專利名稱：用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及在控制的條件下培養(yǎng)光合 細(xì)胞的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及光合微生 物用于生產(chǎn)產(chǎn)品例如生物燃料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界面臨的兩個挑戰(zhàn)包括正在進(jìn)行的、使得全球變暖的 二氧化碳環(huán)境污染以及世界自然能源例如化石燃料的不斷消耗。 化石燃料消耗的增加與二氧化碳空氣污染的增加有關(guān)聯(lián)，這存在 難以解決的循環(huán)。
例如，估計(jì)美國每年化石燃料的燃燒產(chǎn)生17億噸二氧化碳(參 見美國專利公開2002/0072109)。全球化石燃料消耗產(chǎn)生的二氧化 碳更多，估計(jì)在70-80億噸/年(Marland等2006)。 二氧化碳空氣污 染的增加能夠?qū)е氯蜃兣?，其進(jìn)一步又能夠增加極端天氣事件 例如洪水、干旱、熱浪、颶風(fēng)以及龍巻風(fēng)的發(fā)生頻率和強(qiáng)度。全 球變暖的其它后果可能包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的變化、物種滅絕以及疾病 媒介物范圍的增加。
已提出二氧化碳修復(fù)的方法。例如，美國專利公開 2002/0072109公開了 一種原位生物學(xué)螯合系統(tǒng)，其能夠降低化石 燃料發(fā)電裝置的排出物中的含碳化合物的濃度。該系統(tǒng)使用光合 微生物，例如藻類和藍(lán)細(xì)菌，這些微生物附著在位于日光照射的 密封室中的生長面上。藍(lán)細(xì)菌或藻類吸收由化石燃料發(fā)電裝置產(chǎn)生的二氧化碳。
至于第二個挑戰(zhàn)，增加的全球能量需求導(dǎo)致更多的需要不可 再生的化石燃料能量供給。正在開發(fā)可替代的能源。例如，目前 正在種植農(nóng)產(chǎn)品如玉米、大豆、亞麻籽、油菜籽、甘蔗以及棕櫚 油，以用于生物燃料生產(chǎn)。來自于工業(yè)例如農(nóng)業(yè)、住房建筑以及 林業(yè)的可生物降解的副產(chǎn)品也可以用于生產(chǎn)生物能。例如，麥稈、 木料、糞肥、大米、稻谷殼、污物、可生物降解的廢物以及食物 剩余物也可以通過厭氧消化轉(zhuǎn)變?yōu)檎託狻?br> 還嘗試了使用生物生產(chǎn)乙醇的方法。例如，Muller等的美國 專利4,242,455描述了 一種連續(xù)方法，其中用強(qiáng)無機(jī)酸將碳水化合 物聚合物顆粒例如淀粉顆粒和/或纖維素碎屑以及纖維的含水漿 狀物酸化以形成可發(fā)酵糖。然后用至少二種抹系的酵母 (Sacc/m卬w;;cM)將可發(fā)酵糖發(fā)酵成乙醇。Chibata等的美國專利 4,350,765描述了通過使用固定化的酵母或單胞發(fā)酵菌 (7少/mowmw)和含發(fā)酵糖的營養(yǎng)培養(yǎng)肉湯生產(chǎn)高濃度乙醇的方 法。Arcuri等的美國專利4,413,058描述了 一抹運(yùn)動單胞發(fā)酵菌 (Zymomowav mo6//^)，通過將該微生物置于連續(xù)反應(yīng)器塔中并使 含水糖流通過所述塔以用于生產(chǎn)乙醇。
Hartley等的PCT申請WO/88/09379描述了兼性厭氧嗜熱菌抹 的應(yīng)用，這些兼性厭氧嗜熱菌林通過發(fā)酵包括纖維二糖和戊糖在 內(nèi)的各種糖來生產(chǎn)乙醇。這些菌抹在乳酸脫氫酶中含有突變。結(jié) 果，在厭氧條件下通常將產(chǎn)生乳酸鹽的這些菌抹產(chǎn)生乙醇。
美國公開2002/00421 ll公開了可用于生產(chǎn)乙醇的遺傳改造的 藍(lán)細(xì)菌。所述藍(lán)細(xì)菌包含一構(gòu)建體，該構(gòu)建體含有從單胞發(fā)酵菌 質(zhì)粒pL01295獲得的編碼丙酮酸脫羧酶和醇脫氫酶(aW)的 DNA片段。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的實(shí)施方案通過提供用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的通用和可 控的系統(tǒng)和方法克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。所述系統(tǒng)和方法使得可以生產(chǎn)的因素。實(shí)施方案還使在所述系統(tǒng)的操作中能量和水的消耗 最小化。
在某些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)包括管道，所述管道具有外表 面、內(nèi)表面、內(nèi)體積、長度和在使用期間允許日光進(jìn)入所述內(nèi)體 積的至少一部分。所述管道的至少一部分在白天能夠暴露于日
