WO2016168871A2 - Verfahren zur gewinnung, insbesondere zum ernten, von algen und mikroorganismen - Google Patents

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    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/14—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus with filters, sieves or membranes
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    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/02—Separating microorganisms from the culture medium; Concentration of biomass

Definitions

  • the invention relates to a method for the production, in particular for harvesting, of algae and / or microorganisms from a reaction medium, for example for harvesting from a microorganism and nutrient solution
  • Microorganisms preferably phototrophic and especially microalgae as sustainable biogenic raw materials for the production of protein, high-quality materials for the pharmaceutical industry, biofuel, biochemicals are not in competition with food production in the field and can close existing and future supply gaps.
  • Industrially produced C02 can be used by their metabolism as well for recovery of valuable material, as well as slurries from fermentation processes or for example
  • Wastewater from aquaculture For the production of high-quality and therefore high-priced products, a number of harvesting methods are already available today, which allow economic operation of algae production as a whole.
  • a number of harvesting methods are already available today, which allow economic operation of algae production as a whole.
  • bioenergy sector requires an overall positive energy balance in the production chain, which is currently practically impossible to achieve.
  • Compressive stress may cause damage to the algae or microorganisms.
  • DE 10 2009 039 554 A describes a method for harvesting algae from an algal suspension in which a concentration of the algae or microorganisms takes place by means of a membrane filter. For filtering, several stages are run through, using different systems. The disadvantage here is that a very high cost of filtering through the use of different systems is required. This also results in high spare parts costs and a high expenditure of training for the personnel, who must be trained for the most different systems.
  • the object of the invention is to provide a method of the type cited above, which on the one hand avoids the above disadvantages and on the other hand, a continuous, efficient and economic growth process
  • reaction medium continuously, especially during a cleaning cycle for the filter system, a
  • Collection container is supplied by a breeding station and
  • the reaction medium more, in particular at least one further filter stage for increasing the concentration of
  • Reaction medium in particular with algae and / or microorganisms by separation of liquid, in particular the nutrient solution from the reaction medium passes.
  • Reaction medium from the breeding station the promotion in the breeding station not is interrupted. If the production in a biosolar system for a photochemical, such as photocatalytic and / or photosynthetic process come to a standstill, so would significant damage to the algae or
  • Microorganisms occur. Thus, it is extremely important that the harvest must take place during the operation of the breeding station. However, since a breeding station preferably consists of many extraction modules, it is necessary to operate the harvesting unit or the harvesting module with the least possible effort and at the same time to increase the yield. This is realized according to the invention for the first time, with a multi-stage, in particular a two-stage harvest unit.
  • the reaction medium is transported from the collecting container into the filter system, to which a high proportion of
  • Liquid, in particular nutrient solution is separated and the emerging from the filter system, highly concentrated, the reaction medium is in turn fed to the collecting container until a defined concentration of the
  • Reaction medium in particular with algae and / or microorganisms, is achieved in the collecting container. This ensures that the concentrate of algae or microorganisms is always concentrated higher.
  • the reaction medium in the collecting container is conveyed into the further filter stage and preferably, a cleaning process for the filter system is started simultaneously.
  • the feed rate in the first stage always corresponds to the flow rate in the breeding station, so that it is continuously in operation and the best possible growth of algae is achieved.
  • a hollow-fiber membrane is used as filter system, preferably in both filter stages, in which in the first filter stage a solids content between 15 l / min and 50 l / min, in particular 30 l / min and in the second filter stage between 0, 3 l / min and 2 l / min, in particular 1, 0 l / min, is excreted.
  • This ensures that the training required for the maintenance work by the same filter stages can be kept low.
  • Another advantage is that this allows experience during operation in one of the two filter stages can be transferred to the other filter stage, so that the best and maximum yield can be achieved.
  • the quality of the algae or microorganisms can be increased or maintained.
  • a pressure preferably a differential pressure, for acting on the filter system
  • a cleaning process in which the Disconnected catchment container from the rest of the pipeline system and at the same time the cleaning process for the filter system is started. This will be a
  • the transfer of the reaction medium takes place from the collecting container of the first filter stage in the
  • Reaction medium is designed for the overfeed period
  • Filter system in particular the hollow fiber membrane, carried out a cleaning purge with air, in particular with compressed air, or a cleaning liquid.
  • Breeding station from which the reaction medium is continuously withdrawn, must not be interrupted. Thus, it is necessary to keep the structure of the filter stages as simple as possible, so that a self-contained automatic cleaning is feasible.
  • the filter system in the cleaning process for the filter system, is separated from the remaining components, in particular from the collecting container.
  • the filter system is separated from the remaining components, in particular from the collecting container.
  • the membrane filtration system designed as a hollow fiber membrane is formed in a housing corresponding to a three-way valve, wherein the reaction medium laden with algae and / or microorganisms is fed to an inlet and at the other end of the hollow-fiber membrane via an outlet, the concentrated reaction medium to be applied, is applied and at the periphery between the two ends of the hollow fiber membrane via a third outlet, the liquid, in particular the nutrient solution, is applied.
  • Reaction medium which is very high at repeated pass through the algae and only little liquid is present. It is essential in the case of the filter that the algae are preferably transported in the direction of flow, since in the case of a lateral escape they would be pressed against a wall and thus would burst. Strong directional changes should be avoided if possible for the algae.
  • the reactor unit formed of a plurality of reactor elements is guided, wherein the meandering guide of the reaction medium is inclined perpendicularly or at an angle, preferably at least once from bottom to top or against the direction of gravity (ascending branch) and from top to bottom or in the direction of gravity (falling branch), is transported and that at least one, preferably a plurality of reactor units are closed together to form a storage module in which the reaction medium is transported in an endless loop, wherein on a reactor unit of the storage module, preferably Preferably via a removal device, preferably a so-called "Desmodrom", a freely selectable defined proportion of
  • a respective growth module is operated in which the missing portion of the reaction medium is filled to the original amount and / or a removal module for the production of algae and / or
  • Microorganisms is operated.
  • a breeding station is used, in which a very rapid growth of algae or microorganisms is achieved, so that the reaction medium already has a breeding station for high percentage of algae or microorganisms.
  • a breeding station for different types of algae or microorganisms can be used.
  • a further object of the invention is to provide a device with which the economic implementation of the above method is ensured.
  • This object of the invention is achieved by a device for harvesting algae and / or microorganisms from a reaction medium, according to the invention, a collecting container for continuously supplying a
  • Reaction medium with a plant in particular a breeding plant, connected and that for harvesting the reaction medium of algae and / or
  • Microorganisms several, in particular two, filter stages are arranged.
  • the supply from the breeding station does not have to be interrupted, that is, that the breeding station, in particular the
  • Reaction medium in the breeding station is operated continuously and constantly taken out of the extraction modules reaction medium at the end of the breeding station and fed to the harvesting module. It is essential in such systems that the flow in the breeding station is not interrupted, since in this case the algae or microorganisms would sink to the ground and they are destroyed by the building up pressure on the lower algae or microorganisms. Thus, it must be ensured that there is always a flow in the breeding system even during the harvesting process. With such a device a very high reliability is guaranteed.
  • Conveyor such as a pump, in particular a paddle wheel, arranged, which is connected to a filter system, in particular a hollow fiber membrane, and an outlet for the algae and / or microorganisms of
  • Filter system is connected to the collecting container for returning the reaction medium and another outlet is on the filter system for the discharge of liquid, in particular the nutrient solution, for reuse in a breeding plant, arranged.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a breeding station with associated harvesting modules or harvesting stations
  • FIG. 2 is a schematic representation of the individual filter stages.
  • a plant in particular a cultivation plant 1 and a harvesting module 2 for harvesting algae and / or microorganisms 3 from a reaction medium 4 is shown.
  • the cultivation plant 1 can be constructed as desired from the prior art, but preferably the plant developed by the applicant is used.
  • the breeding plant 1 consists of a biosol solar system for a photochemical, such as photocatalytic and / or photosynthetic process, in particular for a breeding and production or hydroculturing of, preferably phototrophic, algae or microorganisms 3, wherein the
  • Reaction medium 4 for example, one of a suspension consisting of microorganisms and nutrient solution, meander-shaped in a reactor unit 6 formed from a plurality of reactor elements is performed.
