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Die Erfindung betrifft ein Becken und eine Anlage zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen.
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Aus dem Stand der Technik ist die Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen, z. B. Algen, mittels Beckenanlagen bekannt. Derartige Beckenanlagen weisen beispielsweise ein durch Trennwände gebildetes Vertikalmäandersystem auf, wobei eine Nährstoffsuspension in die Beckenanlage gefüllt wird und diese durchströmt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Becken sowie eine Anlage zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen mit einem solchen Becken anzugeben.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Beckens erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Anlage wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Becken für eine Anlage zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen ist mit einer Nährstoffsuspension befüllt und umfasst zumindest eine Anzahl von Trennwänden, eine Anzahl von Seitenwänden und einen Beckenboden und eine von diesem Beckenboden abragende Außenwand, wobei die Trennwände, die Seitenwände, die Außenwand und der Beckenboden derart zueinander angeordnet sind, dass diese ein beleuchtbares Vertikalmäandersystem bilden, wobei die Seitenwände und/oder die Trennwände vom Beckenboden und/oder von der Außenwand beabstandet sind.
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In einer möglichen Ausführungsform sind die Trennwände weiter vom Beckenboden beabstandet angeordnet als die Seitenwände. Insbesondere ist zumindest die jeweilige Seitenwand mit einem vorgegebenen Spalt zum Beckenboden und/oder zur Außenwand im Becken angeordnet. Eine Abmessung des Spalts der jeweiligen Seitenwand zum Beckenboden und/oder zur Außenwand ist beispielsweise derart dimensioniert, dass eine das Becken durchströmende mäanderförmige Hauptströmung weitgehend unbeeinflusst bleibt.
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Hierzu ist der Spalt zwischen Seitenwand zum Beckenboden und/oder zur Außenwand beispielsweise in Art einer Venturi-Düse ausgebildet. Dabei kann der Spalt entlang der Längsausrichtung des Beckens eine abnehmende Höhe und eine zunehmende Höhe aufweisen. Auch kann der Spalt entlang der Längsausrichtung des Beckens eine Verengung aufweisen.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Anlage zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen mit einer Beckenanlage. Die Anlage umfasst dabei eine Anzahl von den zuvor beschriebenen Becken.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 schematisch eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen mit vier Becken,
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2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Beckens in Draufsicht,
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3 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Beckens in Schnittdarstellung,
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4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einem Becken und
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5 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einem Becken.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Zur besseren Veranschaulichung ist in allen 1 bis 5 ein dreidimensionales Koordinatensystem mit einer Längsachse x, einer Querachse y und einer Hochachse z dargestellt. Die Hochachse z ist dabei eine vertikale Achse und die Längsachse x und Querachse y sind jeweils eine horizontale Achse.
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1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage 1 zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen, z. B. Algen, in Draufsicht.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein einzelnes Becken 3 einer solchen Anlage 1.
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Die Anlage 1 umfasst eine Beckenanlage 2 mit beispielhaft vier Becken 3 und eine in der Beckenanlage 2 angeordnete Nährstoffsuspension S, die das jeweilige Becken 3 in einer Hauptströmung HS durchströmt.
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Die Becken 3 sind modulartig ausgebildet und weisen jeweils Außenwände 3.1 auf, die einen Innenraum der Becken 3 zur Aufnahme der Nährstoffsuspension S begrenzen. Innerhalb der Becken 3 sind jeweils einzelne in Richtung der Längsachse x nebeneinander angeordnete Beckenzellen 3.2 mit einem im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt gebildet, die in Richtung der Hochachse z nach oben offen ausgebildet sind.
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In jede Beckenzelle 3.2 ist mindestens eine Trennwand 3.4 von oben und in einem vorgegebenen Abstand a1 eingeführt.
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Jede Beckenzelle 3.2 ist in Richtung der Längsachse x durch zwei Seiten-wände 3.2.1 begrenzt, die jeweils innerhalb des Beckens 3 zwischen zwei Außenwänden 3.1 in Richtung der Querachse y verlaufen. Dabei können zwei nebengeordnete Beckenzellen 3.2 durch eine Seitenwand 3.2.1 voneinander abgegrenzt werden. Unter Abgrenzung wird vorliegend verstanden, dass diese nicht vollständig fluidmäßig voneinander getrennt sind, vielmehr kommt es zu einem Fluidstrom oder einer Teilströmung TS von einer Beckenzelle 3.2 zur benachbarten nächsten Beckenzelle 3.2.
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3 zeigt ein Becken 3 in Schnittdarstellung. Dabei umfasst das jeweilige Becken 3 einen Beckenboden 3.3. Sowohl die Trennwände 3.4 als auch die Seitenwände 3.2.1 sind vom Beckenboden 3.3 beabstandet im Becken 3 angeordnet.
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Dabei weisen die Trennwände 3.4 einen großen Abstand a1 zum Beckenboden 3.3 auf.
