DE29607285U1

DE29607285U1 - Photobioreaktor

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Publication number: DE29607285U1
Application number: DE29607285U
Authority: DE
Original assignee: INST GETREIDEVERARBEITUNG; B Braun Biotech International GmbH
Current assignee: Igv Institut fur Getreideverarbeitung De GmbH; Sartorius Stedim Systems GmbH
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2006-04-10

Description

Photobioreaktor

Die Erfindung betrifft einen Photobioreaktor zur photosynthetischen Behandlung eines Suspensionsstromes, der eine plattenförmige Einrichtung zur !Cultivation von phototropen Mikroorganismen aufweist, die über Rohrleitungen mit einer Pumpe zur Erzeugung eines Suspensionsstromes im Bioreaktor verbunden ist und auf den Rohrleitungen geeignete Meßstellen installiert sind, die mit einer Meß- und Regelungseinrichtung in Verbindung gesetzt werden.

Einrichtungen zur !Cultivation von phototropen Mikroorganismen sind bekannt. Sie arbeiten mit einer oder mehreren zu einem Block zusammenfügten Platten und können mit Funktions- und Regelungseinrichtungen versehen sein, die der plattenförmigen Einrichtungen nachgeschaltet sind. Diese Einrichtungen sind entweder auf gesonderten Standplätzen angeordnet oder der Einrichtung zur phototropen !Cultivation nach Bedarf ungeregelt zugeordnet. Die DE PS 41 34 813.C2 zeigt eine derartige Einrichtung jedoch ohne periphere Steuer- und Funktionseinrichtungen, die je nach technischem Verständnis des jeweiligen Benutzers der Einrichtung in einer variablen Ordnung um diese herum angeordnet werden. Die DE PS 36 064 49 zeigt eine komplexe Anordnung für die Regelung derartiger Systeme, offenbart jedoch nicht, wie die damit zu regelnden Vorrichtungsteile angeschlossen und zugeordnet sind.

Die bekannten Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie keine geschlossene Anordnung offenbaren, die es gestattet, derartige Einrichtungen komplex auszubilden und mit einem selbstregelnden Funktionsregime auszustatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Photobioreaktor mit einer Einrichtung zur !Cultivation von phototropen Mikroorganismen, die über Rohrleitungen mit eine Pumpe zur Erzeugung eines Suspensionsstromes mit einem Bioreaktor verbunden ist und für dessen Messung geeignete Meßstellen installiert und mit einer Meß- und Regelungseinrichtung in Verbindung gesetzt sind, zu schaffen, der es gestattet, die Anordnung der Funktionsteile komplex und zentral geregelt auszubilden, den Reaktor modular auszubilden und die Arbeitsweise der gesamten Einrichtung selbstregelnd zu gestalten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung von mindestens

- einer Kultivationseinrichtung,

- einem Sammelbehälter als Gasaustausch und Ausgleichsbehälter mit einer Behälterkopfbelüftung ausgebildet,

- einer Zirkulationspumpe,

- einer Meß- und Regelungseinheit,

- einem Sensorblock,

- einer CO2-Dosierung

gelöst, die über Rohr- und Steuerungsleitungen vernetzt und verbunden auf einer modularen, mobil ausgebildeten Grundplatte angeordnet sind, die an einer Halterung im Wirkbereich der plattenförmigen Einheit eine Lichtquelle trägt und in ihrem Querschnitt sich in der Richtung des Durchflusses des Suspensionsstromes erweiternden Rohrleitungen, Sonden angeordnet sind, die zur

- Messung der Temperatur der Suspension, sowie deren CO2-Gehalt,

- von deren PH-Wert,

- ihrer optischen Dichte

- sowie der eingestellten Leistungsvorgaben der Zirkulationspumpe

ausgebildet und mit der Meß- und Regelungseinheit in eine Wirkverbindung gebracht sind. Weiterhin sind dem Sammel- und Ausgleichsbehälter Zusatzeinrichtungen für die Durchführung der Funktionen, Trennen der Biomasse in einem Trennsegment, Gasaustausch, Stabilisierung des Filters mittels Siebbodeneinsatz und Aufnahme des Rücklaufes zugeordnet.

