gehalten werden oder nimmt im Vergleich zu den Verfahren und der Vorrichtung nach dem Stand der Technik nur unwesentlich ab. Die Ausbeute an Mikroorganismen sowie wie Produktausbeute wird erhöht.With the method and the device according to the invention, it is possible to extend the operating life of the photobioreactor while maintaining or substantially constant productivity over the prior art methods and devices. An inhibition of the growth of phototrophic microorganisms can be prevented or greatly reduced and optimal cultivation can be achieved. The production of desired products, such as proteins, lipids can be kept constant over the entire operating life of the photobioreactor or decreases only insignificantly compared to the methods and the device according to the prior art. The yield of microorganisms and how product yield is increased.

In den Randbereichen der Photobioreaktoren wird die Durchmischung der die Mikroorganismen enthaltenden Kulturmedien und die Gasversorgung verbessert. Ablagerungen auf der Innenwand des Photobioreaktors werden stark vermindert oder unterbunden. Der Lichteinfall in den Innenraum des Photobioreaktor wird verbessert. Bei der Verwendung von Photobioreaktoren, die mit Folien als Bewandung arbeiten, muss der Austausch der Folie seltener oder bei einer Produktion gar nicht erfolgen, weswegen Material und Arbeitsaufwand eingespart wird. Reinigungsarbeiten können eingespart werden. Die mit dem Betrieb des Photobioreaktors verbundenen Kosten können reduziert werden.In the peripheral areas of the photobioreactors, the mixing of the culture media containing the microorganisms and the gas supply is improved. Deposits on the inner wall of the photobioreactor are greatly reduced or prevented. The incidence of light in the interior of the photobioreactor is improved. When using photobioreactors, which work with foils as walling, the replacement of the film rarely or at a production does not take place, so the material and labor is saved. Cleaning work can be saved. The costs associated with operating the photobioreactor can be reduced.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Unter einem Photobioreaktor ist ein Bioreaktor zu verstehen, der zur Kultivierung und/oder Produktion von phototrophen ein- oder wenig zelligen Organismen verwendet werden kann.By a photobioreactor is meant a bioreactor that can be used to cultivate and / or produce phototrophic one or few cellular organisms.

Beispielhaft aber nicht beschränkend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Figuren dargestellt.By way of example but not limitation, the device according to the invention is shown in the figures.

Es zeigt:It shows:

1: Einen senkrechten Querschnitt durch den Photobioreaktor. 1 : A vertical cross-section through the photobioreactor.

2: Einen horizontalen Querschnitt durch den Photobioreaktor. 2 : A horizontal cross section through the photobioreactor.

3: Einen senkrechten Querschnitt durch den Photobioreaktor. 3 : A vertical cross-section through the photobioreactor.

4: Einen horizontalen Querschnitt durch den Photobioreaktor. 4 : A horizontal cross section through the photobioreactor.

5: Einen senkrechten Querschnitt durch den Photobioreaktor. 5 : A vertical cross-section through the photobioreactor.

6: Einen horizontalen Querschnitt durch den Photobioreaktor. 6 : A horizontal cross section through the photobioreactor.

In 1 ist eine Seitenansicht eines Photobioreaktors 1 dargestellt. Er umfasst einen Flansch 2, der eine lichtdurchlässige Wand 3 aufnehmen kann. Der Boden des Photobioreaktors hat das Bezugszeichen 4. Unterhalb des Bodens 4 tritt eine Gasleitung 5 in den Photobioreaktor 1 ein, die sich in eine Mehrzahl von Leitungen 6, 6a, 6b, 6c, 6d, ... aufspaltet, die an die Wand 3 geführt werden. Sie münden in ein Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3. Der Boden 4 des Photobioreaktors bildet gegenüber der Wand 3 eine Stufe 8 aus, in die die Leitungen 6, 6a, 6b, ... einmünden.In 1 is a side view of a photobioreactor 1 shown. It includes a flange 2 that a translucent wall 3 can record. The bottom of the photobioreactor has the reference numeral 4 , Below the ground 4 enters a gas line 5 in the photobioreactor 1 a, which is in a plurality of lines 6 . 6a . 6b . 6c . 6d , ... splits on the wall 3 be guided. They result in a means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 , The floor 4 of the photobioreactor forms opposite the wall 3 a step 8th out, into which the lines 6 . 6a . 6b , ... merge.

In 2 haben die gleichen Vorrichtungsmerkmale dieselben Bezugszeichen. Zusätzlich sind Bohrungen des Flansches 2 dargestellt, die die Bezugszeichen 2a tragen.In 2 For example, the same device features have the same reference numerals. In addition, there are holes in the flange 2 shown, the reference numerals 2a wear.

