RS64292B1 - Fotobioreaktor - Google Patents

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na fotobioreaktor, sistem i postupak za tretman otpadne vode na bazi algi.

POZADINA PRONALASKA

[0002] Kontrola nivoa fosfata u tretiranoj otpadnoj vodi važan je izazov za industriju otpadnih voda. Trenutni postupci za redukovanje nivoa fosfata otpadne vode na prihvatljiv nivo tipično sadrže upotrebu flokulanata, kao što je na primer gvožđe sulfat. Ovi postupci su skupi, stvaraju toksični otpad i zahtevaju pažljivu optimizaciju procesa kako bi se sprečilo da se prekorače efluentne regulacije za jedinjenja gvožđa i fosfate. Ovi postupci mogu takođe rezultovati neefikasnim uklanjanjem fosfata i/ili bega jedinjenja gvožđa u rečne tokove što može dovesti do oštećenja životne sredine.

[0003] Otkriveno je da se alge mogu upotrebljavati kako bi se značajno redukovao sadržaj fosfata u otpadnoj vodi. Alge su generalno izložene otpadnoj vodi unutar fotobioreaktora. Konvencionalni postupci i sistemi za upotrebu algi za prečišćavanje otpadne vode imaju brojne nedostatke uključujući to što zahtevaju veliku količinu prostora, probleme sa kontaminacijom, potrebu za energijom, osetljivost na vremenske uslove, i neprikladnost za upotrebu u industrijskoj razmeri. Na primer, konvencionalni sistemi tipično upotrebljavaju sunčevu svetlost i kultivisanje na otvorenom. Ovi sistemi su prema tome ograničeni na regione sa optimalnim uslovima i kao rezultat imaju redukovanu efikasnost i ograničavaju obim upotrebe ovih sistema za prečišćavanje otpadne vode sa algama u industrijskoj razmeri.

[0004] Primeri konvencionalnih sistema opisani su u US 2011/107664, US 2011/247977 i US 2011/266215. US 2011/107664 opisuje sistem kultivisanja za alge, pri čemu se alge ispuštaju iz sistema u otvoreno jezero za tretman otpadne vode. US 2011/247977 opisuje sistem otvorenog rezervoara za tretman otpadne vode, u kom se upotrebljavaju osvetljenje sa gornje strane i membrana za razdvajanje za odvajanje tretirane vode od mikroalgi iz rezervoara. I US 2011/266215 opisuje sistem u kom se otpadna voda prethodno tretira hranljivim materijama i metalima u tragovima, i meša sa aktiviranim algama koje se vraćaju, pre nego što se introdukuje u generički fotobioreaktor.

[0005] Prema tome postoji potreba za poboljšanim fotobioreaktorom koji rešava jedan ili više problema povezanih sa konvencionalnim sistemima za prečišćavanje otpadne vode. Konkretno, postoji potreba za poboljšanim fotobioreaktorom koji se može upotrebljavati u industrijskoj razmeri za prečišćavanje otpadne vode sa poboljšanom efikasnošću.

SAŽETAK PRONALASKA

[0006] U skladu sa prvim aspektom, predmetni pronalazak obezbeđuje fotobioreaktor za tretman otpadne vode koja uključuje kontaminante, pri čemu fotobioreaktor sadrži:

komoru za tretman koja ima osnovu i jedan ili više zidova komore koji se protežu od osnove, i uzdužne ose, komora za tretman je aranžirana za prijem kulture algi koje imaju biomasu;

uvod vode za dovod otpadne vode u navedenu komoru za tretman;

najmanje jedan izvor svetlosti obezbeđen u navedenoj komori za tretman, pri čemu je taj ili svaki izvor svetlosti operativan da obezbedi svetlost takvoj kulturi koja se nalazi u komori za tretman

difuzor gasa lociran preko cele osnove komore za tretman, i koji je operativan da obezbedi difuzni tok vazduha u komoru za tretman;

prvi izvod vode aranžiran za uklanjanje tretirane vode iz komore za tretman; pri čemu je izvod vode dodatno aranžiran za upotrebu da selektivno uklanja jedan deo takve biomase kulture algi proizvedene unutar navedene komore za tretman kada takva biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo kako bi se održala kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura algi unutar navedene komore za tretman;

drugi izvod vode aranžiran za selektivno uklanjanje jednog dela biomase kulture algi proizvedene unutar navedene komore kada navedena biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo kako bi se održala biomasa kulture algi unutar unapred određenog maksimalnog nivoa unutar navedene komore za tretman; i

najmanje jednu membranu lociranu unutar komore, pri čemu najmanje jedna membrana ima periferiju, i cela periferija membrane je u kontaktu sa jednim ili više zidova komore, i pri čemu je najmanje jedna membrana aranžirana između prvog i drugog izvoda tako da zadrži navedenu kulturu algi unutar komore dok omogućava da se tretirana voda ukloni pomoću navedenog prvog izvoda vode.

