FR2978159A1 - PHOTO-BIOREACTOR FOR THE PRODUCTION OF A CONCENTRATED ALGAL SOLUTION AND DEVICE FOR EXPOSING THE SOLUTION, PARTICULARLY FOR SUCH A PHOTO-BIOREACTOR - Google Patents
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Abstract
Photo-bioréacteur pour la production en circuit fermé d'une solution algale concentrée comportant un récipient (3) contenant la solution algale (2), et un moyen d'exposition de la solution algale à la lumière ; le moyen d'exposition comprend au moins une manche (5) verticale réalisée en un matériau souple, transparent, résistant à la traction, cette manche étant suspendue à un support (10) et remplie d'un liquide (L) qui assure une forme cylindrique à cette manche, laquelle est en contact par sa paroi extérieure avec la solution algale.Photo-bioreactor for the closed circuit production of a concentrated algal solution comprising a container (3) containing the algal solution (2), and means for exposing the algal solution to the light; the exposure means comprises at least one vertical sleeve (5) made of a flexible, transparent, tensile-resistant material, this sleeve being suspended from a support (10) and filled with a liquid (L) which ensures a shape cylindrical to this sleeve, which is in contact by its outer wall with the algal solution.
Description
PHOTO-BIOREACTEUR POUR LA PRODUCTION D'UNE SOLUTION ALGALE CONCENTREE ET DISPOSITIF D'EXPOSITION DE LA SOLUTION, EN PARTICULIER POUR UN TEL PHOTO-BIOREACTEUR L'invention est relative à un photo-bioréacteur pour la production d'une solution algale concentrée, du genre de ceux qui comportent un récipient contenant la solution algale, et un moyen d'exposition de cette solution algale à la lumière. Le développement de la culture algale, en particulier micro-algale en vue d'obtenir un biocarburant photosynthétique ou des composés nutraceutiques issus de la biomasse algale, ne pourra être assuré à grande échelle qu'en réduisant significativement le coût des photo-bioréacteurs et de leur exploitation. En outre, la production algale n'est pas réservée aux seules régions chaudes et ensoleillées, et il faut envisager des solutions techniques permettant d'augmenter la production algale dans des pays situés aux latitudes des régions tempérées. DE 103 15 750 montre un photo-bioréacteur comportant des rangées de tubes verticaux transparents, dans lesquels passe la solution algale soumise au rayonnement lumineux qui traverse les tubes, ce qui permet la photosynthèse. D'autres photo-bioréacteurs utilisent des compartiments de différentes formes, séparés par des parois rigides, en particulier en polycarbonate ou autres matériaux monomère ou polymère. Ces matériaux sont coûteux et le délai de fabrication est long pour des pièces destinées à des applications industrielles de photo-bioréacteurs pouvant couvrir plusieurs dizaines d'hectares. De plus, ces matériaux sont inflammables et leur empreinte écologique est significative pour la fabrication et pour la déconstruction. Les photo-bioréacteurs aériens nécessitent une emprise foncière importante et une hauteur qui induit une prise au vent pénalisant la construction. Du fait de leur importante surface en contact avec l'air extérieur, les photo-bioréacteurs aériens sont très sensibles aux conditions climatiques, ce qui affecte leurs performances dans les régions froides, ventées ou trop chaudes. L'invention a pour but, surtout, de fournir un photo-bioréacteur économique aussi bien au niveau des investissements que des frais d'exploitation et dont la construction peut être réalisée en un délai réduit. Il est souhaitable que le photo-bioréacteur assure une production maximale de biomasse algale, cela quelles que soient la saison et la latitude du site. The invention relates to a photobioreactor for the production of a concentrated algal solution, kind of those which contain a container containing the algal solution, and a means of exposure of this algal solution to light. The development of algal culture, in particular micro-algal to obtain a photosynthetic biofuel or nutraceuticals derived from algal biomass, can be achieved on a large scale only by significantly reducing the cost of photo-bioreactors and their exploitation. In addition, algal production is not restricted to warm, sunny regions, and technical solutions to increase algal production in temperate latitudes should be considered. DE 103 15 750 shows a photo-bioreactor comprising rows of transparent vertical tubes, through which the algal solution subjected to the light radiation passes through the tubes, which allows photosynthesis. Other photo-bioreactors use compartments of different shapes, separated by rigid walls, in particular polycarbonate or other monomeric or polymeric materials. These materials are expensive and the manufacturing time is long for parts intended for industrial applications of photo-bioreactors that can cover several tens of hectares. In addition, these materials are flammable and their ecological footprint is significant for manufacturing and deconstruction. Aerial photo-bioreactors require a large land grab and a height that induces a windward grip that penalizes the construction. Due to their large surface area in contact with the outside air, aerial photo-bioreactors are very sensitive to climatic conditions, which affects their performance in cold, windy or hot regions. The purpose of the invention is, above all, to provide an economic photo-bioreactor both in terms of investments and operating costs and whose construction can be achieved in a reduced time. It is desirable that the photo-bioreactor ensures maximum production of algal biomass, regardless of the season and latitude of the site.