In 3 haben die gleichen Vorrichtungsmerkmale dieselben Bezugszeichen. In ihr mündet die Gasleitung 5 in einen Hohlraum 9 ein, von dem die Leitungen 6, 6a, 6b, ... ausgehen.In 3 For example, the same device features have the same reference numerals. The gas pipe flows into it 5 in a cavity 9 one from which the wires 6 . 6a . 6b , ... go out.

4 zeigt die Aufsicht der Vorrichtung nach 3 mit denselben Bezugszeichen für die gleichen Vorrichtungsmerkmale. 4 shows the top view of the device 3 with the same reference numerals for the same device features.

In 5, die im Wesentlichen der 3 entspricht, sind die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 in einem Winkel nach oben gerichtet.In 5 which are essentially the 3 corresponds to, the means of fumigation are the inside 7 the Wall 3 directed upwards at an angle.

6 zeigt die Aufsicht der Vorrichtung nach 5 mit denselben Bezugszeichen für die gleichen Vorrichtungsmerkmale. 6 shows the top view of the device 5 with the same reference numerals for the same device features.

Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung in einer allgemeinen Form beschrieben werden.In the following, the method and the device according to the invention will be described in a general form.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das dem Photobiorektor 1 zugeführte Gas an der Wand 3 so zugeführt, dass an der Wand 3 des Photobioreaktors 3 abgelagerte Mikroorganismen durch das aufströmende Gas abgelöst werden oder dass es zu keiner oder zumindest einer gegenüber dem Stand der Technik sehr verringerten Ablagerung von Mikroorganismen kommt. Dazu wird das eingeleitete Gas gezielt an die Innenwand des Photobioreaktors geleitet, so dass Berührungen der Gasblasen mit der Wand 3 stattfinden oder zwar keine oder nur eine geringfügige Berührung des Gases mit der Wand 3 stattfindet aber durch die aufsteigenden Gasblasen Turbulenzen entstehen, die eine Ablagerung von Mikroorganismen verhindert oder verringert oder ein Ablösen von abgelagerten Mikroorganismen bewirkt. Das hat zur Folge, dass die Lichtdurchlässigkeit der Wand aufrecht erhalten bleibt und es zu keiner oder zumindest zu einer Verringerung der Absorption des in den Photobioreaktors einfallenden Lichts an der Wand 3 kommt, welche zu einer Hemmung des Stoffwechsels oder des Wachstums der Mikroorganismen führt, die wiederum einer Verringerung der Produktionsausbeute zur Folge hat.In the method according to the invention, this becomes the photobioriorector 1 supplied gas on the wall 3 so fed to the wall 3 of the photobioreactor 3 Deposited microorganisms are replaced by the upflowing gas or that there is no or at least one compared to the prior art very reduced deposition of microorganisms. For this purpose, the introduced gas is specifically directed to the inner wall of the photobioreactor, so that contacts of the gas bubbles with the wall 3 take place or no or only a slight touch of the gas with the wall 3 However, due to the rising gas bubbles, turbulences occur which prevent or reduce deposition of microorganisms or cause detachment of deposited microorganisms. This has the consequence that the light transmission of the wall is maintained and there is no or at least a reduction in the absorption of the light incident in the photobioreactor on the wall 3 which leads to an inhibition of the metabolism or the growth of the microorganisms, which in turn results in a reduction of the production yield.

Zu diesem Zweck wird das Gas wenigstens an einem Teil der Wand 3 des Photobioreaktors 1 entlang geleitet.For this purpose, the gas is at least on a part of the wall 3 of the photobioreactor 1 passed along.

Vorzugsweise wird das Gas entlang der gesamten Wand 3 des Photobioreaktors entlang geleitet.Preferably, the gas is along the entire wall 3 passed along the photobioreactor.

Die Einleitung des Gases soll vorzugsweise vom Boden 4 des Photobioreaktors 1 aus nach oben strömen. Es ist jedoch in einer weniger bevorzugten Ausführungsform auch denkbar, das Gas in einem Bereich oberhalb des Bodens 4 einzuleiten.The introduction of the gas should preferably from the ground 4 of the photobioreactor 1 flow upwards. However, it is also conceivable in a less preferred embodiment, the gas in an area above the ground 4 initiate.