  • the meandering guide of the reaction medium 4 is preferably transported vertically or at an angle at least once from bottom to top or against the direction of gravity (ascending branch) and from top to bottom or in the direction of gravity (falling branch).
  • at least one, preferably a plurality of reactor units 5 are closed together to form a storage module 6, in which the reaction medium 4 is transported in an endless loop.
  • a freely selectable defined proportion of the reaction medium 4 is removed and in a, preferably formed from a plurality of closed reactor units in series 5 line module 7 passed. At the same time, the missing proportion of reaction medium 4 is filled up to the original quantity.
  • the reaction medium 4 is again divided at the last reactor unit 5 and optionally then each supplied to a growth module 8.
  • the reaction medium 4 is fed to a removal module 9 for the recovery of the algae or microorganisms 3.
  • the removal module 9 could also already be arranged behind the line module 7.
  • the illustrated breeding plant 1 is intended to illustrate that the reaction medium 4 in the breeding plant 1 is constantly in motion, wherein the reaction medium 4 preferably via gravity and the
  • Influence of gases as growth-promoting agent is kept in motion.
  • a pressureless delivery of the reaction medium 4 is a
  • the harvesting module 2 are connected to all extraction modules 9 via a connecting line 10.
  • the reaction medium 4 is continuously supplied via the connecting line 10 to the harvesting module 2, whereupon in the second step, the reaction medium 4 more, in particular a further filter stages 11, 12, to increase the
  • the first filter stage 1 1 is dimensioned such that so much reaction medium 4 from the
  • Connecting line 10, in particular the attached breeding station 1 can be included, as long as a cleaning process lasts, so that too during a cleaning process in the first filter stage 1 1 the
  • Reaction medium 4 is supplied.
  • the second filter stage 12 is used for the
  • Microorganisms 3 is returned via a return line 13.
  • Reactor units 5 are used.
  • the individual stages in particular the two filter stages 11 and 12, have the same design.
  • the filter stages 1 1 and 12 differ only with respect to the dimensioning of Nährates- or liquid deposition via a filter system 14, 15.
  • the first filter stage 1 1 namely more liquid is discharged from the reaction medium 4, as in the further filter stage 12th This is the reason that in the second
  • Filter stage 12 is already such a high concentration of algae or microorganisms 3, as shown schematically, with very low liquid content is present, whereas in the first filter stage 1 1 continuously fresh not so highly concentrated reaction medium 4 is supplied from the breeding station 1.
  • Essential in the construction and the design of the harvesting module 2 is that in the first step, the reaction medium 4 continuously, in particular during a cleaning cycle for the filter system 14,15, a collecting container 16 is supplied from the breeding station 1.
  • a collecting container 16 is supplied from the breeding station 1.
  • the second step that goes through
  • Reaction medium 4 more, in particular at least one further filter stage 1 1, 12 for increasing the concentration, in particular of the algae and / or
  • Microorganisms 3 by secretion of liquid, in particular the
  • Microorganisms 3 and the shorter the subsequent (not shown) drying process can fail.
  • the reaction medium 4 is transported from the collecting container 16,17 to the filter system 14, 15, at which a high proportion of liquid, in particular the
  • Reaction medium 4 in particular of algae and / or microorganisms 3, in the collecting container 16,17 is achieved, as shown by arrows 18.
  • Paddle wheel pump with the lowest possible pressure. In particular, it is only used with gravity to avoid damage to the algae and / or
  • the pressure for the filter system 14,15 preferably the differential pressure, for acting on the filter system 14,15, in particular a hollow fiber membrane, 0.3 to 2 bar, preferably 0.7 to 1, 5 bar, in particular about 0.7 to 1, 3 bar.
  • the reaction medium 4 is again via a pipe 21, 22 for
  • the separated from the filter system 14, 15 liquid is at a side exit over the Return line 13 passed back to the breeding station 1, so that this liquid, the nutrient solution, can be used again.
  • the pumps 19, 20 and the filter system 14, 15 can be decoupled from the collecting container 16,17 are in the pipes 21, 22 between
  • a valve 23 is arranged.
  • a liquid, in particular cleaning liquid introduced, which subsequently flows through the pump 19, 20 and the filter system 14,15 and to the other Valves 23 exits again.
  • a cleaning circuit is constructed, which can be carried out independently of the collecting container 16,17.
  • the supply of the reaction medium 4 in the collecting container 16 of the first filter stage 1 1 is carried out at a speed corresponding to the speed in the breeding station 1, in particular of 7.2 l / min.
  • a filter system 14,15 is preferably used in two filter stages 1 1, 12, a hollow fiber membrane, in which in the first filter stage 1 1, a liquid content between 15 l / min and 50 l / min, in particular 30 l / min and in the second filter stage 12th between 0.3 l / min and 2 l / min, in particular 1, 0 l / min, is excreted.
  • a smaller amount of reaction medium 4 flows in as liquid is removed from the filter system 14, so that a concentration of the reaction medium 4 takes place.
  • the reaction medium 4 Concentration of the reaction medium 4, in particular of an algae and / or microorganisms 3-component of 30 g / l, the reaction medium 4 is transported from the collecting container 16 into the collecting container 17 in the further filter stage 12, preferably at the same time a cleaning process for the filter system 14th is started.
  • the filter stages Use 1 1, 12 with the same structure or to integrate a special filter stage for special algae or microorganisms 3.
  • the cleaning process can be triggered manually or automatically in a variety of ways.
  • a cleaning process is triggered, for example, when a predefinable inlet pressure of the reaction medium 4 over a defined period of time at the Filterystemi, 15 in particular at the entrance of the filter system 1 1, 12, preferably of 1, 5 applied bar. At this pressure, the collecting container 16 or 17 is disconnected from the rest of the line system via the valves 23 and at the same time the cleaning process for the filter system 14,15 started.
  • the cleaning process can also be triggered when a defined back pressure arises or a predefined concentration of the reaction medium 4 is reached, in which a transfer of the
  • an automatic cleaning process can be initiated, but for this purpose a corresponding warning signal or
  • the transfer of the reaction medium 4 from the collecting container 16 of the first filter stage 1 1 in the collecting container 17 of the second filter stage 12 is carried out at a rate between 20 l / min and 60 l / min, in particular with 25 l / min. The faster the reaction medium 4 is transferred, the less fresh
  • Reaction medium 4 flows from the breeding station 1 into the collecting container 16. This means that with a very rapid transfer, only a very small admixture of fresh, not very highly concentrated, reaction medium 4 takes place from the breeding station 1, so that the share for the transfer can be disregarded. It is essential that during the cleaning process, however
  • Reaction medium 4 from the breeding station 1 continues to flow continuously into the collecting container 16. That is, the discharge from the breeding station 1 and thus the supply to the harvesting module 2 is not interrupted, so that it is always ensured that in the breeding station 1, a corresponding
  • the collecting container 16 is dimensioned such that in the period of time as long as the cleaning process lasts, the reaction medium 4 from the breeding station 1 can be received by the collecting container 16. This means that when starting a cleaning process, the valves 23 are activated, at the same time the reaction medium 4 is transferred from the collecting container 16 of the first filter stage 1 1 in the further filter stage 12 and the collecting container 16 is filled with fresh incoming reaction medium 4 from the breeding station 1 again. In the process of cleaning the filter system 14, 15, the filter system 14, 15 is separated from the remaining components, in particular from the collecting container 16.
  • the reaction medium 4 remains twice to five times as long in the first filter stage 1 1 as in the second filter stage 12.
  • the reaction medium 4 only lingers between 2 and 3 hours. This is sufficient time to perform a cleaning process in the second filter stage 12 before again new reaction medium 4 is passed from the first filter stage 1 1.
  • the algae or microorganisms 3 are emptied and dried. The drying can take place by simple air drying or a drying plant, so that the algae or microorganisms 3 can be subsequently processed.