L'invention vise aussi à proposer un photo-bioréacteur dont l'emprise foncière et la hauteur des installations sont réduites. Il est souhaitable également d'assurer une réduction de l'empreinte environnementale et des risques en cas de tempête et/ou d'incendie de provenance interne ou externe au site. Selon l'invention, un photo-bioréacteur pour la production en circuit fermé d'une solution algale concentrée comporte un récipient contenant la solution algale, et un moyen d'exposition de la solution algale à la lumière, et est caractérisé en ce que le moyen d'exposition comprend au moins une 1 o manche verticale réalisée en un matériau souple, transparent, résistant à la traction et la pression, cette manche étant suspendue à un support et remplie d'un liquide qui assure une forme cylindrique à cette manche, laquelle est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. Le terme "transparent" utilisé dans la description et les 15 revendications désigne un matériau qui laisse passer la lumière, et ce terme doit être compris au sens large englobant un matériau translucide. Le récipient contenant la solution algale peut être constitué d'un bassin, en particulier couvert, rempli de solution algale, bassin dans lequel est immergée au moins une manche étanche transparente souple et remplie d'un 20 liquide, en particulier eau + additif (antigel, fluorescent, anti-mousse) transmettant et diffusant la lumière captée à l'extrémité supérieure de la manche, laquelle est fermée à son extrémité inférieure. En pratique, le bassin comporte une pluralité de manches étanches transparentes souples remplies d'un liquide, judicieusement réparties, transmettant et diffusant la lumière 25 captée dans tout le volume du bassin. Le bassin peut être de forme cylindrique ou rectangulaire ; il peut être aérien, enterré ou semi-enterré. Le bassin peut être réalisé en béton, ou en résine, ou en matériau souple avec structure externe, ou en éléments préfabriqués assemblés sur site 3o avec mise en place d'un revêtement intérieur. Les parois du bassin peuvent aussi être réalisées en une membrane transparente étanche, en particulier souple. Selon une autre possibilité de réalisation, le récipient contenant la solution algale peut être constitué par la manche transparente elle-même qui 35 contient, comme liquide, la solution algale exposée à la lumière qui traverse la paroi de la manche. Une exposition supplémentaire peut être assurée par la lumière captée à l'extrémité supérieure de la manche et dirigée vers la solution algale. The invention also aims to provide a photo-bioreactor whose land extent and height of facilities are reduced. It is also desirable to ensure a reduction of the environmental footprint and the risks in the event of a storm and / or fire coming from inside or outside the site. According to the invention, a photobioreactor for the closed circuit production of a concentrated algal solution comprises a container containing the algal solution, and a means for exposing the algal solution to light, and is characterized in that the means of exposure comprises at least one vertical handle made of a flexible material, transparent, resistant to traction and pressure, this sleeve being suspended from a support and filled with a liquid which ensures a cylindrical shape to this sleeve, which is in contact by its inner or outer wall with the algal solution. The term "transparent" as used in the specification and claims refers to a light-transmitting material, and this term is to be broadly understood to encompass a translucent material. The container containing the algal solution may consist of a basin, in particular covered, filled with algal solution, basin in which is immersed at least one transparent transparent flexible sleeve and filled with a liquid, in particular water + additive (antifreeze , fluorescent, anti-foam) transmitting and diffusing the light captured at the upper end of the sleeve, which is closed at its lower end. In practice, the basin comprises a plurality of transparent flexible sleeves filled with a liquid, judiciously distributed, transmitting and diffusing the light 25 captured throughout the volume of the basin. The basin may be cylindrical or rectangular; it can be aerial, buried or semi-buried. The basin can be made of concrete, or resin, or flexible material with external structure, or prefabricated elements assembled on site 3o with implementation of an inner lining. The walls of the basin may also be made of a transparent membrane which is waterproof, in particular flexible. According to another embodiment, the container containing the algal solution may be constituted by the transparent sleeve itself which contains, as liquid, the algal solution exposed to the light which passes through the wall of the sleeve. Further exposure can be provided by the light captured at the upper end of the sleeve and directed to the algal solution.
Une deuxième manche souple transparente, suspendue à un support, peut être immergée dans la première manche, la deuxième manche étant remplie d'un liquide, en particulier neutre à l'égard de la solution algale, propre à équilibrer la pression extérieure et maintenir sa forme cylindrique par la pression statique différentielle. Avantageusement, le photo-bioréacteur comporte, au-dessus de l'extrémité des manches souples prévues pour diffuser la lumière dans la solution algale, un concentrateur optique, en particulier une lentille ou un miroir, propre à concentrer la lumière sur l'entrée supérieure de la manche associée à 1 o ce concentrateur. Avantageusement, le concentrateur optique, en particulier la lentille, est monté orientable en angle d'inclinaison et en azimut afin de capter le maximum de rayonnement solaire au long de la journée, et quelque soit la saison. Le photo-bioréacteur peut comporter un dispositif interne passif de 15 transmission de la lumière du haut vers le bas permettant de filtrer les longueurs d'ondes d'intérêt pour la photosynthèse des micro-algues et limiter les échauffements locaux liés à la concentration de la lumière. Le photobioréacteur peut disposer d'un système de filtration des longueurs d'onde de la lumière (UV, IR) afin de limiter les effets d'échauffement locaux. 20 Le photo-bioréacteur peut comporter un brise-soleil amovible situé au dessus des lentilles ou un masque incorporé sur chacune d'elles pour réduire l'intensité lumineuse pendant les périodes les plus intenses. Les manches souples peuvent être fermées et lestées en partie inférieure. Dans le cas où les manches ne comportent pas de solution algale 25 mais un liquide différent, avantageusement la composition du liquide est neutre vis-à-vis de la solution algale afin d'éviter tout risque en cas de rupture accidentelle de la manche. Lorsque les manches sont immergées dans la solution algale, avantageusement, la hauteur de liquide dans les manches est supérieure à 30 celle de la solution algale afin d'assurer une pression hydrostatique différentielle pour le maintien de la forme de la manche sans contrainte sur la paroi souple. Le photo-bioréacteur comporte avantageusement, pour le remplacement des manches, un moyen d'aspiration du liquide interne de la manche en partie supérieure, laquelle manche vidée s'aplatit sous l'effet de la 35 pression externe. Un dispositif de remplacement des manches par enroulement sur un tambour, ou déroulement à partir de ce tambour, avec nettoyage automatisé des manches, est avantageusement prévu. Le photo-bioréacteur peut comporter un dispositif d'extraction de la solution algale en partie supérieure du récipient, notamment du bassin, et un retour dans le récipient en partie inférieure de l'eau après extraction des algues et filtration. Le photo-bioréacteur peut comporter, en partie inférieure du récipient, notamment du bassin, des moyens de distribution d'un gaz sous