Der Druck, mit dem das Gas in den Photobioreaktor eingeleitet wird liegt über dem Druck der Flüssigkeitssäule der Befüllung. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Druck 5%, 4%, 3%, 2% oder 1% über dem Druck der Flüssigkeitssäule liegen, da in diesem Bereich ein besonders energiesparender Eintrag von Gas in den Photobioreaktor erfolgt.The pressure with which the gas is introduced into the photobioreactor is above the pressure of the liquid column of the filling. In a preferred embodiment, the pressure can be 5%, 4%, 3%, 2% or 1% above the pressure of the liquid column, since in this area a particularly energy-saving entry of gas into the photobioreactor takes place.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gas in Form von Gasblasen eingeleitet, die einen Durchmesser von 0,2–50 mm, bevorzugt 1–10 mm, besonders bevorzugt 5–10 mm haben.In a preferred embodiment of the method, the gas is introduced in the form of gas bubbles having a diameter of 0.2-50 mm, preferably 1-10 mm, particularly preferably 5-10 mm.

Dabei führen größere Werte für den Durchmesser der Gasblasen zu einer sehr guten Abrasion von sich auf der Innenseite der Wand 3 des Photobioreaktors 1 befindlichen Mikroorganismen und kleinere Werte haben den Vorteil, dass der Gaseintrag energiesparender ist, die Verteilung des Gases begünstigt wird und das in den Photobioreaktor 1 einfallende Licht besser gestreut wird, so dass die Innenbeleuchtung diffuser ist und die Zellen aus mehr Richtungen bestrahlt werden.Larger values for the diameter of the gas bubbles lead to a very good abrasion on the inside of the wall 3 of the photobioreactor 1 microorganisms and smaller values have the advantage that the gas input is more energy-efficient, the distribution of the gas is favored and that in the photobioreactor 1 Incident light is scattered better, so that the interior lighting is more diffuse and the cells are irradiated from more directions.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gas in einem Abstand von 0,5–20 mm von der Wand 3 eingeleitet.In a preferred embodiment of the method, the gas is at a distance of 0.5-20 mm from the wall 3 initiated.

In einer Ausführungsform wird der Gasstrom direkt radial gegen die Wand 3 gerichtet. Es ist aber auch möglich das Gas direkt nach oben gerichtet austreten zu lassen oder in einem Winkel zur Bodenebene gegen die Wand 3 des Photobioreaktors 1, beispielsweise 45°. Es kommt auch eine Kombination dieser Strömungsrichtungen in Frage. Durch diesen Winkel kann die Zirkulation des Wassers bzw. der Flüssigkeit im Photobioreaktor günstig beeinflusst werden. Die Einleitung des Gases an der Wand 3 des Photobioreaktors 1 kann durch dort verlegte Begasungsschläuche mit Löchern oder Poren, gasdurchlässige Sinterkörper oder Leitungen, die Bohrungen aufweisen als Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 erfolgen, die mit Mitteln zur Gaszufuhr verbunden sind.In one embodiment, the gas flow is directly radially against the wall 3 directed. But it is also possible to let the gas leak directly upwards or at an angle to the ground level against the wall 3 of the photobioreactor 1 , for example 45 °. There is also a combination this flow directions in question. Through this angle, the circulation of the water or the liquid in the photobioreactor can be favorably influenced. The introduction of the gas on the wall 3 of the photobioreactor 1 may have through fumigation with holes or pores, gas-permeable sintered body or lines that have holes as a means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 carried out, which are connected to means for gas supply.

Durch die Begasung an der Wand 3 des Photobioreaktors, werden sich absetzende Mikroorganismen abgelöst beziehungsweise deren Absetzung verhindert, so dass die Transmission des Lichtes vergrößert wird, weil die Ablagerungen auf ein Minimum reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass eine vollständigere Ernte von Mikroorganismen aus dem Photobioreaktor 1 vorgenommen werden kann, da keine oder nur wenige Mikroorganismen auf der Wand haften. Die Ausbeute an Mikroorganismen wird vergrößert. Die Wand wird sauber gehalten, so dass Reinigungsarbeiten entfallen können. Bei Verwendung von Folien als Bewandung kann ein Austausch der Folien stark reduziert werden. Dadurch werden Kosten gesenkt. Mikroorganismen in den Randbereichen des Photobioreaktors 1 werden besser mit Gas versorgt und die Ausbeute der Produktproduktion wird erhöht. Eine Hemmung des Stoffwechsels der Mikroorganismen wird stark unterbunden und die Photosynthese und damit der Stoffwechsel der Mikroorganismen sowie deren Vermehrung wird erhöht. Es findet eine gleichmäßige Durchmischung insbesondere auch an den Wandbereichen des Photobioreaktors statt, so dass Nährstoffe gleichmäßiger verteilt werden und Mikroorganismen innerhalb des Photobioreaktors besser zirkulieren. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Belichtung der Mikroorganismen. Damit kann auch der Einsatz von die Mikroorganismen beeinträchtigenden Rührwerken reduziert werden oder sogar entfallen.By fumigation on the wall 3 of the photobioreactor, settling microorganisms are detached or their deposition prevented, so that the transmission of light is increased because the deposits are reduced to a minimum. As a result, a more complete harvest of microorganisms from the photobioreactor 1 can be made because no or only a few microorganisms adhere to the wall. The yield of microorganisms is increased. The wall is kept clean, so that cleaning work can be omitted. When using foils as edging, a replacement of the foils can be greatly reduced. This reduces costs. Microorganisms in the peripheral areas of the photobioreactor 1 are better supplied with gas and the yield of product production is increased. An inhibition of the metabolism of microorganisms is strongly suppressed and the photosynthesis and thus the metabolism of microorganisms and their multiplication is increased. There is a uniform mixing especially on the wall areas of the photobioreactor, so that nutrients are distributed more evenly and microorganisms circulate better within the photobioreactor. This leads to a more uniform exposure of the microorganisms. Thus, the use of the microorganisms affecting stirrers can be reduced or even eliminated.