Die Erfindung ist dadurch ausgebildet, daß die Grundplatte Rollen aufweist sowie auf der Grundplatte komplex und dem vollständigen Funktionsregime angepaßt folgend, die Funktions- und Regelungseinrichtungen in ihrer Wirkverbindung auf der Grundplatte angeordnet sind und damit ortsveränderlich bewegt werden können.

Es ist eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, daß eine Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE) als Gasaustauschsegment mit einem Trennsegment versehen, ausgebildet ist, wobei das Gasaustauschsegment und das Trennsegment über eine Trennwand miteinander in eine Wirkverbindung gebracht und die Segmente auf einem Siebboden angebracht sind.

Es ist im Sinne der Erfindung, daß der Kultivationseinrichtung ein Sammel- und Ausgleichsbehälter als Anfangs- und Endpunkt für den Bearbeitungskreislauf zugeordnet ist, der ein von seinem Innenraum abgeteiltes Segment aufweist, dem mehrere Funktionen im Reaktorprozeß zugeordnet sind. Es ist im Sinne der Erfindung, daß das Segment durch eine Bypassleitung gespeist wird und einen Auslaß aufweist, der zum Boden des Behälters hin gerichtet ist, wobei das Trennsegment 10 % - 20 % des Volumens des Sammel- und Ausgleichsbehälters einnimmt und eine Behälterkopfabdeckung mit Einrichtungen für eine flexible Höheneinstellung vorgesehen ist, die eine Behälterkopfbelüftung trägt. Ausgestaltet ist die Erfindung dadurch, daß die Rücklaufleitung über einem Gasaustauschsegment des Behälters geöffnet ist und die Suspension aus der Kultivationseinrichtung zurückströmend, im freien Fall in das Gasaustauschsegment gelangt und seinen Sauerstoff an die Umgebung abgibt. Sinnvoll ist die Erfindung ausgebildet, wenn der Siebbodeneinsatz eine Gaze trägt und im Sammel- und Ausgleichsbehälter den Einlaßströmen aus der Leitung ent-

gegengerichtet fixiert ist. Es ist auch möglich, den freien Fall des Suspensionsstromes in bekannter Art durch ein Prallblech abzufangen und für eine Sauerstoffaufnahme zu dispergieren. Es ist eine Ausbildungsform der Erfindung, daß der Siebbodeneinsatz im Sammel- und Ausgleichsbehälter vertikal bewegbar eingeordnet ist. Die Erfindung ist vorteilhaft ausgebildet, wenn der Siebbodeneinsatz ohne aufgelegte Gaze so ausgebildet ist, daß der Biomassestrom den Siebboden passiert und Beimengungen gezielt zurückgehalten werden. Vorteilhaft ist die Erfindung ausgeformt, wenn die Öffnungen des Siebbodens eine Größe von 0,5 mm/Durchm. bis 5 mm/Durchm. aufweisen. Die Erfindung ist weiter sinnvoll gestaltet, wenn die Beimengungen aus einem inerten Material wie Polystyrol- oder PoIypropylenkügelchen gebildet und dem Suspensionsstrom während des Kultivationsprozesses des Photobioreaktors zum Entfernen von Anhaftungen beigegeben sind.
Es ist eine sinnvolle Ausbildung der Erfindung, daß die Anordnung aller Funktions- sowie Meß- und Regelungsteile auf einer stationär eingeordneten Grundplatte vorgenommen ist, und die modulare Gestaltung der gesamten Anordnung in ihrem Nutzvolumen variabel ausgebildet ist, wobei vorteilhafterweise die Variabilität der Leistung der Kultivationseinrichtung in ausgewählten Stufungen erfolgt. Der gelöste Sauerstoff stellt in Anlagen dieser Art ein limitierendes Parameter im Hinblick auf den Wachstum der Mikroorganismen in der Suspension dar. Um eine gleichbleibende hohe Produktivität, verbunden mit stetigen Wachstumsraten der Mikroorganismen zu gewährleisten, ist der Gehalt an Sauerstoff niedrig zu halten. Die gewählte vorteilhafte Ausgestaltung des Sammel- und Ausgleichsbehälters gestattet vorteilhafterweise, ein derartiges effektives Regime einzuhalten. Dazu ist in dem Behälter eine multivalent arbeitende Vorrichtung eingebaut, die ein speziell ausgestaltetes Dispersionselement aufweist. Das Element ermöglicht es, die Oberfläche der im Rücklauf einströmenden Biomassesuspension zu erhöhen. Vorteilhafterweise ist das Dispersionselement als Lochboden ausgeführt, der horizontal fest oder mobil in den Behälter integriert wird.