pression, en particulier du dioxyde de carbone (CO2), mélangé ou non avec de l'eau, assurant également l'agitation de la solution algale. Des moyens de capture et de recyclage d'une partie au moins des gaz qui s'échappent en haut du récipient sont avantageusement prévus. Le i o récipient, notamment le bassin, peut être calorifugé et comporte avantageusement un équipement thermique qui permet la régulation de la température de la solution algale à la valeur optimale de croissance. Le dispositif de chauffage ou de refroidissement du bassin peut être avantageusement constitué d'un échangeur eau/eau tubulaire ou à plaques 15 situé sur le retour de la solution algale après filtration ou une circulation d'eau tempérée qui circule à l'intérieur de l'eau des manches. Un moyen d'éclairage artificiel, en particulier au moins une diode électroluminescente ou LED, peut être prévu pour illuminer la solution algale pendant la nuit, ou pendant les périodes de faible intensité solaire et la nuit afin 20 de maintenir un métabolisme photosynthétique minimal. L'invention est également relative à un dispositif d'exposition à la lumière d'une solution algale, en particulier pour un photo-bioréacteur tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une manche réalisée en un matériau souple transparent, résistant à la traction, cette manche 25 étant prévue pour être suspendue à un support et remplie d'un liquide qui lui assure une forme cylindrique, laquelle manche est en contact par sa paroi intérieure ou extérieure avec la solution algale. La manche peut être immergée dans une solution algale auquel cas elle est remplie d'un liquide transmettant et diffusant la lumière captée à 30 l'extrémité supérieure de la manche. Selon une autre possibilité, la manche souple constitue le récipient, et est remplie de solution algale qui est exposée à la lumière à travers la paroi de la manche. Une deuxième manche souple transparente interne, concentrique à la manche externe, suspendue à un support et remplie de 35 liquide, peut être immergée dans la première manche remplie de solution algale. L'invention est également relative à un photo-bioréacteur qui résulte de la transformation d'un bassin existant ouvert « open pond » en un photo- bioréacteur fermé présentant les caractéristiques décrites précédemment. Dans ce cas, les dispositifs décrits précédemment sont donc appliqués à des bassins existants ouverts « open ponds », qui sont transformés en photo-bioréacteurs fermés. A second transparent flexible sleeve, suspended on a support, can be immersed in the first sleeve, the second sleeve being filled with a liquid, in particular neutral with respect to the algal solution, suitable for balancing the external pressure and maintaining its cylindrical shape by the differential static pressure. Advantageously, the photo-bioreactor comprises, above the end of the flexible sleeves intended to diffuse the light in the algal solution, an optical concentrator, in particular a lens or a mirror, able to concentrate the light on the upper input of the sleeve associated with 1 o this concentrator. Advantageously, the optical concentrator, in particular the lens, is rotatably steerable at an angle of inclination and in azimuth in order to capture the maximum of solar radiation throughout the day, and whatever the season. The photo-bioreactor may comprise a passive internal device for transmitting light from top to bottom making it possible to filter the wavelengths of interest for the photosynthesis of the microalgae and to limit the local heating due to the concentration of the light. The photobioreactor can have a light wavelength filtering system (UV, IR) to limit local heating effects. The photo-bioreactor may comprise a removable sunshade located above the lenses or a mask incorporated on each of them to reduce the intensity of light during the most intense periods. Flexible sleeves can be closed and weighted at the bottom. In the case where the sleeves do not comprise an algal solution 25 but a different liquid, advantageously the composition of the liquid is neutral vis-à-vis the algal solution to avoid any risk in case of accidental breakage of the sleeve. When the sleeves are immersed in the algal solution, advantageously, the liquid height in the sleeves is greater than that of the algal solution in order to ensure a differential hydrostatic pressure for maintaining the shape of the sleeve without stress on the wall. flexible. The photo-bioreactor advantageously comprises, for the replacement of the sleeves, a suction means for the internal liquid of the sleeve at the top, which emptied sleeve flattens under the effect of the external pressure. A device for replacing the sleeves by winding on a drum, or unwinding from this drum, with automated cleaning of the sleeves, is advantageously provided. The photo-bioreactor may comprise a device for extracting the algal solution in the upper part of the container, in particular the basin, and a return to the container in the lower part of the water after extraction of the algae and filtration. The photo-bioreactor may comprise, in the lower part of the container, in particular the basin, means for dispensing a gas under pressure, in particular carbon dioxide (CO2), mixed or not with water, also ensuring the agitation of the algal solution. Means for capturing and recycling at least part of the gases that escape at the top of the container are advantageously provided. The container, especially the basin, may be insulated and advantageously comprises a thermal equipment that allows the regulation of the temperature of the algal solution to the optimum growth value. The basin heating or cooling device may advantageously consist of a tubular or plate water / water heat exchanger 15 located on the return of the algal solution after filtration or a circulation of tempered water circulating inside the water. water of the sleeves. Artificial lighting means, particularly at least one light emitting diode or LED, may be provided to illuminate the algal solution overnight, or during periods of low solar intensity and at night to maintain minimal photosynthetic metabolism. The invention also relates to a device for exposure to light of an algal solution, in particular for a photo-bioreactor as defined above, characterized in that it comprises at least one handle made of a transparent flexible material , the sleeve 25 being designed to be suspended from a support and filled with a liquid which ensures a cylindrical shape, which handle is in contact by its inner or outer wall with the algal solution. The sleeve may be immersed in an algal solution in which case it is filled with a liquid transmitting and diffusing the light captured at the upper end of the sleeve. Alternatively, the flexible sleeve constitutes the container, and is filled with algal solution that is exposed to light through the wall of the sleeve. A second transparent inner flexible sleeve, concentric with the outer sleeve, suspended from a support and filled with liquid, can be immersed in the first sleeve filled with algal solution. The invention also relates to a photobioreactor which results from the transformation of an open open pond into a closed photobioreactor having the characteristics described above. In this case, the devices described above are therefore applied to existing open ponds, which are transformed into closed photo-bioreactors.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : i o Fig. 1 est une coupe schématique verticale d'un photo-bioréacteur selon l'invention, dans lequel le récipient contenant la solution algale est formé par un bassin. Fig. 2 est une section horizontale suivant la ligne II-II de Fig. 1. Fig. 3 est un schéma, à plus grande échelle, d'une manche souple 15 verticale avec concentrateur optique en partie supérieure. Figs. 4 et 5 sont des sections verticales transversales, à plus petite échelle, de formes possibles pour le bassin du photo-bioréacteur. Fig. 6 est une coupe schématique, semblable à Fig. 1, illustrant le remplacement d'une manche souple. 