[0007] U skladu sa drugim aspektom, predmetni pronalazak obezbeđuje postupak prečišćavanja otpadne vode koji sadrži dovođenje u kontakt kulture algi sa uvodom otpadne vode u fotobioreaktoru ili sistemu kao što je ovde opisano kako bi se proizvela biomasa algi i izvod tretirane otpadne vode.

[0008] Primeri izvođenja predmetnog pronalaska preme tome, povoljno, obezbeđuju efikasan, visokoproduktivan, sve-klimatski, interno osvetljen, kontinuiran ili suštinski kontinuiran fotobioreaktor i njegovu upotrebu za prečišćavanje otpadne vode. Fotobioreaktor je poželjno potpuno izolovan od kontaminirajuće životne sredine.

[0009] Termin "kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura" ovde se upotrebljava kako bi se označila kultura koja je prisutna u komori fotobioreaktora tokom celog procesa tretmana, dok istovremeno omogućava sakupljanje jednog dela biomase kada biomasa unutar komore dostigne unapred određeni maksimalni nivo. Nije potrebna dodatna kultura za dodavanje u komoru. Kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura je prisutna unutar komore u koncentraciji od najmanje unapred određenog minimalnog nivoa. Uklanjanje biomase uzrokuje razblaživanje kulture unutar komore tokom procesa tretmana. Razblaživanje kulture se kontroliše tako da koncentracija kontinuirane ili suštinski kontinuirane kulture unutar komore ne padne ispod unapred određene minimalne vrednosti.

[0010] Fotobioreaktor može biti aranžiran tako da vreme zadržavanja biomase unutar komore bude nezavisno od vremena zadržavanja vode unutar komore. Odvajanjem hidrauličkog vremena zadržavanja od vremena zadržavanja biomase, tretirana voda može kontinuirano da teče kroz fotobioreaktor od uvoda do izvoda, omogućavajući konstantno novo dodavanje otpadne vode i povoljno povećavajući maksimalni kapacitet biomase. Fotobioreaktor prema tome omogućava značajno povećanje otpadne vode koja se može tretirati datom zapreminom kulture algi. Biomasa se može sakupljati kada biomasa dostigne unapred određenu maksimalnu granicu.

[0011] Komora može imati bilo koji pogodan oblik, na primer komora može biti suštinski cilindričnog oblika. Izvod može da sadrži prvi izvod aranžiran za upotrebu za omogućavanje kontinuiranog protoka tretirane vode iz komore i drugi izvod aranžiran za upotrebu da selektivno uklanja jedan deo biomase. Biomasa se može ukloniti sa tretiranom otpadnom vodom. Aranžman prvog i drugog izvoda može biti takav da rastojanje između prvog izvoda i osnove komore može biti veće od rastojanja između drugog izvoda i osnove komore. Prvi i drugi izvodi mogu biti poravnati duž pravca koji se proteže suštinski paralelno sa uzdužnom osom komore.

[0012] Fotobioreaktor bi se mogao instalirati pred kraj postojećih sistema za tretman otpadne vode. Na primer, fotobioreaktor se može upotrebljavati kao završna faza poliranja na kraju postojećih sistema za tretman otpadne vode.

[0013] Održavanje kontinuirane ili suštinski kontinuirane kulture ima prednost da se proizvedena biomasa može redovno sakupljati dok se i dalje održava aktivna kultura visoke gustine unutar fotobioreaktora. Fotobioreaktor iz predmetnog pronalaska može ponuditi potencijal za uštedu prostora u poređenju sa konvencionalnim sistemima. Povoljno, fotobioreaktor i postupak iz pronalaska mogu da obezbede visoku propusnu stopu tretmana vode dok i dalje obezbeđuju sakupljanje biomase. Biomasa se može sakupljati stopom koja je uporediva sa uzgojem i sakupljanjem jedne serije u nekontinuiranom konvencionalnom sistemu. Sakupljena biomasa se zatim može introdukovati u anaerobni digestor, na primer za proizvodnju gasa.

[0014] Postupak može dodatno da sadrži određivanje stope povećanja/rasta biomase i upoređivanje sa unapred određenom biomasom/brojem ćelija, na primer idealnom biomasom/brojem ćelija, i redovno razblaživanje kulture u skladu sa tim. Kultura se može razblaživati svaka 24 sata kako bi se održala biomasa na ovom unapred određenom nivou. Kultura se može razblaživati za na primer 20% svaka 24 sata.