光，并且熱抑制系統(tǒng)(thermal dampening system)能夠與所述管道
可操作地相連。在非限制性實(shí)施例中，配置C02供給系統(tǒng)以用于
在使用期間向所述內(nèi)體積供給C02;配置營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)以用于 在使用期間向所述內(nèi)體積供給一種或多種營養(yǎng)物(例如氮和磷)； 而分離系統(tǒng)用于在使用期間將細(xì)胞從所述管道去除以及以控制 的方式將細(xì)胞和濾過水返回所述內(nèi)體積。在某些實(shí)施方案中，所 述營養(yǎng)物可以是硝酸鹽或另 一種固定氮化合物組分。
在非限制性實(shí)施例中，所述熱抑制系統(tǒng)可以包括約2英尺深 至10英尺深的池，優(yōu)選4至6英尺深，最優(yōu)選約5英尺深。所述池 可以在50平方米至200平方米之間，優(yōu)選在100平方米至150平方 米之間，最優(yōu)選約130平方米。所述池可以由近水平土地區(qū)域的 土制堤壩形成。所述管道可以浸沒在池表面以下3英尺左右，所 述池可以部分或完全纟皮遮蔽。所述管道的部分也可以在地下或以 其它方式隔避于外部的光。遮蔽系統(tǒng)可以包括由纜繩或鏈條傳動 裝置牽拉的可伸縮的油布或者可伸縮的游泳池蓋。也可以將所述 池分成幾部分，以使得不同部分保持不同的操作條件。另外，含 有管道的兩個或多個池可以平行操作，以按比例增大光合細(xì)胞的 生產(chǎn)率。所述熱抑制系統(tǒng)還可以包括于池或者其它流體貯器上的 狹窄萄道。所述狹窄甬道可以縱向沿著所迷管道延伸并以約6至8 英尺的中心間距橫向穿過所述管道，并且可以由所述貯器的底部 來支撐。所述狹窄閨道可以用于維護(hù)和清潔所述管道。在非限制 性實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可以包括用于清潔所述管道的清潔裝置， 例如拖拉通過所述管道以清潔所述管道內(nèi)部的軟球。在某些實(shí)施 方案中，也可以使用刷子、真空裝置或水力清理裝置清潔所述管道的夕卜部。
某些實(shí)施方案可以包括流體控制系統(tǒng)，所述流體控制系統(tǒng)配
置用于以下從所述管道中去除基本上不含固體的滲透物；將所 述基本上不含固體的滲透物的 一 部分再循環(huán)回所述管道；從所述 系統(tǒng)中去除濃縮的固體滲余物；以及將所述基本上不含固體的滲 透物的 一部分再循環(huán)回所述管道。
根據(jù)Willem F丄Vermaas的在或約在2006年10月20日或左右 遞交的、題目為"Modified Cyanobacteria"("改造的藍(lán)細(xì)菌")的美 國臨時專利申請60/853,285以及2007年10月20日或左右遞交的題 目為"Modified Cyanobacteria"("改造的藍(lán)細(xì)菌")的PCT申請?zhí)?br> _____,該兩篇文獻(xiàn)引入本文作為參考。在非限制性實(shí)施例中，
所述藍(lán)細(xì)菌可以是集胞藻PCC 6803 OS少"ec/20cy""' sp. PCC 6803) 或口者藍(lán)纟田菌聚5求-溪BP-l(7力erwos少M(fèi)ec/ ococcw^ e/owg(3fws sp. BP-1)。
集胞藻PCC 6803為顯示具有非常期望的分子遺傳學(xué)、生理學(xué) 以及形態(tài)特征獨(dú)特組合的單細(xì)胞生物。例如，該種是可自發(fā)轉(zhuǎn)變 的，通過雙同源重組將外源DNA整合到其基因組中，在多種不同 的生理?xiàng)l件(例如光合自養(yǎng)/兼養(yǎng)/異養(yǎng))下生長，并且相對小(直徑 1.5 pm) (Van de Meenedeng等，2006)。其全部基因組已經(jīng)測序 (Kaneko等，1996)，并且發(fā)現(xiàn)高比例的開放性讀碼框在其它細(xì)菌 群中沒有同源物(Fraser等，2000)。集胞藻PCC6803可以從美國典 型培養(yǎng)物保藏中心獲得，保藏號為ATCC 27184 (Rippka等，1979. J. Gen. Micro., 111:1-61)。
嗜熱藍(lán)細(xì)菌聚球藻BP-1是棲息于熱泉區(qū)且最適生長溫度為 約55。C的單細(xì)胞嗜熱藍(lán)細(xì)菌(Nakamura等，2002)。該菌的全部基 因組已經(jīng)測序。該基因組包括為2,593,857個堿基對的環(huán)狀染色 體。預(yù)測有總共2475個潛在蛋白質(zhì)編碼基因、 一套rRNA基因、代 表42個tRNA種類的42個tRNA基因以及4個小結(jié)構(gòu)RNA基因。
所述在使用期間允許日光進(jìn)入所述內(nèi)體積的所述管道的部 分是透明的。在某些實(shí)施方案中，所述透明的部分可以由透明或半透明玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚乙烯組成，并且所述管 道可以包括具有圓截面的管子。