20 Fig. 7 est une vue de dessus de deux cassettes respectivement sans les manches et avec les manches souples. Fig. 8 est une coupe verticale d'une manche souple formant récipient pour la solution algale, à l'intérieur de laquelle est disposée une deuxième manche souple et 25 Fig. 9 montre, semblablement à Fig. 8, l'ensemble des deux manches, alors que celle formant récipient a été vidée en partie de solution algale. En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un photobioréacteur 1, désigné par la suite par l'abréviation PBR, pour la production 30 d'une solution algale 2 concentrée. Le PBR comporte un récipient 3 contenant la solution algale et un moyen 4 d'exposition à la lumière de cette solution algale. Selon l'invention, le moyen d'exposition 4 comprend au moins une manche 5 verticale réalisée en un matériau souple transparent, résistant à la 35 traction. Cette manche 5 est suspendue à un support 6 et est remplie d'un liquide L qui assure une forme cylindrique à cette manche. La manche souple 5 est avantageusement réalisée en un matériau résistant aux ultraviolets, notamment en polyéthylène téréphtalate, en particulier en un matériau connu sous la marque déposée Mylare, ou matériau équivalent. La manche peut être obtenue en enroulant une portion rectangulaire de feuille et en assemblant les deux bords parallèles par collage ou soudage. L'extrémité inférieure de la manche est fermée tandis que l'extrémité supérieure reste ouverte pour être fixée, sur sa périphérie, au support 6. La fixation de la manche 5 au support 6 peut être réalisée comme illustrée sur Fig. 3 en prévoyant, dans le support 6, pour chaque manche une ouverture 7 tronconique, diminuant de section de haut en bas. Le bord supérieur de la manche 5 est coincé contre la paroi tronconique de l'ouverture 7 par un bouchon 8 lui-même tronconique, conjugué de l'ouverture 7, et réalisé en matière transparente. La fixation des manches 5 sur la couverture supérieure 10 des réacteurs pourrait être assurée de manière différente, en particulier par des brides au lieu de la retenue par des pièces coniques emboîtées. Il n'est pas nécessaire d'assurer une étanchéité totale au niveau de cette fixation car il n'y a pas de contact entre la solution algale et l'eau située à l'intérieur des manches immergées 5. Selon le mode de réalisation de Fig. 1, le récipient 3 est constitué d'un bassin 9, rempli de solution algale 2. Une pluralité de manches transparentes souples 5, remplies de liquide L, sont immergées dans la solution algale 2 et sont judicieusement réparties pour transmettre et diffuser la lumière, captée à l'extrémité supérieure des manches 5, dans tout le bassin 9 et la solution 2. Le bassin 9 est de préférence fermé en partie supérieure par une paroi 10 faisant office de support 6 pour la suspension des manches 5. Selon cette réalisation, le liquide L qui remplit les manches 5 a pour principale fonction de transmettre et de diffuser la lumière captée, et est constitué en particulier d'eau + un additif (l'additif peut être de l'antigel, ou un produit fluorescent ou antiseptique, ou un produit anti-mousse). L'extrémité inférieure fermée des manches 5 est de préférence équipée d'un lest 11 (Fig. 3). Ce lest 11 permet, lors de l'introduction de manches vides dans la solution algale 2, d'éviter qu'elles ne flottent, ce qui rendrait difficile leur remplissage ultérieur avec de l'eau. Le lest peut être formé d'une tige ou d'une bille en matériau lourd, métal ou minéral. The invention consists, apart from the arrangements described above, in a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed hereinafter with regard to exemplary embodiments described with reference to the appended drawings, but which are not in no way limiting. In these drawings: i o FIG. 1 is a schematic vertical section of a photo-bioreactor according to the invention, wherein the container containing the algal solution is formed by a basin. Fig. 2 is a horizontal section along the line II-II of FIG. 1. Fig. 3 is a diagram, on a larger scale, of a vertical flexible sleeve with an optical concentrator in the upper part. Figs. 4 and 5 are transverse vertical sections, on a smaller scale, of possible shapes for the basin of the photo-bioreactor. Fig. 6 is a schematic section, similar to FIG. 1, illustrating the replacement of a flexible sleeve. Fig. 7 is a top view of two cassettes respectively without the sleeves and with the flexible sleeves. Fig. 8 is a vertical section of a flexible container sleeve for the algal solution, within which a second flexible handle is disposed and FIG. 9 shows, similarly to FIG. 8, the whole of the two sleeves, while the one forming the container was partially emptied of algal solution. Referring to Fig. 1 of the drawings, a photobioreactor 1, hereinafter abbreviated as PBR, can be seen for the production of a concentrated algal solution 2. The PBR comprises a container 3 containing the algal solution and a means 4 of exposure to light of this algal solution. According to the invention, the exposure means 4 comprises at least one vertical sleeve 5 made of a transparent, tensile-resistant flexible material. This sleeve 5 is suspended from a support 6 and is filled with a liquid L which ensures a cylindrical shape to this sleeve. The flexible sleeve 5 is advantageously made of a material resistant to ultraviolet, especially polyethylene terephthalate, in particular a material known under the registered trademark Mylare, or equivalent material. The sleeve can be obtained by winding a rectangular portion of sheet and assembling the two parallel edges by gluing or welding. The lower end of the sleeve is closed while the upper end remains open to be fixed on its periphery to the support 6. The attachment of the sleeve 5 to the support 6 can be performed as illustrated in FIG. 3 by providing, in the support 6, for each sleeve a frustoconical opening 7, decreasing in section from top to bottom. The upper edge of the sleeve 5 is wedged against the frustoconical wall of the opening 7 by a plug 8 itself frustoconical, conjugated with the opening 7, and made of transparent material. The attachment of the sleeves 5 on the top cover 10 of the reactors could be ensured in a different way, in particular by flanges instead of retaining by nested conical parts. It is not necessary to ensure complete sealing at this attachment because there is no contact between the algal solution and the water located inside the immersed sleeves 5. According to the embodiment of Fig. 1, the container 3 consists of a basin 9, filled with algal solution 2. A plurality of flexible transparent sleeves 5, filled with liquid L, are immersed in the algal solution 2 and are judiciously distributed to transmit and diffuse the light, captured at the upper end of the sleeves 5, throughout the basin 9 and the solution 2. The basin 9 is preferably closed at the top by a wall 10 as a support 6 for the suspension of the sleeves 5. According to this embodiment, the liquid L which fills the sleeves 5 has the main function of transmitting and diffusing the light captured, and consists in particular of water + an additive (the additive may be antifreeze, or a fluorescent or antiseptic product, or an anti-foam product). The closed bottom end of the sleeves 5 is preferably equipped with a ballast 11 (Fig. 3). This ballast 11 makes it possible, during the introduction of empty sleeves in the algal solution 2, to prevent them from floating, which would make it difficult to refill them later with water. The ballast may be formed of a rod or a ball of heavy material, metal or mineral.
