KR100420928B1 - 광생물반응장치 - Google Patents

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KR100420928B1
KR100420928B1 KR10-2001-0046783A KR20010046783A KR100420928B1 KR 100420928 B1 KR100420928 B1 KR 100420928B1 KR 20010046783 A KR20010046783 A KR 20010046783A KR 100420928 B1 KR100420928 B1 KR 100420928B1
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황경엽
나인욱
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한국과학기술연구원
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M39/00—Means for cleaning the apparatus or avoiding unwanted deposits of microorganisms

Abstract

본 발명은 광생물반응장치에 관한 것으로, 특히 배양액에 고체입자를 투입함으로써 빛이 반응장치로 잘 투과되며 배양액 내의 광미생물에 대한 물질전달이 원활하게 이루어지는 광생물반응장치에 관한 것으로, 투명한 내부관이 형성된 챔버와 배양액이 상기 내부관을 순환할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단을 포함하는 광생물반응장치에 있어서, 상기 내부관 내부에 고체입자가 배양액과 함께 순환하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치를 제공함으로써, 파울링(Fouling)에 의한 빛차단 문제가 없고 교반이 원활하게 이루어지도록 구성되어 있어 기존의 장치들에서와는 달리 상대적으로 좁은 부지에서 매우 경제적이고 신속한 방법으로 광미생물을 배양하는 것을 가능하게 한다.

Description

광생물반응장치{ANTI-FOULING PHOTOBIOREACTOR}
본 발명은 광생물반응장치에 관한 것으로, 특히 배양액에 고체입자를 투입함으로써 빛이 반응장치로 잘 투과되며 배양액 내의 광미생물에 대한 물질전달이 원활하게 이루어지는 광생물반응장치에 관한 것이다.
지금까지 광미생물을 배양하기 위하여 여러 가지 장치들이 개발되어 왔다. 광미생물은 광합성에 의하여 성장하므로 이를 집단으로 생산하기 위한 장치는 필수적으로 광미생물이 적절한 양의 빛을 공급받아야 하며, 광미생물로 영양성분을 공급하고 발생한 생성물을 제거하기 위하여 원활한 교반(攪拌)이 이루어져야 한다.
광미생물은 전통적으로 연못이나 수영장 형태의 장소에서 키워져 왔으나 많은 부지가 소요되고 온도를 제어할 수 없는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 발전된 형태의 반응장치들은 투명한 재질을 이용하여 수족관형태 또는 원통형태로 제작하거나 호스를 이용하여 똬리모양 또는 원주모양으로 말아 올려 내부에는 광미생물의 생육에 필요한 물질을 공급하고 외부에서는 빛이 인위적 또는 자연적으로 투입되도록 제작되어 왔다.
그러나 이러한 반응장치들도 벽면에 부착되는 광미생물 등과 이물질에 의하여 그 표면이 탁하게 되어 반응기 내로 투입되어야 할 빛이 차단되는 근본적인 문제점을 가지고 있으며 내부의 광미생물이 먹이를 고르게 섭취하는데 필요한 균일한 교반(攪拌) 효과가 저조하여 반응기의 성능이 매우 제한적이며 자주 청소를 해 주어야 하는 불편이 뒤따르고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 배양액에 고체입자를 투입함으로써 빛이 반응장치로 잘 투과되며, 배양액 내의 광미생물에 대한 물질전달이 원활하게 이루어지는 광생물반응장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광생물반응장치의 구성에 관한 첫 번째 실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 수직관에 관한 상세도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 광생물반응장치의 구성에 관한 두 번째 실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 수직관이 다수 결합된 개략도를 나타낸 것이다.
**** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****
10 : 수직관 11 : 상향류관
12 : 하향류관 21 : 유출부
22 : 유입부 23 : 연결관
24 : 펌프 30 : 고체입자
50 : 수직관 51 : 내부관
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 광생물반응장치로서, 본 발명은 투명한 내부관이 형성된 챔버와 배양액이 상기 내부관을 순환할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단을 포함하는 광생물반응장치에 있어서, 상기 내부관 내부에 고체입자가 배양액과 함께 순환하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 배양액이 위쪽으로 흐르는 상향류관과 배양액이 아래쪽으로 흐르는 하향류관을 가지는 투명한 수직관과; 배양액이 상기 상향류관과 하향류관을 순환하여 유동할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단과; 상기 수직관 내의 배양액을 조절하는 배양액조절수단과; 및 배양액과 함께 상기 상향류관과 하향류관을 순환하는 고체입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치를 제공한다.