在其它實(shí)施方案中，培養(yǎng)細(xì)胞的方法包括在一個或多個管道
的內(nèi)體積中培養(yǎng)細(xì)胞；給所述內(nèi)體積提供C02和固定氮；將所述 C02和固定氮暴露于自然光；抑制所述管道中的任何熱變化；以 及從所述內(nèi)體積中去除細(xì)胞。在某些實(shí)施方案中，所述細(xì)胞是藍(lán) 細(xì)胞，抑制熱變化包括使所述管道的外表面與流體接觸。在非限 制性實(shí)施例中，控制流體的溫度，通過所述管道的流速為2-20 cm/sec， 更優(yōu)選為4-10 cm/sec， 最優(yōu)選為5-10 cm/sec。 可以通過 煙道氣或燃燒廢氣提供C02,可以通過地下水、氨、硝酸鹽或另 一種固定氮化合物提供營養(yǎng)物。在非限制性實(shí)施例中，所述細(xì)胞 通過膜去除，并將所述管道浸沒在流體貯器中。
在某些非限制性方法中，所述內(nèi)體積中的C02、固定氮和溫
度保持在適合于培養(yǎng)藍(lán)細(xì)菌或其它光合微生物的量。例如，可以 將所述管道的內(nèi)體積中的<:02保持在約0.01%至10%，更優(yōu)選在
0.02%至7%,最優(yōu)選在0.03%至5%?？梢詫⒌３衷诩s0.1至15 mM (毫摩爾)，優(yōu)選在0.3至12 mM?？梢詫?nèi)體積中的溫度保持在約 3-80攝氏度，優(yōu)選10-60攝氏度。
在非限制性實(shí)施例中，所述管道的直徑可以約1-18英寸，更 優(yōu)選直徑為4-8英寸，最優(yōu)選直徑為約5-7英寸。所述管道可以長 10至200米，優(yōu)選長50至150，最優(yōu)選長約100米。
所述熱抑制系統(tǒng)可配置用于在使用期間使流體與所述管道 接觸循環(huán)，可以包括具有合成襯墊的流體貯器，其中所述管道的 至少一部分浸沒在所述流體!t器中。在其它實(shí)施方案中，所述系 統(tǒng)可以包括配置用于支撐所述管道的支持物。所述支持物可以包 括管支架或波紋板，并且可以間隔分開2至50英尺，更優(yōu)選分開 約4至10英尺，最優(yōu)選分開約6英尺。在非限制性實(shí)施例中，有幾 排管道在管道排的一端或兩端與分配總管相連。在某些實(shí)施方案 中，約一半管道排的流向在一個方向，而剩余的管道排的流向在 相反的方向。在某些實(shí)施方案中，C02供給系統(tǒng)可以包括泵，可以配置用 于在使用期間將燃燒廢氣或煙道氣注入所述管道的內(nèi)體積中。
在非限制性實(shí)施例中，用于將流體在所述管道內(nèi)循環(huán)的泵可 以是氣舉泵、軸流泵、離心泵、螺旋泵或正排量泵。它可以提供
約500-5,000 L/min的流速，更優(yōu)選約1,000-3,000L/min,最優(yōu)選約 2,500L/min。在非限制性實(shí)施例中，所述泵可以提供約0.25-10米 總動壓頭的流動，更優(yōu)選在0.5至5米之間，最優(yōu)選約1.0米。
在其它實(shí)施例中，所迷系統(tǒng)包括與所述管道可操作相連的分 配槽或分配總管，所述分配槽或分配總管配置用于在使用期間接
收C02注入物。C02可以由多種不同源提供，所述源包括提供燃燒 廢氣的那些。所述C02供給系統(tǒng)還可以包括供給含C02氣體的鼓風(fēng)
機(jī)。所述鼓風(fēng)機(jī)可以具有約100至5,000立方米/小時的流速，更優(yōu) 選在500至2,500立方米/小時之間，最優(yōu)選約l,500立方米/小時。
在某些實(shí)施方案中，所述C02系統(tǒng)可以具有洗滌器(例如堿洗滌器) 以去除污染物(例如S02)。在非限制性實(shí)施例中，可以使用紫外燈 或化學(xué)過濾器對來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣進(jìn)行空氣殺菌。所述C O 2供給 系統(tǒng)可以配置用于將C02直接注入分配總管或者分配槽中。
在某些實(shí)施方案中，所述營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)可以配置用于在使 用期間將地下水供給給所述管道的內(nèi)體積。在該實(shí)例中，通過地 下水向所述系統(tǒng)提供氮以及通過該系統(tǒng)將氮從地下水中除去實(shí) 現(xiàn)了協(xié)同益處。所述營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)還可以包括具有氨或硫酸銨 的儲槽和計(jì)量泵。還可以通過營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)添加其它營養(yǎng)物例 如磷。
在某些實(shí)施方案中，營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)經(jīng)過工業(yè)廢水處理廠通 常使用的包裝給料系統(tǒng)添加氮、磷和/或其它礦物質(zhì)。所述營養(yǎng)物 -供給系統(tǒng)可以包括攪拌槽、日槽和自動計(jì)量泵。所述營養(yǎng)物-供 給系統(tǒng)可以用于添加營養(yǎng)物或礦物質(zhì)，例如氨、石克酸銨和爿疇酸。