  • the cleaning process per se can be carried out in such a way that for cleaning the filter system 14,15, in particular the hollow fiber membrane a
  • the filter system 14,15 is constructed such that the
  • Hollow fiber membrane formed membrane filtration system is formed in a housing corresponding to a three-way valve, wherein the loaded with algae and / or microorganisms 3 reaction medium 4 is fed to an inlet and at the other end of the hollow fiber membrane via an outlet, the researcher passportde concentrated reaction medium 4, is conveyed. At the circumference between the two ends of the hollow fiber membrane, the separated nutrient solution is removed via a third outlet.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Gewinnung, insbesondere zum Ernten, von Algen und/oder Mikroorganismen (3) aus einem Reaktionsmedium (4), beispielsweise zum Ernten aus einer aus Mikroorganismen (3) und Nährlösung bestehenden Suspension, insbesondere bei einer Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung. Eine Aufkonzentration des Reaktionsmediums (4) erfolgt über ein als Hohlfasermembran ausgebildetes Filtersystem (14, 15). Im ersten Schritt wird das Reaktionsmedium (4) kontinuierlich, insbesondere auch während eines Reinigungszyklus für das Filtersystem (14,15), einem Auffangbehälter (16) von einer Zuchtstation (1) zugeführt. Im zweiten Schritt durchläuft das Reaktionsmedium (4) mehrere, insbesondere zumindest eine weitere Filterstufe (11,12) zur Erhöhung der Konzentration des Reaktionsmediums (4) durch Absonderung von Flüssigkeit, insbesondere der Nährlösung aus dem Reaktionsmedium (4).

Description

VERFAHREN ZUR GEWINNUNG, INSBESONDERE ZUM ERNTEN, VON ALGEN UND MIKROORGANISMEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung, insbesondere zum Ernten, von Algen und/oder Mikroorganismen aus einem Reaktionsmedium, beispielsweise zum Ernten aus einer aus Mikroorganismen und Nährlösung bestehenden
Suspension, insbesondere bei einer Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung, wobei eine Aufkonzentration des Reaktionsmediums über ein als
Hohlfasermembran ausgebildetes Filtersystem erfolgt.
Mikroorganismen, vorzugsweise phototrophe und insbesondere Mikroalgen als nachhaltige biogene Rohstoffe für die Produktion von Protein, hochwertigen Stoffen für die Pharma-Industrie, für Biotreibstoff, Biochemikalien stehen nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion am Feld und können bestehende und zukünftige Versorgungslücken schließen. Industriell anfallendes C02 kann durch deren Stoffwechsel ebenso zur Wertstoff-Gewinnung herangezogen werden, wie auch Aufschlämmungen aus Fermentationsprozessen oder zum Beispiel
Abwässer aus Aquakulturen. Für die Produktion von hochwertigen und somit hochpreisigen Produkten stehen bereits heute eine Reihe von Ernteverfahren zur Verfügung, die einen wirtschaftlichen Betrieb einer Algen-Produktion als Ganzes erlauben. Für die Anwendung in den Pulk- und Niedrigpreis-Bereichen, wie Bio- Energie, Bio-Treibstoff, Bio-Kunststoff auf Basis von Mikroorganismen, erweist sich bislang insbesondere der hohe Energieaufwand und die damit
einhergehenden Kosten als Markteintrittshürde. Insbesondere der Bioenergie- Sektor erfordert eine gesamt positive Energiebilanz in der Produktionskette, die zurzeit praktisch nicht erreicht werden kann.
Nachdem Algen jedoch in der Öl-Produktion 50 bis 100 mal effektiver sind als Raps, wird mit der gegenständlichen Erfindung und den damit einhergehenden Energie-Ersparnissen und dem geringen technischen Aufwand ein wesentlicher Schritt in Richtung besserer Wirtschaftlichkeit und besserer Energiebilanz in der industriellen Algenproduktion gesetzt. Üblicherweise werden zum Ernten von Algen bzw. Mikroorganismen
energieintensive Zentrifugen eingesetzt. Nachteilig neben den hohen
Energieverbrauch ist auch, dass bei den Zentrifugen durch die hohe
Druckbeanspruchung es zu Beschädigungen der Algen bzw. Mikroorganismen kommen kann.
Aus der DE 10 2009 039 554 A ist ein Verfahren zum Ernten von Algen aus einer Algensuspension beschrieben, bei dem eine Aufkonzentration der Algen bzw. Mikroorganismen mittels eines Membranfilters erfolgt. Für die Filterung werden mehrere Stufen durchlaufen, wobei unterschiedliche Systeme eingesetzt werden. Nachteilig ist hierbei, dass ein sehr hoher Aufwand für die Filterung durch den Einsatz unterschiedlicher Systeme erforderlich ist. Damit entstehen auch hohe Ersatzteilkosten sowie ein hoher Aufwand der Schulung für das Personal, die für die unterschiedlichsten Systeme ausgebildet werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs zitierten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das anderseits einen kontinuierlichen, rationellen und wirtschaftlichen Wachstumsprozess
gewährleistet,
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
- im ersten Schritt das Reaktionsmedium kontinuierlich, insbesondere auch während eines Reinigungszyklus für das Filtersystem, einem
Auffangbehälter von einer Zuchtstation zugeführt wird und
- im zweiten Schritt das Reaktionsmedium mehrere, insbesondere zumindest einer weiteren Filterstufe zur Erhöhung der Konzentration des
Reaktionsmediums, insbesondere mit Algen und/oder Mikroorganismen durch Absonderung von Flüssigkeit, insbesondere der Nährlösung aus dem Reaktionsmedium, durchläuft.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch das kontinuierliche Zuführen des
Reaktionsmediums aus der Zuchtstation, die Förderung in der Zuchtstation nicht unterbrochen wird. Würde die Förderung in einer Biosolaranlage für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen Prozess zum Stillstand kommen, so würden erhebliche Schäden der Algen bzw.
Mikroorganismen auftreten. Somit ist es äußerst wichtig, dass die Ernte während des Betriebes der Zuchtstation erfolgen muss. Da jedoch eine Zuchtstation vorzugsweise aus vielen Entnahme-Modulen besteht, ist es notwendig, die Ernte- Einheit bzw. das Ernte-Modul mit einem möglichst geringen Aufwand zu betreiben und gleichzeitig die Ausbeute zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß erstmals, mit einer mehrstufigen, insbesondere einer aus zwei Stufen bestehenden, Ernte- Einheit realisiert.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird zumindest in der ersten Filterstufe, vorzugsweise jedoch in beiden Filterstufen, das Reaktionsmedium vom Auffangbehälter in das Filtersystem befördert, an dem ein hoher Anteil an
Flüssigkeit, insbesondere Nährlösung, abgeschieden wird und das aus dem Filtersystem austretende, höher konzentrierte, Reaktionsmedium wird wiederum dem Auffangbehälter zugeführt, bis eine definierte Konzentration des
Reaktionsmediums, insbesondere mit Algen und/oder Mikroorganismen, im Auffangbehälter erzielt wird. Dadurch wird erreicht, dass das Konzentrat der Algen bzw. Mikroorganismen immer höher aufkonzentriert wird.
Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung wird bei Erreichen einer vordefinierten Konzentration des Reaktionsmediums, insbesondere von einem Algen- und/oder Mikroorganismen-Anteil von 10 bis 50 g/l, insbesondere 30 g/l, das Reaktionsmedium im Auffangbehälter in die weitere Filterstufe befördert und vorzugsweise wird gleichzeitig ein Reinigungsprozess für das Filtersystem gestartet. Somit ist eine gesteuerte Konzentration der Algen bzw.