[0015] Najmanje jedan izvor svetlosti može biti kalibrisan da emituje svetlost pretežno na talasnim dužinama koje poboljšavaju fotosintezu. Najmanje jedan izvor svetlosti se prema tome može kalibrisati kako bi se omogućila efikasnija stopa rasta kulture. Hlorofil je najefikasniji u apsorbovanju crvene svetlosti. Svetlost drugih talasnih dužina se samo delimično apsorbuje. Najmanje jedan izvor svetlosti je poželjno kalibrisan da obezbedi svetlost koja ima pretežno talasnu dužinu u regionu od 620 do 645 nm, na primer da obezbedi crvenu svetlost. Izvor svetlosti može da emituje svetlost koja ima veći udeo crvene svetlosti od plave svetlosti. Kalibracijom talasne dužine izvora svetlosti postupak i fotobioreaktor iz pronalaska obezbeđuju poboljšanu efikasnost i uštedu energije pošto se energija ne troši na talasne dužine koje kultura ne upotrebljava koje se gube kao toplota.

[0016] Najmanje jedan izvor svetlosti može da sadrži najmanje jednu diodu koja emituje svetlost (LED). LED-ovi imaju ogroman potencijal za uštedu energije čineći veštačko osvetljenje fotobioreaktora isplativim.

[0017] Fotobioreaktor može da sadrži najmanje jedan izvor svetlosti u obliku izdužene kolone. Na primer, najmanje jedna LED može biti u obliku izdužene kolone. Izdužena kolona može biti aranžirana tako da se proteže unutar komore u pravcu koji se proteže suštinski paralelno sa uzdužnom osom komore. Na primer, izdužena kolona može biti aranžirana tako da se proteže u pravcu koji se proteže suštinski pod pravim uglom na osnovu komore. Najmanje jedna izdužena kolona može biti razmaknuta jedna od druge kako bi se obezbedila ujednačena pokrivenost svetlom, na primer ujednačen intenzitet svetlosti unutar komore.

[0018] Izvor(i) svetlosti mogu biti programabilni. Na primer, LED(ovi) mogu biti visokofrekventno(a) trepereće(a) svetlo(a) (FLE). Visokofrekventno(a) trepereće(a) svetlo(a) se može podesiti da kontroliše količinu svetlosti koja utiče na kulturu.

[0019] Fotosintetska reakcija koja se dešava u hlorofilu u kulturi odvija se sa maksimalnom energetskom efikasnošću. Reakcija se može podeliti na dva dela; reakcioni centri koji zavise od svetlosti i mraka. U početku reakcija koja zavisi od svetlosti u hlorofilu hvata energiju dolazne svetlosti u centar za prijem svetlosti. Kroz niz hemijskih reakcija početna energija se prenosi u reakcioni centar koji zavisi od mraka za upotrebu u dodatnim fotosintetskim reakcijama. Reakcioni centar koji zavisi od svetlosti može da apsorbuje samo određenu količinu energije u sekundi pre nego što reakcioni centar postane zasićen. Ukoliko se višak svetlosti prenese u reakcioni centar koji zavisi od svetlosti, npr. neprekidnim osvetljenjem, ova energija se gubi. Ova izgubljena energija ima potencijal da dovede do fotoizbeljivanja koje može redukovati efikasnost fotosinteze. Fotoizbeljivanje takođe može izazvati trajno oštećenje ćelije.

[0020] Upotreba visokofrekventnih treperećih svetala povoljno omogućava da se emisija svetlosti kontroliše tako da se svetlosna energija obezbeđuje samo kada je reakcija fotosinteze zavisna od svetlosti prijemčiva za energiju. U skladu sa tim, upotreba visokofrekventnih treperećih svetala pomaže u sprečavanju prekomernog zasićenja reakcionog centra koji zavisi od svetlosti i kao takva pomaže da se poveća produktivnost reakcija fotosinteze u ćelijama.

[0021] Povoljno je pronađeno da upotreba visokofrekventnih treperećih svetala pomaže da se proizvede značajno povećanje populacije i gustine kulture. Kao takvi, fotobioreaktor i postupak iz primera izvođenja predmetnog pronalaska mogu se upotrebljavati za prečišćavanje otpadne vode sa poboljšanom efikasnošću u poređenju sa konvencionalnim sistemima.

[0022] Stopa treperenja visokofrekventnih treperećih svetala je poželjno aranžirana za upotrebu da trepere tako da je odnos vremenskog perioda u kome se svetlost emituje prema vremenskom periodu u kome se svetlost ne emituje približno 1:2. Visokofrekventna trepereća svetla mogu biti aranžirana za upotrebu da trepere stopom koja emituje 10 mikrosekundi svetlosti na svakih 20 mikrosekundi mraka. Upotreba visokofrekventnih treperećih svetala takođe ima dodatnu prednost obezbeđivanja značajne uštede energije u poređenju sa izvorom svetlosti koji ne treperi.

