PL219036B1

PL219036B1 - Photobioreactor for the production of biomass, especially from algae

Info

Publication number: PL219036B1
Application number: PL396363A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Parzymies
Original assignee: Tomasz Parzymies
Priority date: 2011-09-17
Filing date: 2011-09-17
Publication date: 2015-03-31
Also published as: PL396363A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest fotobioreaktor do produkcji biomasy zwłaszcza z glonów, w którym wykorzystywane są promienie słoneczne. Fotobioreaktory są fermentorami, w których hoduje się drobnoustroje fototropowe, takie jak glony, bakterie cyjanowe i bakterie purpurowe, i w których także umożliwia się wzrost i rozmnażanie tych komórek lub intensyfikację produkcji rożnych substancji za pomocą komórek fototropowych.The subject of the invention is a photobioreactor for the production of biomass, especially from algae, in which the sun's rays are used. Photobioreactors are fermentors in which phototropic microorganisms, such as algae, cyanic bacteria and purple bacteria, are cultivated, and in which these cells are also allowed to grow and reproduce or intensify the production of various substances by means of phototropic cells.

Takie fotobioreaktory, mające przestrzeń reakcyjną z materiału przepuszczalnego dla światła.Such photobioreactors, having a reaction space of light-permeable material.

Z opisu patentowego PL 191853 znany jest fotobioreaktor mający przestrzeń reakcyjną z materiału przepuszczalnego dla światła, która ma rozwinięcie powierzchni większe niż prostopłaszczyznowa, okrywająca powierzchnia objętości. W tym bioreaktorze przestrzeń reakcyjna oprócz zwiększonej powierzchni posiada wyposażenie nadające burzliwość przepływowi strumienia, którą można osiągnąć przez zastosowanie geometrii przestrzeni reakcyjnej. Burzliwy przepływ strumienia można ponadto uzyskać przez wbudowanie mieszaczy (łamaczy strumienia).From the patent description PL 191853 there is known a photobioreactor having a reaction space made of a light-permeable material which has a surface development greater than a rectangular covering surface of the volume. In this bioreactor, the reaction space, in addition to the increased surface area, has equipment for turbulence in the stream flow, which can be achieved by using the geometry of the reaction space. Turbulent stream flow can furthermore be achieved by incorporating mixers (flow breakers).

Z opisu patentowego EP 1996932584 znany jest rotacyjny słoneczny fotobioreaktor do produkcji biomasy.From the patent description EP 1996932584 a rotary solar photobioreactor for the production of biomass is known.

Fotobioreaktor według wynalazku wykonany jest w kilku wersjach różniących się kształtem. W pierwszej wersji ma kształt stożka i jest wyposażony w napęd wprawiający go w ruch obrotowy. W innej wersji posiada ramę składającą się z kilku równo ułożonych pionowych podpór i łączących pionowych rozporek, w których osadzony jest obrotowo cylindryczny korpus wyposażony w urządzenie napędowe. Jeszcze w innej wersji fotobioreaktor wyposażony jest w umieszczone promieniowo półkoliste płyty z kanałami, w których przemieszczają się glony.The photobioreactor according to the invention is made in several versions differing in shape. In the first version, it has the shape of a cone and is equipped with a drive that makes it rotate. In another version, it has a frame consisting of several evenly aligned vertical supports and connecting vertical struts in which a cylindrical body equipped with a driving device is rotatably mounted. In yet another version, the photobioreactor is equipped with radially arranged semicircular plates with channels through which the algae move.

Istotą wynalazku jest fotobioreaktor do produkcji biomasy, zwłaszcza z glonów, zawierający podstawę i powłokę wykonaną z materiału przepuszczającego promienie świetlne, zaopatrzoną u góry w wylot tlenu O2, połączony od spodu przewodami do przemieszczania biomasy, wyposażonymi w pompy oraz przewodem dostarczającym dwutlenek węgla CO2 z saturatora ze zbiornikiem do przechowywania wodnej zawiesiny glonów, wyposażonym w mierniki oraz regulatory temperatury i odczynu pH, i połączonym przewodem z dozownikiem substratu zawierającym odżywkę a ponadto zaopatrzony w odbłyśniki usytuowane po stronie przeciwnej do źródła światła, charakteryzujący się tym, że powłoka ma kształt czaszy kulistej z obrzeżem zamocowanym szczelnie do podstawy a w środku tej czaszy, w podstawie osadzona jest pionowo dysza ze szczelinami wypływowymi, którymi do przestrzeni reakcyjnej dostarczana jest zawiesina glonów wraz z pożywką.The essence of the invention is a photobioreactor for the production of biomass, especially from algae, containing a base and a shell made of a material transmitting light rays, equipped with an O2 oxygen outlet at the top, connected from the bottom by pipes for biomass transfer, equipped with pumps and a pipe supplying carbon dioxide CO2 from the saturator with a reservoir for storing an aqueous algae suspension, equipped with meters and regulators for temperature and pH, and connected by a conduit to a substrate dispenser containing a nutrient, and further equipped with reflectors located on the side opposite to the light source, characterized by the fact that the coating has the shape of a spherical bowl with with a rim tightly attached to the base, and in the center of this canopy, a vertically mounted nozzle with outflow slots is placed in the base, through which the algae suspension with the nutrient solution is supplied to the reaction space.