Mikroorganismen möglich, bevor die erste Stufe beendet wird und das
aufkonzentrierte Reaktionsmedium an die zweite Stufe übergeben wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuführung des
Reaktionsmediums in den Auffangbehälter der ersten Filterstufe mit einer
Geschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeit in der Zuchtstation, insbesondere von 7,2 l/min. Damit entspricht die Zufuhrgeschwindigkeit in die erste Stufe immer der Fließgeschwindigkeit in der Zuchtstation, so dass diese ununterbrochen im Betrieb ist und das bestmögliche Wachstum der Algen erzielt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird als Filtersystem, vorzugsweise in beiden Filterstufen, eine Hohlfasermembran eingesetzt, bei der in der ersten Filterstufe ein FIDssigkeitsanteil zwischen 15 l/min und 50 l/min, insbesondere 30 l/min und in der zweiten Filterstufe zwischen 0,3 l/min und 2 l/min, insbesondere 1 ,0 l/min, ausgeschieden wird. Dadurch wird erreicht, dass der Schulungsaufwand für die Wartungsarbeiten durch die gleich ausgebildeten Filterstufen gering gehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass dadurch Erfahrungen beim Betrieb in einer der beiden Filterstufen auf die andere Filterstufe übertragen werden kann, so dass die beste und größtmögliche Ausbeute erzielt werden kann.
Nach einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Förderung des Reaktionsmediums vom Auffangbehälter zum Filtersystem über eine Pumpe, insbesondere eine Schaufelradpumpe, mit möglichst geringem Druck zur
Vermeidung von Zerstörungen der Algen- und/oder Mikroorganismen
durchgeführt. Dadurch kann die Qualität der Algen bzw. Mikroorganismen erhöht bzw. gehalten werden.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird für das Filtersystem ein Druck, vorzugsweise ein Differenzdruck, zur Beaufschlagung der
Hohlfasermembran von 0,3 bis 2 bar, vorzugsweise 0,7 bis 1 ,5 bar, insbesondere etwa 0,7 bis 1 ,3 bar, gewählt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch die Zerstörung der Algen bzw. der Mikroorganismen vermieden wird und somit die Ausfallsrate gering gehalten wird. Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung wird bei Erreichen eines vordefi nierbaren Eingangsdruckes des Reaktionsmediums über eine definierte Zeitspanne am Filtersystem, insbesondere am Eingang des Filtersystem von vorzugsweise 1 ,5 bar, ein Reinigungsprozess eingeleitet, bei dem der Auffangbehälter vom übrigen Leitungssystem abgekoppelt und gleichzeitig der Reinigungsprozess für das Filtersystem gestartet wird. Dadurch wird ein
Verstopfen des Filters verhindert. Gleichzeitig wird damit erreicht, dass der Druck auf die Algen nicht über einen definierten Wert ansteigen kann, bei der erhebliche Schäden an den Algen die Folge sind.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Überführung des Reaktionsmediums vom Auffangbehälter der ersten Filterstufe in den
Auffangbehälter der zweiten Filterstufe mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 l/min und 60 l/min, insbesondere mit 25 l/min. Somit kann die dadurch
entstehende Verdünnung außer Acht gelassen werden. Selbstverständlich wäre es möglich, in einem Vorbehälter, der auf die Menge des zufließenden
Reaktionsmediums für den Überspeisungszeitraum ausgelegt ist, das
Reaktionsmedium aufzufangen und anschließend nach abgeschlossener
Übertragung dieses in den Auffangbehälter zu füllen. Dadurch würde jedoch für die Vielzahl an Erntestationen ein erheblicher Mehraufwand, insbesondere Mehrkosten, für die Materialien und Steuerungen entstehen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt beim Erreichen eines definierten Gegendruckes oder bei Erreichen einer vordefinierten Konzentration des Reaktionsmediums eine Überführung des Reaktionsmediums vom
Auffangbehälter der ersten Filterstufe in den Auffangbehälter der zweiten
Filterstufe und eine Reinigung der ersten Filterstufe wird durchgeführt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Ernteeinheit bzw. das Ernte-Modul auf zwei
unterschiedliche Arten eine Überführung des Reaktionsmediums einleiten kann, so dass eine sehr hohe Prozesssicherheit gewährleistet ist. Der Schaden an den Algen bzw. Mikroorganismen wird somit sehr gering gehalten, so dass die
Ausbeute bei einer derartigen Anlage ungewöhnlich hoch ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Reinigung des
Filtersystems, insbesondere der Hohlfasermembran, eine Reinigungsspülung mit Luft, insbesondere mit Druckluft, oder einer Reinigungsflüssigkeit durchgeführt. Dadurch werden regelmäßig die kleinen Öffnungen zum Ausscheiden der
Flüssigkeit gereinigt, so dass eine sehr hohe Prozesssicherheit gegeben ist. Dies ist notwendig, da die Fließgeschwindigkeit des Reaktionsmediums in der
Zuchtstation, aus der kontinuierlich das Reaktionsmedium entnommen wird, nicht unterbrochen werden darf. Somit ist es erforderlich den Aufbau der Filterstufen so einfach wie möglich zu halten, damit eine selbstständige automatische Reinigung durchführbar ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird im Reinigungsprozess für das Filtersystem das Filtersystem von den restlichen Komponenten, insbesondere vom Auffangbehälter, getrennt. Dadurch kann innerhalb des geschlossenen Systems mit sehr hohem Drücken beim Reinigungsprozess gearbeitet werden, so dass sichergestellt ist, dass der Filter für den nächsten Emteprozess wieder verwendet werden kann. Selbstverständlich wäre es möglich, parallel einen zweiten oder mehrere Filter einzusetzen, so dass auf die eingesetzten Filter umgeschaltet werden kann. Dadurch steigen jedoch wiederum die Anschaffungs- und
Wartungskosten für eine Vielzahl von Ernte-Modulen für eine einzige Zuchtstation.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das als Hohlfasermembran ausgebildete Membranfiltrationssystem in einem Gehäuse entsprechend einem Dreiwege-Ventil ausgebildet, wobei das mit Algen und/oder Mikroorganismen beladene Reaktionsmedium einem Einlass zugeführt wird und am anderen Ende der Hohlfasermembran über einen Auslass das auszubringende, aufkonzentrierte Reaktionsmedium, ausgebracht wird und am Umfang zwischen den beiden Enden der Hohlfasermembran über einen dritter Auslass die Flüssigkeit, insbesondere die Nährstofflösung, ausgebracht wird. Dadurch wird erreicht, dass die Algen bzw. Mikroorganismen in Fließrichtung durch den Filter mit möglichst geringen Schäden strömen können und die Nährlösung durch die feinen Poren seitlich nach außen abfließen. Somit erfolgt innerhalb des Filters die Aufkonzentrierung des
Reaktionsmediums, wobei bei mehrmaligen durchlaufen der Algenanteil sehr hoch ist und nur noch wenig Flüssigkeit vorhanden ist. Wesentlich ist beim Filter, dass die Algen vorzugsweise in Strömungsrichtung transportiert werden, da bei einem seitlichen Austreten diese gegen eine Wand gepresst würden und somit zerplatzen würden. Starke Richtungsänderungen sollten möglichst für die Algen vermieden werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Maßnahme der Erfindung erfolgt die
Zuführung des Reaktionsmediums von einer Anlage, insbesondere einer als Zuchtanlage ausgebildeten Biosolaranlage, für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen Prozess, insbesondere für eine Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung von, vorzugsweise phototrophen, Mikroorganismen, kontinuierlich, wobei das Reaktionsmedium mäanderförmig in einer aus mehreren Reaktorelementen gebildete Reaktoreinheit geführt wird, wobei die mäanderförmige Führung des Reaktionsmedium senkrecht oder in einem Winkel geneigt, vorzugsweise mindestens einmal von unten nach oben bzw. gegen die Richtung Schwerkraft (aufsteigender Ast) und von oben nach unten bzw. in die Richtung der Schwerkraft (fallender Ast), transportiert wird und dass mindestens ein, vorzugsweise mehrere Reaktoreinheiten zu einem Speicher- Modul zusammen geschlossen werden, in dem das Reaktionsmedium in einer Endlosschleife transportiert wird, wobei an einer Reaktoreinheit des Speicher- Moduls, vorzugsweise über eine Entnahmevorrichtung, vorzugsweise einem so genannten„Desmodrom", ein frei wählbar definierter Anteil des
Reaktionsmediums entnommen wird und in einem vorzugsweise aus mehreren in Reihe geschlossenen Reaktoreinheiten gebildeten Linien-Modul geleitet wird, wobei gleichzeitig der fehlende Anteil an Reaktionsmedium auf die
Ursprungsmenge aufgefüllt wird, worauf nach Durchlaufen der Reaktoreinheiten des Linien-Moduls an der letzten Reaktoreinheit über eine weitere
Entnahmevorrichtung das Reaktionsmedium aufgeteilt wird, worauf
gegebenenfalls anschließend jeweils ein Wachstum-Modul betrieben wird, bei dem der fehlende Anteil an Reaktionsmedium auf die Ursprungsmenge aufgefüllt wird und/oder ein Entnahme-Modul zur Gewinnung der Algen und/oder
Mikroorganismen betrieben wird. Dadurch wird eine Zuchtstation eingesetzt, bei der ein sehr schnelles Wachstum an Algen bzw. Mikroorganismen erzielt wird, so dass das Reaktionsmedium schon einen für Zuchtstationen hohen Anteil an Algen bzw. Mikroorganismen aufweist. Auch kann eine derartige Zuchtstation für unterschiedliche Arten von Algen bzw. Mikroorganismen eingesetzt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der die wirtschaftliche Durchführung des obigen Verfahrens gewährleistet ist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Einrichtung zum Ernten von Algen und/oder Mikroorganismen aus einem Reaktionsmedium gelöst, bei der erfindungsgemäß ein Auffangbehälter zum kontinuierlichen Zuführen eines
Reaktionsmediums mit einer Anlage, insbesondere einer Zuchtanlage, verbunden ist und dass zum Ernten des Reaktionsmediums von Algen und/oder
Mikroorganismen mehrere, insbesondere zwei, Filterstufen angeordnet sind.