[0023] Štaviše, ćelije kulture mogu biti oštećene upotrebom svetlosti čiji je intenzitet veći od graničnog intenziteta. Međutim, povoljno je pronađeno da fotobioreaktor može da upotrebljava visokofrekventna trepereća svetla da emituju svetlost sa intenzitetom iznad graničnog intenziteta bez izazivanja oštećenja kulture. Podnosilac prijave je pronašao da kada se upotrebljavaju visokofrekventna trepereća svetla, ovaj povećani intenzitet svetlosti svetlosnog impulsa nije obezbeđen dovoljno dugo da ošteti fotosintetske mehanizme unutar ćelija.

[0024] Fotobioreaktor može prema tome omogućiti da svetlost iz izvora svetlosti prodre u većoj meri, na primer na veću dubinu unutar kulture od konvencionalnih sistema zbog obezbeđivanja treperećeg izvora svetlosti koji emituje svetlosne impulse povećanog intenziteta, na primer intenziteta većeg od graničnog intenziteta. Povećana udaljenost prodiranja unutar kulture povećava fotoaktivni sloj kulture. Dubina fotoaktivnog sloja jedno je od glavnih ograničenja konvencionalnih fotobioreaktora. Konvencionalni bioreaktori, koji imaju kontinuirano osvetljenje, dizajnirani su sa malim kapacitetima kako bi se redukovao gubitak svetlosne energije koji rezultuje od toga što je fotoaktivni sloj kratak.

[0025] Izvor svetlosti može biti izvor svetlosti promenljivog intenziteta. U skladu sa tim, tokom upotrebe intenzitet svetlosti izvora svetlosti može biti promenljiv. Postupak može dodatno da sadrži podešavanje intenziteta svetlosti izvora svetlosti tokom procesa tretmana otpadne vode. Intenzitet svetlosti može se menjati kao odgovor na povećanje gustine kulture. Na primer, kako proces tretmana napreduje i gustina kulture se povećava unutar fotobioreaktora, intenzitet svetlosti se može povećati. Intenzitet svetlosti izvora svetlosti može direktno zavisiti od gustine kulture. Intenzitet svetlosti izvora svetlosti može se povećati kao funkcija vremena kako se proces tretmana nastavlja. Intenzitet svetlosti se može povećati tokom unapred određenog vremenskog perioda. Intenzitet svetlosti izvora svetlosti može se kontrolisati ili menjati tako da se obezbedi potreban nivo osvetljenja kulturi za svaku fazu procesa.

[0026] Fotobioreaktor može dodatno da sadrži izolacioni sloj. Izolacioni sloj se može aranžirati za upotrebu da reguliše/kontroliše toplotu unutar komore. Svaki uvod i/ili izvod(i) otpadne vode mogu da sadrže ventil.

[0027] Fotobioreaktor sadrži najmanje jednu membranu. Na primer, fotobioreaktor može da sadrži membranu koja je aranžirana za upotrebu kako bi se obezbedilo da se održava sterilnost kulture. Prva membrana može biti pozicionirana pored ili na uvodu otpadne vode u komoru za tretman.

[0028] Fotobioreaktor sadrži membranu aranžiranu za upotrebu da zadrži kulturu unutar komore za tretman dok omogućava da tretirana otpadna voda prođe kroz izvod. Veličina pora membrane je poželjno odabrana da zadrži biomasu unutar navedene komore. Na primer, membrana može biti locirana pored ili na izvodu tretirane vode i biomase. Membrana može biti pomeriva između otvorenog položaja omogućavajući biomasi/tretiranoj vodi da teče kroz navedeni izvod i zatvorenog položaja u kome se biomasa zadržava unutar komore i tretirana voda teče kroz izvod. Membrana može biti aranžirana za upotrebu da bude pomerena u otvoreni položaj kada biomasa unutar komore dostigne unapred određeni maksimalni nivo.

[0029] Komora sadrži prvi izvod za uklanjanje tretirane otpadne vode i drugi izvod aranžiran za upotrebu za selektivno uklanjanje jednog dela biomase. Membrana je aranžirana unutar komore tako da je locirana između navedenog prvog i drugog izvoda. Membrana je aranžirana za upotrebu da zadrži biomasu unutar komore dok omogućava da se tretirana otpadna voda ukloni pomoću prvog izvoda. Membrana može biti aranžirana unutar komore za tretman tako da se pruža pod uglom, na primer, suštinski pod pravim uglom, na uzdužnu osu komore na unapred određenoj visini iznad osnove komore. Cela periferija membrane je u kontaktu sa zidovima komore. Membrana je poželjno locirana unutar komore ispod prvog izvoda, na primer bliže osnovi komore nego prvi izvod. Drugi izvod je poželjno aranžiran bliže osnovi komore nego membrana. U ovom aranžmanu, membrana sprečava da se biomasa ukloni iz komore pomoću prvog izvoda. Veličina pora membrane je poželjno odabrana da zadrži biomasu unutar navedene komore.