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Die Seitenwände 3.2.1 sind derart im Becken 3 angeordnet, dass diese vom Beckenboden 3.3 in einem vorgegebenen kleineren Spalt a2 und/oder zur Außenwand 3.1 in einem vorgegebenen kleinen Spalt a3 im Becken 3 angeordnet sind. Dabei ist der Spalt a2 und/oder a3 wesentlich kleiner als der Abstand a1.
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Der kleine Spalt a2 und/oder a3 ist derart bemessen, dass es aufgrund einer geringen Durchströmung (Teilströmung TS) durch den Spalt a2 bzw. a3 nicht zu einer Nährstoffablagerung, insbesondere an der Seitenwand 3.2.1, dem Beckenboden 3.3 und/oder der Außenwand 3.1, kommt und auch nicht zu einem Strömungsabriss oder Verwirbelung der Hauptströmung HS, insbesondere der Mäanderströmung, der Nährstoffsuspension S kommt.
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Die Seitenwände 3.2.1 benachbarter Beckenzellen 3.2 sind dabei derart dimensioniert, dass die jeweilige Seitenwand 3.2.1 in Richtung des offenen Endes des Beckens 3 von der Nährstoffsuspension S überströmt wird. Hierdurch ist ein Überströmungsbereich der Nährstoffsuspension S von einer Beckenzelle 3.2 in die dazu benachbarte Beckenzelle 3.2 gebildet.
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Die von oben in das Becken 3, insbesondere in die jeweilige Beckenzelle 3.2, hineinragenden Trennwände 3.4 sind derart dimensioniert, insbesondere lang ausgebildet, dass die jeweilige Trennwand 3.4 in Richtung des Beckenbodens 3.3 von der Nährstoffsuspension S überströmt.
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Die Seitenwände 3.2.1 und die Trennwände 3.4 sind wechselweise im Becken 3 angeordnet, so dass die Hauptströmung HS der Nährstoffsuspension S im Becken 3 als eine vertikale Mäanderströmung ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Es ist eine Trennwand 3.4 zwischen den Seitenwänden 3.2.1 angeordnet und verläuft parallel zu diesen.
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Zum Beckenboden 3.3 sind die Trennwände 3.4 jeweils in Richtung der Hochachse z mit dem größeren Abstand a1 beabstandet. Damit ist in jedem Becken 3 ein durch Trennwände 3.4, Seitenwände 3.2.1 und dem Beckenboden 3.3 gebildetes Vertikalmäandersystem V gebildet, wobei eine im Wesentlichen vertikal gerichtete Hauptströmung HS der Nährstoffsuspension S in der Beckenanlage 2 erreichbar ist.
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Die Nährstoffsuspension S kann mittels einer Pumpe oder einer bewegbaren Platte in die Beckenanlage 2 eingebracht und aufgrund der Anordnung der Trenn- und Seitenwände 3.4, 3.2.1 im Becken 3 dabei eine mäanderförmige Hauptströmung HS erzeugt werden.
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Die 2 und 3 zeigen ein Becken 3 in verschiedenen Ansichten, wobei 2 das Becken 3 in Draufsicht und 3 das Becken 3 in einer Schnittdarstellung, insbesondere in einem Längsschnitt, zeigt.
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Innerhalb eines Beckens 3 folgt die Nährstoffsuspension S im Wesentlichen einer vertikalen Hauptströmung HS im Bereich zwischen einer Seitenwand 3.2.1 und einer Trennwand 3.4. In den Überströmungsbereichen und im Bereich zwischen dem Beckenboden 3.3 und einem dem Beckenboden 3.3 zugewandten Ende der Trennwand 3.4 wird die Hauptströmung HS, wie durch Pfeile in 3 gezeigt, umgelenkt, so dass hierdurch das Vertikalmäandersystem V gebildet ist.
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Die Trennwände 3.4 sind möglichst zentral in die jeweiligen Beckenzellen 3.2 eingetaucht, so dass die Abstände zwischen der Trennwand 3.4 und den jeweils benachbarten Seitenwänden 3.2.1 in Richtung der Längsachse x gleich sind. Zur Fixierung der Trennwände 3.4 sind diese beispielsweise mittels Halterungen (nicht gezeigt) mit den Außenwänden 3.1 kraftschlüssig oder formschlüssig oder in Kombination kraftschlüssig und formschlüssig verbindbar.
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Alternativ können in den Außenwänden 3.1 Nuten 3.1.1 vorgesehen sein, in welche die Trennwände 3.4 und/oder die Seitenwände 3.2.1 in das Becken 3 eingeführt und gehalten sind. Beispielsweise sind hierzu die Seitenwände 3.2.1 mit Stiften 3.2.2 versehen, die in den Nuten 3.1.1 geführt und gegebenenfalls fixiert sind.
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Wie bereits zuvor erwähnt, ist jeweils zwischen einer Seitenwand 3.2.1 und dem Beckenboden 3.3 ein Spalt a2 und zwischen der Außenwand 3.1 und der jeweiligen Seitenwand 3.2.1 ein Spalt a3 ausgebildet, mittels welchem die jeweilige Seitenwand 3.2.1 vom Beckenboden 3.3 bzw. von der Außenwand 3.1 beabstandet ist.