在其它非限制性實(shí)施例中，所述分離系統(tǒng)包括膜。在特定的 實(shí)施方案中，所述膜可以是中空纖維超濾膜系統(tǒng)例如Zenon⑧系 統(tǒng)，或者浸沒式平板膜系統(tǒng)例如Kubota⑧系統(tǒng)。在某些實(shí)施方案中，所述分離(或脫水)系統(tǒng)將固體從20-10,000 mg/L濃縮至 1,000-50，000 mg/L，更優(yōu)選從100-300 mg/L濃縮至5,000-25,000 mg/L，最優(yōu)選從200 mg/L濃縮至10,000 mg/L。所述分離系統(tǒng)可以 將滲透水和濃縮固體循環(huán)回所述反應(yīng)系統(tǒng)，它可以是單級或多級 系統(tǒng)。
在特定的實(shí)施方案中，所述分離器將接收來自管道的流體， 它將分別地將濃縮固體運(yùn)回所述管道，從系統(tǒng)中去除濃縮固體用 于進(jìn)一步處理，從系統(tǒng)中去除濾過的(不含固體的)滲透水，并將 濾過的滲透水運(yùn)回所述管道。這 一 套流向所述分離器以及從所述 分離器流出使得獨(dú)立地控制以下成為可能所述管道內(nèi)的固體物 (即光合微生物)濃度、從所述分離器去除用于進(jìn)一步處理并返回 所述管道的固體物濃度以及所述管道中光合微生物的特定生長 速度。
在某些實(shí)施方案中，所述從系統(tǒng)中去除的濃縮固體可以運(yùn)至 儲槽以進(jìn)一步脫水。另 一脫水步驟可以將產(chǎn)品從1%固體物濃縮到 5-50%固體物，更優(yōu)選10-25%固體物，最優(yōu)選15-20%固體物。這 可以使用離心才幾例如沉降式離心機(jī)(又稱螺巻軸或無孔轉(zhuǎn)鼓式離 心機(jī))完成。某些非限制性實(shí)施例還可以包括附加濾器。在某些實(shí) 施方案中，可以使用絮凝系統(tǒng)(例如聚合物系統(tǒng))捕獲離心機(jī)中的 固體物，并且可以選擇離心機(jī)的大小以使得固體物的處理可以在 單個工作班次完成。
某些非限制性實(shí)施方案包括將回收的固體物轉(zhuǎn)化為生物燃 料(例如生物柴油)或其它有價值的產(chǎn)品的處理系統(tǒng)，所述其它有 價值的產(chǎn)品包括可用作燃燒燃料或具有其它可能用途的半干或 干的破裂細(xì)胞殘余物。在某些實(shí)施方案中，所述產(chǎn)品處理包括裂 解或使細(xì)胞破裂。可以釆用多種破裂方法，所述方法包括但不限 于熱處理；超聲處理；機(jī)械磨蝕(例如正排量泵)；加壓和突然 降壓；通過加入惰性介質(zhì)輔助的磨蝕和^皮裂；脈沖電場；堿或酸 處理。在某些實(shí)施方案中，破裂后可以進(jìn)行額外的處理方法。例
如，可以進(jìn)行直接溶劑或者超臨界C02萃取來自所述固體物的油或其它產(chǎn)品。這之后可以從油中生產(chǎn)生物柴油，將殘留的細(xì)胞碎
片脫水至約10-80%固體物，更優(yōu)選30-60%固體物，最優(yōu)選約50% 固體物。在其它非限制性實(shí)施例中，可以將所述細(xì)胞干燥至80% 或以上固體物，更優(yōu)選90%或以上固體物，最優(yōu)選約100%固體物， 然后通過油的溶劑或超臨界C02萃取生產(chǎn)生物柴油。在其它實(shí)施 方案中，可以用熱、堿和乙醇處理含有約20%固體物的產(chǎn)品以生 產(chǎn)生物柴油產(chǎn)品。在實(shí)施方案中可以使用多種千燥方法；例如， 可以使用太陽能干燥或機(jī)械干燥來千燥產(chǎn)品。
應(yīng)理解，本申請中討論的任何實(shí)施方案就本發(fā)明的方法或系 統(tǒng)而言可以實(shí)施，反之亦然。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于完成 本發(fā)明的方法。
術(shù)語"管道"或其變體當(dāng)在權(quán)利要求書和/或說明書中使用時， 包括通過其流體可以傳送的任何結(jié)構(gòu)。管道的非限制性實(shí)例包括 管、桶、通道或其它圈起的結(jié)構(gòu)。
術(shù)語"貯器"或其變體當(dāng)在權(quán)利要求書和/或說明書中使用時， 包括能夠盛有流體的任何結(jié)構(gòu)。貯器的非限制性實(shí)例包括池、槽、 湖、盆或其它類似結(jié)構(gòu)。
術(shù)語"約"或"大約"定義為與本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的接近，在 一個非限制性實(shí)施方案中，所述術(shù)語定義為在10%內(nèi)，優(yōu)選在5% 內(nèi)，更優(yōu)選在1%內(nèi)，最優(yōu)選在0.5%內(nèi)。