[0030] Komora dodatno sadrži difuzor gasa. Difuzor gasa je aranžiran tako da se proteže preko cele osnove komore. Difuzor gasa je poželjno aranžiran tako da spreči mrtve zone i da obezbedi čišćenje bočnih strana komore i/ili unutrašnjeg izvora svetlosti. Vazduh unutar komore teče nagore od navedene osnove komore. Komora može dodatno da sadrži nanodifuzor ugljen-dioksida.

[0031] Postupak iz predmetnog pronalaska rezultuje formiranjem biomase algi tokom tretmana otpadne vode. Energija vezana u celom ćelijskom materijalu biomase algi može se ekonomski izdvojiti pomoću anaerobne digestije upotrebom bakterija. Postupak prema tome može dodatno da sadrži dovođenje u kontakt navedene biomase sa najmanje jednim bakterijskim sojem za anaerobnu digestiju navedene biomase. Biomasa se poželjno dovodi u kontakt sa najmanje jednim bakterijskim sojem za anaerobnu digestiju unutar najmanje jednog anaerobnog digestora. Anaerobna digestija se može izvesti nizvodno od navedenog fotobioreaktora.

[0032] U dodatnom aspektu, predmetni pronalazak obezbeđuje sistem za otpadnu vodu koji sadrži najmanje jedan fotobioreaktor kao što je ovde opisano i najmanje jedan anaerobni digestor za prijem biomase iz jednog ili više fotobioreaktora i najmanje jedan bakterijski soj adaptiran za digestiju algi. Anaerobni digestor je poželjno adaptiran za digestiju algi. Najmanje jedan anaerobni digestor je poželjno lociran nizvodno od jednog ili više fotobioreaktora.

[0033] Sistem može da sadrži fotobioreaktor i digestor kao integralnu jedinicu.

[0034] Upotrebom procesa digestije, cela biomasa se može iskoristiti za proizvodnju gasa, kao što je na primer gas metan za energiju i ugljen-dioksid. Ugljen-dioksid se može odvojiti i upotrebiti, na primer, reciklirati kao hrana za alge unutar komore. Povoljno, tečne i čvrste frakcije ostataka nisu kontaminirane hemijskim aditivima. Tečne i čvrste frakcije mogu se upotrebiti kao tečno ili čvrsto đubrivo i/ili regenerator. Preostale frakcije mogu uključivati izdvojeni ugljenik i čistu vodu. Nije potrebna dodatna hemijska prerada, i digestija biomase algi povoljno ne proizvodi nikakav toksični otpad. Soj algi za upotrebu sa fotobioreaktorom, postupkom i sistemom iz pronalaska može biti odabran od Chlorella vulgaris, Spirulina maxima, Chlorella, Scenesmus, i Chlamydomas reinhardtii, ili njihove smeše.

[0035] Fotobioreaktor može dodatno da sadrži dodatni uvod za snabdevanje metalima, kao što su na primer zlato i lantanidi, u komoru za tretman. Metali mogu biti obezbeđeni u obliku kaše. Postupak prema tome može dodatno da sadrži korak introdukovanja metala u komoru za tretman fotobioreaktora. Kultura ingestira metal i taloži nanočestice metala unutar ćelije. Nanočestice metala su važne u savremenoj nauci i proizvodnji elektronike. Jednom kada tretirana otpadna voda i biomasa (koja sadrži ingestirane nanočestice metala) prođu u digestor, digestija algi rezultuje razbijanjem biomase i kao takva obezbeđuje lak postupak za oslobađanje nanočestica. Postupak može dodatno da sadrži korak izdvajanja nanočestica metala tokom anaerobne digestije biomase, na primer u digestoru. Metali mogu biti magnetni. Postupak može da sadrži upotrebu magnetizma za izdvajanje nanočestica ingestiranih magnetnih metala. Primeri izvođenja fotobioreaktora i postupak iz pronalaska mogu se upotrebljavati za prečišćavanje otpadne vode i za proizvodnju nanočestica metala istovremeno.

[0036] Pronađeno je da alge mogu da rastu unutar fotobioreaktora značajnom stopom i kao takva kultura može biti razblažena za više od 20% dnevno. Kombinovanjem nekoliko kontinuiranih ili suštinski kontinuiranih fotobioreaktora, pronađeno je da kombinacija može proizvesti biomasu koja je veća od količine kulture koja se upotrebljava unutar jednog fotobioreaktora u toku jednog dana za digestiju dok se i dalje održava maksimalna biomasa unutar jednog ili više fotobioreaktora. Sistem može da sadrži anaerobni digestor za prijem biomase iz mnoštva fotobioreaktora.

