管理光生物反應器廢氣的方法
【專利說明】管理光生物反應器廢氣的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求發(fā)明名稱為“管理光生物反應器廢氣的方法”的于2013年1月17日遞交的美國臨時專利申請61/753,711號和發(fā)明名稱為“管理光生物反應器廢氣的方法”的于2013年2月1日遞交的美國臨時專利申請61/759,656號的權益。上述申請的全部內容以引用方式并入本申請。
技術領域
[0003]本公開涉及一種生長生物質的方法。
【背景技術】
[0004]出于生產燃料源的目的，已經廣泛實施了對光養(yǎng)(phototrophic)生物的培養(yǎng)。通過供應在光合作用中供光養(yǎng)生物消耗的二氧化碳，還將工業(yè)過程的廢氣用于促進光養(yǎng)生物的生長。通過提供用于此目的的廢氣，降低了對環(huán)境的影響，并同時產生了潛在有用的燃料源。然而，依然存在的挑戰(zhàn)是如何使該方法更具有經濟吸引力，從而將其并入現有設備中。

【發(fā)明內容】

[0005]—個方面提供了一種在反應區(qū)中生長光養(yǎng)生物質的方法，其中，所述反應區(qū)包含反應混合物，所述反應混合物在暴露于具有光合活性的光照射的時候能夠進行光合作用，其中，所述反應混合物包含在所述反應區(qū)中能夠生長的光養(yǎng)生物質。所述方法包括:將至少一部分由工業(yè)過程排放的氣態(tài)廢料供應至所述反應區(qū)；將所述反應混合物暴露于具有光合活性的光照射，并使所述光養(yǎng)生物質在所述反應區(qū)中進行生長，其中，所進行的生長包括通過光合作用進行的生長;和調節(jié)由所述反應區(qū)排出的二氧化碳在煙囪和至少另一個排放點之間的供應摩爾速率的分布。
[0006]另一個方面提供了一種在反應區(qū)中生長光養(yǎng)生物質的方法，其中，所述反應區(qū)包含反應混合物，所述反應混合物在暴露于具有光合活性的光照射時能夠進行光合作用，其中，所述反應混合物包含在所述反應區(qū)中能夠生長的光養(yǎng)生物質。所述方法包括:將至少一部分由工業(yè)過程排放的氣態(tài)廢料供應至所述反應區(qū);將所述反應混合物暴露于具有光合活性的光照射，并使所述光養(yǎng)生物質在所述反應區(qū)中進行生長，其中，所進行的生長包括通過光合作用進行的生長;從所述反應區(qū)排放廢氣;從由所述反應區(qū)排放的所述廢氣中分離出至少一種富氧產物;和使所述富氧產物接觸燃料以進行燃燒。
[0007]另一個方面提供了一種在反應區(qū)中生長光養(yǎng)生物質的方法，其中，所述反應區(qū)包含反應混合物，所述反應混合物在暴露于具有光合活性的光照射時能夠進行光合作用，其中，所述反應混合物包含在所述反應區(qū)中能夠生長的光養(yǎng)生物質。所述方法包括:將至少一部分由工業(yè)過程排放的氣態(tài)廢料供應至所述反應區(qū);將所述反應混合物暴露于具有光合活性的光照射，并使所述光養(yǎng)生物質在所述反應區(qū)中進行生長，其中，所進行的生長包括通過光合作用進行的生長;從所述反應區(qū)排放廢氣;從由所述反應區(qū)排放的所述廢氣中分離出至少一種貧氧產物;和將所述貧氧產物供應至所述反應區(qū)。
[0008]另一個方面提供了一種在反應區(qū)中生長光養(yǎng)生物質的方法，其中，所述反應區(qū)包含反應混合物，所述反應混合物在暴露于具有光合活性的光照射時能夠進行光合作用，其中，所述反應混合物包含在所述反應區(qū)中能夠生長的光養(yǎng)生物質。所述方法包括:將至少一部分由工業(yè)過程排放的氣態(tài)廢料供應至所述反應區(qū);將所述反應混合物暴露于具有光合活性的光照射，并使所述光養(yǎng)生物質在所述反應區(qū)中進行生長，其中，所進行的生長包括通過光合作用進行的生長;從所述反應區(qū)排放廢氣;和將至少一部分排放的廢氣再循環(huán)至所述反應區(qū)。
【附圖說明】
[0009 ]現在將通過以下附圖描述本發(fā)明優(yōu)選實施方式的方法:
[0010]圖1是實施所述方法的系統的實施方式的工藝流程圖；
[0011]圖2A是實施所述方法的氣體處理過程的子系統的實施方式的工藝流程圖，顯示了該子系統的單元操作的至少一部分。
[0012]圖2B是實施所述方法的氣體處理過程的子系統的另一實施方式的工藝流程圖，顯示了該子系統的單元操作的至少一部分。
[0013]圖3是實施所述方法的系統的另一實施方式的工藝流程圖；和
