DE19814424A1 - Anlage zur Durchführung von photochemischen und photokatalytischen Reaktionen und photoinduzierbaren Prozessen - Google Patents
Anlage zur Durchführung von photochemischen und photokatalytischen Reaktionen und photoinduzierbaren ProzessenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung von photochemischen
und photokatalytischen Reaktionen und photoinduzierbaren Prozessen
insbesondere zur Kultivation von phototrophen Organismen und Zellkulturen,
z. B. Mikroalgen.
Bekannte Vorrichtungen zur Kultivation von phototrophen Organismen und
Zellkulturen, wie z. B. Mikroalgen, sind entweder als offene, unter freiem
Himmel angeordnete Becken ausgebildet oder werden ausschließlich mit
Kunstlicht betrieben, wobei das Kulturmedium in transparenten Rohren
geführt wird. Vorrichtungen mit behälterförmigen Reaktoren sind meistens
noch mit Mitteln zur Umwälzung des Kulturmediums zur Erreichung einer
intensiven Belichtung ausgerüstet, wodurch der konstruktive Aufwand die
damit verbundenen Kosten erhöht.
Bei den offenen Becken besteht ständig die Gefahr der Kontamination, so
daß eine Reinzucht nicht möglich ist. Auch die Temperaturführung solcher
Anlagen gestaltet sich unter den hier herrschenden klimatischen
Bedingungen als sehr schwierig.
Aus der US-PS 4,473,970 ist eine mit Kunstlicht betreibbare Vorrichtung
bekannt, in der das Kulturmedium in transparenten Rohren geführt wird.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung sind vor allem energetische Aspekte
bezüglich der Pumpen- und Lichtleistung.
Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, die aus behälterförmigen Reaktoren
bestehen, in die das Licht über Lichtleiter eingeleitet wird. Das Licht wird
über eine der Sonne nachführbare Fresnel-Linse und/oder über eine
Kunstlichtquelle über die gleichen Lichtleiter in das Kulturmedium geleitet.
Solche Anlagen sind sowohl von der Herstellung als auch im Betrieb sehr
kosten intensiv.
In der US-PS 4,555,864 wird eine Einrichtung zur Kultivation von Chlorella-
Algen beschrieben, bei der Lichtleiter in einem Kultivationsgefäß direkt in
das Kulturmedium eintauchen, wobei diese von oben her über schräg
gestellte Spiegel mit Lichtenergie versorgt werden. Diese Einrichtung ist
ebenfalls sehr kosten intensiv und konstruktiv aufwendig.
Die DE 41 34 813 A1 beschreibt ebenfalls eine Einrichtung zur Kultivation
von phototrophen Mikroorganismen, die unter Einsatz von Sonnen- und/oder
Kunstlicht betreibbar ist und von einem Kulturmedium durchströmt wird.
Diese Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine beliebige Anzahl von
Stegen, die jeweils im gleichen Abstand voneinander zwischen zwei
planparallelen, transparenten Platten flüssigkeitsdicht angeordnet sind und
Kammern bilden. Jeweils am Ende eines Steges sind Verbindungsöffnungen
zur benachbarten Kammer vorgesehen, wobei die Verbindungsöffnungen
jeweils benachbarter Stege sich an den entgegengesetzten Enden befinden,
wodurch ein mäanderlinienförmig durchströmbarer Kanal gebildet wird, der
an seinen Stirnseiten dicht verschlossen ist und an seinem Anfang und Ende
je einen Anschlußstutzen für den Gasaustausch aufweist. Diese Einrichtung
ist für einen großtechnischen Einsatz schon aus energetischen Gründen
wegen der zu erwartenden hohen Pumpenleistung zur Überwindung des
Strömungswiderstandes der mäanderlinienförmig durchströmbaren Kanäle
und des hohen Herstellungsaufwandes einer mit derartigen Stegen
versehenen Platte ungeeignet.