Neben der Begasung an der Wand 3 des Photobioreaktors 1 kann zusätzlich Gas in den Innenraum des Photobioreaktors 1, beispielsweise im Zentrum oder über die gesamt Fläche oder in Teilbereichen des Reaktorbodens 4 verteilt eingeführt werden. Das hat den Vorteil, dass der gesamte Innenraum mit Gas versorgt wird.In addition to fumigation on the wall 3 of the photobioreactor 1 can additionally gas in the interior of the photobioreactor 1 For example, in the center or over the entire area or in partial areas of the reactor floor 4 be introduced distributed. This has the advantage that the entire interior is supplied with gas.

Die Wahl des Gases hängt von den Bedürfnissen der Mikroorganismen ab. So kann beispielsweise Luft, Sauerstoff oder CO₂ in den Photobioreaktor eingeführt werden. Luft und Sauerstoff können die Atmung der Mikroorganismen unterhalten. CO₂ kann als Nährstoff für die Photosynthese sowie zur Einstellung des pH-Wertes dienen. Es ist zwar bevorzugt, für die erfindungsgemäße Reinigung der Innenseite der Wand 3 des Photobioreaktors 1 das gleiche Gas einzusetzen, welches auch Für den Betrieb des Photobioreaktors 1 bzw. die Versorgung der Mikoorganismen benötigt wird. Jedoch kann die Reinigung der Innenseite der Wand 3 des Photobioreaktors 1 auch mit einem anderen Gas bewirkt werden, welches von dem Betriebsgas verschieden ist. In diesem Fall kann der Photobioreaktor verschiedene Zuleitungen für das Betriebsgas und das Reinigungsgas haben. Die Begasung der Innenwand des Photobioreaktors kann auch durch ein Gas, das die Versorgung der Mikroorganismen unterhält in Kombination mit einem anderen Gas erfolgen. Das andere Gas sollte dann nicht toxisch sein. Beispielsweise kommen Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder CO₂ in betracht.The choice of gas depends on the needs of the microorganisms. For example, air, oxygen or CO _{2 can be introduced} into the photobioreactor. Air and oxygen can sustain the respiration of microorganisms. CO ₂ can be used as a nutrient for photosynthesis and for adjusting the pH. Although it is preferred for the inventive cleaning of the inside of the wall 3 of the photobioreactor 1 to use the same gas, which also For the operation of the photobioreactor 1 or the supply of microorganisms is needed. However, cleaning can be the inside of the wall 3 of the photobioreactor 1 be effected with another gas, which is different from the operating gas. In this case, the photobioreactor may have different supply lines for the operating gas and the cleaning gas. The fumigation of the inner wall of the photobioreactor can also be done by a gas that maintains the supply of microorganisms in combination with another gas. The other gas should not be toxic then. For example, air, oxygen, nitrogen or CO _{2 come} into consideration.