Vorteilhaft ist, dass damit die Zuführung aus der Zuchtstation nicht unterbrochen werden muss, das heißt, dass die Zuchtstation, insbesondere das
Reaktionsmedium in der Zuchtstation, kontinuierlich betrieben wird und ständig Reaktionsmedium am Ende der Zuchtstation aus den Entnahme-Modulen entnommen und dem Ernte-Modul zugeführt wird. Wesentlich bei derartigen Anlagen ist, dass die Strömung in der Zuchtstation nicht unterbrochen wird, da hierbei die Algen bzw. Mikroorganismen zu Boden sinken würden und durch den sich aufbauenden Druck auf die unteren Algen bzw. Mikroorganismen diese zerstört werden. Somit muss sichergestellt werden, dass auch während des Ernte- Prozesses immer eine Strömung in der Zuchtanlage vorhanden ist. Mit einer derartigen Einrichtung wird eine sehr hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist in einer, insbesondere in beiden Filterstufen ein Auffangbehälter unter Zwischenschaltung eines
Fördermittels, wie einer Pumpe, insbesondere einer Schaufelradpumpe, angeordnet, der mit einem Filtersystem, insbesondere einen Hohlfasermembran, verbunden ist und ein Ausgang für die Algen und/oder Mikroorganismen des
Filtersystem ist mit dem Auffangbehälter zur Rückführung des Reaktionsmediums verbunden und ein weiterer Ausgang ist am Filtersystem zur Abführung von Flüssigkeit, insbesondere der Nährstofflösung, zur Wiederverwendung in einer Zuchtanlage, angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass ein sehr hoher Anteil an Algen bzw. Mikroorganismen nach dem Ernte-Modul der Trocknung zugeführt wird, so dass die Ausbeute sehr hoch ist, jedoch die Betriebs- und
Herstellungskosten durch den einfachen und parallelen Aufbau gering gehalten werden können. Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zuchtstation mit daran verbunden Ernte-Modulen bzw. Erntestationen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der einzelnen Filterstufen. In den Fig. 1 und 2 ist eine Anlage, insbesondere eine Zuchtanlage 1 und einem Ernte-Modul 2 zum Ernten von Algen und/oder Mikroorganismen 3 aus einem Reaktionsmedium 4 gezeigt.
Die Zuchtanlage 1 kann beliebig aus dem Stand der Technik aufgebaut werden, wobei jedoch vorzugsweise die von der Anmelderin entwickelte Anlage eingesetzt wird. Die Zuchtanlage 1 besteht dabei aus einer Biosolaranlage für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen Prozess, insbesondere für eine Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung von, vorzugsweise phototrophen, Algen bzw. Mikroorganismen 3, wobei das
Reaktionsmedium 4, beispielsweise ein aus einer aus Mikroorganismen und Nährlösung bestehenden Suspension, mäanderförmig in einem aus mehreren Reaktorelementen gebildete Reaktoreinheit 6 geführt wird. Die mäanderförmige Führung des Reaktionsmedium 4 wird vorzugsweise senkrecht oder in einem Winkel geneigt mindestens einmal von unten nach oben bzw. gegen die Richtung Schwerkraft (aufsteigender Ast) und von oben nach unten bzw. in die Richtung der Schwerkraft (fallender Ast) transportiert. Bevorzugt werden mindestens ein, vorzugsweise mehrere Reaktoreinheiten 5 zu einem Speicher-Modul 6 zusammen geschlossen, in dem das Reaktionsmedium 4 in einer Endlosschleife transportiert wird. An einer Reaktoreinheit 5 des Speicher-Moduls 6 wird ein frei wählbar definierter Anteil des Reaktionsmediums 4 entnommen und in ein, vorzugsweise aus mehreren in Reihe geschlossenen Reaktoreinheiten 5 gebildeten, Linien- Modul 7 geleitet. Gleichzeitig wird der fehlende Anteil an Reaktionsmedium 4 auf die Ursprungsmenge aufgefüllt. Nach Durchlaufen der Reaktoreinheiten 5 des Linien-Moduls 7 wird an der letzten Reaktoreinheit 5 das Reaktionsmedium 4 wieder aufgeteilt und gegebenenfalls anschließend jeweils einem Wachstum- Modul 8 zugeführt. Nach dem Wachstums-Modul 8 wird das Reaktionsmedium 4 einem Entnahme-Modul 9 zur Gewinnung der Algen bzw. Mikroorganismen 3 zugeführt. Natürlich könnte das Entnahme-Modul 9 auch bereits hinter dem Linien- Modul 7 angeordnet werden.
Selbstverständlich ist es möglich, dass bei kleineren Zuchtanlagen 1 weniger Module eingesetzt werden, wogegen bei größeren Anlagen mehr Module vorhanden sein können. Die dargestellte Zuchtanlage 1 soll veranschaulichen, dass das Reaktionsmedium 4 in der Zuchtanlagen 1 ständig in Bewegung ist, wobei das Reaktionsmedium 4 bevorzugt über die Schwerkraft und dem
Einströmen von Gasen als wachstumsfördernde Mittel in Bewegung gehalten wird. Durch eine derart drucklose Förderung des Reaktionsmediums 4 ist eine
Abschaltung der Zuchtanlage 1 nicht möglich, da das Reaktionsmedium 4 nur wieder schwer, insbesondere nur durch Einsatz von Pumpen, wieder zum Fließen zu bringen ist. Dadurch muss sichergestellt werden, dass beim Ernten in einem Ernte-Modul 2 ein kontinuierlicher Zulauf von Reaktionsmedium 4 aus der
Zuchtanlage 1 möglich ist.
Wie in Fig. 1 zu entnehmen ist, sind an allen Entnahme-Modulen 9 über eine Verbindungsleitung 10 das Ernte-Modul 2 verbunden. Dabei wird im ersten Schritt das Reaktionsmedium 4 kontinuierlich über die Verbindungsleitung 10 an das Ernte-Modul 2 zugeführt, worauf im zweiten Schritt das Reaktionsmedium 4 mehrere, insbesondere eine weitere Filterstufen 11 , 12, zur Erhöhung der
Konzentration des Reaktionsmediums 4, insbesondere der Algen und/oder Mikroorganismen 3, durchläuft. Das heißt, dass ständig aus der Zuchtstation 1 das Reaktionsmedium 4 ausströmt und über die Verbindungsleitung 10 in das Ernte- Modul 2 gelangt, so dass das Ernten der Algen bzw. Mikroorganismen 3 ohne Abschaltung oder Unterbrechung der Zuchtstation 1 erfolgt. Die erste Filterstufe 1 1 ist derart dimensioniert, dass so viel Reaktionsmedium 4 aus der
Verbindungsleitung 10, insbesondere der daran angeschlossenen Zuchtstation 1 , aufgenommen werden kann, solange ein Reinigungsprozess dauert, so dass auch während eines Reinigungsprozesses in der ersten Filterstufe 1 1 das
Reaktionsmedium 4 zugeführt wird. Die zweite Filterstufe 12 dient zur
Verarbeitung des hoch konzentrierten Reaktionsmediums 4, wobei in dieser Filterstufe 12 möglichst der restliche Anteil an Nährlösung ausgeschieden wird, die anschließend vorzugsweise wiederum für die Züchtung von den Algen bzw.