Spektorova (1997) faßt den Stand der röhrenförmigen Bioreaktoren, welche
vorwiegend biologisch aktive Substanzen für die Medizinische und
Kosmetikindustrie produzieren, zusammen. Ein horizontal angeordneter
Glasrohrbioreaktor mit 14 m3 Kulturvolumen wurde dabei in Usbekistan
installiert. Der Glasrohrbioreaktor produziert dabei eine Biomasse (Chlorella
vulgaris) von ca. 2 t/Jahr mit einer maximalen Produktivität von 43 g/m2×d.
Sehr problematisch ist dabei zum einen die Suspensionsverteilung in den
einzelnen Glasrohren, die Temperierung des Systems und die sehr hohe
Sauerstoffkonzentration in der Suspension. Zudem erfolgt die Montage der
einzelnen horizontalen Glasrohre mit Flanschverbindungen, welche relativ
hohe Kosten verursachen und Spalträume für abgestorbene Biomasse bzw.
Bakterien bilden.
Nach Pulz (1992 a, b) werden fast geschlossene tubuläre Glasrohrfermenter
(Rohr d = 2,5 cm) betrieben, wobei eine Kreiselpumpe 50 l Algensuspension
schlaufenförmig um die Lichtquelle pumpt. Nimmt man die
Glasröhrenmantelfläche als Berechnungsgrundlage, so übertrifft die
flächenbezogene Zuwachsrate mit 14 g m-2 d-1 nicht die bereits erwähnten
Produktivitäten offener Systeme.
Miyamoto et al. (1988) nutzen die sehr kostengünstige Variante, Mikroalgen
in vertikal stehenden Glasrohren mit d = 5 cm (Oberflächen-
Volumenverhältnis von 80 m-1) und 2 m Höhe zu kultivieren, die für die
Fluoreszenzlampenproduktion in Massen hergestellt werden. Durch eine
Vielzahl paralleler Kolben läßt sich ein Scale up mühelos erreichen, jedoch
erwies sich die Ernte als schwierig und bei Naturbeleuchtung ergaben sich
erhebliche Hitzeprobleme. Die maximalen Produktivitäten beliefen sich je
nach kultivierter Art von 0.3 g l-1 d-1 mit dem Cyanobakterium Nostoc bis 0.6
g l-1 d-1 bei der Grünalge Monoraphidium.
Jüttner (1977) löste das Hitzeproblem, indem er einen weiteren inneren
Tubus installierte, der zum einen Kühlflüssigkeit enthielt und zum anderen
das Dunkelvolumen der Suspension verminderte. Dadurch gelang ihm eine
weitere Wachstumsbeschleunigung um den Faktor 1.5. Seine technisch
aufwendige und bedingt Scale up-fähige Idee war jedoch Vorbild für die
Konstruktion einiger Freilandröhrenanlagen mit Gegenstromkühlung (z. B.
FR-PS 2 564 854).
Kennzeichnend für alle zylindrischen Reaktoren ist eine hohe Leuchtdichte in
bezug auf ein kleines Oberflächen-Volumenverhältnis, so daß, um
ausreichender Belichtung der Algenzelle Genüge zu leisten bzw.
Photoinhibition zu vermeiden, hohe Strömungsgeschwindigkeiten notwendig
sind. Starke Turbulenzen jedoch erzeugen dementsprechende
Schwerkraftbelastungen, welche sich bei den meisten Mikroalgenarten
kontraproduktiv auswirken. Zudem wäre eine effektive Ausleuchtung
größerer Anlagen nur sehr schwer zu realisieren bzw. nur unter einem
erheblichen technischen Aufwand möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte
Einrichtungen nach dem "Dünnschichtprinzip" zur effizienten Produktion von
Mikroorganismen, insbesondere von phototrophen Mikroorganismen
hinsichtlich des Kultivations- und Ernteprozesses dahingehend zu
verbessern, daß im gesamten Jahresverlauf unter optimaler Ausnutzung des
natürlichen Sonnenlichts und optimaler Konditionierung der
Kultursuspension, insbesondere der energetischen und stofflichen
Austauschprozesse sowie der hydrodynamischen Strömungsverhältnisse,
eine maximale Produktion von Mikroorganismen realisiert und gleichzeitig im
Zusammenwirken der peripheren Ausrüstung ein optimales Betriebsergebnis
gewährleistet wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis
14 enthalten.