상기 유동발생수단은 상기 수직관의 상부에 형성되어 배양액이 유출되는 유출부와; 상기 수직관의 하부에 형성되어 배양액이 유입되는 유입부와; 상기 유출부와 유입부를 연결하는 연결관과; 및 상기 연결관 중간에 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배양액조절수단은 상기 연결관에 연결되어 배양액을 공급하는 배양액공급수단과 배양액을 배출하는 배양액배출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 배양액조절수단은 상기 배양액에 기체를 투입하는 기체투입수단과 기체를 배출하는 기체배출수단을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 수직관은 상기 상향류관과 하향류관을 이루도록 상기 길이방향으로 형성된 경계판과; 배양액이 유입될 수 있도록 상기 상향류관의 하부에 형성된 하부개구부와; 배양액이 배출될 수 있도록 상기 상향류관의 상부에 형성된 상부개구부와; 상기 고체입자가 밖으로 유출되지 않도록 상기 상부개구부에 설치된 고체입자차단부재와; 상기 상향류관의 배양액이 상기 하향류관에 흐를 수 있도록 상기 경계판의 상부 부근에 형성된 제 1측면개구부와; 및 상기 하향류관의 배양액이 상기 상향류관에 흐를 수 있도록 상기 경계판의 하부 부근에 형성된 제 2측면개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 수직관은 상부가 개방되어 있으며, 하부는 밀폐수단에 의하여 하부커버와 밀폐결합되어 있으며, 상부와 하부가 개방되고 상기 수직관과 평행하게 배치된 내부관이 상기 수직관의 내부에 설치되어, 상기 내부관의 내부는 상향류관을 이루며, 상기 내부관의 외벽과 상기 수직관의 내벽에 의하여 형성되는 유로는 하향류관을 이루는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치를 제공한다.
상기 유동발생수단은 상기 하부커버에 기체투입구를 형성하고, 상기 기체투입구에 기체공급수단이 결합되어, 상기 기체공급수단의 기체공급에 의하여 발생하는 유동이 상기 내부관의 상부로 향하는 유동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광생물반응장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 광생물반응장치의 구성에 관한 첫 번째 실시예의 개략도를, 도 2는 도 1의 수직관에 관한 상세도를 나타낸 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 광생물반응장치는 배양액이 위쪽으로 흐르는 상향류관(11)과 배양액이 아래쪽으로 흐르는 하향류관(12)을 가지는 투명한 수직관(10)과; 배양액이 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)을 순환하여 유동할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단과; 상기 수직관(10) 내의 배양액을 조절하는 배양액조절수단과; 및 배양액과 함께 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)을 순환하는 고체입자(30)를 포함하여 구성된다.
상기 수직관(10)은 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)을 이루도록 상기 길이방향으로 형성된 경계판(13)과, 배양액이 유입될 수 있도록 상기 상향류관(11)의 하부에 형성된 하부개구부(14)와; 배양액이 배출될 수 있도록 상기 상향류관(11)의 상부에 형성된 상부개구부(15)와; 상기 고체입자(30)가 밖으로 유출되지 않도록 상기 상부개구부(15)에 설치된 고체입자차단부재(16)와; 상기 상향류관(11)의 배양액이 상기 하향류관(12)으로 흐를 수 있도록 상기 경계판(13)의 상부 부근에 형성된 제 1측면개구부(17)와; 및 상기 하향류관(12)의 배양액이 상기 상향류관(11)으로 흐를 수 있도록 상기 경계판(13)의 하부 부근에 형성된 제 2측면개구부(18)를 포함하여 구성된다.
상기 유동발생수단은 상기 수직관(10)의 상부에 형성되어 배양액이 유출되는유출부(21)와; 상기 수직관(10)의 하부에 형성되어 배양액이 유입되는 유입부(22)와; 상기 유출부(21)와 유입부(22)를 연결하는 연결관(23)과; 및 상기 연결(23)관 중간에 연결된 펌프(24)를 포함하여 구성된다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수직관(10)이 다수개인 경우에는 상기 수직관(10)의 상부 전체에 하나의 유출부(21)로 하여 구성된다. 또한, 유입부(22)도 도시된 바와 같이, 상기 다수개의 수직관(10)의 하부에 하나로 설치된다.