Dysza jest osadzona obrotowo i jest wyposażona w urządzenie napędowe, przez co istnieje możliwość regulacji jej prędkości obrotowej a tym samym regulacji czasu wypływu substratów i przebywania wewnątrz przestrzeni reakcyjnej a ponadto ma w przekroju poprzecznym kształt gwiazdy natomiast szczeliny wypływowe są usytuowane promieniowo względem środka dyszy.The nozzle is rotatably mounted and is equipped with a driving device, thanks to which it is possible to adjust its rotational speed and thus regulate the time of outflow of the substrates and stay inside the reaction space, and moreover, it has a star-shaped cross-section, while the outflow slots are located radially in relation to the center of the nozzle.

Korzystnie jest gdy szczeliny wypływowe są usytuowane mimośrodowo względem środka dyszy, przez co, osadzona obrotowo dysza zostaje wprawiona w ruch obrotowy bez potrzeby instalowania urządzenia napędowego.The flow slots are preferably eccentric to the center of the nozzle, whereby the rotatably mounted nozzle is made to rotate without the need to install a driving device.

Szczeliny wypływowe są w części, zwłaszcza dolnej, przysłonięte, przez co uzyskuje się równomierny wypływ strumienia na całej wysokości dyszy. Korzystnie jest, gdy wysokość dyszy „h” jest nie większa niż 4/5 wysokości „H” czaszy powłoki, przez co strumienie wypływające z górnych części szczelin wylotowych swobodnie rozbryzgują się w przestrzeni reakcyjnej a nie uderzają na wewnętrzną ścianę powłoki. Fotobioreaktor wyposażony jest w odbłyśnik, o postaci heliostatu. Powłoka wykonana jest ze szkła lub pleksiglasu lub folii ETFE. (folia - etylen tetrafluoroetylen) ale mogą być użyte inne tworzywa przepuszczające promienie słoneczne.The outflow slots are covered in their part, especially in the lower part, which ensures an even flow of the stream over the entire height of the nozzle. Preferably, the height of the nozzle "h" is not greater than 4/5 of the height "H" of the shell, whereby the jets flowing from the tops of the outlet slots spray freely into the reaction space and do not strike the inner wall of the shell. The photobioreactor is equipped with a reflector in the form of a heliostat. The shell is made of glass or plexiglass or ETFE foil. (foil - ethylene tetrafluoroethylene) but other materials transmitting sunlight may be used.

Fotobioreaktor według wynalazku pozwala na dystrybucję wodnej zawiesiny wraz z glonami i substancjami odżywczymi w postaci strumieniowo-kurtynowej z obrotowymi kurtynami. Zapewnia to, że w całej przestrzeni reakcyjnej, niezależnie od miejsca w fotobioreaktorze osiągnięta jest jednakowo wysoka aktywność fotosyntezy. Uzyskana powierzchnia optymalnej fotosyntezy jest wielokrotnie większa niż w innych fotobioreaktorach.The photobioreactor according to the invention allows the distribution of the aqueous suspension with algae and nutrients in a stream-curtain form with rotating curtains. This ensures that an equally high photosynthetic activity is achieved throughout the reaction space, irrespective of where it is located in the photobioreactor. The obtained area of optimal photosynthesis is many times larger than in other photobioreactors.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym:The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, where:

Fig. 1 przedstawia schematycznie całe urządzenie,Fig. 1 shows schematically the entire device,

Fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny przez czaszę fotobioreaktora,Fig. 2 shows a longitudinal section through the photobioreactor canopy,

Fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny przez dyszę ze szczelinami odchodzącymi promieniście,Fig. 3shows a cross-section through a die with radially extending slots,

PL 219 036 B1PL 219 036 B1

Fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny przez dyszę ze szczelinami odchodzącymi mimośrodowo.Fig. 4 shows a cross-section through a die with eccentrically extending slots.