Die gemäß der Erfindung vorgestellte Einrichtung zur effizienten Produktion
von Mikroorganismen enthält einen Bioreaktor, eine Erntevorrichtung, eine
Nährlösungs- bzw. Stammlösungsversorgungsvorrichtung und eine
Nährlösungsaufbereitungsanlage.
Der Bioreaktor besteht aus photosynthetisch und hydrodynamisch (turbulär)
aktiven Dünnschichtsystemen, einem Vor- und Rücklaufsystem, einem
Konditionierbehälter, einem Wärmetauscher, einer Systempumpe, einer
Meßstrecke, einem Mittel zur quantitativen und qualitativen Veränderung der
Gefäßbelichtung und einem Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung. Ein
photosynthetisch und hydrodynamisch aktives Dünnschichtsystem besteht
aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden und parallel zueinander
verlaufenden durchgehenden Röhren oder Schläuchen, deren Eintritts- und
Austrittsseiten über Anschlußstücke und einen querschnittsreduzierten
Verbinder mit einem Modulvor- bzw. -rücklauf verbunden sind, wobei die
einzelnen, übereinanderliegenden Dünnschichtgefäße die
querschnittsreduzierten Verbinder eine Querschnittsfläche aufweisen, die ein
gleichmäßiges Strömungsprofil über alle Dünnschichtgefäße ermöglicht.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung weist der
querschnittsreduzierte Verbinder in Fließrichtung des Modulvorlaufs eine
Querschnittserweiterung und/oder in Fließrichtung des Modulrücklaufs eine
Querschnittsreduzierung auf.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Modulvorlauf bzw.
der Modulrücklauf aus einem Rohr.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Modulvorlauf in Fließrichtung einen
geringeren Durchmesser und der Modulrücklauf in Fließrichtung einen
größeren Durchmesser besitzt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung besitzt das transparente
Dünnschichtgefäß Konditionierungsturbulatoren, welche auch bei geringer
Fließgeschwindigkeit turbulente Strömungsverhältnisse gewährleisten, das
Oberflächen-/Grundflächenverhältnis erhöhen, das einfallende Licht optimal
im transparenten Dünnschichtgefäß verteilen und eventuell auftretende
Immobilisierungen an den Gefäßoberflächen durch eine effizientere
Reinigungswirkung von Reinigungskörpern in der Suspension ermöglichen,
wobei die Konditionierungsturbulatoren derart gestaltet sind, daß keine
hydraulischen Totäume im transparenten Dünnschichtgefäß entstehen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das transparente
Dünnschichtgefäß aus mindestens einem Glasrohrmodul mit
übereinanderliegenden Glasrohren, welche die Konditionierungsturbulatoren
bereits bei der Herstellung der Glasrohre erhalten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt sich die
Gesamtlänge der Glasrohre aus einzelnen Rohren zusammen, welche
hydraulisch ohne Unterbrechungen zusammenverklebt oder -verschweißt
sind.
Es ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, daß die Mittel zur
quantitativen und qualitativen Veränderung der Gefäßbelichtung aus UV-
fluoreszierendem und/oder reflektierendem und/oder antireflektierendem
und/oder transparentem Material bestehen, welches die zur Verfügung
stehende Strahlungsmenge im photosynthetisch aktiven Bereich für die
Belichtung der Mikroorganismen in den Dünnschichtgefäßen erhöht.
Es ist dabei vorteilhaft, daß die Oberfläche und/oder das Wandmaterial des
transparenten Dünnschichtgefäßes aus UV-fluoreszierendem und/oder
antireflektierendem Material besteht, welches die zur Verfügung stehende
Strahlungsmenge im photosynthetisch aktiven Bereich für die Belichtung der
Mikroorganismen in den Dünnschichtgefäßen erhöht und/oder zwischen den
Dünnschichtgefäßen UV-fluoreszierendes und transparentes Material
und/oder unter den Dünnschichtgefäßen UV-fluoreszierendes Material
vorhanden ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Mittel zur
quantitativen und qualitativen Veränderung der Gefäßbelichtung aus IR-
reflektierendem und/oder transparentem Material und werden an der
Oberfläche bzw. im Wandmaterial des transparenten Dünnschichtgefäßes
eingebunden, wobei eine Erhöhung der Suspensionstemperatur vermindert
wird und eine Strahlungskühlung der Kultursuspension durch das
Wandmaterial des transparenten Dünnschichtgefäßes gewährleistet wird.