상기 배양액조절수단은 상기 연결관(23)에 연결되어 상기 수직관(10)에 배양액을 공급하는 배양액공급수단(25)과 수직관(10) 내의 광미생물을 취출하는 광미생물취출수단(26)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 배양액조절수단은 배양액에 기체를 투입하는 기체투입수단(27)과 기체를 배출하는 기체배출수단(28)을 포함한다. 상기 기체투입수단(27)은 개폐밸브(27a)의 조절에 의하여 이산화탄소만을 투입하거나 이산화탄소가 다량 함유된 공기를 투입한다. 상기 기체투입수단(27)은 상기 유입부(22)와 함께 설치되며, 상기 기체배출수단(28)은 유출부(21)와 함께 설치된다.
또한, 상기 광생물반응장치의 배양액조절수단은 pH측정기(31)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 측정된 pH에 따라 상기 기체공급수단(27)의 수직관(10)내의 기체공급을 조절하게 된다.
또한, 상기 광생물반응장치의 배양액조절수단은 광미생물농도측정기(32)를 추가적으로 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 상기 광생물반응장치는 상기 광생물반응장치의 작동을 제어하는 제어수단(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 광생물반응장치의 구성에 관한 두 번째 실시예의 개략도를, 도 4는 도 3의 수직관이 다수 결합된 개략도를 나타낸 것이다.
도 3과 4에 도시된 바와 같이, 광생물반응장치는 첫 번째 실시예의 구성과 유사하게 배양액이 위쪽으로 흐르는 상향류관(11)과 배양액이 아래쪽으로 흐르는 하향류관(12)을 가지는 투명한 수직관(50)과; 배양액이 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)을 순환하여 유동할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단과; 상기 수직관(50) 내의 배양액을 조절하는 배양액조절수단과; 및 배양액과 함께 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)을 순환하는 고체입자(30)를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 수직관(50)은 상부가 개방되어 있으며, 하부는 밀폐수단(51)에 의하여 하부커버(52)와 밀폐결합되어 있으며, 상부와 하부가 개방되고 상기 수직관과 평행하게 배치된 내부관(53)이 상기 수직관(50)의 내부에 설치되어 있다.
또한, 상기 내부관(53)의 내부는 상향류관(11)을 이루며, 상기 내부관(53)의 외벽과 상기 수직관(50)의 내벽에 의하여 형성되는 유로는 하향류관(12)을 이룬다. 상기 내부관(53)은 고정부재(53a)의하여 상기 수직관(50)의 내부에 고정된다.
상기 유동발생수단은 상기 하부커버(52)에 기체투입구(54)를 형성하고, 상기 기체투입구(54)에 기체공급수단(55)이 결합되어, 상기 기체공급수단(55)의 기체공급에 의하여 발생하는 유동이 상기 내부관(53)의 상부로 향하는 유동을 발생시키게 된다. 기체공급수단(55)은 송풍장치(55a)와 개폐밸브(55b)로 구성된다.
상기 배양액조절수단은 상기 하부커버(52)에 설치된 수직관(50)에 배양액을공급하는 배양액공급수단(57)을 포함하여 구성된다.
상기 배양액공급수단(57)과 함께, 광미생물을 수직관으로부터 취출하는 광미생물취출수단(56)이 함께 설치된다. 배양액내로의 이산화탄소 공급은 상기 유동발생수단의 기체공급수단(55)에 의하여 공기와 함께 이산화탄소를 투입된다.
또한, 상기 광생물반응장치의 배양액조절수단은 pH측정기(59)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 측정된 pH에 따라 상기 기체공급수단(55)의 수직관(50)내의 이산화탄소 공급을 조절하게 된다.
또한, 상기 광생물반응장치의 배양액조절수단은 광미생물농도측정기(미도시)를 추가적으로 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 광생물반응장치의 작동 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 광생물반응장치를 수직순환 흐름식으로 구성하였고 그 배양액의 흐름을 따라 구슬과 같은 고체입자(30)가 같이 순환하도록 하였다.
이와 같은 방법을 택한 이유는 배양액과 같이 순환되는 고체입자(30)가 벽면을 지속적으로 두들김으로써 광미생물이 벽면에 부착되는 것을 방지할 수 있으며 덩어리 형태의 광미생물을 부수어 줌으로써 물질전달효과를 극대화할 수 있고 배양액만이 순환되는 것보다 고체입자(30)가 같이 순환함으로써 형성되는 고체입자(30)와 배양액간의 상대속도로 인하여 교반(攪拌)효과가 증진될 수 있기 때문이다.
