正能量光生物反应器装置和应用该光生物反应器的方法

摘要

本发明涉及一种用于处理流出物(311，313)的方法，其特征在于，包括以下步骤：a.准备包括微藻、二氧化碳(311)和矿质营养物的水性培养介质；b.将所述培养介质注入暴露于光的闭合回路(135)中；c.测量循环的所述培养介质中的微藻的浓度；d.当微藻的浓度达到阈值时，收获一定量的循环培养介质；e.从所述量的循环培养介质中将水(414)和微藻(415)分离出来；f.使用回收的微藻作为能量源。本发明还涉及一种用于执行该方法的装置。

说明书

本发明涉及一种正能量光生物反应器装置和应用该光生物反应器的方法。更具体地，但非排他地，本发明适于实现尤其用于建筑物外表面的活性隔热板。

文件WO2010072925描述了一种包括尤其安装在建筑物外表面上且包括微藻培养的透明管的装置。该现有技术装置使得能够处理包括二氧化碳的液态或气态流出物。术语“处理”在于通过由微藻组成的生物量的作用转化所述流出物，更特别地是通过光合作用在所述生物量中固定二氧化碳。该现有技术装置对于流出物的处理是有效的。然而，所述装置是耗能的，并且安装复杂。

本发明旨在解决现有技术的缺陷，并且因此涉及一种用于处理流出物的方法，所述方法包括以下步骤：

a.准备包括微藻、二氧化碳和矿质营养物的水性培养介质；

b.将所述培养介质注入暴露于光的闭合回路中；

c.测量所述培养介质中循环的微藻的浓度；

d.当微藻的浓度达到阈值时，收获一定量的循环培养介质；

e.将水和微藻从所述量的循环培养介质中分离出来；

f.使用回收的微藻作为能量源。

因此，本发明的目标方法是从光能和废物中产生微藻。所述微藻被用作燃料以产生至少相当于用于应用本发明的目标方法的步骤a)至f)的大量能量。因此，本发明的目标方法称为正能量。

根据下述单独考虑的或按照所有有效技术组合的实施例有利地实施本发明。

有利地，步骤a)包括如下步骤：

ai.在水溶液中使流出物微粒化。

因此，营养物缩减为细小的泡，并且生物量和营养物之间的交换表面增加，从而使得营养物以最佳方式被消耗并且使得微藻繁殖。

根据一个实施例，所述流出物是浸滤液。

根据有利的实施例，所述流出物是甲烷化沼渣沼液，因此，根据现有技术稍微使该废物增值，使得能够利用本发明的目标方法产生能量。

根据另一有利实施例，所述流出物由建筑物的污水构成的。

根据所寻求的效果，有利地组合上述实施例以使培养介质最优化。根据这些实施例使用的流出物的优点是尤其已被细菌预先消化，以除去相当一部分有机内容物，并且因此富含可与光合作用并存的矿质营养物。

根据有利的实施例，本发明的目标方法的步骤d)包括如下步骤：

di.絮凝包括在培养介质中的微藻。

因此，更容易获得微藻，并且能量的消耗少于膜过滤技术。

根据特别有利的实施例，本发明的目标方法的步骤di)通过使所述培养介质经受电脉冲来实现。该实施例特别经济，因为只消耗由获得的微藻释放的能量中的约15％。此外，避免了在培养介质中引入产物。所述方法还使得能够提取所述微藻的脂类。

根据本发明的目标方法的有利实施例，通过使培养介质在建筑物外表面上的管道中循环来实现步骤b)。因此，培养介质以最小阴影大面积地暴露于光，而不占用地面位置。

根据本发明的目标方法的实施例，步骤b)包括如下步骤：

bi.控制是培养介质在所述管道中循环的过程中所述微藻所经受的光强度。

因此，所述培养介质的微藻群体的生存和繁殖受到控制。

根据该实施例的有利实现，通过使在脉络中限定的有色流体循环来实现步骤bi)，其中所述脉络包括在光曝露源和培养介质循环管道壁之间。因此，以经济美观的方式实现了对所吸收的光能量的调节。有色流体还可用作载热流体，以回收培养介质的热量并将热量例如传送至用于制造卫生热水的装置。