Les manches 5 sont en contact, par leur paroi extérieure, avec la solution algale 2 qui remplit le bassin. Le bassin 9 peut être de forme carrée ou rectangulaire comme illustré sur Fig. 2, ou de forme cylindrique à section droite circulaire (non représenté). Le bassin 9 peut être aérien comme illustré sur Fig. 1, auquel cas des hublots 12 peuvent être prévus dans les parois pour compléter l'exposition à la lumière de la solution algale 2. Le bassin 9 peut aussi être semi-enterré ou enterré. Le bassin peut également être réalisé en éléments préfabriqués en usine et assemblés sur site avec un revêtement d'étanchéité (liner) du type utilisé dans les piscines. La section transversale verticale 13 du bassin peut être rectangulaire comme illustré sur Fig. 4, avec un toit plat. En variante, comme illustré sur Fig. 5, la section peut présenter une partie inférieure de forme trapézoïdale. i o Dans le cas d'un bassin aérien ou semi-enterré, les parois peuvent aussi être réalisées en une membrane étanche transparente, en particulier flexible, contribuant à l'exposition de la solution algale à la lumière. L'augmentation de la luminosité à l'intérieur des manches 5 peut être obtenue en prévoyant un concentrateur optique 15 de lumière au-dessus de 15 chaque manche ou couvrant tout ou partie du réacteur pour concentrer la lumière sur l'entrée supérieure de la manche associée. Le concentrateur 15 comporte avantageusement une lentille 16 placée au-dessus de chaque manche 5. Les lentilles 16 concentrent et focalisent les rayons lumineux à l'entrée supérieure des manches 5. Les lentilles 16 peuvent être fixes, inclinées 20 orientées comme les panneaux solaires de préférence au Sud, Sud Ouest ou Sud Est, ou peuvent être orientables en angle d'inclinaison et en azimut afin de capter le maximum de rayonnement solaire tout au long de la journée. Dans le cas où les parois du bassin 9 comportent des hublots 12, ou sont transparentes, on peut prévoir des concentrateurs de lumière autour des 25 parois du bassin pour concentrer la lumière sur ces parois transparentes. Les concentrateurs de lumière peuvent mettre en oeuvre non seulement des lentilles mais également des miroirs, généralement des miroirs concaves. Un brise-soleil 17 (Fig. 3) peut être prévu pour réduire l'intensité 30 lumineuse pendant les périodes les plus intenses. La composition du liquide L qui remplit les manches 5 est neutre vis-à-vis de la solution algale afin d'éviter tout risque en cas de rupture accidentelle. Le liquide L, dans le cas de la réalisation de Fig.1 est essentiellement de l'eau avec un additif éventuel, cet additif pouvant être de 35 l'antigel, ou un antiseptique, ou un produit fluorescent. La hauteur h5 du liquide dans les manches 5 est légèrement supérieure à celle h2 (Fig. 1) de la solution algale dans le bassin, afin d'assurer une pression hydrostatique différentielle (h5 - h2) qui maintient la forme cylindrique sans contrainte sur la paroi souple des manches 5. En se reportant à Fig. 6, on peut voir une opération de vidange d'une manche 5.1 en vue de son remplacement et la mise en place d'une autre manche 5.2. The sleeves 5 are in contact, by their outer wall, with the algal solution 2 which fills the basin. The basin 9 may be of square or rectangular shape as illustrated in FIG. 2, or of cylindrical shape with circular cross section (not shown). The pelvis 9 may be aerial as illustrated in FIG. 1, in which case the portholes 12 may be provided in the walls to complete the exposure to light of the algal solution 2. The basin 9 may also be semi-buried or buried. The basin can also be made of prefabricated elements in the factory and assembled on site with a liner of the type used in swimming pools. The vertical cross section 13 of the basin may be rectangular as illustrated in FIG. 4, with a flat roof. Alternatively, as illustrated in FIG. 5, the section may have a trapezoidal bottom portion. In the case of an aerial or semi-buried basin, the walls can also be made of a transparent waterproof membrane, in particular flexible membrane, contributing to the exposure of the algal solution to the light. The increase in brightness within the sleeves 5 can be achieved by providing an optical light concentrator over each sleeve or covering all or part of the reactor to focus the light on the upper input of the sleeve. associated. The concentrator 15 advantageously comprises a lens 16 placed above each sleeve 5. The lenses 16 concentrate and focus the light rays at the upper entrance of the sleeves 5. The lenses 16 can be fixed, inclined 20 oriented like the solar panels of FIG. preferably in the South, South West or South East, or can be steered in angle of inclination and in azimuth in order to capture the maximum of solar radiation throughout the day. In the case where the walls of the pool 9 have portholes 12, or are transparent, light concentrators may be provided around the walls of the pool to concentrate the light on these transparent walls. Light concentrators can implement not only lenses but also mirrors, usually concave mirrors. A sunshade 17 (Fig. 3) can be provided to reduce the luminous intensity during the most intense periods. The composition of the liquid L that fills the sleeves 5 is neutral vis-à-vis the algal solution to avoid any risk in case of accidental breakage. The liquid L, in the case of the embodiment of FIG. 1, is essentially water with a possible additive, this additive possibly being antifreeze, or an antiseptic, or a fluorescent product. The height h5 of the liquid in the sleeves 5 is slightly greater than that h2 (Fig. 1) of the algal solution in the basin, in order to ensure a differential hydrostatic pressure (h5 - h2) which keeps the cylindrical shape unconstrained on the flexible wall of the sleeves 5. Referring to FIG. 6, one can see a drain operation of a 5.1 sleeve for replacement and the establishment of another sleeve 5.2.