여기서, 고체입자(30)의 밀도는 1.1kg/ℓ∼3.0 kg/ℓ인 것이 바람직하다. 배양액과 혼합된 고체입자(30)가 물보다 가벼운 경우에는 가라앉지 않으며, 반대로 밀도가 너무 큰 경우에는 고체입자(30)가 배양액과 함께 유동시키는 위해서 강한 유동을 만들어주어야 되기 때문이다.
먼저, 첫 번째 실시예에 따른 구성을 가지는 광생물반응장치에 관하여 설명하면 다음과 같다.
펌프(24)가 작동하면 배양액이 유입부(22)를 통하여 각 수직관(10)으로 분산되어 유입된다. 각 수직관(10)에서는 상기 상향류관(11)과 하향류관(12)으로 이루어져 있다.
각 상향류관(11)만 하부의 유입부(22)로부터 배양액이 들어올 수 있도록 하단에 하부개구부(14)가 설치되어 있으며, 하향류관(12)에는 상향류관(11)과 통하는 제1측면개구부(17)와 제2측면개구부(18)가 상단과 하단 측면에만 설치되어 있어, 유입부(22)로 배양액이 들어오면 상향류관(11)에서 배양액이 위로 올라가는 반면 하향류관(12)에서는 배양액이 아래로 내려와 각 수직관(10)에는 배양액의 순환이 일어나게 된다.
이때 각 수직관(10)에 투입되어 있는 고체입자(30)는 상향류관(11)으로 유입되는 배양액에 의하여 상향으로 운반되나 수직관(10)의 상부에 설치된 망과 같은 고체입자차단부재(16)에 의하여 더 이상 위로 올라가지 못하고 하향류관(12)으로 통하는 제1측면개구부(17)를 통하여 하향류관(12)으로 유입된다.
그러므로, 유입부(22)로 배양액이 유입되는 동안에 이 과정이 되풀이되어 각 수직관(10) 내부에서 배양액과 고체입자(30)가 계속 순환된다. 한편, 고체입자차단부재(16)를 빠져나간 배양액은 유출부(21)를 통하여 펌프(24)로 재이송된 후 하부의 유입부(22)를 통하여 다시 수직관(10) 내로 유입된다.
배양액투입구(25)에서는 일정량의 배양액이 투입되며 광미생물취출구(26)에는 필요에 따라 광미생물이 배출된다. 그러므로 전체적인 흐름에서 배양액은 펌프(24)에 의하여 펌프(24)→수직관(10)→펌프(24)의 순으로 장치 전체를 순환하는 반면 각 수직관(10)에 들어 있는 고체입자(30)는 그곳에서 계속 순환되도록 되어 있다. 도 1과 2에, 상기 배양액 유동의 흐름을 실선으로 표시된 화살표로 표시하였다.
한편, 기체투입수단(27)을 통하여 광생물반응장치 내로 투입된 기체는 광생물반응장치 내부를 거친 후 기체배출수단(28)을 통하여 산소 등 생성된 물질과 함께 빠져나간다. pH측정기(31)는 기체투입수단(27)의 개례밸브(27a)와 연결되어 통상적으로 사용되는 방법으로 탄산가스의 유입량을 조절하는데 사용된다. 기체의 흐름은 점선으로 표시된 화살표로 표시하였다.
다음으로, 두 번째 실시예에 따른 구성을 가지는 광생물반응장치에 관하여 설명하면 다음과 같다.
첫 번째 실시예의 광생물반응장치의 구성은 각 수직관(50)이 서로 측면으로 연결된 상향류관(11)과 하향류관(12)으로 구성되어 있고 배양액의 강제순환에 의하여 고체입자(30)가 순환되는 반면, 두 번째 실시예의 광생물반응장치는 기존에 다른 용도로 사용되던 에어리프트(Air-Lift)반응장치의 형상과 같이 한 쌍의 관이 동심원상에 배치된 수직관(50)과 내부관(53)으로 구성되어 있으며, 기체를 강제로 유입시킴으로써 고체입자(30)가 순환되도록 되어 있다.