P r z y k ł a d wykonaniaW o rkle example

Fotobioreaktor do produkcji biomasy z glonów zawiera podstawę 1 i powłokę 2 wykonaną ze szkła. W górnej części powłoki 2 znajduje się wylot 3 tlenu O2. Fotobioreaktor połączony jest od spodu przewodami 4 do przemieszczania biomasy 11 ze zbiornikiem 8 do przechowywania wodnej zawiesiny glonów. Przewody 4 wyposażone są w pompy 5 a biomasa doprowadzana jest do wnętrza czaszy wlotem 17 i kierowana jest następnie do osadzonej obrotowo w środku 16 czaszy kulistej dyszy 15, która w przekroju poprzecznym ma kształt gwiazdy i do szczelin wypływowych 19. Szczeliny wypływowe 19 usytuowane są mimośrodowo względem środka dyszy 15. Wysokość dyszy „h” wynosi 3/5 wysokości „H” czaszy powłoki. Z wnętrza fotobioreaktora biomasa odprowadzana jest wylotem 18. Do wnętrza czaszy oraz do zbiornika 8 dostarczany jest ponadto przewodem 6 dwutlenek węgla CO2 z saturatora 7. Zbiornik 8 wyposażony jest w miernik i regulator 9 temperatury oraz miernik i regulator 10 odczynu pH. Do zbiornika 8 doprowadzony jest przewodem 12 dozownik 13 substratu zawierający odżywkę. Po stronie przeciwnej do źródła światła, znajduje się odbłyśnik 14, który ma postać heliostatu.The photobioreactor for the production of algae biomass comprises a base 1 and a shell 2 made of glass. At the top of shell 2 there is an oxygen outlet 3 O2. The photobioreactor is connected at the bottom by the lines 4 for moving the biomass 11 to the reservoir 8 for storing the aqueous algae suspension. The pipes 4 are equipped with pumps 5 and the biomass is supplied to the inside of the bowl through the inlet 17 and then directed to the spherical nozzle 15 rotatably mounted in the center 16, which has a star-shaped cross-section, and to the outflow slots 19. relative to the center of the nozzle 15. The height of the nozzle "h" is 3/5 of the height "H" of the shell. From the inside of the photobioreactor, the biomass is discharged through an outlet 18. In addition, carbon dioxide CO2 from the saturator 7 is supplied through a conduit 6 to the inside of the bowl and to the tank 8. The tank 8 is equipped with a temperature meter and regulator 9, as well as a pH meter and regulator 10. A substrate dispenser 13 containing a nutrient is connected to the reservoir 8 via a conduit 12. On the side opposite to the light source is a reflector 14 which is in the form of a heliostat.

Claims

1. A photobioreactor for the production of biomass, in particular from algae, containing a base and a shell made of a material transmitting light rays, equipped with an O2 oxygen outlet at the top, connected at the bottom with biomass transfer lines, equipped with pumps and a line supplying carbon dioxide CO2 from the saturator with a tank for storing an aqueous algae suspension equipped with meters and regulators of temperature and pH, and connected by a conduit to a substrate dispenser containing a nutrient, and further equipped with reflectors located on the side opposite to the light source, characterized in that the coating (2) has the shape of a spherical bowl with a nozzle (15) with outflow slots (19) is mounted vertically in the base (1) with a rim tightly attached to the base (1) and in the center (16) of the canopy, in the base (1).

2. A photobioreactor according to claim The method of claim 1, characterized in that the nozzle (16) has a drive.

3. The photobioreactor according to claim 1, A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the nozzle (15) is rotatably mounted.

4. A photobioreactor according to claim 1, 3. A method as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the outflow slots (19) are partially obstructed.

5. A photobioreactor according to claim 1, 3. The method of any of the preceding claims, characterized in that the height of the nozzle "h" is not greater than 4/5 of the height "H" of the shell (2).

6. A photobioreactor according to claim 1, 5. The nozzle as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the nozzle (15) has a star-shaped cross-section and the discharge slots (19) are arranged radially in relation to the center of the nozzle (15).

7. The photobioreactor according to claim 1 3. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the discharge slots (19) are located eccentrically with respect to the center of the nozzle (15).

8. A photobioreactor according to claim 1, 3. The method of any of the preceding claims, characterized in that the reflector (14) is in the form of a heliostat.

9. The photobioreactor according to claim 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the coating (2) is made of glass or plexiglass or ETFE foil.