Der erfindungsgemäße Photobioreaktor 1 verwirklicht das erfindungsgemäße Verfahren. Er umfasst eine Wand 3 sowie Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 des Photobioreaktors 1.The photobioreactor according to the invention 1 the process according to the invention is realized. It includes a wall 3 and means for fumigating the inside 7 the Wall 3 of the photobioreactor 1 ,

Die Wand 3 kann aus lichtdurchlässigem festem Körper, beispielsweise aus Glas oder Plexiglas oder anderem festen bzw. starrem lichtdurchlässigem Material oder einer Lichtdurchlässigen Folie bestehen, die ihre Form als Reaktorwand bei Befüllung annimmt. Ein geeignetes Folienmaterial ist Polyethylen oder Polytetraflourethylen (PTFE) das lichtdurchlässig ist. Geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt. Die Wand 3 ist mit dem Baden 4 flüssigkeitsdicht verbunden. Beispielsweise kann die Folie durch eine Flanschverbindung mit dem Boden 4 verbunden sein. Gleiches gilt für feste Wände 3, die aber auch mit dem Boden 4 verschraubt sein können.The wall 3 may be made of translucent solid body, such as glass or Plexiglas or other solid or rigid translucent material or a translucent film, which assumes its shape as a reactor wall when filled. A suitable film material is polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE) which is translucent. Suitable materials are known to the person skilled in the art. The wall 3 is with the bathing 4 connected liquid-tight. For example, the foil may be flanged to the ground 4 be connected. The same applies to solid walls 3 but also with the ground 4 can be screwed.

Der Photobioreaktor 1 kann eine Lampe zur Erzeugung von geeignetem Licht umfassen. Diese Lampe muss jedoch nicht zwingend Bestandteil des Photobioreaktors 1 sein, sondern sie kann unabhängig von Photobioreaktor 1 vorhanden sein. Wenn natürliches Licht für den Betrieb des Photobioreaktors ausreicht, ist eine Lampe nicht nötig und muss nicht vorhanden sein. Der Photobiorektor 1 kann in einer einfachen Ausführungsform aus einem lichtdurchlässigen Foliensack bestehen, der Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 aufweist.The photobioreactor 1 may comprise a lamp for producing suitable light. However, this lamp does not necessarily have to be part of the photobioreactor 1 but it can be independent of photobioreactor 1 to be available. If natural light is sufficient for the operation of the photobioreactor, a lamp is not necessary and does not have to be present. The photobiorector 1 may consist in a simple embodiment of a translucent film bag, the means for gassing the inside 7 the Wall 3 having.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Photobioreaktor 1 in einer Weise ausgestaltet, dass er aus parallel angeordneten Wänden 3 besteht, die mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei parallelen Platten zwischen 5 und 10 cm beträgt. Als Platte im Sinne der Erfindung sind auch Folien zu verstehen, die gegebenenfalls durch Stützelemente, beispielsweise Stangen, stabilisiert werden. Die Platten bilden die Längsseite der Wand 3, die vorzugsweise zum Licht hin ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform können die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand genauso ausgestaltet sein, wie in der zylindrischen Ausführungsform, jedoch verlaufen die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand parallel zur Wand, wobei die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 den gleichen bevorzugten Abstand zur Wand 3 haben, wie in den anderen Ausführungsformen mit kreisförmigen oder zylindrischem Querschnitt.In another advantageous embodiment of the invention is the photobioreactor 1 designed in such a way that it consists of parallel walls 3 which are arranged at a small distance from each other, wherein the distance between two parallel plates is between 5 and 10 cm. As a plate in the context of the invention, films are to be understood, which are optionally stabilized by supporting elements, such as rods. The plates form the long side of the wall 3 , which are preferably aligned towards the light. In this embodiment, the means for fumigating the inside 7 the wall can be designed as well as in the cylindrical embodiment, however, the means for gassing the inside run 7 the Wall parallel to the wall, with the means for gassing the inside 7 the Wall 3 the same preferred distance to the wall 3 have, as in the other embodiments with circular or cylindrical cross-section.

In einer besonders einfachen Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Photobioreaktor 1 aus einem Foliensack aus transparenten Kunststoff bestehen, der am unteren Ende eine Gasleitung 5 besitzt mit der das Gas eingeführt wird und ggf. durch Leitungen 6, 6a, 6b, ... den Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand zugeführt wird, die über die Leitungen 6, 6a, 6b, ... mit der Gasleitung 5 verbunden sind.In a particularly simple embodiment, the photobioreactor according to the invention 1 consist of a foil bag made of transparent plastic, the lower end of a gas line 5 possesses with which the gas is introduced and possibly through lines 6 . 6a . 6b , ... the means to fumigate the inside 7 the wall is fed through the lines 6 . 6a . 6b , ... with the gas line 5 are connected.