Die als Mikroorganismen verwendeten phototrophen Spezies können den Nachteil aufweisen, daß sie an den Wandungen der Kultivationseinrichtung sowie der Zirkulationsteile Anhaftungen hinterlassen. Um die Anhaftungen zu beseitigen, werden in den laufenden Zirkulationsprozeß die inerten Reinigungskörper eingeschleust. Die Körper können aus Polystyrol oder Propylen bestehen und sind kugelförmig ausgebildet. Sie werden in der Biomassesuspension umgepumpt und tragen durch mechanische Ablösung die Anhaftungen ab. Nach Abschluß des Reinigungsvorganges, ohne den Zirkulationsprozeß der Suspension zu variieren oder zu beenden, werden die Reinigungskörper abgetrennt. Das erfolgt dadurch, daß im Trennsegment des Sammel- und Ausgleichsbehälters die aufliegende Gaze entfernt wird und die Filterwirkung vorläufig aufgehoben ist. Dabei können die Mikroorga-

nismen den Siebboden passieren und die Reinigungskörper werden durch die entsprechende Ausbildung des Siebkörpers darauf zurückgehalten. Der Photobioreaktor ist so ausgelegt, daß bei den verwendeten Mikroorganismen in der Suspension eine ausgewählte, auf die Mikroorganismen abgestimmte Separation zur Anwendung gelangt. Das bereits dargestellte Trennsegment übernimmt hier die Aufgabe einer Ernte. Bei diesem Vorgang trägt das Trennsegment einen Filter. Vorteilhafterweise wird dabei über eine Bypassleitung ein Teilvolumenstrom in das Trennsegment des Sammelbehälters zurückgeführt. Bei diesem Vorgang wird der Hauptvolumenstrom auf die Platten verteilt und über die Rücklaufleitung dem Sammel- und Ausgleichsbehälter wieder zugeführt. Es ist eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung, daß eine Behälterkopfbelüftung am Sammel- und Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, aus einer Gasversorgungseinrichtung und einem Gasfilter besteht und über einen Gaseingang in den Sammel- und Ausgleichsbehälter eintritt. Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Sammel- und Ausgleichsbehälter eine Behälterkopfabdeckung trägt, die höhenverstellbar mit dem Behälter in eine Verbindung gebracht ist und über einen Belüftungseingang und über einen Belüftungsausgang verfügt.
Das Gesamtkonzept der Erfindung stellt einen Bioreaktor mit einer äußerst hohen Leistungsfähigkeit vor. Durch die automatische Regelung sowie die außerordentlich effektive Lichteinspeisung sind folgende Vorteile zu erreichen:

- gleichbleibende Temperatur im monatlichen und jahreszeitlichen Verlauf,

- gleiche Länge der Vegetations- bzw. Kultivationsperiode im Rahmen des vorprogrammierten Arbeitsregimes,

- unabhängige Gestaltung des Funktionsregimes von äußeren Minimal- oder Maximaltemperaturen durch die Installierung eines automatischen Regelungssystems,

- unabhängige Gestaltung des Prozesses bei Sonnentagen und Tagen mit bedecktem Himmel durch stetige, gesteuerte Regelung der zusätzlichen Lichtquelle über der Kultivationseinrichtung,

- verfahrensgerechte CO2-Versorgung der Mikroorganismen,

- Echtzeit-on-line Überwachung des Rekultivationsstatus der Mikroorganismen,

- Vermeidung der Hyperkonzentration von Sauerstoff,

- gezielte Scherkraftbeeinflussung über die Fließgeschwindigkeit.