La manche 5.1 que l'on souhaite retirer est reliée, par son extrémité supérieure, à une conduite 18 branchée à l'entrée d'un moyen d'aspiration 19 du liquide situé à l'intérieur de la manche 5.1. Le moyen d'aspiration 19 est constitué généralement par une pompe. Pour le raccordement de la manche 5.1 à la conduite 18, le bouchon 8 (Fig. 3) est retiré et la manche est reliée à, et supportée par, la conduite de vidange par aspiration18. La pression externe exercée par la solution algale 2 comprime la manche 5.1 qui s'aplatit et qui, après déconnexion de la conduite d'aspiration 18, est retirée du bassin 9. Un dispositif de remplacement 20 des manches, par enroulement, est prévu au-dessus du bassin 9. Ce dispositif 20 comprend un tambour d'enroulement rotatif 21 monté mobile en translation au-dessus du bassin 9 en étant supporté par un rail 22. Des organes de nettoyage, notamment des brosses rotatives 23, sont prévus pour se déplacer en translation avec le tambour 21 et pour déterminer un interstice de passage vertical pour la manche aplatie 5.2 qui est nettoyée par ces brosses 23 lorsqu'elle est retirée de la solution algale. Le dispositif 20 permet, par déroulement, de mettre en place une nouvelle manche aplatie dans la solution algale 2 en remplacement de celle qui a été retirée. La longueur des manches 5 correspond à la hauteur du bassin 9. Dans le cas d'un bassin aérien, la hauteur du bassin pourrait être du même ordre que celle des digesteurs. Toutefois, il existe une limite économique, et le rapport entre la surface projetée et le volume de solution algale doit être respecté pour optimiser la production de biomasse. De plus, la géométrie dépend de la surface disponible au sol. Il y a donc un optimum économique hauteur-surface. A titre non limitatif, on peut indiquer que la hauteur du bassin 9 peut varier de 1 m à 8 m et plus. Les dimensions de la section horizontale sont limitées essentiellement pour des raisons de construction. En général, pour des bassins rectangulaires ou circulaires, c'est la portée qui limite la largeur ou le diamètre, sauf à placer des poteaux intermédiaires dans le bassin ou de le cloisonner en sections. Plusieurs manches 5 sur une ou plusieurs rangées peuvent être fixées sur des cassettes 24 (Fig. 7) et mises en place ou retirées en une seule opération. Dans la réalisation illustrée sur Fig. 7, dix manches 5 sont fixées sur une même cassette 24. Sur cette même figure 7, une autre cassette 24.1 a été représentée, sans être équipée des manches. Une conduite 25 (Fig.1) d'extraction de la solution algale est prévue en partie supérieure du bassin, afin de bénéficier de la concentration plus importante en algues. Après extraction et filtration, le retour de l'eau est assuré en partie basse par une conduite 26. Les nutriments pour le développement des algues peuvent être injectés dans l'eau de retour. Le procédé d'extraction de la biomasse dans la solution algale des photo-bioréacteurs est continu et, comme il ne nécessite pas un stockage i o intermédiaire dans des réservoirs de ce fait, il n'est pas nécessaire de prévoir l'ultrafiltration avec des membranes pour éviter le développement intempestif des algues dans les réservoirs. Le PBR comporte, en partie inférieure du bassin 9, des moyens 27 de distribution d'un gaz sous pression, en particulier de dioxyde de carbone 15 (CO2) mélangé ou non avec de l'air favorable au développement des algues, et assurant l'agitation de la solution algale 2. Les moyens de distribution 27 sont constitués par des rampes permettant d'insuffler le gaz, comme illustré par des flèches F, dans les espaces compris entre les manches 5. Les moyens de distribution 27 sont raccordés à la sortie d'un surpresseur 28, rotatif, à piston ou 20 à vis, par une conduite 29. La distribution du dioxyde de carbone (CO2) assure l'agitation et l'homogénéité de la solution algale dans le bassin 9. Il est possible de capter et de recycler une partie des gaz qui s'échappent de la partie supérieure du bassin afin de mieux épuiser le dioxyde de carbone (CO2). Pour cela, le PBR comporte en outre des moyens de 25 capture de gaz 30 formés par une conduite débouchant en partie haute du bassin 9, au-dessus de la solution algale, dans le ciel gazeux surmontant cette solution. Ces moyens de capture sont reliés à l'aspiration d'un ventilateur 31 qui refoule les gaz dans une conduite 32, notamment vers l'atmosphère. Un recyclage d'une partie de ces gaz peut être prévu grâce à un piquage 33 sur la 3o conduite 32, ce piquage étant relié à l'aspiration du surpresseur 28. Le bassin 9 est calorifugé afin de réduire les déperditions calorifiques. Une régulation de la température de la solution algale est avantageusement prévue à l'aide d'un dispositif de réchauffage et/ou de refroidissement (non représenté) de l'eau introduite par la conduite 26 dans le 35 bassin après filtration, ce qui permet de maintenir des conditions optimales de croissance des algues et micro-algues. La couverture 10 de fermeture du bassin est également calorifugée. Fig. 8 illustre une autre réalisation possible du PBR. La solution algale 2 est disposée à l'intérieur de la manche souple 5 suspendue et est exposée à la lumière à travers la paroi de la manche. Dans ce cas, la paroi intérieure de la manche 5 est en contact avec la solution algale, tandis que la paroi extérieure de la manche 5 est en contact avec l'air. La solution algale 2 est extraite de la manche 5 par pompage. Une deuxième manche souple 5a, de diamètre inférieur à celui de la manche 5, et suspendue à un support non représenté sur Fig. 8, est immergée dans la solution algale de la première manche. La deuxième manche 5a est remplie de liquide neutre L permettant d'équilibrer la pression extérieure. Le i o niveau de liquide dans la deuxième manche 5a est supérieur à celui de la solution algale dans la manche 5 pour maintenir une pression hydrostatique différentielle comme exposé à propos de Fig. 1. Pour l'extraction des algues, la solution est pompée de la