Alternativ oder ergänzend zu der Ausgestaltung, bei der die Gasleitung 5 von unten oder vom unteren Bereich der Photobioreaktors 1 in den Photobioreaktor 1 einmündet kann die Gasleitung 5 auch von oben in den Photobioreaktor 1 verlegt sein, wo sie die Mittel zur Begasung der Innenseite der Wand entweder direkt oder über die Leitungen 6, 6a, 6b, ... versorgt. Die Führung der Gasleitung 5 ist für alle Bauarten des Photobioreaktors möglich.Alternatively or in addition to the embodiment in which the gas line 5 from below or from the bottom of the photobioreactor 1 in the photobioreactor 1 opens the gas line 5 also from above into the photobioreactor 1 be relocated where they have the means to fumigate the inside of the wall either directly or through the pipes 6 . 6a . 6b , ... provided. The leadership of the gas pipeline 5 is possible for all types of photobioreactor.

Erfindungsgemäß besitzt der Photobioreaktor 1 Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3, welches wenigstens an Teilbereichen an der Innenseite der Wand 3 positioniert ist und eine Ablösung von auf der Innenoberfläche der Wand abgelagerten Mikroorganismen ermöglicht oder eine Ablagerung verhindert. Das Mittel zum Einleiten eines Gases an der Innenseite 3 der Wand 7 des Photobioreaktors 1 hat einen Gasaustritt, der sich in einem Abstand von vorzugsweise 0,5 mm–20 mm, z. B 2 mm von der Wand befindet. Der Gasaustritt kann auch direkt, ohne Abstand an der nach innen gerichteten Wand 3 des Photobioreaktors positioniert sein. So werden besonders gute erfindungsgemäße Vorteile erreicht.According to the invention, the photobioreactor has 1 Means for fumigating the inside 7 the Wall 3 , which at least at partial areas on the inside of the wall 3 is positioned and allows a detachment of deposited on the inner surface of the wall microorganisms or prevents deposition. The means for introducing a gas on the inside 3 the Wall 7 of the photobioreactor 1 has a gas outlet, which is at a distance of preferably 0.5 mm-20 mm, z. B is located 2mm from the wall. The gas outlet can also be directly, without clearance on the inward facing wall 3 be positioned of the photobioreactor. Thus, particularly good advantages according to the invention are achieved.

Die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 können sich im Boden 4, des Photobioreaktors oder oberhalb des Bodens 4 befinden, aber vorzugsweise im Bodenbereich, also beispielsweise 5 cm über dem Boden 4 des Photobioreaktors. Es ist zwar auch möglich, die Mittel zum Einleiten eines Gases weiter oben zu positionieren, jedoch ist dies weniger bevorzugt.The means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 can get in the ground 4 , the photobioreactor or above the ground 4 located, but preferably in the bottom area, so for example 5 cm above the ground 4 of the photobioreactor. While it is also possible to position the means for introducing a gas further up, this is less preferred.

Bei den Mitteln zum Einleiten eines Gases kann es sich um Begasungsschläuche oder Begasungsmatten mit Löchern oder Poren, gasdurchlässige Sinterkörper oder Leitungen mit Bohrungen handeln, die an der Wand 3 oder im Wandbereich des Photobioreaktors 1 positioniert sind. Befinden sich die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 „im Boden 4” so bedeutet dies, dass sie so in den Boden eingelassen sind, dass sie ein Ausströmen des Gases in die flüssige Phase ermöglichen, da der Gasaustritt der flüssigen Phase in Kontakt steht. Vorzugsweise umspannen diese Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 die gesamte Länge der Wand 3. Atternativ, aber weniger bevorzugt sind die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 nur an einigen Stellen der Wand 3, vorzugsweise äquidistant, positioniert.The means for introducing a gas may be gassing hoses or gassing mats with holes or pores, gas-permeable sintered bodies or pipes with bores which are on the wall 3 or in the wall area of the photobioreactor 1 are positioned. Are the means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 "in the ground 4 "This means that they are embedded in the ground so that they allow a flow of gas into the liquid phase, since the gas outlet of the liquid phase is in contact. Preferably, these means span for gassing the inside 7 the Wall 3 the entire length of the wall 3 , Atternative but less preferred are the means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 only in some places of the wall 3 , preferably equidistant, positioned.

Die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 können so ausgebildet sein, dass die Gasströmung nur von unten nach oben erfolgt. Hierzu können Öffnungen vorhanden sein, die einen Gasaustritt ausschließlich nach oben ermöglichen. Alternativ können die Mittel zum Einleiten eines Gasstromes Öffnungen aufweisen, welche einen Gasaustritt in horizontaler Richtung oder in einem Winkel, beispielsweise 45° zur Wand 3 gerichtet sind, ermöglichen. Es ist auch eine beliebige Kombination der Varianten möglich.The means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 can be designed so that the gas flow takes place only from bottom to top. For this purpose, openings may be present, which allow a gas outlet exclusively upwards. Alternatively, the means for introducing a gas stream may have openings which provide a gas outlet in the horizontal direction or at an angle, for example 45 ° to the wall 3 are directed. Any combination of variants is possible as well.