Es ist im Sinne der Erfindung, daß die Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung aus
einem Rücklaufsammler, welcher im oder auf dem Boden angeordnet ist und
temperiert wird, einer CO2-Einbindung in die Kultursuspension, einen O2-
Austrag aus der Kultursuspension und einem Gasverteiler im
Rücklaufsammler bestehen.
Es ist dabei vorteilhaft, den Mitteln zur Gaszu- bzw. -ableitung
Latentwärmespeichermaterial zuzuordnen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, daß
der Konditionierbehälter, der Wärmetauscher und die Mittel zur Gaszu- bzw.
-ableitung miteinander verbunden sind und gleichzeitig im Komplex wirken.
Es ist dabei vorteilhaft, daß die Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung,
insbesondere der Rücklaufsammler, gleichzeitig einen Teil des
Wärmetauschers und/oder des Konditionierbehälters bilden und somit
Synergieeffekte hinsichtlich einer optimalen Konditionierung der
Kultursuspension erzielt werden.
Die Erfindung ist weiterhin ausgestaltet mit einer Erntevorrichtung, welche
aus einem Erntebehälter, einer Erntepumpe, einem Separator und einem
Biomassebehälter besteht.
Die Erfindung ist zudem ausgestaltet mit einer Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungsvorrichtung, welche aus einer
Nährlösungspumpe, einem Stammlösungsbehälter mit einem Rührwerk und
einem Nährlösungsbehälter besteht.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung weist die Erntevorrichtung
und/oder Nährlösungs- bzw. Stammlösungsversorgungsvorrichtung eine
Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung auf, wodurch die abseparierte
Kultursuspension aus der Erntevorrichtung als Nährlösung und/oder die
Nähr- bzw. Stammlösung aus der Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungsvorrichtung in den Bioreaktor kontaminationsfrei
gelangen kann.
Es ist im Sinne der Erfindung, daß die Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung
aus einem mechanischen Vorfilter und einem Aktivkohlefilter besteht,
welcher kontaminierte Stoffe filtert und Nährstoffe für die Mikroalgen
ungehindert durchströmen läßt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, daß
die Erntevorrichtung, die Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungsvorrichtung und die
Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung miteinander verbunden sind und
gleichzeitig im Komplex wirken.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen die
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Ausführungsvariante der
erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 2 ein Glasrohrmodul mit Vor- und Rücklauf sowie
Konditionsierungsturbulatoren,
Fig. 3 ein Glasrohrmodul (Seitenansicht) mit Rücklaufsammler und
Mittel zur quantitativen und qualitativen Veränderung der
Gefäßbelichtung.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine
Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage zur effizienten
Produktion von phototraphen Organismen und Zellkulturen, insbesondere
von Mikroalgen, unter Lichteinwirkung.
Die Anlage setzt sich zusammen aus einem Bioreaktor 1, der
Erntevorrichtung 2, einer Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungseinrichtung 3 und einer
Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung 4.
In Fig. 1 wird zunächst durch Beimpfen einer Nährlösung mit
Mikroorganismen eine Kultursuspension bzw. Stammlösung hergestellt. Die
Vorrichtung 3 besteht im wesentlichen aus einem Nährlösungsbehälter 3a,
einer Nährlösungspumpe 3b und einem Stammlösungsbehälter 3c mit
Rührwerk.