chambre 5 sensiblement sur une moitié de la hauteur de cette chambre comme illustré sur 15 Fig.9, et filtrée. L'eau est renvoyée dans la manche 5 autour de la manche 5a. Une régulation thermique de la solution algale peut être mise en place par un échange calorifique avec une circulation du liquide dans la chambre 5a avec régulation de température (eau chaude ou froide). Dans ce cas, l'extrémité inférieure de la manche 5a est ouverte et raccordée à un circuit 20 de liquide dans lequel est installé un dispositif de chauffage/refroidissement (non représenté) du liquide qui est renvoyé en partie supérieure de la deuxième manche 5a. Comme exposé à propos des manches 5 du bassin 9, il est possible de prévoir un dispositif concentrateur de lumière au-dessus de l'extrémité 25 supérieure de la deuxième manche 5a, pour accroître l'intensité de la lumière sur cette extrémité. La lumière recueillie est transmise et diffusée par le liquide L dans la solution algale 2 depuis l'intérieur, radialement. Cette exposition s'ajoute à celle obtenue depuis l'extérieur à travers la paroi de la manche 5. La mise en place et le retrait de la deuxième membrane 5a peut 3o s'effectuer comme exposé à propos de Fig. 6. Le fonctionnement du PBR selon l'invention résulte des explications qui précèdent. La solution algale 2 exposée à la lumière : - soit depuis l'intérieur selon la réalisation des Fig. 1-6 et aussi, le cas échéant, depuis l'extérieur grâce à des hublots 12 ou à une paroi transparente, 35 - soit depuis l'extérieur selon la réalisation des Fig. 8 et 9 et aussi, le cas échéant, depuis l'intérieur grâce à une deuxième manche 5a, permet la croissance et le développement d'algues qui sont ensuite récupérées, notamment pour la production de biocarburants.The sleeve 5.1 that it is desired to remove is connected, by its upper end, to a pipe 18 connected to the inlet of a suction means 19 of the liquid located inside the sleeve 5.1. The suction means 19 is generally constituted by a pump. For connection of sleeve 5.1 to line 18, the plug 8 (Fig. 3) is removed and the sleeve is connected to and supported by the suction line 18. The external pressure exerted by the algal solution 2 compresses the sleeve 5.1 which flattens out and which, after disconnection of the suction pipe 18, is removed from the basin 9. A device 20 for replacing the sleeves, by winding, is provided for in FIG. above basin 9. This device 20 comprises a rotary winding drum 21 mounted in translation above the basin 9 being supported by a rail 22. Cleaning members, including rotating brushes 23, are provided for move in translation with the drum 21 and to determine a vertical passage gap for the flattened sleeve 5.2 which is cleaned by these brushes 23 when removed from the algal solution. The device 20 allows, by unwinding, to set up a new flattened sleeve in the algal solution 2 to replace that which has been removed. The length of the sleeves 5 corresponds to the height of the basin 9. In the case of an air basin, the height of the basin could be of the same order as that of the digesters. However, there is an economic limit, and the ratio of the projected area to the volume of the algal solution must be respected to optimize biomass production. In addition, the geometry depends on the available floor space. There is therefore an economic optimum height-surface. Non-limitingly, it can be indicated that the height of the basin 9 can vary from 1 m to 8 m and more. The dimensions of the horizontal section are limited mainly for construction reasons. In general, for rectangular or circular basins, it is the span that limits the width or diameter, except for placing intermediate posts in the basin or partitioning it into sections. Several runs on one or more rows may be attached to cassettes 24 (Fig. 7) and set up or removed in a single operation. In the embodiment illustrated in FIG. 7, ten sleeves 5 are fixed on the same tape 24. In this same figure 7, another tape 24.1 has been shown without being equipped with the sleeves. A pipe 25 (Fig.1) extraction of the algal solution is provided in the upper part of the basin, in order to benefit from the higher concentration of algae. After extraction and filtration, the return of water is ensured in the lower part by a pipe 26. The nutrients for the development of algae can be injected into the return water. The process for extracting biomass from the algae solution of the photobioreactors is continuous and, since it does not require intermediate storage in reservoirs, it is not necessary to provide ultrafiltration with membranes. to prevent the inadvertent development of algae in the tanks. The PBR comprises, in the lower part of the basin 9, means 27 for dispensing a pressurized gas, in particular carbon dioxide (CO2) mixed or not with air favorable for the development of algae, and ensuring agitation of the algal solution 2. The distribution means 27 are constituted by ramps for blowing the gas, as illustrated by arrows F, in the spaces between the sleeves 5. The distribution means 27 are connected to the output of a booster 28, rotary, piston or screw, by a pipe 29. The distribution of carbon dioxide (CO2) ensures the agitation and homogeneity of the algal solution in the basin 9. It is possible to capture and recycle some of the gases that escape from the upper part of the basin in order to better deplete carbon dioxide (CO2). For this, the PBR further comprises gas capturing means 30 formed by a pipe opening in the upper part of the basin 9, above the algal solution, in the gaseous surface above this solution. These capture means are connected to the suction of a fan 31 which delivers the gases in a pipe 32, in particular to the atmosphere. A recycling of a portion of these gases can be provided through a tapping 33 on the 303 pipe 32, this tapping being connected to the suction booster 28. The basin 9 is insulated to reduce heat loss. Regulation of the temperature of the algal solution is advantageously provided by means