Der Photobioreaktor weist eine Gasleitung 5 zur Versorgung des Mittels zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 auf. Diese kann sich im Zentrum des Photobioreaktors befinden der vorzugsweise radialsymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Das Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 kann ausgehend von Gasleitung 5 mit einer oder mehreren Leitungen 6, 6a, 6b, 6c, ... verbunden sein. Im Falle von mehreren Leitungen 6, 6a, 6b, 6c, ..., sind diese vorzugsweise in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet. Das führt dazu, dass die Leitungen 6, 6a, 6b, ... in äquidistanten Abständen in die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 einmünden. Die Leitung können in Düsen, Sinterkörper, perforierte Schläuche oder Rohre mit Bohrungen als Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 einmünden. Es ist auch möglich die Leitungen 6, 6a, 6b, 6c ... in eine Rohrleitung münden zu lassen, welche den gesamten Innenumfang der Wand 3 entlang verläuft und entlang ihrer Länge vorzugsweise über den gesamten Bereich einen Schlitz besitzt, der durchgehen ist oder aus Stabilitätsgründen an einigen Stellen durch kleine Stege unterbrochen ist. An Stelle von einzelnen Leitungen 6, 6a, 6b, 6c, ... kann auch eine hohle Platte treten, die entlang ihres Außenradius perforiert, geschlitzt oder als Sinterkörper ausgebildet ist. Die hohle Platte soll im Sinne der Erfindung von dem Begriff Leitung 6 umfasst sein und kann auch über die Gasleitung 5 mit Gas beschickt werden.The photobioreactor has a gas line 5 for supplying the agent for fumigation of the inside 7 the Wall 3 on. This may be located in the center of the photobioreactor which is preferably radially symmetrical, preferably cylindrical. The means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 can starting from gas line 5 with one or more wires 6 . 6a . 6b . 6c , ... be connected. In case of multiple lines 6 . 6a . 6b . 6c , ..., these are preferably arranged at equal angular intervals from each other. That causes the wires 6 . 6a . 6b , ... at equidistant intervals in the means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 open out. The pipe can be used in nozzles, sintered bodies, perforated hoses or pipes with holes as a means of gassing the inside 7 the Wall 3 open out. It is also possible the lines 6 . 6a . 6b . 6c ... to open into a pipeline, which covers the entire inner circumference of the wall 3 along and along its length preferably over the entire area has a slot which is pass or is interrupted for stability reasons in some places by small webs. Instead of individual lines 6 . 6a . 6b . 6c , ... can also occur a hollow plate which is perforated along its outer radius, slotted or formed as a sintered body. The hollow plate should in the context of the invention of the term line 6 can be included and can also be via the gas line 5 be charged with gas.

Die Leitung 6 kann sich unterhalb des Bodens 4, im Boden 4 oder über dem Boden 4 befinden.The administration 6 can be below the ground 4 , in the ground 4 or above the ground 4 are located.

In einer Ausführungsform bildet der Boden 4 zur Wand 3 eine Stufe 8, wobei der Gasaustritt durch die Mittel zur Begasung der Innenseite 7 der Wand 3 in die Stufe einmünden, wie es beispielhaft in 1 zu sehen ist. Durch die Ausbildung einer Stufe findet eine parallele Ausrichtung des Gasstroms nach oben statt, so dass ein nach innen gerichtetes Abdriften von Gasblasen zumindest im unteren Bereich verringert wird.In one embodiment, the floor forms 4 to the wall 3 a step 8th , wherein the gas outlet through the means for fumigation of the inside 7 the Wall 3 lead into the stage, as exemplified in 1 you can see. By forming a step, a parallel orientation of the gas flow takes place upward, so that an inward drifting of gas bubbles is reduced at least in the lower region.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich Mittel zum Einleiten eines Gases 7 auch im Innenbereich des Photobioreaktors 1. So kann eine Gasverteilung durch Sinterplatten, perforierte Platten, Schläuche oder Matten bewirkt werden, die sich wenigstens an Teilbereichen des Bodens 4 befinden. Weiterhin kann der Boden wenigstens über einen Teilbereich mit Düsen bestückt sein, welche einen Gaseintritt in den Photobiorektor 1 bewirken. Die hohle Platte kann den gesamten Bodenbereich ausfüllen und über ihre ganze oder wenigstens einen Teil ihrer Oberfläche als Sinterkörper ausgebildet sein. In jeder Ausgestaltung sind diese Mittel zum Einleiten eines Gases mit einer Gasleitung und falls notwendig, mit Leitungen 6, 6a, 6b, 6c, ... verbunden.In an advantageous embodiment of the invention there are means for introducing a gas 7 also in the interior of the photobioreactor 1 , Thus, a gas distribution through sintered plates, perforated plates, hoses or mats can be effected, at least at partial areas of the soil 4 are located. Furthermore, the bottom can be equipped with nozzles at least over a partial area, which gas enters the photobioriorector 1 cause. The hollow plate may fill the entire bottom area and be formed over its entire or at least part of its surface as a sintered body. In each embodiment, these means are for introducing a gas with a gas conduit and, if necessary, with conduits 6 . 6a . 6b . 6c , ... connected.