術(shù)語"抑制"或"降低"或這些術(shù)語的變體當(dāng)在權(quán)利要求書和/ 或說明書中使用時，包括達(dá)到期望的結(jié)果的任何可測量的降低或 完全抑制。
術(shù)語"有效的"，當(dāng)該術(shù)語在說明書和/或權(quán)利要求書中使用 時，意為足夠完成希望的、期望的或欲意的結(jié)果。
詞語"一 個"或"一 種"當(dāng)在權(quán)利要求書和/或說明書中與術(shù)語 "包括"聯(lián)合使用時，可以意為"一個(種)"，但是它還與"一個(種) 或多個(種)"、"至少一個(種)"以及"一個(種)或多于一個(種)"的意 思一致。
權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"或"或"或者"，雖然公開的內(nèi)容支持指唯一選擇的以及"和/或"的定義，但是除非清楚地指出用于指 唯一選擇的或者選擇的是相互排他的，否則意為"和/或"。
如說明書和權(quán)利要求書中所用，詞語"包括"(以及包括的任何 形式)、具有(以及具有的任何形式)、包含(以及包含的任何形式) 或含有(以及含有的任何形式)是非封閉的或開放的，不排除另外 的未列出的元件或方法步驟。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過以下詳細(xì)的描述將變得 清楚。不過，應(yīng)理解，該詳細(xì)的描述和實(shí)施例盡管指出本發(fā)明特 定的實(shí)施方案，僅以例示的方式給出。另外，應(yīng)理解，從該詳細(xì) 的描述，在本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言將是清楚的。


圖l,培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)100的示意圖。 圖2,圖l所示系統(tǒng)的局部剖視圖。 圖3，細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)200的示意圖。 圖4,培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)400的示意圖。 圖5，培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)500的示意圖。
具體實(shí)施例方式
先參照圖1,用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)100包括熱抑制系統(tǒng) 120、 C02供給系統(tǒng)140、營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)160和分離系統(tǒng)180。另 外參照圖2，系統(tǒng)100的局部剖視圖包括于流體貝i器121中的外部 抑制液體129、管道122、管道支持物123、分配總管124、村墊125 和狹窄甬道126。為清楚闡述起見，在圖2中僅顯示一個管道122。 在所示的實(shí)施方案中，內(nèi)部流體139包括在管道122的內(nèi)體積128 中生長的細(xì)胞127,所述管道122由將光131傳至于內(nèi)體積128中的 內(nèi)部流體139的材料組成。如在該實(shí)施方案中所示，流體去除管 137使得內(nèi)部流體139和光合細(xì)胞127從內(nèi)體積128中排出或去掉。 還如圖2所示，C02管132和營養(yǎng)物-供給管133與分配總管124連在 一起。圖2中顯示的實(shí)施方案包括將外部流體129供給給貝i器121的流體入口管134和允許外部流體129離開貯器121的流體出口管 135。
在所示的實(shí)施方案中，泵136通過入口管134和出口管135使 外部流體129通過貯器121循環(huán)。在某些實(shí)施方案中，熱抑制系統(tǒng) 120包括流體貯器121和外部流體129。在其它實(shí)施方案中，熱抑 制系統(tǒng)120還包括泵136、入口管134和出口管135以及其它相聯(lián)的 控制裝置例如溫度和流速控制裝置。
可以將貯器121分成流動部分151、 152和153?？梢詫⒏髁鲃?部分151-153進(jìn)一步分成反向流動段154-159和端段161-163。例 如，內(nèi)部流體139可以乂人分配總管124通過流動段155、端段161并 返回通過流動段154流動到分配總管124。在一個實(shí)施方案中，鄰 近分配總管124 (或與其連為整體的)的氣舉泵(未顯示)提供使內(nèi) 部流體139循環(huán)的動力。泵可以提供在各流動段154-159的入口端， 或者各部分151-153可以使用單個泵以使內(nèi)部流體139在部分內(nèi)循
環(huán)。在某些實(shí)施方案中，可以將含有C02的氣體注入驅(qū)動氣流泵 的空氣中。在其它實(shí)施方案中，可以將含有CO 2的氣體直接注入 分配總管124中或注入營養(yǎng)物-供給管133中。