Von hier aus wird die Nährlösung 1a zum Bioreaktor 1 geleitet. Der
Bioreaktor 1 besteht im vorliegenden Beispiel im wesentlichen aus vier
Modulen eines photosynthetisch und hydrodynamisch aktiven
Dünnschichtsystems 1a, die das Reaktorgefäß bilden, einem Vor- und
Rücklaufsystem 1b bzw. 1c, einem Konditionierbehälter 1d, einem
Wärmetauscher 1e, einer Systempumpe 1f, einer Meßstrecke 1g, Mitteln zur
quantitativen und qualitativen Veränderung der Reaktorgefäßbelichtung 1h
und 1i (siehe Fig. 2 und 3) und Mitteln zur Gaszu- bzw. -ableitung. Die
Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung bestehen im beschriebenen Beispiel aus
einem Rücklaufsammler 1j, welcher hier im Boden der Anlage angeordnet
ist, einer Vorrichtung zur CO2-Einbindung (nicht dargestellt) in die
Kultursuspension im Rücklaufsammler 1j, einem O2-Austrag 1k und einem
Gasverteiler 1l (Fig. 3).
In dem Rücklaufsammler 1j befindet sich ein Gasverteiler 1l, wobei der
Gasverteiler 1l über die gesamte Länge des Rücklaufsammlers 1j ein Abgas
mit einer CO2-Konzentration von 25% in die Kultursuspension dosiert. Im
Heizfall besitzt das Abgas eine maximale Temperatur von 38°C und erwärmt
die Kultursuspension 1e.
Ein Wärmetauscher 1e gewährleistet dabei eine optimale Abgas- bzw.
Suspensionstemperatur.
Zur Erhöhung der Wärmeübertragung wird der Wärmetauscher 1e in der
Ansaugleitung der Systempumpe 1f installiert. Die Konditionierung des CO2
enthaltenden Abgases erfolgt in Abhängigkeit von pH-, Temperatur- und
optischen Dichtwerten der Kultursuspension, welche in der Meßstrecke 1g
vor der Systempumpe 1f erfaßt werden. Die Messung, Steuerung, Regelung
und Speicherung von Zustandsgrößen der Kultursuspension und des CO2
enthaltenden Abgases erfolgt dabei über eine zentrale Meß-, Steuer-, Regel-
und Speichereinheit (nicht dargestellt). Die konditionierte Kultursuspension
wird mit Hilfe der Systempumpe 1f über einen Pumpenvorlauf 1n zum
photosynthetisch und hydrodynamisch aktiven Dünnschichtsystem 1a des
Bioreaktors 1 geführt. Das Dünnschichtsystem 1a besteht nach diesem
Beispiel aus vier Modulen, wobei jedes Modul aus einer Vielzahl von
zueinander beabstandeten, übereinanderliegenden und parallel zueinander
verlaufenden Dünnschichtgefäßen (Glasrohren) 10 besteht, deren Eintritts-
und Austrittsseiten über Anschlußstücke 1p und Verbinder 1q mit einem
Modulvorlauf 1r bzw. -rücklauf 1s verbunden sind. Die einzelnen Verbinder
1q weisen dabei jeweils eine Querschnittsfläche auf, die ein gleichmäßiges
Strömungsprofil über alle Glasrohre 1o ermöglicht. Dabei nimmt die
Querschnittsfläche der Verbinder 1q in Fließrichtung des Modulvorlaufs 1r
zu, während die Querschnittsfläche der Verbinder 1q des Modulrücklaufs 1s
in Fließrichtung abnimmt. Modulvor- und -rücklauf 1r und 1s bestehen jeweils
aus einem Rohr mit Anschlußstücken 1t für die Verbinder 1q, wobei die
Querschnittsfläche des Modulvorlaufs 1r in Fließrichtung abnimmt und die
Querschnittsfläche des Modulrücklaufs 1s in Fließrichtung zunimmt.
Durch die querschnittsreduzierten bzw. -erweiterten Verbinder 1q und die
querschnittsreduzierten bzw. -erweiterten Modulvor- und -rückläufe wird ein
gleichmäßiges Strömungsprofil über alle Dünnschichtgefäße 1o ermöglicht.