Mikroorganismen 3 über eine Rückführungsleitung 13 zurück geleitet wird. Dabei kann die Nährlösung zum Auffüllen fehlender Flüssigkeit in den Reaktoreinheiten 5 oder zum Ansetzen eines neuen Zuchtprozesses, also zum Befüllen der
Reaktoreinheiten 5, genützt werden.
Wie nun besser aus Fig. 2 ersichtlich, sind die einzelnen Stufen, insbesondere die beiden Filterstufen 1 1 und 12, identisch aufgebaut. Die Filterstufen 1 1 und 12 unterscheiden sich nur in Bezug auf die Dimensionierung der Nährlösungs- bzw. Flüssigkeitsabscheidung über ein Filtersystem 14, 15. Dabei wird in der ersten Filterstufe 1 1 nämlich mehr Flüssigkeit aus dem Reaktionsmedium 4 abgeführt, als in der weiteren Filterstufe 12. Dies hat den Grund, dass in der zweiten
Filterstufe 12 bereits ein so hohes Konzentrat an Algen bzw. Mikroorganismen 3, wie schematisch dargestellt, mit sehr geringen Flüssigkeitsanteil vorliegt, wogegen in der ersten Filterstufe 1 1 kontinuierlich frisches nicht so hoch konzentriertes Reaktionsmedium 4 von der Zuchtstation 1 zugeführt wird.
Wesentlich bei dem Aufbau und der Auslegung des Ernte-Modules 2 ist, dass im ersten Schritt das Reaktionsmedium 4 kontinuierlich, insbesondere auch während eines Reinigungszyklus für das Filtersystem 14,15, einem Auffangbehälter 16 von der Zuchtstation 1 zugeführt wird. Im zweiten Schritt durchläuft das
Reaktionsmedium 4 mehrere, insbesondere zumindest eine weitere, Filterstufe 1 1 , 12 zur Erhöhung der Konzentration, insbesondere der Algen und/oder
Mikroorganismen 3 durch Absonderung von Flüssigkeit, insbesondere der
Nährstofflösung. Bei dem Ernte-Modul 2 wird dabei in der ersten Filterstufen 1 1 ein Endloskreislauf geschaffen, bei dem zwar kontinuierlich Reaktionsmedium 4 von der Zuchtstation 1 zuläuft, jedoch das Filtersystem 14 mehr Flüssigkeit ausscheidet als zufließt, so dass im Auffangbehälter 16 eine Erhöhung der Konzentration an Algen 3 bzw. Mikroorganismen 3 geschaffen wird. In der zweiten Filterstufe 12 wird das Reaktionsmedium 3 nur einmal von der ersten Filterstufe 1 1 in einen Auffangbehälter 17 übergeben, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das heißt, dass gerade der Übergabezeitpunkt von Filterstufe 1 1 zur Filterstufe 12 dargestellt ist, bei der etwa die Hälfte des Reaktionsmediums 4 bereits übergeben wurde. Anschließend wird das Reaktionsmedium 4 ohne weitere Zuführung von neuem Reaktionsmedium 4 aus der ersten Filterstufe 1 1 wiederum in einem
Endloskreislauf gepumpt, wobei am Filtersystem 15 möglichst viel Flüssigkeit ausgeschieden wird. Je mehr Flüssigkeit in dieser Filterstufe 12 ausgeschieden wird, umso höher ist somit die Konzentration der unbeschädigten Algen bzw.
Mikroorganismen 3 und desto kürzer kann der nachfolgende (nicht dargestellte) Trocknungsprozess ausfallen.
In der ersten Filterstufe 1 1 , vorzugsweise jedoch in beiden Filterstufen 1 1 und 12, wird das Reaktionsmedium 4 vom Auffangbehälter 16,17 an das Filtersystem 14, 15 befördert, an dem ein hoher Anteil an Flüssigkeit, insbesondere der
Nährstofflösung, abgeschieden wird. Das aus den Filtersystem 14, 15
austretende, höher konzentrierte Reaktionsmedium 4 wird wiederum dem
Auffangbehälter 16,17 zugeführt, bis eine definierte Konzentration des
Reaktionsmediums 4, insbesondere von Algen und/oder Mikroorganismen 3, im Auffangbehälter 16,17 erzielt wird, wie dies mit Pfeilen 18 dargestellt ist. Die Förderung des Reaktionsmediums 4 vom Auffangbehälter 16,17 zu den
Filtersystem 14, 15 erfolgt über eine Pumpe 19,20, insbesondere eine
Schaufelradpumpe mit möglichst geringem Druck. Insbesondere wird nur mit der Schwerkraft zur Vermeidung von Zerstörungen der Algen und/oder
Mikroorganismen 3 gearbeitet. Dabei beträgt der Druck für das Filtersystem 14,15, vorzugsweise der Differenzdruck, zur Beaufschlagung des Filtersystems 14,15, insbesondere einer Hohlfasermembran, 0,3 bis 2 bar, vorzugsweise 0,7 bis 1 ,5 bar, insbesondere etwa 0,7 bis 1 ,3 bar. Vom Ausgang des Filtersystems 14,15 wird das Reaktionsmedium 4 wiederum über eine Rohrleitung 21 , 22 zum
Auffangbehälter 16, 17 zurück geführt und tritt, wie schematisch dargestellt, höher konzentriert aus, als es von der Zuchtstation 1 oder bei der zweiten Filterstufe 12 von der ersten Filterstufe 1 1 übergeben wird. Die vom Filtersystem 14, 15 abgeschiedene Flüssigkeit wird an einem Seitenausgang über die Rückführungsleitung 13 an die Zuchtstation 1 zurück geleitet, so dass diese Flüssigkeit, die Nährstofflösung, wieder verwendet werden kann.
Damit die Pumpen 19, 20 und das Filtersystem 14, 15 von dem Auffangbehälter 16,17 entkoppelt werden können, sind in den Rohrleitungen 21 , 22 zwischen
Auffangbehälter 16, 17 und Pumpe 19, 20 sowie in der Rückführungsleitung 13 ein Ventil 23 angeordnet. Dabei wird für einen Reinigungsprozess, also bei aktivierten Ventilen 23, wie mit strichlierten Pfeilen 24 dargestellt, bei einem Ventil 23 eine Flüssigkeit, insbesondere Reinigungsflüssigkeit, eingeführt, welche anschließend durch die Pumpe 19, 20 und das Filtersystem 14,15 strömt und an den anderen Ventilen 23 wieder austritt. Somit ist ein Reinigungskreislauf aufgebaut, der unabhängig vom Auffangbehälter 16,17 ausgeführt werden kann.
Selbstverständlich ist es möglich, dass der Flüssigkeitsverlauf beim
Reinigungsprozess auch umgekehrt sein kann. Werden die Ventile 23 wieder deaktiviert, so kann der normale Kreislauf, wie mit den Pfeilen 18 dargestellt, durchgeführt werden, so dass eine Aufkonzentration des Reaktionsmediums 4 im Auffangbehälter 16,17 durchgeführt wird.