[0037] Sistem može dodatno da sadrži separator aranžiran za upotrebu da odvaja tretiranu vodu od tretirane vode i biomase dobijene iz izvoda fotobioreaktora, na primer separator je poželjno lociran između fotobioreaktora i digestora.

[0038] Upotreba algi za prečišćavanje otpadne vode može da obezbedi potencijal za značajnu proizvodnju gasa, tretman vode i profit. Povoljno, fotobioreaktor i postupak iz pronalaska eliminišu ograničenje većine obnovljivih izvora energije, tj. promenljivo snabdevanje vetrom, suncem ili drugim parametrima životne sredine.

[0039] Biogas koji se proizvodi anaerobnom digestijom biomase unutar anaerobnog(ih) digestora može se sakupljati. Biogas je poželjno metan. Anaerobni digestor(i) mogu biti aranžirani za upotrebu da proizvode metan stopom od najmanje 0,25 L CH4g VS<-1>, poželjno najmanje 0,5 L CH4g VS<-1>. Fotobioreaktor, sistem i postupak iz pronalaska mogu se upotrebljavati za proizvodnju energije, na primer električne energije. U dodatnom aspektu, obezbeđen je postupak za generisanje električne energije koji sadrži upotrebu biogasa generisanog postupkom kao što je ovde opisano i pretvaranje navedenog biogasa u električnu energiju upotrebom generatora energije.

[0040] Dok je pronalazak opisan iznad, on se proteže na bilo koju pronalazačku kombinaciju svojstava navedenih iznad ili u opisu koji sledi. Iako su ilustrativni primeri izvođenja pronalaska detaljno opisani ovde sa pozivanjem na priložene crteže, treba razumeti da pronalazak nije ograničen na ove precizne primere izvođenja. Kao takve, mnoge modifikacije i varijacije biće očigledne praktičarima sa iskustvom u struci. Štaviše, smatra se da se određeno svojstvo opisano bilo pojedinačno ili kao deo primera izvođenja može kombinovati sa drugim individualno opisanim svojstvima, ili delovima drugih primera izvođenja, čak i ukoliko druga svojstva i primeri izvođenja ne pominju određeno svojstvo. Stoga, pronalazak se proširuje na takve specifične kombinacije koje nisu već opisane.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0041] Pronalazak se može izvesti na različite načine i, samo kao primer, njegovi primeri izvođenja biće sada opisani, pozivajući se na prateće crteže u kojima:

Slika 1 je šematska ilustracija fotobioreaktora u skladu sa jednim primerom izvođenja pronalaska; i

Slika 2 je šematska ilustracija sistema za tretman otpadne vode u skladu sa jednim primerom izvođenja pronalaska.

[0042] U skladu sa Slikom 1, fotobioreaktor 10 sadrži cilindričnu komoru za tretman 12 koja sadrži uvod za otpadnu vodu 14, šest unutrašnjih LED-ova 16 i izvod za tretiranu vodu 18. Komora 12 je suštinski cilindričnog oblika. LED-ovi 16 su izdužene kolone. LED-ovi 16 se protežu suštinski paralelno sa uzdužnom osom komore 12. LED-ovi 16 su razmaknuti jedan od drugog unutar komore kako bi se obezbedio ujednačen intenzitet svetlosti unutar komore 12.

[0043] Uvod za otpadnu vodu 14 dodatno sadrži ventil 19 i prvu membranu 20 koja je aranžirana za upotrebu da održava sterilnost. Izvod za tretiranu vodu 18 sadrži prvi izvod 21 za održavanje kontinuiranog protoka tretirane vode. Komora 12 takođe sadrži drugu membranu 22 koja se proteže suštinski pod pravim uglom na uzdužnu osu komore 12. Druga membrana 22 je locirana bliže osnovi komore 12 nego prvi izvod 20. Druga membrana 22 je locirana na visini između uvoda 14 i prvog izvoda 20. Cela periferija druge membrane 22 je u kontaktu sa zidovima komore 12. Druga membrana 22 je odabrana tako da spreči biomasu da protiče kroz prvi izvod 20.

[0044] Komora sadrži drugi izvod 24 aranžiran za upotrebu da selektivno uklanja jedan deo biomase proizvedene unutar navedene komore 12 kada navedena biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo tako da se održava kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura algi unutar navedene komore 12. Prvi izvod 20 je lociran na unapred određenom rastojanju iznad drugog izvoda 24. Drugi izvod 24 je lociran bliže osnovi komore 12 nego druga membrana 22.

[0045] Komora 12 dodatno sadrži difuzor gasa 26 na osnovi 28 komore 12. Difuzor 26 je aranžiran tako da se proteže preko cele osnove 28 komore 12. Difuzor 26 je aranžiran tako da spreči mrtve zone unutar komore 12 i da obezbedi čišćenje strana komore 12 i/ili unutrašnjeg izvora svetlosti. Vazduh 30 unutar komore 12 struji nagore od navedene osnove 28. Komora 12 dodatno sadrži dva nanodifuzora ugljen-dioksida 34 lociranih na suprotnim površinama komore 12.