根据本发明的目标方法的特别有利的实施例，所述流出物包含有机营养物，并且微藻是混合营养的，本发明的目标方法包括如下步骤：

bii.减少培养介质暴露于光以有利于微藻的异养行为和消耗有机物；

biii.增加培养介质的光暴露，以有利于微藻的自养行为并且有利于所述流出物的矿物质的消化和光合作用。

该实施例一方面使得能够处理未由细菌预先消化的废物，例如通过甲烷化过程。此外，得益于缺少光暴露，异养行为使得能够产生更大量的生物量。因此，通过调节光暴露，本发明的目标方法使得能够得到流出物的所有内容物的能量益处，特别地当该内容物是有机混合和无机混合时，如在生活污水的情况下。

有利地，从食品废物中实现包含有机营养物的流出物。

本发明还涉及一种用于应用本发明的目标方法的装置，该装置包括：

i.能够被固定在建筑物外表面上的第一透明蜂窝板，以及用于使包括微藻的培养介质循环的装置，所述培养介质的循环管道包括所述板的蜂窝。

因此，所述板的蜂窝被用于培养介质沿着建筑物外表面上的大表面培养介质循环。该实施例不论是在管道制造还是在外表面上的板安装中都是特别经济的。

有利地，本发明的目标装置包括：

ii.被固定在所述第一蜂窝板的暴露于光的面上的第二透明蜂窝板即调节透明蜂窝板，以及用于使有色流体在所述第二蜂窝板的蜂窝中循环的装置。

因此，所述有色流体在与第一板连接的第二板中的循环，起到屏幕的作用并且使得能够控制微藻暴露于其中的光的量，并且尤其能够控制某些微藻上观察到的光抑制现象。

有利地，本发明的目标装置包括：

iii.在与所述第二蜂窝板的固定面相对的面上被固定在所述第一蜂窝板上的第三透明蜂窝板即调节透明蜂窝板，以及用于使有色流体在所述第三蜂窝板的蜂窝中循环的装置。

因此，通过控制所述板的内面上的光吸收，本发明的目标装置使得能够控制由太阳辐射带给培养介质的热量。

有利地，本发明的目标装置包括：

iv.在第一板的蜂窝中循环的培养介质与载热流体之间的热交换器。

因此，所述培养介质的温度被调节，并且所述培养介质的热量被回收利用。

参照图1至4，下面根据决非限制性的优选实施例来描述本发明，其中：

-图1以正面示意图示出了应用于建筑物外表面上的本发明的目标装置的实现示例；

-图2以图1中限定的AA剖视图示出了根据本发明的装置的蜂窝板的实现示例；

-图3示意性地示出了准备待注入本发明的目标装置的循环回路中的培养介质的示例；和

-图4示意性地示出了根据本发明的实现示例的装置的微藻的抽取、分离和增值的操作。

图1，根据实现示例，本发明的目标装置包括多个固定在建筑物(100)的外表面(120)上的蜂窝板(110)。每个板(110)包括通过密封内壁彼此隔离的多个蜂窝(111)，蜂窝(111)构成流体的引导管道。不同板(110)的蜂窝(111)是液压连通的，从而实现流体在建筑物(100)的整个外表面(120)上的所述蜂窝中的循环(135)。根据该实现示例，在固定于壁上的所有板之间实现所述循环(135)。可选地，以蜂窝板的子集来组织多个流。

根据该实现示例，基本上竖直地实现流体的循环(135)，并且所述板(110)的蜂窝因而被定向。根据可选的实施例，基本上水平地实现所述循环。在所述板的蜂窝(111)中循环的流体是包含微藻、营养物和二氧化碳(CO₂)的水性培养介质。借助于泵浦(150)使所述流体循环，并且根据实现示例，该流体在建筑物(100)外表面(120)上行进期间经受太阳辐射。暴露于太阳辐射激活了藻对营养物的吸收和光合作用现象，光合作用使得能够固定所述藻中的碳，藻从所述碳和矿质营养物中合成有机分子，例如脂肪酸，所述藻通过细胞分裂繁殖。这些脂类是能量源。