Die Zuführung des Reaktionsmediums 4 in den Auffangbehälter 16 der ersten Filterstufe 1 1 erfolgt mit einer Geschwindigkeit entsprechen der Geschwindigkeit in der Zuchtstation 1 , insbesondere von 7,2 l/min. Als Filtersystem 14,15 wird bevorzugt in beiden Filterstufen 1 1 ,12 ein Hohlfasermembran eingesetzt, bei der in der ersten Filterstufe 1 1 ein Flüssigkeitsanteil zwischen 15 l/min und 50 l/min, insbesondere 30 l/min und in der zweiten Filterstufe 12 zwischen 0,3 l/min und 2 l/min, insbesondere 1 ,0 l/min, ausgeschieden wird. Damit ist ersichtlich, dass in der ersten Filterstufe 1 1 eine geringere Menge an Reaktionsmedium 4 zuströmt, als Flüssigkeit vom Filtersystem 14 abgeführt wird, so dass eine Aufkonzentration des Reaktionsmediums 4 stattfindet. Bei Erreichen einer vordefinierten
Konzentration des Reaktionsmediums 4, insbesondere von einem Algen- und/oder Mikroorganismen 3-Anteil von 30 g/l, wird das Reaktionsmedium 4 vom Auffangbehälter 16 in den Auffangbehälter 17 in der weiteren Filterstufe 12 befördert, wobei bevorzugt gleichzeitig ein Reinigungsprozess für das Filtersystem 14 gestartet wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, noch weitere Filterstufen 1 1 , 12 mit gleichem Aufbau einzusetzen oder eine Spezial-Filterstufe für spezielle Algen bzw. Mikroorganismen 3 zu integrieren.
Der Reinigungsprozess kann dabei auf die unterschiedlichsten Arten manuell oder automatisch ausgelöst werden. Ein Reinigungsprozess wird beispielsweise dann ausgelöst, wenn ein vordefinierbarer Eingangsdruck des Reaktionsmediums 4 über eine definierte Zeitspanne am Filtersystemi , 15 insbesondere am Eingang des Filtersystem 1 1 ,12, von bevorzugt 1 ,5 bar anliegt. Bei diesem Druck wird der Auffangbehälter 16 oder 17 vom übrigen Leitungssystem über die Ventile 23 abgekoppelt und gleichzeitig der Reinigungsprozess für das Filtersystem 14,15 gestartet. Andererseits kann der Reinigungsprozess auch dann ausgelöst werden, wenn ein definierter Gegendruck entsteht oder eine vordefinierte Konzentration des Reaktionsmediums 4 erreicht ist, bei dem eine Überführung des
Reaktionsmediums 4 vom Auffangbehälter 16 der ersten Filterstufe 1 1 in den Auffangbehälter 17 in der zweiten Filterstufe 12 erfolgt und eine Reinigung der ersten Filterstufe 1 1 durchgeführt bzw. eingeleitet wird. Selbstverständlich kann auch in der zweiten Filterstufe 12 ein automatischer Reinigungsprozess eingeleitet werden, wobei hierzu jedoch ein entsprechendes Warnsignal bzw.
Reinigungssignal ausgesendet wird bzw. die entsprechende Wartungspersonen informiert werden, damit diese die Algen bzw. Mikroorganismen 3 aus dem
Auffangbehälter 17 entfernen.
Die Überführung des Reaktionsmediums 4 von dem Auffangbehälter 16 der ersten Filterstufe 1 1 in den Auffangbehälter 17 der zweiten Filterstufe 12 erfolgt mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 l/min und 60 l/min, insbesondere mit 25 l/min. Je schneller das Reaktionsmedium 4 übergeben wird, desto weniger frisches
Reaktionsmedium 4 strömt von der Zuchtstation 1 in den Auffangbehälter 16 hinzu. Das heißt, dass bei einer sehr raschen Übergabe nur eine sehr geringe Zumischung von frischem, nicht sehr hoch konzentrierten, Reaktionsmedium 4 aus der Zuchtstation 1 erfolgt, so dass der Anteil für die Übergabe außer Acht gelassen werden kann. Wesentlich ist, dass während des Reinigungsprozesses jedoch das
Reaktionsmedium 4 aus der Zuchtstation 1 nach wie vor kontinuierlich in den Auffangbehälter 16 strömt. Das heißt, dass die Abführung aus der Zuchtstation 1 und somit die Zuführung in das Ernte-Modul 2 nicht unterbrochen wird, so dass immer gewährleistet ist, dass in der Zuchtstation 1 ein entsprechender
Flüssigkeitsstrom für die Algen bzw. Mikroorganismen 3 vorhanden ist. Der Auffangbehälter 16 ist derart dimensioniert, dass in der Zeitdauer solange der Reinigungsprozess dauert, das Reaktionsmedium 4 aus der Zuchtstation 1 vom Auffangbehälter 16 aufgenommen werden kann. Das heißt, dass beim Starten eines Reinigungsprozesses die Ventile 23 aktiviert werden, gleichzeitig das Reaktionsmedium 4 vom Auffangbehälter 16 der ersten Filterstufe 1 1 in die weitere Filterstufe 12 übergeben wird und der Auffangbehälter 16 mit frischem zuströmenden Reaktionsmedium 4 aus der Zuchtstation 1 wieder befüllt wird. Dabei wird im Reinigungsprozess für das Filtersystem 14, 15 das Filtersystem 14,15 vom den restlichen Komponenten, insbesondere vom Auffangbehälter 16, getrennt.
Bevorzugt bleibt das Reaktionsmedium 4 doppelt- bis fünf-mal so lange in der ersten Filterstufe 1 1 als in der zweiten Filterstufe 12. Das Reaktionsmedium 4 ist beispielsweise über einen Zeitdauer zwischen 2 und 3 Tagen in der ersten
Filterstufe 1 1 , wogegen in der zweiten Filterstufe 12 das Reaktionsmedium 4 nur noch zwischen 2 und 3 Stunden verweilt. Damit ist in der zweiten Filterstufe 12 ausreichend Zeit einen Reinigungsprozess durchzuführen, bevor wiederum neues Reaktionsmedium 4 von der ersten Filterstufe 1 1 übergeben wird. Nachdem die zweite Filterstufe 12 durchlaufen ist, werden die Algen bzw. Mikroorganismen 3 entleert und getrocknet. Das Trocknen kann dabei durch einfache Lufttrocknung oder einer Trocknungsanlage erfolgen, sodass die Algen bzw. Mikroorganismen 3 anschließend verarbeitet werden können. Der Reinigungsprozess an sich kann derart erfolgen, dass zur Reinigung des Filtersystems 14,15, insbesondere der Hohlfasermembran eine
Reinigungsspülung mit Luft, insbesondere Druckluft, oder einer Reinigungsflüssigkeit durchgeführt wird, bei der mit hohem Druck die feinen Poren freigespült werden.
Vorzugsweise ist das Filtersystem 14,15 derart aufgebaut, dass das als
Hohlfasermembran ausgebildete Membranfiltrationssystem in einem Gehäuse entsprechend einem Dreiwege-Ventil ausgebildet ist, wobei das mit Algen und/oder Mikroorganismen 3 beladene Reaktionsmedium 4 einem Einlass zugeführt wird und am anderen Ende der Hohlfasermembran über einen Auslass das auszubringende aufkonzentrierte Reaktionsmedium 4, befördert wird. Am Umfang zwischen den beiden Enden der Hohlfasermembran wird über einen dritten Auslass die abgesonderte Nährstofflösung abgeführt.