[0014]圖4是實施所述方法的系統的另一實施方式的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0015]在整個說明書中提到“一些實施方式”意味著:結合一些實施方式而描述的特定特征、結構或特性不必然指代相同的實施方式。另外，特定特征、結構或特性可以以任何適當的方式相互組合。
[0016]參考圖1，提供了有利于執(zhí)行在光生物反應器12的反應區(qū)10中生長光養(yǎng)生物質的方法的系統。
[0017]反應區(qū)10包含在暴露于具有光合活性的光照射時能夠有效進行光合作用的反應混合物。反應混合物包含光養(yǎng)生物質、二氧化碳和水。在一些實施方式中，反應區(qū)包含設置在水性介質中的光養(yǎng)生物質和二氧化碳。在反應區(qū)10中，設置光養(yǎng)生物質使其與二氧化碳和水均保持傳質連通。
[0018]“光養(yǎng)生物”是在接收光能量時能夠在水性介質中進行光養(yǎng)生長的生物體，如植物細胞或微生物。光養(yǎng)生物是單細胞或多細胞生物。在一些實施方式中，例如，光養(yǎng)生物是已經被人工修飾或通過基因操縱被修飾的生物體。在一些實施方式中，例如，光養(yǎng)生物是藻類。在一些實施方式中，例如，所述藻類是微藻。
[0019]“光養(yǎng)生物質”是至少一種光養(yǎng)生物。在一些實施方式中，例如，光養(yǎng)生物質包括超過一種光養(yǎng)生物物種。
[0020]“反應區(qū)10”限定了光養(yǎng)生物質進行生長的空間。在一些實施方式中，例如，反應區(qū)中的壓力是大氣壓。
[0021]“光生物反應器12”是為光養(yǎng)生物質的生長提供適合環(huán)境的任何結構、布局、地面構造或區(qū)域。可通過提供使光養(yǎng)生物質利用光能生長的空間而作為光生物反應器12使用的具體結構的實例包括但不限于箱、池、槽、渠、塘、管路、管、溝和管道。所述光生物反應器可以為開放的、封閉的、部分封閉的、封蓋的或部分封蓋的。在一些實施方式中，例如，光生物反應器12是池，并且該池是開放的，在此情況下所述池易受的影響是不受控制地從周圍環(huán)境接收物質和光能。在其他實施方式中，例如，光生物反應器12是封蓋的池或部分封蓋的池，在此情況下從周圍環(huán)境接收物質至少部分地受到干擾。光生物反應器12包含含有反應混合物的反應區(qū)10。在一些實施方式中，光生物反應器12被構造為接收光養(yǎng)試劑供給(并且，在一些這些實施方式中，可選的是接收補充營養(yǎng)素)，并且還被構造為能夠排放在反應區(qū)10內生長的光養(yǎng)生物質。在此方面，在一些實施方式中，光生物反應器12包含用于接收光養(yǎng)試劑和補充營養(yǎng)素供給的一個或多個入口，并且還包含用于回收或收獲在反應區(qū)10中生長的生物質的一個或多個出口。在一些實施方式中，例如，將一個或多個入口構造為以周期性或間歇性的時間間隔暫時密封。在一些實施方式中，例如，將一個或多個出口構造為以周期性或間歇性的時間間隔暫時密封或實質密封。光生物反應器12被構造為包含反應混合物，所述反應混合物在暴露于具有光合活性的光照射時能夠有效進行光合作用。還將光生物反應器12構造為在光生物反應器12內建立具有光合活性的光照射(例如，波長約400nm?700nm的光，可由太陽或其他光源發(fā)射)以暴露光養(yǎng)生物質。將反應混合物暴露于具有光合活性的光照射實現了光合作用和光養(yǎng)生物質的生長。在一些實施方式中，例如，所建立的光照射由設置在光生物反應器12中的人工光源14提供。例如，合適的人工光源包括可浸入水中的光纖或光導、發(fā)光二極管(“LED”)、LED帶和熒光燈?？梢允贡绢I域已知的任何LED帶都適用于光生物反應器12。對于可浸入水中的LED，在一些實施方式中，例如，能源包括對LED供電的另類能源(alternative energy sources)，例如風能、光電池、燃料電池等。在光生物反應器12內部或外部的熒光燈可用作備用系統。在一些實施方式中，例如，所建立的光來源于從光生物反應器12外部通過透射部件而透射的自然光源16。在一些實施方式中，例如，透射部件是光生物反應器12的包含結構的一部分，其對具有光合活性的光照射至少部分透明，并且被構造為使所述光透射至反應區(qū)10以便被光養(yǎng)生物質接收。在一些實施方式中，例如，自然光由太陽能收集器接收，被選擇性波長濾鏡過濾，并隨后通過光纖材料或光導而透射到反應區(qū)10。在一些實施方式中，例如，提供自然光源和人工光源以在生物反應器12內建立具有光合活性的光照射。
[0022]“水性介質”是指包含水的環(huán)境。在一些實施方式中，例如，水性介質還包含足夠的營養(yǎng)素以促進光養(yǎng)生物質的生存和生長。在一些實施方式中，例如，可包含補充營養(yǎng)素，例如勵\和/或3(^。合適的水性介質具體論述于:1?