Es ist im Sinne der Erfindung vorteilhaft, den Photobioreaktor mehr als eine modulare Ausgestaltungen zu geben. Dabei sind erfindungsgemäß

- der Kultivationseinrichtung zwei Photosynthesesegmente und eine Lichtkassette zugeordnet, wobei die Lichtkassette aus sechs Lichtleisten besteht und jede Lichtleiste über zwei Leuchtstofflampen verfügt,

- alle Funktionselemente auf einer beweglichen Grundplatte montiert sind,

- wahlweise kann der Photosynthesereaktor auch mit einem oder zwei Photosynthesesegmenten betrieben werden.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den Photobioreaktor auf einer mobilen Grundplatte in einer komplexen Ausbildung

Fig. 2: den Sammel- und Ausgleichsbehälter in einer schematischen Darstellung
Fig. 3: die Anordnung der Segmente der Kultivationseinrichtung in einer ausgeschöpften modularen Gestaltung

Der Photobioreaktor 1 in seiner komplexen, mobilen, modular ausgestalteten Form, besteht aus den Hauptkomponenten

phototrope Kultivationseinrichtung 3,

- Sammel- und Ausgleichsbehälter 14,

- Zirkulationspumpe 5 mit CC^-Dosierung 36,

- einem Rohrleitungssystem 6;20 und

- einer Meß- und Regelungseinheit, die mit Sensoren 7;8;9;10 verbunden, in einem Schaltschrank 2 eingeordnet ist.

Alle genannten Hauptfunktionsteile 2;3;6;7;8;9;10;14;34;36 sind auf einer modularen, der vorgesehenen Größe des Reaktors, anpaßbaren Grundplatte 4 angeordnet und funktionell miteinander verbunden.

Ein Photosynthesesegment 3¹ ist an einer Halterung 21 angeordnet, sie stellt dem Grunde nach gemeinsam mit der Lichtquelle 13 die Kultivationseinrichtung 3 des Photobioreaktors 1 dar.

Die Kultivationseinrichtung 3 ist in Untereinheiten 22 mit jeweils 1.000 1 Fassungsvermögen gegliedert. Diese können, durch Rohrleitungen 26 verbunden, voneinander getrennt werden. Die Trennung kann durch Absperrarmaturen realisiert werden, so daß der Photobioreaktor 1 mit Volumenstufen von jeweils 1.000 1 betrieben werden kann. Begründet durch die Variabilität der Halterung 21, der modularen Gestaltung des Gesamtaufbaus des Reaktors 1, können die Untereinheiten 22 der Kultivationseinrichtung 3 im Funktionsregime parallel oder in Reihe geschaltet werden. Fig. 3 zeigt den Photobioreaktor 1 in seiner entsprechend den Modulen seiner kapazitiven Ausbildung ausgeschöpften Größe in einer schematischen, die Untereinheiten 22 der Photosynthesesegmente 3¹ der Kultivationseinrichtung 3 in ihrer Verkettung zu sehenden Darstellung. Selbstverständlich erkennt der Fachmann, daß bei einer kleineren kapazitiven Ausbildung des Reaktors die Zahl der

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Untereinheiten 22 der Einrichtung 3 vermindert werden kann. Die Anordnung aller Einrichtungen auf der Grundplatte 4 bleibt unverändert. Die Rohrleitung 6 ist an der Pumpe 5 angeschlossen, sie ist über Zugänge 34^I;34";34^I" mit den Photosynthesesegmenten 3' verbunden. Zur Druck und Volumennivellierung der Photosynthesesegmente 3' hat die Leitung 6 im Bereich des Zuganges 34' ihren größten Innendurchmesser und verjüngt sich in Richtung des Zuganges 34'". Damit ist gewährleistet, daß eine gleichmäßige Einspeisung der Suspension in die Photosynthesesegmente 3' erfolgt. Mit der in dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 mündenden Rücklaufleitung 20 sind die mit den Photosynthesesegmenten 3' der Einrichtungen 3 verbunden. Die Abgänge 35'535"53S¹" sind so angeordnet, daß die Suspension nach dem Durchfließen des Segmentes 3' mit annähernd der gleichen Fließgeschwindigkeit austreten kann. Dazu sind die Rohrdurchmesser im Bereich des Abganges 35'" größer dimensioniert und verjüngen sich in Richtung des Abganges 35'. Mit dieser Anordnung, der sich im umgekehrten Verhältnis verjüngenden Rohrquerschnitte werden im gesamten Funktionssystem für den Suspensionsstrom, insbesondere in bezug auf die Durchsatzverhältnisse in den Photosynthesesegmenten 3' der Kultivationseinrichtung 3 homogene Druck- und Strömungsverhältnisse erreicht, die zu- und abführenden Rohrleitungen enden bei dem jeweiligen Verschlüssen 36;36\