[0046] U upotrebi, kultura algi (nije pokazano) je postavljena unutar komore 12. Kultura (nije pokazano) je postavljena prema osnovi komore 12 i na lokaciji ispod visine druge membrane 22. Otpadna voda ulazi u komoru 12 kroz uvod 14. Vazduh se introdukuje kroz osnovu 28.

Otpadna voda dolazi u kontakt sa kulturom. LED-ovi obezbeđuju svetlost kulturi. LED-ovi su aranžirani da obezbeđuju odnos crvena:plava svetlost od 3:1. LED-ovi su takođe aranžirani da budu visokofrekventna trepereća svetlost, i intenzitet svetlosti LED-ova je aranžiran za upotrebu da se povećava kako se biomasa unutar komore 12 povećava.

[0047] Tretirana voda kontinuirano teče kroz prvi izvod 20. Kultura redukuje nivo fosfata u vodi. Druga membrana 22 sprečava da se ukloni biomasa kroz prvi izvod 20. Određena je stopa rasta algi, i drugi izvod 24 se selektivno upotrebljava za uklanjanje jednog dela biomase proizvedene unutar komore 12 kada navedena biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo tako da se održava kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura algi unutar navedene komore 12. Kada je biomasa ispod unapred određenog nivoa, drugi izvod 24 je u zatvorenom položaju. Kada biomasa unutar komore 12 dostigne unapred određeni nivo, drugi izvod 24 se pomera u otvoreni položaj omogućavajući biomasi/tretiranoj vodi da teče iz komore 12.

[0048] Kada se nivo biomase unutar komore 12 pogodno smanji, izvod 24 će biti zatvoren. Na primer, može se dozvoliti da 20% biomase napusti komoru. Uklonjena biomasa i tretirana voda uklonjena kroz drugi izvod 24 zatim teče u separator (nije pokazano) koji odvaja ili filtrira biomasu iz tretirane otpadne vode. Biomasa se zatim introdukuje u anaerobni digestor. Anaerobni digestor sadrži najmanje jedan bakterijski soj za digestiju biomase. Biomasa se konvertuje unutar anaerobnog digestora (nije pokazano) u gas metan i ugljen-dioksid.

[0049] Sistem za tretman otpadne vode 50 može tipično da sadrži više fotobioreaktora. Kao što je pokazano na Slici 2, sistem za tretman otpadne vode 50 može da sadrži pet fotobioreaktora 10' kao što je pokazano na Slici 1. Svaki fotobioreaktor 10' može dodatno da sadrži uvod (nije pokazano) za dovod metala, kao što su na primer zlato i bakar u komoru za tretman 12'. Otpadna voda se introdukuje u komore za tretman 12'. U komore za tretman 12' se takođe introdukuje metalna kaša. LED-ovi 16' obezbeđuju izvor svetlosti za kulturu algi. Kultura uklanja fosfate iz otpadne vode i takođe ingestira metale kako bi formirala nanočestice. Prvi izvodi za otpadnu vodu 22' fotobioreaktora 10' su povezani za dovod toka čiste tretirane vode. Drugi izvodi za otpadnu vodu 24' fotobioreaktora 10' su povezani za dovod toka tretirane vode i biomase. Tok koji obezbeđuju drugi izvodi za otpadnu vodu 24' dovodi se u separator 52. Separator filtrira tok tako da dovodi biomasu u anaerobni digestor 54 i čistu tretiranu vodu. U anaerobnom digestoru 54, biomasa se digestira pomoću bakterijskog soja. Digestija izaziva razbijanje ćelijskih zidova i oslobađanje nanočestica metala 56 za sakupljanje. Biomasa se konvertuje u metan i ugljen-dioksid. Gas metan se sakuplja za proizvodnju energije. Ugljen-dioksid se reciklira u dovod za fotobioreaktor.

Preostali tečni i čvrsti fragmenti unutar fotobioreaktora mogu se zatim upotrebljavati kao tečna i čvrsta đubriva.

[0050] Iako je pronalazak iznad opisan sa jednim ili više poželjnih primera izvođenja, biće cenjeno da se razne promene i/ili modifikacije mogu napraviti bez odstupanja od obima pronalaska kao što je definisano u priloženim patentnim zahtevima.