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Eine Abmessung des Spalts a2 und/oder a3, insbesondere in Richtung der Hochachse z bzw. der Querachse y, wird dabei derart gewählt, dass sowohl eine Ablagerung von Partikeln aus der Nährstoffsuspension S im Spalt a2 bzw. a3 als auch ein Abriss der mäanderförmigen Hauptströmung HS der Nährstoffsuspension S im Bereich des Spalts a2 bzw. a3 vermieden wird.
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Beispielsweise beträgt eine Abmessung des Spalts a2 in Richtung der Hochachse z zwischen 3 mm und 20 mm und des Spalts a3 in Richtung der Querachse y zwischen 3 mm und 20 mm.
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Mittels des Spalts a2 bzw. a3 sind die Beckenzellen 3.2 strömungstechnisch miteinander verbunden, so dass ein Teil der Nährstoffsuspension S durch den Spalt a2 bzw. a3 von einer Beckenzelle 3.2 a zur nächsten Beckenzelle 3.2 strömt.
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Vorzugsweise ist der Spalt a2 und/oder a3 in Art einer Venturi-Düse ausgebildet. Dabei kann der Spalt a2 und/oder a3 entlang der Längsausrichtung des Beckens in der Höhe abnehmen und dann wieder zunehmen. Auch kann der Spalt a2 und/oder a3 entlang der Längsausrichtung des Beckens 3 eine Verengung aufweisen.
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Dabei kann mittels des Spalts a2 und/oder a3 der sogenannte Venturi-Effekt zur Vermeidung einer Ablagerung von Partikeln aus der Nährstoffsuspension S zwischen den Seitenwänden 3.2.1 und dem Beckenboden 3.3 bzw. der Außenwand 3.1 ausgenutzt werden. Der Venturi-Effekt beschreibt dabei, dass sich eine Strömungsgeschwindigkeit einer inkompressiblen Rohrströmung umgekehrt proportional zu einem Rohrquerschnitt verhält. Der Spalt a2 und/oder a3 bildet hierbei einen Strömungsquerschnitt, welcher gegenüber einem mittels der jeweiligen Strömungsabschnitte in den Beckenzellen 3.2 gebildeten Strömungsquerschnitt signifikant verringert ist.
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Somit ist eine Strömungsgeschwindigkeit der Nährstoffsuspension S durch den Spalt a2 und/oder a3 im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit der mäanderförmigen Hauptströmung HS erhöht. Partikel, die sich gegebenenfalls zwischen den Seitenwänden 3.2.1 und dem Beckenboden 3.3 bzw. der Außenwand 3.1 festgesetzt oder abgelagert haben, werden mit der Teilströmung TS durch den Spalt a2 bzw. a3 mitgerissen.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils eine einzelne Beckenzelle 3.2, wobei 4 die Beckenzelle 3.2 perspektivisch zeigt. 5 zeigt die Beckenzelle 3.2 in einer offenen Seitenansicht.
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In 5 ist eine Leuchteinheit 4 gezeigt, die zum Einbringen von Licht und Wärme in die Nährstoffsuspension S vorgesehen ist. Die Leuchteinheit 4 ist an einem in Betrachtungsrichtung unteren Ende der Trennwand 3.4 angeordnet und umfasst eine Anzahl an nicht näher dargestellten Lichtquellen, z. B. Leuchtdioden oder Glühbirnen oder andere geeignete Leuchtelemente.
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Das von der Leuchteinheit 4 erzeugte Licht wird über lichtdurchlässige Bereiche in der Trennwand 3.4 an die Nährstoffsuspension S abgegeben. Die lichtdurchlässigen Bereiche können über die gesamte Umfangsfläche der Trennwände 3.4 ausgebildet sein, wobei die Trennwand 3.4 hierbei vollständig oder abschnittsweise aus Milchglas oder einem transparenten Kunststoff gebildet ist. Zusätzlich dazu kann die Nährstoffsuspension S mittels Sonnenlicht beleuchtet werden.
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Zur Temperierung der Nährstoffsuspension S können die Außenwände 3.1 der Becken 3 doppelwandig ausgebildet sein, wobei ein im Inneren der Außenwände 3.1 gebildeter Hohlraum von einem Temperiermedium durchströmt wird. Dabei können die Außenwände 3.1 bereichsweise, einzelne Außenwände 3.1 oder alle Außenwände 3.1 doppelwandig ausgebildet sein. Denkbar ist auch, die Seitenwände 3.2.1 und den Beckenboden 3.3 doppelwandig auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage
- 2
- Beckenanlage
- 3
- Becken
- 3.1
- Außenwand
- 3.1.1
- Nut
- 3.2
- Beckenzelle
- 3.2.1
- Seitenwand
- 3.2.2
- Stift
- 3.3
- Beckenboden
- 3.4
- Trennwand
- 4
- Leuchteinheit
- HS
- Hauptströmung
- S
- Nährstoffsuspension
- TS
- Teilströmung
- V
- Vertikalmäandersystem
- a1
- Abstand
- a2, a3
- Spalt
- x
- Längsachse
- y
- Querachse
- z
- Hochachse