Der Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsvarianten beschränkt ist, sondern auch weitere
Ausbildungen beinhalten können.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Gewinnung, insbesondere zum Ernten, von Algen und/oder Mikroorganismen aus einem Reaktionsmedium, beispielsweise zum Ernten aus einer aus Mikroorganismen und Nährlösung bestehenden Suspension, insbesondere bei einer Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung, wobei eine Aufkonzentration des Reaktionsmediums über ein als
Hohlfasermembran ausgebildetes Filtersystem erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, dass
- im ersten Schritt das Reaktionsmedium (4) kontinuierlich, insbesondere auch während eines Reinigungszyklus für das Filtersystem (14,15), einem Auffangbehälter (16) von einer Zuchtstation (1) zugeführt wird und
- im zweiten Schritt das Reaktionsmedium (4) mehrere, insbesondere
zumindest einer weiteren Filterstufe ( 1 , 2) zur Erhöhung der
Konzentration des Reaktionsmediums (4), insbesondere mit Algen und/oder Mikroorganismen (3) durch Absonderung von Flüssigkeit, insbesondere der Nährlösung aus dem Reaktionsmedium (4), durchläuft. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der ersten Filterstufe (1 1 ), vorzugsweise jedoch in beiden Filterstufen (11 ,12), das Reaktionsmedium (4) vom Auffangbehälter (16,17) in das Filtersystem (14,15) befördert wird, an dem ein hoher Anteil an Flüssigkeit, insbesondere Nährlösung, abgeschieden wird und dass das aus dem Filtersystem (14,15) austretende, höher konzentrierte, Reaktionsmedium
(4) wiederum dem Auffangbehälter (16,17) zugeführt wird, bis eine definierte Konzentration des Reaktionsmediums (4), insbesondere mit Algen und/oder Mikroorganismen (3), im Auffangbehälter (16,17) erzielt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Erreichen einer vordefinierten Konzentration des Reaktionsmediums (4), insbesondere von einem Algen- und/oder Mikroorganismen (3)-Anteil von 10 bis 50 g/l, insbesondere 30 g/l, das Reaktionsmedium (4) im
Auffangbehälter (16,17) in die weitere Filterstufe (12) befördert wird und dass vorzugsweise gleichzeitig ein Reinigungsprozess für das Filtersystem (14) gestartet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zuführung des Reaktionsmediums (4) in den Auffangbehälter (16) der ersten Filterstufe (11 ) mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeit in der Zuchtstation (1 ), insbesondere von 7,2 l/min, erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass als Filtersystem (14,15), vorzugsweise in beiden Filterstufen (11 ,12), eine Hohlfasermembran eingesetzt wird, bei der in der ersten Filterstufe (1 1 ) ein Flüssigkeitsanteil zwischen 15 l/min und 50 l/min, insbesondere 30 l/min und in der zweiten Filterstufe (12) zwischen 0,3 l/min und 2 l/min, insbesondere 1 l/min, ausgeschieden wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Förderung des Reaktionsmediums (4) vom Auffangbehälter (16,17) zum Filtersystem (14,15) über eine Pumpe (19,20), insbesondere eine Schaufelradpumpe, mit möglichst geringem Druck zur Vermeidung von Zerstörungen der Algen- und/oder Mikroorganismen (4) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass für das Filtersystem (14,15) ein Druck, vorzugsweise ein Differenzdruck, zur Beaufschlagung der Hohlfasermembran von 0,3 bis 2 bar, vorzugsweise 0,7 bis 1 ,5 bar, insbesondere etwa 0,7 bis 1 ,3 bar, gewählt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines vordefinierbaren
Eingangsdruckes des Reaktionsmediums (4) über eine vordefinierte Zeitspanne am Filtersystem (14,15), insbesondere am Eingang des
Filtersystem (14,15) von vorzugsweise 1 ,5 bar, ein Reinigungsprozess eingeleitet wird, bei dem der Auffangbehälter ( 6,17) vom übrigen
Leitungssystem abgekoppelt und gleichzeitig der Reinigungsprozess für das Filtersystem (14,15) gestartet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Überführung des Reaktionsmediums (4) vom Auffangbehälter (16) der ersten Filterstufe (1 ) in den Auffangbehälter (17) der zweiten Filterstufe (12) mit einer Geschwindigkeit zwischen 20 l/min und 60 l/min, insbesondere mit 25 l/min, erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Erreichen eines definierten Gegendruckes oder bei Erreichen einer vordefinierten Konzentration des Reaktionsmediums (4) eine Überführung des Reaktionsmediums (4) vom Auffangbehälter (16) der ersten Filterstufe (11 ) in den Auffangbehälter (17) der zweiten Filterstufe (12) erfolgt und eine Reinigung der ersten Filterstufe ( ) durchgeführt wird.
1 1. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung des Filtersystems (14,15),
insbesondere der Hohlfasermembran, eine Reinigungsspülung mit Luft, insbesondere mit Druckluft, oder einer Reinigungsflüssigkeit durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Reinigungsprozess für das Filtersystem (14,15) das Filtersystem (14,15) von den restlichen Komponenten, insbesondere vom Auffangbehälter (16,17), getrennt wird. 3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das als Hohlfasermembran ausgebildete
Membranfiltrationssystem in einem Gehäuse entsprechend einem
Dreiwege-Ventil ausgebildet wird, wobei das mit Algen und/oder
Mikroorganismen (3) beladene Reaktionsmedium (4) einem Einlass zugeführt wird und am anderen Ende der Hohlfasermembran über einen Auslass das auszubringende, aufkonzentrierte Reaktionsmedium (4), ausgebracht wird und am Umfang zwischen den beiden Enden der
Hohlfasermembran über einen dritter Auslass die Flüssigkeit, insbesondere die Nährstofflösung, ausgebracht wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Reaktionsmediums (4) von einer Anlage, insbesondere einer, als Zuchtanlage (1) ausgebildeten,
Biosolaranlage, für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen Prozess, insbesondere für eine Zucht und Produktion bzw. Hydrokultivierung von, vorzugsweise phototrophen, Mikroorganismen (3) kontinuierlich erfolgt, wobei das Reaktionsmedium (4) mäanderförmig in einer aus mehreren Reaktorelementen gebildete
Reaktoreinheit (5) geführt wird, wobei die mäanderförmige Führung des Reaktionsmedium (4) senkrecht oder in einem Winkel geneigt,
vorzugsweise mindestens einmal von unten nach oben bzw. gegen die Richtung Schwerkraft (aufsteigender Ast) und von oben nach unten bzw. in die Richtung der Schwerkraft (fallender Ast) transportiert wird und dass mindestens eine, vorzugsweise mehrere Reaktoreinheiten (5) zu einem Speicher-Modul (6) zusammen geschlossen werden, in dem das
Reaktionsmedium (4) in einer Endlosschleife transportiert wird, wobei an einer Reaktoreinheit (5) des Speicher-Moduls (6), vorzugsweise über eine Entnahmevorrichtung, vorzugsweise einem sogenannten„Desmodrom", ein frei wählbar definierter Anteil des Reaktionsmediums (4) entnommen wird und in einem, vorzugsweise aus mehreren in Reihe geschlossenen, Reaktoreinheiten (5) gebildeten Linien-Modul (7) geleitet wird, wobei gleichzeitig der fehlende Anteil an Reaktionsmedium (4) auf die
Ursprungsmenge aufgefüllt wird, worauf nach Durchlaufen der
Reaktoreinheiten (5) des Linien-Moduls (7) an der letzten Reaktoreinheit (5) über eine weitere Entnahmevorrichtung das Reaktionsmedium (4) aufgeteilt wird, worauf gegebenenfalls anschließend jeweils ein Wachstum-Modul (8) betrieben wird, bei dem der fehlende Anteil an Reaktionsmedium (4) auf die Ursprungsmenge aufgefüllt wird und/oder eine Entnahme-Modul (9) zur Gewinnung der Algen und/oder Mikroorganismen (3) betrieben wird.
15. Einrichtung zum Ernten eines Reaktionsmediums (4) von Algen und/oder Mikroorganismen (3) aus einem Reaktionsmedium (4), nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auffangbehälter (16,17) zum kontinuierlichen Zuführen eines
Reaktionsmediums (4) mit einer Anlage, insbesondere einer Zuchtanlage (1 ), verbunden ist und dass zum Ernten des Reaktionsmediums (4) von Algen und/oder Mikroorganismen (3) mehrere, insbesondere zwei,
Filterstufen (11 ,12) angeordnet sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, insbesondere in beiden Filterstufen (11 ,12) ein Auffangbehälter (16,17) unter Zwischenschaltung eines Fördermittels, wie einer Pumpe (19,20), insbesondere einer Schaufelradpumpe, angeordnet ist, der mit einem Filtersystem (14,15), insbesondere einen Hohlfasermembran, verbunden ist und ein Ausgang für die Algen und/oder Mikroorganismen (3) des
Filtersystem (14,15) mit dem Auffangbehälter (16, 7) zur Rückführung des Reaktionsmediums (4) verbunden ist und dass ein weiterer Ausgang am
Filtersystem (14,15) zur Abführung von Flüssigkeit, insbesondere der Nährstofflösung, zur Wiederverwendung in einer Zuchtanlage (1 ), angeordnet ist.
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