在某些實(shí)施方案中，CO2供給系統(tǒng)140可以包括向管道122的 內(nèi)體積128供給含有C02的氣體的管132 。在非限制性實(shí)施例中， 管132可以和燃燒廢氣相連。在特定的非限制性實(shí)施方案中，管 132可以與發(fā)電廠的煙道氣出口相連。C02供給系統(tǒng)140還可以包 括與管132相聯(lián)的裝置；例如，C02供給系統(tǒng)140可以包括用于調(diào) 整C02流和/或從C02供給流中除去不期望的物質(zhì)的裝置。
在某些實(shí)施方案中，營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)160可以包括向管道122 的內(nèi)體積128供給營養(yǎng)物和礦物質(zhì)的營養(yǎng)物供給管133。在非限制 性實(shí)施例中，管133可以向內(nèi)體積128運(yùn)送氮?dú)饣蚝邢跛猁}的地 下水。營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)160還可以包括管133相聯(lián)的裝置；例如氮 供給系統(tǒng)160可以包括用于調(diào)整營養(yǎng)物流和/或從氮供給流中除去 不期望的物質(zhì)的裝置。
分離系統(tǒng)180包括用于從內(nèi)部流體139分離光合細(xì)胞127的裝置。在圖l和2所示的特定的實(shí)施方案中，分離系統(tǒng)180包括流體
去除管137、膜分離器181和再循環(huán)泵183。分離系統(tǒng)180可以跟有 進(jìn)料泵182、聚合物注射器184、離心機(jī)185和千燥器186。
在系統(tǒng)100的操作中，通過光合作用在內(nèi)體積128中培養(yǎng)細(xì)胞 127。 C02管132向分配總管124或分配總管的上游供給C02。營養(yǎng) 物供給管133向與管道122的內(nèi)體積128相連的分配總管124供給 營養(yǎng)物和礦物質(zhì)。至少管道122的一部分浸沒在外部流體129中， 外部流體129抑制內(nèi)體積128的熱波動或變化。外部流體129的溫 度可以通過溫度控制裝置例如熱交換器(未在圖l或2中顯示)或燃 燒發(fā)電廠的冷卻系統(tǒng)來保持。在某些實(shí)施方案中，將外部流體129 保持在期望的溫度和/或具有高于大氣的比熱。外部流體129可以 減少由因素引起的內(nèi)體積128的熱波動，所述因素例如由于自然 天氣模式或白天-夜晚變化引起的外部溫度改變。在某些實(shí)施方案 中，減少熱波動可以促進(jìn)細(xì)胞127的生長，這通過光131和分別由 管132和133供給的C02和氮反應(yīng)來完成。
如圖l的實(shí)施方案中所示，內(nèi)部流體139 (包括細(xì)胞127)可以通 過與膜分離器181相連的流體去除管137從內(nèi)體積128中去除。在 某些實(shí)施方案中，分離器181是從外部流體139去除細(xì)胞127的 Zenon型膜。在圖l所示的實(shí)施方案中，液體139的 一 部分187經(jīng)再 循環(huán)泵183再循環(huán)回分配總管124 ，含有固體物的部分188經(jīng)給料 泵182進(jìn)給離心機(jī)185。
在所示的實(shí)施方案中，聚合物注射器184將聚合物注入含有 固體物部分188,然后其到達(dá)離心機(jī)185。在某些實(shí)施方案中，離 開離心機(jī)185的產(chǎn)物流189包含15-20%固體物。在圖1所示的實(shí)施 方案中，可以將產(chǎn)物流189的一部分進(jìn)給干燥器186?？梢詫a(chǎn)物 流189轉(zhuǎn)變?yōu)樯镂镔|(zhì)190,然后通過例如裂解或己烷萃取轉(zhuǎn)變?yōu)?生物燃料或生物柴油。
現(xiàn)在參考圖3，實(shí)施方案顯示包括與發(fā)電廠300結(jié)合的細(xì)胞培 養(yǎng)系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括流體貯器221和與圖l和2所示的系統(tǒng)IOO 類似的一系列管道222。在圖3的實(shí)施方案中，由通常存在于發(fā)電廠中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)提供C02和熱抑制液體。發(fā)電廠300包括渦輪
320，其由鍋爐310提供的蒸汽供給321驅(qū)動。在某些實(shí)施方案中， 來自渦輪320的廢蒸汽329通過冷凝器330來濃縮，并通過循環(huán)泵 322循環(huán)回鍋爐310。在所示的實(shí)施方案中，鍋爐310產(chǎn)生燃燒廢 氣或煙道氣311 (含有C02),其被送到系統(tǒng)200并用于生產(chǎn)細(xì)胞。 在圖3的實(shí)施方案中，可使用洗滌器315去除煙道氣311中的包括 S02在內(nèi)的某些氣體。