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Fotobioreaktor (10) za tretman otpadne vode koja uključuje kontaminante, naznačeno time što fotobioreaktor sadrži:

komoru za tretman (12) koja ima osnovu (28) i jedan ili više zidova komore koji se protežu od osnove (28), i uzdužne ose, komora za tretman aranžirana za prijem kulture algi koje imaju biomasu;

uvod vode (14) aranžiran za dovod otpadne vode u navedenu komoru za tretman (12);

najmanje jedan izvor svetlosti (16) obezbeđen unutar navedene komore za tretman (12), taj ili svaki izvor svetlosti operativan je da obezbedi svetlost takvoj kulturi koja se nalazi unutar komore za tretman (12);

difuzor gasa (26) koji je lociran preko cele osnove (28) komore za tretman (12), i koji je operativan da obezbedi difuzni tok vazduha u komoru za tretman (12); jedan prvi izvod vode (18) aranžiran za uklanjanje tretirane vode iz komore za tretman (12), pri čemu je najmanje jedan izvod vode (18) dodatno aranžiran za selektivno uklanjanje jednog dela takve biomase kulture algi proizvedene unutar navedene komore za tretman (12), kada takva biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo tako da se održava kontinuirana ili suštinski kontinuirana kultura algi unutar navedene komore za tretman (12);

drugi izvod vode aranžiran za selektivno uklanjanje jednog dela biomase kulture algi proizvedene unutar navedene komore kada navedena biomasa dostigne unapred određeni maksimalni nivo tako da se održava biomasa kulture algi unutar unapred određenog maksimalnog nivoa unutar navedene komore za tretman; i

najmanje jednu membranu koja je locirana unutar komore, pri čemu najmanje jedna membrana ima periferiju, i cela periferija membrane je u kontaktu sa jednim ili više zidova komore, i pri čemu je najmanje jedna membrana aranžirana između prvog i drugog izvoda tako da se navedena kultura algi zadržava unutar komore dok omogućava da se tretirana voda ukloni pomoću navedenog prvog izvoda vode.

2. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 1, naznačeno time što je navedeni najmanje jedan izvor svetlosti u obliku izdužene kolone.

3. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačeno time što navedeni izvor svetlosti sadrži najmanje jednu diodu koja emituje svetlost (LED).

4. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 3, naznačeno time što je najmanje jedna LED visokofrekventno trepereće svetlo (FLE).

5. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 4, naznačeno time što je trepereće svetlo aranžirano za upotrebu da treperi tako da je odnos vremenskog perioda u kome se svetlost emituje prema vremenskom periodu u kome se svetlost ne emituje približno 1:2.

6. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačeno time što je intenzitet svetlosti koji obezbeđuje izvor svetlosti promenljiv.

7. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 6, naznačeno time što je najmanje jedan izvor svetlosti aranžiran za upotrebu da obezbedi rastući intenzitet svetlosti tokom unapred određenog vremenskog perioda.

8. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačeno time što su talasne dužine svetlosti emitovane iz najmanje jednog izvora svetlosti kalibrisane kako bi se poboljšala fotosinteza.

9. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 8, naznačeno time što je najmanje jedan izvor svetlosti kalibrisan da obezbedi svetlost koja ima pretežno talasnu dužinu u regionu od 620 do 645 nm.

10. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom prethodnom patentnom zahtevu, naznačeno time što najmanje jedan izvod sadrži prvi izvod za uklanjanje tretirane vode iz komore i drugi izvod aranžiran za upotrebu da selektivno uklanja jedan deo biomase.

11. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačeno time što dodatno sadrži najmanje jednu membranu aranžiranu za upotrebu da zadrži navedenu kulturu unutar komore dok omogućava da se tretirana voda ukloni pomoću navedenog izvoda i da selektivno omogućava jedan deo biomase kroz navedeni izvod kada biomasa unutar navedene komore dostigne unapred određeni maksimalni nivo.

12. Fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 11, naznačeno time što najmanje jedan izvod sadrži prvi izvod za uklanjanje tretirane vode iz komore i drugi izvod aranžiran za upotrebu da selektivno uklanja jedan deo biomase, i u kome je membrana aranžirana unutar komore tako da je locirana između navedenog prvog i drugog izvoda.

13. Sistem za otpadnu vodu koji sadrži najmanje jedan fotobioreaktor kao što je patentom zahtevano u bilo kom od patentnih zahteva 1 do 12 i najmanje jedan anaerobni digestor za prijem biomase iz izvoda i najmanje jednu bakteriju, pri čemu je anaerobni digestor adaptiran za digestiju algi.

14. Postupak prečišćavanja otpadne vode naznačen time što sadrži dovođenje u kontakt kulture algi sa uvodom otpadne vode u fotobioreaktoru ili sistemu kao što je patentom zahtevano u bilo kom od patentnih zahteva 1 do 13 kako bi se proizvela biomasa algi i izvod tretirane otpadne vode.

15. Postupak kao što je patentom zahtevano u patentnom zahtevu 14, naznačeno time što je navedena kultura algi odabrana od Chlorella vulgaris, Spirulina maxima, Chlorella, Scenesmus i Chlamydomonas reinhardtii, ili njihove smeše.