Die Dünnschichtgefäße 1o sind außerdem mit einer Vielzahl von
Konditionierungsturbulatoren 1u ausgestattet, welche auch bei geringer
Fließgeschwindigkeit turbulente Strömungsverhältnisse gewährleisten und
das Oberflächen-/Grundflächenverhältnis erhöhen sowie das einfallende
Licht im Dünnschichtgefäß optimal verteilen und auftretende
Immobilisierungen an den Gefäßoberflächen von Reinigungskörpern in der
Suspension verhindern bzw. abbauen.
Das Dünnschichtsystem 1a wird im vorliegenden Fall aus 4 Glasrohrmodulen
gebildet, welche jeweils aus einem Gestell 1v mit beidseitig versetzt
zueinander angebrachten Rohrhalterungen bestehen, in welchen die Rohre
1o übereinander und jeweils versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Oberfläche und/oder das Wandmaterial der Glasrohre 1o und/oder das
Gestell 1v bzw. die Rohrhalterungen (nicht dargestellt) und/oder die
Grundfläche, auf der das Dünnschichtsystem 1a angeordnet ist, sind mit
Mitteln, insbesondere aus UV-fluoreszierendem und/oder transparentem
und/oder reflektierendem Material zur quantitativen und qualitativen
Veränderung der Reaktorgefäßbelichtung 1h und 1i versehen. Dadurch wird
die zur Verfügung stehende Strahlungsmenge im photosynthetisch aktiven
Bereich für die Belichtung der Mikroorganismen in den Dünnschichtgefäßen
erhöht. Die Mittel können aber auch aus IR-reflektierendem und/oder
transparentem Material bestehen, wodurch eine Erhöhung der
Suspensionstemperatur verhindert und eine Strahlungskühlung der
Kultursuspension durch das Wandmaterial des transparenten
Dünnschichtgefäßes gewährleistet wird. Im Verlaufe des Wachstums der
Biomasse im Dünnschichtsystem 1a werden energiereiche
Kohlenstoffverbindungen aufgebaut. Die Biomasseernte erfolgt bei einer
Trockenmassekonzentration in der Kultursuspension von <2 g/l.
Mit Hilfe der Systempumpe 1f wird die Kultursuspension dazu der
Erntevorrichtung 2 zugeführt. Diese besteht aus einem Erntebehälter 2a,
einer Erntepumpe 2b, einem Separator 2c und einem Biomassebehälter 2d.
Der Separator 2c trennt die Biomasse von der Nährlösung, welche zur
Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung 4 und/oder direkt zur Nährlösungs-
bzw. Stammlösungsversorgungseinrichtung 3 zurückgeführt wird.
Die Vorrichtung 4 besteht aus einem mechanischen Vorfilter (nicht
dargestellt) und einem Aktivkohlefilter 4a, welcher kontaminierte Stoffe filtert
und Nährstoffe für die Mikroalgen ungehindert durchströmen läßt.
Die somit erhaltene Biomasse wird einer Verarbeitungsvorrichtung (nicht
dargestellt) zugeführt, wobei energiereiche Kohlenstoffverbindungen als
Energieträger zur Produktion von chemischen und/oder pharmazeutischen
Grund- und Wirkstoffen und/oder zur Produktion von hochwertigen
Futtermitteln bzw. Futtermittelzusätzen gewonnen werden.
Claims (14)
1. Anlage zur Produktion von phototrophen Organismen und Zellkulturen
unter Lichteinwirkung durch photochemische und photokatalytische
Reaktionen und photoinduzierbare Prozesse, bestehend aus einem
Bioreaktor (1), einer Erntevorrichtung (2), einer Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungseinrichtung (3) und einer
Nährlösungsaufbereitungsanlage (4), wobei der Bioreaktor (1) ein
photosynthetisch und hydrodynamisch aktives Dünnschichtsystem (1a),
ein Vor- und Rücklaufsystem (1b, 1c), einen Konditionierbehälter (1d),
einen Wärmetauscher (1e), eine Systempumpe (1f), eine Meßstrecke
(1g), Mittel zur quantitativen und qualitativen Veränderung der
Reaktorgefäßbelichtung (1h, 1i) und Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung
aufweist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das photosynthetisch und hydrodynamisch aktive Dünnschichtsystem
(1a) aus mindestens einem Modul mit einer Vielzahl von zueinander
beabstandeten, übereinanderliegenden und parallel zueinander
verlaufenden röhrenförmigen Dünnschichtgefäßen (1a) besteht, deren
Eintritts- und Austrittsseiten über Anschlußstücke (1p, 1t) und
Verbinder (1q) mit einem Modulvorlauf (1r) bzw. -rücklauf (1s)
verbunden sind, wobei die einzelnen Verbinder (1q) für die
übereinanderliegenden Dünnschichtgefäße (1o) jeweils eine
Querschnittsfläche aufweisen, die ein gleichmäßiges Strömungsprofil
über alle Dünnschichtgefäße ermöglicht.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Querschnittsfläche der Verbinder (1q) in Fließrichtung des
Modulvorlaufes (1r) zunimmt und in Fließrichtung des Modulrücklaufes
(1s) abnimmt.
4. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
Modulvor- und -rücklauf (1r, 1s) jeweils aus einem Rohr mit
Anschlußstücken (1p, 1t) für die Verbinder (1q) bestehen, wobei die
Querschnittsfläche des Modulvorlaufs (1r) in Fließrichtung abnimmt und
die Querschnittsfläche des Modulrücklaufs (1s) in Fließrichtung
zunimmt.
5. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dünnschichtgefäße (1o) eine Vielzahl von
Konditionierungsturbulatoren (1u) aufweisen.
6. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Dünnschichtsystem (1a) aus mindestens einem Glasrohrmodul
bestehen, welches ein Gestell (1v) mit beidseitig versetzt zueinander
angebrachten Rohrhalterungen umfaßt, in welchem die Rohre
(1o) übereinander und jeweils versetzt zueinander angeordnet sind.
7. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche und/oder das Wandmaterial der Dünnschichtgefäße
und/oder das Gestell (1v) bzw. die Rohrhalterungen des
Glasrohrmoduls und/oder die Grundfläche, auf der die Glasrohrmodule
angeordnet sind und/oder zwischen den Rohren Mittel zur
quantitativen und qualitativen Veränderung der Raktorgefäßbelichtung
(1h, 1i) aufweisen.
8. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur quantitativen und qualitativen Veränderung der
Reaktorgefäßbelichtung (1h, 1i) aus UV-fluoreszierenden und/oder
reflektierenden und/oder antireflektierenden und/oder transparentem
Material bestehen.
9. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur quantitativen und qualitativen Veränderung der
Reaktorgefäßbelichtung (1h, 1i) aus 1R-reflektierendem und/oder
transparentem Material bestehen.
10. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur Gaszu- bzw. -ableitung einen im oder am Boden der
Anlage angeordneten temperierbaren Rücklaufsammler (1j), eine
Vorrichtung zur CO2-Einbindung in die Kultursuspension, eine
Vorrichtung zum O2-Austrag (1k) aus der Kultursuspension und einen
Gasverteiler (1l) im Rücklaufsammler (1j) umfassen.
11. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Konditionierbehälter (1d), der Wärmetauscher (1e) und die Mittel
zur Gaszu- bzw. -ableitung miteinander verbunden sind, wobei der
Rücklaufsammler (1j) gleichzeitig einen Teil des Wärmetauschers (1e)
und/oder des Konditionierbehälters (1d) bildet.
12. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Erntevorrichtung (2) aus einem Erntebehälter (2a), einer
Erntepumpe (2b), einem Separator (2c) und einem Biomassebehälter
(2d) besteht.
13. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Nährlösungs- bzw. Stammlösungsversorgungsvorrichtung (3) eine
Nährlösungspumpe (3a), einen Stammlösungsbehälter (3b) mit
Rührwerk und einen Nährlösungsbehälter (3c) umfaßt.
14. Anlage nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Nährlösungsaufbereitungsvorrichtung (4) aus einem mechanischen
Vorfilter und einem Aktivkohlefilter (4a) besteht und mit der
Erntevorrichtung (2) und/oder Nährlösungs- bzw.
Stammlösungsversorgungsvorrichtung (3) verbunden ist.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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