在圖3所示的實(shí)施方案中，發(fā)電廠3O0包括向冷凝器330供給 冷卻水345的冷卻塔340。冷卻水345在一定溫度下(在所示的實(shí)施 方案中約80華氏度)排出冷卻塔340，并通過冷凝器330,在該處溫 度增加到較高的溫度(在所示的實(shí)施方案中約110華氏度)，然后返 回冷卻塔340。然后冷卻塔340將冷卻水345冷卻到較低的溫度， 冷卻塔泵349使冷卻水345通過冷凝器330循環(huán)。
在某些實(shí)施方案中，第一控制閥341與冷卻水出口(該處冷卻 水345為較低的溫度)連接，第二控制閥342與冷卻水回返處(該處 冷卻水345為較高的溫度)連接?？刂崎y341和342也可以與供給管 道344相連，供給管道344將外部流體229 (在該實(shí)施例中，來自冷 凝器供給和回管道的冷卻水345的混合)提供給系統(tǒng)200?？刂葡到y(tǒng) (未顯示)可通過開放或關(guān)閉控制閥341和342而用于控制外部流體 229的溫度?？梢詫⑼獠苛黧w229的溫度控制在冷卻水出口溫度(在 所示的實(shí)施例中80華氏度)和冷卻水回返溫度(在所示的實(shí)施例中 110華氏度)之間的任何溫度。例如，如果閥342是開放的而閥343 是完全關(guān)閉的，那么外部流體2 2 9的溫度將是冷卻水出口的溫度。 如果閥343是開放的而閥342是完全關(guān)閉的，那么外部流體229的 溫度將是冷卻水回返處的溫度。如果閥342和343兩者都是部分開 放的，那么外部流體229的溫度將是冷卻水出口和回返溫度之間 的某一溫度。在圖3所示的實(shí)施方案中，外部流體229可以在流體 貝i器221中循環(huán)，以使得它與管道222接觸，并減少管道222的熱 變化。泵236將外部流體229泵回冷卻塔340 。
系統(tǒng)200與發(fā)電廠300的已有裝置和系統(tǒng)結(jié)合使得系統(tǒng)200具有更高的效率。例如，煙道氣或燃燒廢氣311可以提供已有的C02
源，這需要最小的回收費(fèi)用或能量。另外，發(fā)電廠300可以提供 可用作用于抑制管道222中的熱變化的流體的冷卻水345源。另 外，該系統(tǒng)可以最小的費(fèi)用進(jìn)行結(jié)合。雖然與發(fā)電廠整合可以增 加操作效率，但是要理解，其它的實(shí)施方案沒有使用該結(jié)合。
現(xiàn)參考圖4，用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)400的其它實(shí)施方案包 括與在前描述的實(shí)施方案類似的特征，對方法和裝置進(jìn)行某些修 改。與在前描述的實(shí)施方案中相同的元件以相同的標(biāo)記數(shù)字給 出。
與系統(tǒng)100的元件相同的系統(tǒng)400的元件以相同的標(biāo)記數(shù)字 給出。不過，在所示的實(shí)施方案中，與系統(tǒng)100相比，系統(tǒng)400包 括不同的管和泵排列。例如，系統(tǒng)400可以包括營養(yǎng)物進(jìn)料泵489 ， 其可用于提供營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)160內(nèi)的流動。系統(tǒng)400還可以包括 與膜分離器181流體聯(lián)通的額外泵。例如，系統(tǒng)400可以包括分離 進(jìn)料泵482，其將來自管道的內(nèi)體積(例如管道122的內(nèi)體積128) 的內(nèi)部流體泵到分離系統(tǒng)180中。
在所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)400還可以包括固體物進(jìn)料泵 483，其可用于將與膜分離器分離的固體物進(jìn)給到離心機(jī)185 (或 相關(guān)的處理設(shè)備)。系統(tǒng)400還可以包括固體物回返泵484，其可用 于將來自膜分離器481的固體物再循環(huán)回營養(yǎng)物供給管道133。另 外，所示的實(shí)施方案包括濾過的滲透物循環(huán)泵485,其可將濾過 的流體泵回管道的內(nèi)體積(例如管道122的內(nèi)體積128)中。系統(tǒng)400 還可以包括滲透物或液體排出管486。
如所示，類似于系統(tǒng)IOO，系統(tǒng)400包括流動部分151、 152和 153 (具有反向流動段154-159和端段161-163)。應(yīng)理解，其它實(shí)施 方案可以具有較少或較多的流動部分。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng) 400可以僅具有一個流動部分。還應(yīng)理解，系統(tǒng)400可以包括與管 道的內(nèi)體積流體聯(lián)通的任何C02注入?yún)^(qū)域或其它光合作用區(qū)域。
現(xiàn)參考圖5 ,示意圖例示了用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)500的實(shí) 施方案，其類似于在前描述的實(shí)施方案。除非另有說明，系統(tǒng)500的元件與在前描述的實(shí)施方案中具有類似命名和類似標(biāo)記數(shù)字