Der Reaktor 1 wird über den Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 mit einer Suspension gefüllt. Damit ist der Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 in seiner Grundfunktion das Anfangs- und Abschlußaggregat im Kreislauf des Reaktors 1. Es ist für den Fachmann damit eindeutig, daß an dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 alle anzuschließenden Rohrleitungen 6 beginnen und auch in diesen nach Absolvierung eines Kreislaufes ihren Endpunkt haben. Der Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 dient dabei dem Gasaustausch sowie dem Ausgleich des Volumens, das im Kreislauf den Reaktor 1 durchläuft. Durch die Ausbildung des Behälters 14 und die Anordnung der Ein- und Auslaßstellen 17;18;20 am Behälter 14 ist es gewährleistet, daß der Suspensionsstrom im freien Fall in den Behälter 14 gelangen kann und dabei der im Prozeß der Photosynthese gebildete Sauerstoff aus der Suspension in die Umgebungsluft entweichen kann. Den Rohrleitungen 6 zwischengeordnet, zwischen der Kultivationseinheit 3 und dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 14, ist innerhalb der Rohrleitungen 6 eine Zirkulationspumpe 5 eingeordnet. Die Zirkulationspumpe 5 bewegt den Suspensionsstrom durch den Bioreaktor 1 und gestattet dabei, CO2 während des Pumpens in den Suspensionsstrom einzutragen. Fachgerecht ist dabei eine Pumpe 5 gewählt worden, die das nachteilige Einwirken von Scherkräften auf die Suspension regelbar gestaltet. Die Pumpe 5 wird über die Steuerungseinheit 2 mit einem darin integrierten Frequenzumrichter 23 auf die Volumenmenge abgestimmt, gesteuert. Der bereits erwähnte CO2-Eintrag, mittels der Pumpe 5, erfolgt in bekannter Art und

OQ &Oacgr; 4- -96

Weise in Abhängigkeit vom PH-Wert, der über einen Sensor 8 gemessen und innerhalb der Steuereinrichtung 2 dosiert, gesteuert wird. Die Rohrleitung 6 verbindet alle Funktionsteile, die zum Transport sowie zur Bearbeitung und Behandlung der Suspension vorgesehen sind.

In bekannter Weise sind die Rohrleitungen 6 so ausgelegt, daß alle Module der Kultivationseinrichtung 3 gleichmäßig angeströmt werden. Dazu ist die Größe der Rohre so ausgelegt, daß wie bereits beschrieben ihr Querschnitt in Richtung des Durchflusses, also in Richtung auf die Kultivationseinrichtung 3, sich verringert. Im Bereich des Sammel- und Ausgleichsbehälters 14 ist zur Realisierung der Ernte der festen Suspensionsteile die Rohrleitung 6, auf der Druckseite der Pumpe 5 über mit dem Behälter 14, mit einer Bypassleitung 19 ausgerüstet. Dem Bestreben, die Anlage kompakt auszugestalten, um damit ihrer möglichen modularen Ausgestaltung zu folgen, ist die Meß- und Regelungseinheit 23;24;25;26 vollständig in einen Schaltschrank 2 eingeordnet. Sie besteht aus einem Frequenzumrichter 23 zum Steuern der Pumpenleistung und weiterhin aus einem digitalen Meß- und Regelungssystem, einem eingelassenen Bedienungsterminal mit LCD-Anzeige und Folientastatur 25. Zur Komplettierung der modularen Verwendung sowie zur Vernetzung mit anderen Einheiten ist eine serielle Schnittstelle 26 zum Anschluß an eine elektronische Datenverarbeitungsanlage bzw. zur Herstellung eines Datennetzwerkes mit hierarchischem Aufbau vorgesehen. Die Meß- und Regelungseinheit wirkt über eine integrierte Software auf die

- Temperaturmessung,

- Messung und Regelung des PH-Wertes,

- Messung der optischen Dichte der Suspension,

- Messung des Sauerstoffpartialdruckes,

- Sollwertvorgaben für die Zirkulationspumpe 5, bezogen auf die Drehzahl.