太阳辐射的作用还用于增加循环的培养介质的温度，并且该温度可能达到与微藻生存不相容的级别。同样，调节所述培养介质的温度。

根据第一实施例，通过有利地借助于热交换器(160)冷却循环流体来实现所述温度调节，其中，所述循环流体在所述热交换器中与载热流体交换热量，该载热流体例如用于重新加热锅炉或卫生热水的球(170)。因此，本发明的目标装置使得能够调节其上安装有本发明的目标装置的建筑物(100)的主动热调节。

图2，根据本发明的目标装置的实现示例，蜂窝板包括具有大蜂窝(111)的第一板，大蜂窝(111)构成用于培养介质循环的管道。所述板夹在具有更小蜂窝的两个蜂窝板(212，213)之间，在更小的蜂窝中，有色流体通过与培养介质的循环回路分开的回路循环。因此，根据在称为调节的板(212，213)的蜂窝中循环的流体的颜色，光能量装置的响应被修改。根据实现示例，不透明流体在直接暴露于光能量的调节板(212)中循环，这使培养介质失去该光，限制了重新加热且停止了光合作用。根据另一实现示例，固定于外表面(120)上的蜂窝板(213)中的深色流体的循环使得能够增加光能量的吸收以及因此增加培养介质的温度。

微藻是混合营养的，并且其行为由照明条件决定。因此，失去光，所述微藻采用异养行为，而暴露于光，其采用自养行为。因此，通过修改调节板(212，213)中的循环流体的光学特性，修改了微藻的行为，这有利地用于使所述微藻的行为适应存在于循环培养介质中的营养物的特性。

图3，定期地准备的培养介质被注入管道中。所述培养介质将微藻与水性混合物中的三种类型的成分混合。根据第一实施例，所述微藻与包括矿质营养物的流出物(311)结合。这种流出物是尤其由消耗有机物的细菌来预先消化的。作为示例，该流出物是排出的浸滤液、甲烷化沼渣沼液或建筑物污水。该流出物与二氧化碳(312)结合。该实施例更具体地适于通过优先实现所述微藻的自养行为而产生微藻。该产生模式使得能够达到每升几克量级的微藻浓度。另一方面，该实施例使得在其他领域不可使用的流出物增值。

根据另一实施例，流出物(313)包括有机营养物。该实施例有利地使用食品有机废物，例如罐头食品厂、屠宰场或餐馆的在其他领域中无价值的废物。该实施例通过将微藻保存在避光处来使用微藻的异养行为。该实施例允许产生每升百来克量级的微藻。

无论所使用的流出物的特性如何，流出物在适当的装置(350)中被微粒化，以增加微藻与所述营养物之间的交换表面。文件US2009 0029445描述了微粒化过程的示例。

图4，定期地抽取一定量的培养介质以提取微藻。培养介质当培养介质中微藻的浓度超过与反应减慢相对应的阈值时，根据该浓度来实现该抽取。有利地，流体通过适配装置而经受絮凝操作(450)。该絮凝操作使得能够促进提取所述微藻，其中该微藻的大大减小的尺寸不允许使用膜分离技术或直接过滤技术，除非对于该过滤操作而言比回收所述微藻消耗更多能量。因此，所述方法(450)使得能够将所述微藻与重新使用的水(414)分离以准备培养介质。微藻(415)被派送至能量增值的领域中，例如用于准备生物柴油。

有利地，借助于使培养介质经受电脉冲的方法来实现絮凝过程。这种方法例如在文件WO2012 054404中描述。

以上描述和实现示例表明本发明达到了预期目的，特别地，其根据正能量过程，通过实现建筑物的热调节而使得污染性流出物增值。