Claims

Method for operating a photobioreactor ( 1 ) in which a gas in the photobioreactor ( 1 ), which serves to supply phototrophic microorganisms, characterized in that the gas for supplying phototrophic microorganisms and / or a different gas at least at a portion of the wall ( 3 ) of the photobioreactor is fed to the wall ( 3 ) removes deposited microorganisms or reduces the accumulation of microorganisms on the wall of the photobioreactor.

A method according to claim 1, characterized in that the gas in the lower region of the photobioreactor ( 1 ) is initiated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas is introduced at a pressure of 1% to 5% of above the pressure of the overlying liquid column.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas directed from bottom to top, is introduced parallel to the wall.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas radially against the wall ( 3 ) of the photobioreactor ( 1 ) or at an angle to it is initiated.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as the gas, air, oxygen, nitrogen and / or CO _{2 is} introduced.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the microorganisms in the photobioreactor ( 1 ) and / or produce products.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gas is additionally introduced at least in a partial region of the interior of the photobioreactor.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the introduction of the gas is carried out by gas bubbles having a diameter in a range of 0.2-50 mm.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the gassing by gassing, gas-permeable sintered bodies or lines which have bores, takes place.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the gas at a distance of 0.5-20 mm from the wall ( 3 ) is introduced.

Photobioreactor ( 1 ) comprising a gas supply line ( 5 ) and means for fumigation of the interior of the photobioreactor ( 1 ), characterized in that the means for fumigation of the interior of the photobioreactor as a means for fumigating the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ), which cause the wall ( 3 ) detach deposited microorganisms by the rising gas bubbles and / or that located in the photobioreactor microorganisms not or only insignificantly on the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) of the photobioreactor ( 1 ) drop.

Photobioreactor ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the means for gassing the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) Gassing hoses with holes or pores, gas-permeable sintered bodies and / or pipes with holes are.

Photobioreactor ( 1 ) according to claim 12 or 13, characterized in that the means for gassing the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) have a gas outlet, which is located at a distance of 0.5 mm to 20 mm.

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 14, characterized in that the means for fumigating the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) have a gas outlet which a gas flow a) in the horizontal direction to the wall ( 3 ), b) parallel to the wall ( 3 ) upwards and / or c) at an angle to the wall ( 3 ).

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 15, characterized in that the means for fumigating the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) by at least one line ( 6 . 6a . 6b ) with the gas line ( 5 ) are connected.

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 16, characterized in that the means for fumigating the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) in the lower region of the photobioreactor ( 1 ) are positioned.

Photobioreactor ( 1 ) according to any one of claims 12 to 17, characterized in that the means for fumigating the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ) in the ground 4 or in the bottom area of the photobioreactor ( 1 ) are located.

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 18, characterized in that the with the gas supply line ( 5 ) related lines ( 6 . 6a . 6b , ...) at equidistant intervals into which the means for fumigation of the inside ( 7 ) the Wall ( 3 ).

Photobioreactor ( 1 ) according to any one of claims 12 to 19, characterized in that it additionally comprises means for fumigation of the interior, at least in a partial region of the interior of the photobioreactor ( 1 ) are positioned.

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 20, characterized in that it has a bottom ( 4 ) into which a gas line ( 5 ), which in lines ( 6 . 6a . 6b , ...), which leads to the wall ( 3 ) of the photobioreactor ( 1 ), wherein the bottom on the wall side forms a step into which the lines ( 6 . 6a . 6b ...) flow.

Photobioreactor ( 1 ) according to one of claims 12 to 21, characterized in that its wall ( 3 ) consists of a rigid, translucent material or a translucent film.

Photobioreactor according to one of claims 12 to 22, characterized in that it comprises two gas lines ( 5 ), which allow the supply of different gases.