Die Informationen für die elektronische Regelung der Funktions- bzw. Bearbeitungszustände erhält die Meß- und Regelungseinheit durch die Sensoren 7;8;9;10. Dabei tastet der Sensor 7 die Temperatur ab, der Sensor 8 gibt das Signal für die PH-Messung und Regelung, der Sensor 9 veranlaßt die Messung des Sauerstoffpartialdruckes und der Sensor 10 bestimmt die optische Dichte der Suspension.

Die Kultivationseinrichtung 3 verfügt über eine zusätzliche Lichtquelle 13 in Form von Lichtkassetten 27. Das Anordnen von künstlichen Lichtquellen in Photobioreaktoren 1 ist an sich bekannt. Hier folgt die Erfindung neuen Wegen, indem die Lichtquelle 13 so ausgelegt ist, daß sie durch eine Regelung innerhalb der Meß- und Regelungseinrichtung konstant einen gleichen Lichtwert, also eine immer ausreichende Belichtung der Kultivationseinrichtung 3 ermöglicht. Dazu erfolgt die Regelung derart, daß bei nicht ausreichen-

der Lichtversorgung der Kultivationseinrichtung 3 mit Tageslicht die Lichtquelle 13 zugeschaltet, in ihrer Intensität geregelt und bei Nichtbedarf abgeschaltet wird. Ein derartiges Lichtzuführungsregime ist nur damit möglich, daß die Anlage komplex gestaltet und mit einer automatischen, elektronisch geregelten Meß- und Regelungseinheit ausgerüstet ist. Die Lichtquelle 13 besteht aus einer Lichtkassette 27, in der 25 Stück Feuchtraum-Lichtleisten angeordnet sind. Die Lichtleisten sind jeweils mit 2 Leuchtstofflampen mit einer Leistung von 36 Watt bestückt.

Im Zirkulationsprozeß des Photobioreaktors 1 ist, neben der Kultivationseinrichtung 3 und der Steuer- und Regelungseinheit, dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 eine signifikante Rolle zugeordnet. Wie in der Figur 2 dargestellt, ist der Behälter 14 zylinderförmig ausgebildet und sein Boden kegelartig geformt. Im zylindrischen Teil des Behälters 14 ist ein Element 15' eingeordnet, daß ein Trennsegment 15 und ein Gasaustauschsegment 18, im Behälter 14 abgeteilt. Das Trennsegment 15 kann ca. 10 % bis 20 % des Behältervolumens ausbilden. In das Trennsegment 15 wird über eine Bypassleitung 19 die Algensuspension eingeleitet. Der Siebbodeneinsatz 16 kann wahlweise dem technologischen Regime vertikal bewegbar oder starr angeordnet sein. Er bedeckt den zylindrischen Teil des Behälters 14. Diesem kann auch die Funktion eines Dispersionselementes zugemessen werden. Die über die Bypassleitung 19 oder über die Rücklaufleitung 20 im freien Fall in den Behälter 14 einströmende Suspension verläßt über den Auslaß 17 zur Umwälzpumpe 5 den Sammel- und Ausgleichsbehälter 14. Entsprechend der gewählten Funktion fließt die Suspension über die Leitungen 19;20 im freien Fall in die Segmente 15; 18 des Behälters 14, dabei wird der in der Suspension gebundene Sauerstoff an die Außenluft abgegeben. Der Siebboden kann wahlweise mit Gaze bedeckt werden, dadurch erfüllt er die Aufgabe eines Feinfilters. Bei einem Reinigungsprozeß des gesamten Bioreaktors 1 braucht dieser nicht aus der Funktion genommen werden. Über dem Sammel- und Ausgleichsbehälter 14 werden dabei der Suspension Kunststoffkügelchen, insbesondere Polystyrol- oder Polypropylenkügelchen zugesetzt, die im normalen Kreislauf innerhalb der größeren Kammer des Gasaustauschsegmentes 18 den Siebbodeneinsatz 16 passieren können. Haben die Reinigungskügelchen ihre Reinigungsfunktion erfüllt, werden sie bei fortlaufendem Zirkulations- und Produktionsprozeß des Photobioreaktors 1 über Einleitung der Suspension mit den Reinigungskügelchen in der Trennkammer 15 abgeschieden.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, ist das Trennsegment 15 auf dem in etwa halber Höhe angeordneten Siebbodeneinsatz 16 eingeordnet. Auf dem Trennsegment 15 ist eine Gaze 35 vorgesehen. Fixiert wird das Trennsegment 15 durch die Trennwand 15', welche das Trennsegment 15 vom Gastauschersegment 18 abtrennt. In das Trennsegment 15 mündet die Bypassleitung 19 und in das Gastauschersegment 18 die Rücklaufleitung 20. Der Sammel- und