of a device for reheating and / or cooling (not shown) of the water introduced via line 26 into the basin after filtration, which allows to maintain optimal growth conditions of algae and micro-algae. The closure cover 10 of the basin is also insulated. Fig. 8 illustrates another possible embodiment of the PBR. The algal solution 2 is disposed within the suspended flexible sleeve 5 and is exposed to light through the wall of the sleeve. In this case, the inner wall of the sleeve 5 is in contact with the algal solution, while the outer wall of the sleeve 5 is in contact with the air. The algal solution 2 is extracted from the sleeve 5 by pumping. A second flexible sleeve 5a, of smaller diameter than that of the sleeve 5, and suspended on a support not shown in FIG. 8, is immersed in the algal solution of the first sleeve. The second sleeve 5a is filled with neutral liquid L to balance the external pressure. The liquid level in the second sleeve 5a is greater than that of the algal solution in the sleeve 5 to maintain a differential hydrostatic pressure as discussed with reference to FIG. 1. For the removal of algae, the solution is pumped from chamber 5 substantially over half the height of this chamber as illustrated in Fig.9, and filtered. The water is returned in the sleeve 5 around the sleeve 5a. A thermal regulation of the algal solution can be implemented by a heat exchange with a circulation of the liquid in the chamber 5a with temperature regulation (hot or cold water). In this case, the lower end of the sleeve 5a is open and connected to a liquid circuit 20 in which is installed a heating / cooling device (not shown) of the liquid which is returned to the upper part of the second sleeve 5a. As discussed with the sleeves 5 of the pelvis 9, it is possible to provide a light concentrator device above the upper end of the second handle 5a, to increase the intensity of light on this end. The light collected is transmitted and diffused by the liquid L in the algal solution 2 from the inside, radially. This exposure is added to that obtained from the outside through the wall of the sleeve 5. The establishment and removal of the second membrane 5a can 3o be made as explained in connection with FIG. 6. The operation of the PBR according to the invention results from the foregoing explanations. The algal solution 2 exposed to light: either from the inside according to the embodiment of FIGS. 1-6 and also, if necessary, from the outside through portholes 12 or a transparent wall, 35 - either from the outside according to the embodiment of FIGS. 8 and 9 and also, if necessary, from the inside through a second sleeve 5a, allows the growth and development of algae which are then recovered, especially for the production of biofuels.
2978159 Il L'invention présente de nombreux avantages : - production spécifique au mètre carré de surface de PBR très importante ; - emprise foncière au sol réduite, entraînant une disponibilité et l'achat du terrain ; 5 - des investissements relativement faibles par rapport aux PBR construits en polycarbonate rigide ou en verre ; - pas de nécessité de prévoir une ultrafiltration de l'eau de retour après séparation car elle n'est pas stockée dans des réservoirs du fait de l'extraction continue de la biomasse; - simplicité et rapidité pour le remplacement et le nettoyage des manches ; - production continue indépendante des conditions climatiques (très peu de déperdition calorifique statique, ni d'évaporation) ; - peu de consommation d'eau du procédé, uniquement l'eau intra-cellulaire contenue dans la biomasse extraite, - l'éclairage artificiel pendant la nuit permet d'augmenter la production en évitant un retour à un métabolisme purement respiratoire; - pas de risque d'inhibition ni de saturation photosynthétique ; - éléments de fabrication simples et faciles à mettre en oeuvre ; - pas de risque pour un événement exceptionnel (notamment tempête), ni d'incendie des réacteurs ; - empreintes carbone lors de la construction et de la déconstruction faibles ; - hauteur maximale du PBR pouvant être réduite selon les règles d'urbanisme locales ; - rapidité de fabrication et de construction ; - possibilités de traiter les effluents gazeux si nécessaire ou de les recycler pour optimiser la consommation de dioxyde de carbone (CO2). La réalisation de manches 5 selon l'invention est beaucoup moins coûteuse que la production de tubes transparents rigides en matière plastique. The invention has many advantages: - specific production per square meter of surface area of very important PBR; - Reduced groundholding, resulting in availability and purchase of land; 5 - relatively low investments compared to PBR manufactured in rigid polycarbonate or glass; - No need to provide ultrafiltration of return water after separation because it is not stored in tanks because of continuous extraction of biomass; - simplicity and speed for replacing and cleaning sleeves; - continuous production independent of climatic conditions (very little static heat loss or evaporation); - little water consumption of the process, only the intracellular water contained in the extracted biomass, - the artificial lighting during the night makes it possible to increase the production while avoiding a return to a purely respiratory metabolism; no risk of inhibition or photosynthetic saturation; - simple manufacturing elements and easy to implement; - no risk for an exceptional event (especially a storm) or a fire in the reactors; - carbon footprints during weak construction and deconstruction; - maximum height of the ACB that can be reduced according to local planning rules; - speed of manufacture and construction; - Possibilities to treat flue gases if necessary or to recycle them to optimize the consumption of carbon dioxide (CO2). The production of sleeves 5 according to the invention is much less expensive than the production of rigid transparent tubes made of plastic material.
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