상기 광생물반응장치에서도 핵심적인 것도 고체입자(30)의 순환에 의하여 반응장치의 벽면에 부착되는 물질의 제거와 동시에 균일한 혼합으로 반응속도를 증진시키는 것이며 이를 위하여 송풍장치(55a)에 의하여 기체투입구(54)를 통한 기체가 반응장치 하부로부터 반응장치 내로 유입되면 기체의 상승작용에 의하여 발생하는 흡입력으로 인하여 내부관(53)과 수직관(50) 사이에는 하향류가 발생한다.
이에 따라 반응장치 하부에 있던 고체입자(30)는 상향류가 형성되어 있는 내부관(53)을 따라 상승하며 내부관(53) 상부에 도달하면 내부관(53)과 수직관(50) 사이에 형성된 하향류에 의하여 재차 반응장치 하부로 내려가게 된다.
이와 같은 동작으로 순환하는 고체입자(30)는 내부관(53)벽면과 수직관(50) 내벽에 붙어 있는 부착물질을 제거하여 빛이 차단되지 않도록 한다. 또한, 이와 같은 순환류와 고체입자(30)의 순환에 의하여 반응장치 내부에는 균일한 교반(攪拌)이 일어나게 된다. 생성된 기체와 투입된 기체는 반응장치 상부로 빠져나가게 되며 배양액조절수단은 반응장치 내부의 pH와 용존산소농도 및 광미생물의 농도를 측정하여 기체투입과 미생물취출 시기를 조절한다.
도 3과 4에서, 실선으로 표시된 화살표는 배양액의 유동의 흐름을, 점선으로 표시된 화살표는 기체의 흐름을 나타낸 것이다.
한편, 광생물반응장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 제어수단(58)의 제어에 의하여 기체투입시기를 간헐적으로 조절할 수 있으며 이 경우 한 개의 송풍장치(55a)로 여러개의 반응장치에 순차적으로 기체를 공급할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예의 구성을 가지는 광생물반응장치의 효과를 구체적을 입증하기 위하여 실시한 실 예를 들면 다음과 같다.
- 실시예 1
아크릴로 제작된 본 발명의 두 번째 실시예의 구성을 가지는 광생물반응장치를 사용하여Botryococcus brauniiUTEX균주를 잘 알려진 배지인 Chu13에 배양하면서 고체입자의 양을 반응장치 용적에 대하여 각각 5%, 10%, 15%, 20%로 조절하며 반응기의 벽면에 대한 광투과도를 20일 동안 측정한 결과 벽면에 바이오파울링(Biofouling) 현상이 발생하지 않아 광투과도가 초기와 거의 변함없이 약 205μE/m2s의 값을 나타내었다. 여기서 직경이 2∼6㎜인 고체입자를 사용하였다.
상기 실시예 1로부터, 투입된 고체입자가 5~20%인 경우 효과상의 차이가 거의 없다는 것을 알 수 있으며, 따라서, 투입되는 고체입자가 대략 5%정도면 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
- 비교예 1
같은 조건하에서 고체입자를 사용하지 않는 상기 두 번째 실시예의 구성을 가지는 광생물반응장치에 대한 실험을 수행한 결과 초기값인 약 210μE/m2s에 달하던 광투과도가 실험시작 3일만에 약 140μE/m2s로 감소하였고 실험시작 5일에는 벽면에 심한 바이오파울링(Biofouling)이 발생하여 약 30 μE/m2s로 감소하였다.
- 실시예 2
본 발명의 두 번째 실시예의 구성을 가지는 광생물반응장치를 사용하여 연속적으로 가동하면서Botryococcus brauniiUTEX균주를 배지 Chu13에 배양한 결과 성장속도계수가 k = 7.16 ×10-3[1/h]이었다.
- 비교예 2
실시예 2와 같은 조건하에서 광생물반응장치에 대한 실험을 수행한 결과 성장속도계수가 k = 3.05 ×10-3[1/h]이었다.
- 실시예 3
본 발명의 두 번째 실시예의 구성을 가지는 광생물 반응장치를 사용하여 가동시간을 2분, 5분, 10분 그리고 가동시간 사이의 정지시간을 각각 10분, 1시간, 2시간으로 설정하여 운전하면서Botryococcus brauniiUTEX균주를 배지 Chu13에 배양한 결과 가동시간의 변화에 대하여는 큰 영향이 나타나지 않았으나 정지시간 1시간 이상에서는 성장속도계수가 줄었다.