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Ausgleichsbehälter 14 ist durch eine Behälterabdeckung 33 verschlossen. Die Behälterabdeckung 33 ist mit Durchlässen für die Leitungen 19;20 sowie für den Belüftungseingang 31 und -ausgang 32 der Behälterkopfbelüftung 28 versehen. Die Behälterkopfbelüftung 28 befindet sich im Bereich des Sammel- und Ausgleichsbehälters 14 und besteht aus einer Gasversorgungseinrichtung 29 mit einem dazugehörigen Gasfilter 30. Sie ist über den Belüftungseingang 31 mit dem Behälter 14 verbunden. Die Belüftungseingangs- und -ausgangsleitungen befinden sich über dem Bereich des Gasaustauschsegmentes 18. Die Anordnung der Segmente 15; 18 mit ihren dazugehörigen Funktionsteilen 15';16;19;20;28;29;30;31;32;35 innerhalb des Sammel- und Ausgleichsbehälters 14 bilden die Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE).

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	Photobioreaktor
2	Schaltschrank
3	Kultivationseinrichtung
3'	Photosynthesesegment
4	Grundplatte
5	Pumpe
6	Rohrleitung
7	Sensor
&dgr;	Sensor
9	Sensor
10	Sensor
11	Rolle
12	Aufstandsfläche
13	Lichtquelle
14	Sammel- und Ausgleichsbehälter
15	Trennsegment
15'	Trennwand
16	Siebbodeneinsatz
17	Auslaß
18	Gastauschersegment
19	Bypassleitung
20	Rücklaufleitung
21	Halterung
22	Untereinheiten
23	Frequenzumrichter
24	digitales Meßsystem
25	Bedienterminal
26	Schnittstelle für PC-Anschluß
27	Lichtkassette
28	Behälterkopfbelüftung
29	Gasversorgungseinnchtung

30	Gasfilter
31	Belüftungseingang
32	Belüftungsausgang
33	Behälterabdeckung
34	Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE)
34'	Zugänge
34"	Zugänge
34'"	Zugänge
35	Gaze
35'	Abgänge
35"	Abgänge
36"'	Abgänge
36	CO2"Dosierung
36'	Verschlüsse
36"	Verschlüsse

Claims

B Ü9ÜH-9b Photobioreaktor

1. Photobioreaktor mit einer plattenförmigen Einrichtung zur !Cultivation von phototropen Mikroorganismen, die über Rohrleitungen mit einer Pumpe zur Erzeugung eines Suspensionsstromes im Bioreaktor verbunden ist, für dessen Messung geeignete Meßstellen installiert und mit Meß- und Regelungseinrichtungen in Verbindung gesetzt sind, gekennzeichnet durch die Anordnung

. mindestens einer Kultivationseinrichtung (3),

. einem Sammelbehälter als Gasaustausch und Ausgleichsbehälter (14), mit

Behälterkopfbelüftung (28)

. einer Zirkulationspumpe (5), mit einer CO2~Dosierung (36),
. einer Meß- und Regelungseinheit (2), mit zwischengeschaltetem Sen-sorblock
die mit Rohr- und Steuerleitungen vernetzt und verbunden, auf einer modularen, mobil ausgebildeten Grundplatte (4) angeordnet sind, die an einer Halterung im Wirkbereich des Photosynthesesegmentes (3¹) eine Lichtquelle (13) trägt und in den in ihrem Querschnitt sich in der Richtung des Durchflusses variabler Rohrleitungen (6), Sensoren (7;8;9;10) eingeordnet sind, die zur Messung der

- Temperatur der Suspension, von deren PH-Werten, des Sauerstoffpartialdruckes, ihrer optischen Dichte des CO2, sowie der eingestellten Leistungsvorgaben der Zirkulationspumpe (5) ausgebildet, und mit

- der Meß- und Regelungseinheit in eine Verbindung gebracht sind, und dem Ausgleichsbehälter (14), ausgebildet als Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE) für die Funktionen

- Trennen der Biomasse, Gasaustausch, Grobfilterung von Beimengungenzugeordnet
sind,

2. Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (4) Rollen aufweist, und auf deren Oberseite die Funktions- und Regelungseinrichtungen komplex in ihrer Wirkverbindung angeordnet sind.

3. Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kultivationseinrichtung (3) ein Sammel- und Ausgleichsbehälter (14), als Anfangs- und Endpunkt für den Bearbeitungskreislauf zugeordnet ist, der eine im Innenraum des Behälters (14) befindliche Multifunktionskonditionierungsseinheit (MFKE) aufweist.

4. Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE) als Gasaustauschsegment (18), mit einem Trennsegment (15) versehen, ausgebildet ist, wobei das Gasaustauschsegment (18) über das Trennsegment (15') miteinander in eine Wirkverbindung gebracht sind und die Segmente (15; 18) auf einem Siebbodeneinsatz (16) angeordnet sind.

5. Photobioreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennsegment (15) durch eine Bypassleitung (19) gespeist wird, dessen Abfluß am Boden des Sammel- und Ausgleichsbehälters (14) hin gerichtet ist und einer Behälterabdeckung (33') mit Einrichtungen für eine flexible Höheneinstellung vorgesehen ist, die eine Behälterkopfbelüftung (28) trägt.

6. Photobioreaktor nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennsegment (15) 10 % bis 20 % des Volumens des Sammel- und Ausgleichsbehälters (14) einnimmt.

7. Photobioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (20) über einem Gasaustauschsegment (18) geöffnet ist, und die Suspension aus der Kultivationseinrichtung zurückströmend, im freien Fall in das Gasaustauschsegment (18) des Sammel- und Ausgleichsbehälters (14) gelangt und seinen Sauerstoff abgibt.

8. Photobioreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebbodeneinsatz (16), als Prallblech ausgebildet, eine Gaze trägt und im Sammel- und Ausgleichsbehälter (14) den Einlaßströmen aus den Leitungen (19;20) entgegengerichtet eingeordnet ist.

9. Photobioreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebbodeneinsatz (16) als Multifunktionskonditionierungseinheit (MFKE) (34) ausgebildet, vertikal bewegbar im Sammel- und Ausgleichsbehälter (14) angeordnet ist.

10. Photobioreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebbodenöffnungen ohne aufgelegte Gaze (35) so ausgebildet sind, daß ein Biomassestrom den Siebboden (16) passieren kann und Beimengungen zurückgehalten werden.

11. Photobioreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebbodenöffnungen eine Größe von 0,5 mm bis 5 mm/Durchm. und das Gasaustauschsegment (18) und das Trennsegment (15) unterschiedliche Siebboden aufweisen.

12. Photobioreaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beimengungen aus inertem Material als Polystyrol- oder Polypropylenkügelchen ausgebildet sind und dem Suspensionsstrom während des Kultivationsprozesses zum Entfernen von Anhaftungen beigegeben werden.

13. Photobioreaktor nach Anspruch 1 und den nachfolgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung seiner Funktions- und Regelungselemente auf einer stationären Grundplatte (4) vorgenommen ist.

14. Photobioreaktor nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivationseinrichtung (3) durch eine variable Anordnung ihrer Photosynthesesegmente (3') in ihrem Nutzvolumen variabel ausgebildet ist.

15. Photobioreaktor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Leistung mittels Stufung der angeordneten Anzahl der Photosynthesesegmente (3¹) und Untereinheiten (22) der Kultivationseinrichtung (3) erfolgt.

16. Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterkopfbelüftung (28) am Sammel- und Ausgleichsbehälter (14) vorgesehen ist, aus einer Gasversorgungseinrichtung (29) und einem Gasfilter (30) besteht, über einen Gaseingang (31) in den Behälter (14) eintritt.

17. Photobioreaktor nach Anspruch 1 und mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammel- und Ausgleichsbehälter (14) eine Behälterkopfabdeckung trägt, die höhenverstellbar mit dem Behälter (14) in eine Verbindung gebracht ist und über den Belüftungseingang (31) und einen -ausgang (32) verfügt.