상기 실시예 2와 실시예 3으로부터, 가동시간과 성장속도계수와의 관계를 알 수 있는데, 상기 광생물반응장치의 유동이 정지된 시간이 1시간 이상인 경우 본 발명이 목적하는 효과가 저하됨을 알 수 있다.
따라서, 주기적으로 배양액을 유동시키는 경우, 그 정지시간은 1시간 이내인 것이 바람직함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 광생물반응장치는파울링(Fouling)에 의한 빛차단 문제가 없고, 교반이 원활하게 이루어지도록 구성되어 있어 종래의 광생물반응장치들에서와는 달리 상대적으로 좁은 부지에서 매우 경제적이고 신속한 방법으로 광미생물을 배양하는 것을 가능한 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 투명한 내부관이 형성된 챔버와 배양액이 상기 내부관을 순환할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단을 포함하는 광생물반응장치에 있어서, 상기 내부관 내부에 고체입자가 배양액과 함께 순환하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  2. 배양액이 위쪽으로 흐르는 상향류관과 배양액이 아래쪽으로 흐르는 하향류관을 가지는 투명한 수직관과;
    배양액이 상기 상향류관과 하향류관을 순환하여 유동할 수 있도록 유동을 발생시키는 유동발생수단과;
    상기 수직관 내의 배양액을 조절하는 배양액조절수단과; 및
    배양액과 함께 상기 상향류관과 하향류관을 순환하는 고체입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 수직관은 상기 상향류관과 하향류관을 이루도록 상기 길이방향으로 형성된 경계판과;
    배양액이 유입될 수 있도록 상기 상향류관의 하부에 형성된 하부개구부와;
    배양액이 배출될 수 있도록 상기 상향류관의 상부에 형성된 상부개구부와;
    상기 고체입자가 밖으로 유출되지 않도록 상기 상부개구부에 설치된 고체입자차단부재와;
    상기 상향류관의 배양액이 상기 하향류관에 흐를 수 있도록 상기 경계판의 상부 부근에 형성된 제 1측면개구부와; 및
    상기 하향류관의 배양액이 상기 상향류관에 흐를 수 있도록 상기 경계판의 하부 부근에 형성된 제 2측면개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 유동발생수단은 상기 수직관의 상부에 형성되어 배양액이 유출되는 유출부와;
    상기 수직관의 하부에 형성되어 배양액이 유입되는 유입부와;
    상기 유출부와 유입부를 연결하는 연결관과; 및
    상기 연결관 중간에 연결된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 배양액조절수단은 상기 연결관에 연결되어 상기 수직관에 배양액을 공급하는 배양액공급수단과 광미생물을 취출하는 광미생물취출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 배양액조절수단은 상기 배양액에 기체를 투입하는 기체투입수단과 기체를 배출하는 기체배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 기체투입수단에 의하여 투입되는 기체는 이산화탄소 또는 이산화탄소 다량 함유된 공기인 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 배양액조절수단은 pH측정기를 추가적으로 포함하여, 측정된 pH에 따라 상기 기체공급수단의 기체공급을 조절하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 배양액조절수단은 광미생물농도측정기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 수직관은 상부가 개방되어 있으며, 하부는 밀폐수단에 의하여 하부커버와 밀폐결합되어 있으며, 상부와 하부가 개방되고 상기 수직관과 평행하게 배치된 내부관이 상기 수직관의 내부에 설치되어,
    상기 내부관의 내부는 상향류관을 이루며, 상기 내부관의 외벽과 상기 수직관의 내벽에 의하여 형성되는 유로는 하향류관을 이루는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 유동발생수단은 상기 하부커버에 기체투입구를 형성하고, 상기 기체투입구에 기체공급수단이 결합되어, 상기 기체공급수단의 기체공급에 의하여 발생하는 유동이 상기 내부관의 상부로 향하는 유동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고체입자의 비중이 1.1kg/ℓ∼3.0 kg/ℓ인 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고체입자의 양을 상기 수직관의 체적의 5%이하인 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  14. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유동발생수단은 주기적으로 유동을 발생/정지를 반복하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  15. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배양액의 유동 정지시간을 1시간 이내인 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  16. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유동발생수단은 배양액의 pH에 따라서 제어되는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
  17. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 배양액의 pH를 6.5와 11.5사이로 유지하는 것을 특징으로 하는 광생물반응장치.
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