的元件相同。在該示意圖中，系統(tǒng)500包括反向流動段551和552 以及相連部分5 2 4和5 61 (其使得流動段5 51能夠與流動段5 5 2流體 聯(lián)通)。流動段551和552包括外殼或管道522，在前描述的光合作 用在其中發(fā)生。應(yīng)理解，該處使用的術(shù)語"管道"應(yīng)^皮廣泛地理解， 包括能夠容納液體的任何容器。在該例示性實(shí)施方案中，系統(tǒng)500 包括熱抑制系統(tǒng)520、 C02供給系統(tǒng)540、營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)560和 溫度控制系統(tǒng)565 。系統(tǒng)500還包括分離系統(tǒng)580 ，所述分離系統(tǒng) 580包括澄清器或膜分離器581,其用于從流出物591中分離濃縮 的固體滲余物或收獲的生物物質(zhì)590。
在所示的例示性實(shí)施方案中，系統(tǒng)500包括可用于提供營養(yǎng) 物-供給系統(tǒng)560中的流體的營養(yǎng)物進(jìn)料泵589以及將生物物質(zhì)材 料進(jìn)給分離系統(tǒng)580的分離進(jìn)料泵582。系統(tǒng)500還可以包括可用 于在營養(yǎng)物進(jìn)入管道522前給它們殺菌的殺菌系統(tǒng)587以及用于 使于流動段551和552中的流體循環(huán)的內(nèi)部的循環(huán)泵588。另外， 系統(tǒng)500可以包括可用于將來自膜分離器581的固體物再循環(huán)回 管道522的固體物回返泵584。在所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)500可 以包括濾過的滲透物循環(huán)泵585，其可將濾過的流體泵回管道522 的內(nèi)體積中。系統(tǒng)500還可以包括滲透物或液體排出管586。
實(shí)施例
在特定的非限制性實(shí)施例中，用于培養(yǎng)細(xì)胞的系統(tǒng)包括用作 熱抑制系統(tǒng)的130平方米及深5英尺的池。所述池由在通常水平區(qū) 域的土制提壩形成，并具有人工膜襯墊。約540根平行的100米長、 透明的直徑6英寸的PVC管延伸過池。所述管浸沒在表面以下約 3-4英尺。所述管從池的底部由管支架支撐，管的各端與總管流體 聯(lián)通。
將池分成三部分。每部分分成二個反向流動段。管中的流體 的內(nèi)部流從一個分配總管流動，通過管的一段穿過池。然后流體 進(jìn)入第二個總管，在該處流體流向與管的第 一段反向流動的第二段。離開管的第二段，流體再進(jìn)入第一總管，并繼續(xù)循環(huán)。因?yàn)?各部分與其它部分獨(dú)立，(如果需要)在池的各部分內(nèi)可以保持不 同的l喿作條件。例如，可以遮蔽池的一部分，而不遮蔽其它部分。 另外，在不同的部分可以保持不同的流速或營養(yǎng)物水平以確定最 適的操作條件。
由 一 系列結(jié)合在第 一 總管內(nèi)的氣舉泵來提供內(nèi)部流體流動
的動力。在該實(shí)施例中有12個泵(每部分4個)，其以l米的動壓頭 提供2,500 L/min的流動。泵與鼓風(fēng)機(jī)相連，鼓風(fēng)機(jī)提供大約1,500 立方米/小時的氣流。將來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣和從鄰近工廠或其它生
產(chǎn)設(shè)備的煙道氣獲得的C02氣體一起注入。
另外，使用營養(yǎng)物和礦物質(zhì)供給系統(tǒng)通過總管中的一個將營 養(yǎng)物添加到管的內(nèi)部流體中。該系統(tǒng)是通常存在于工業(yè)廢水處理
工廠中的包裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括攪拌槽、儲槽和自動計(jì)量泵，用 于將營養(yǎng)物例如氨、硫酸銨和磷酸添加到內(nèi)部流體中。對各部分
可以獨(dú)立地控制營養(yǎng)物的水平。
由池循環(huán)系統(tǒng)提供管外的流體的外部流動。該系統(tǒng)可以結(jié)合 已有工廠的冷卻水供給系統(tǒng)以向池提供溫度控制液體。工廠冷卻
水起到抑制由氣候條件變化導(dǎo)致的任何溫度波動的作用。將從工 廠來的冷卻水泵入池中，橫向流過一排排管。然后將冷卻水從池 泵回工廠，從而通過冷卻i荅可以使溫度降低。池水的溫度可以保 持在離開工廠冷卻塔的冷卻水的溫度(通常約80華氏度)和從其它 工廠設(shè)備返回工廠冷卻塔的冷卻水的溫度(通常約110華氏度)之 間的任何溫度。
狹窄甬道位于池水平面上，使得員工可以接近系統(tǒng)的不同部 位。該狹窄兩道縱向和橫向地交叉通過管，使得可以進(jìn)行維護(hù)活 動例如管的清潔。
在操作期間，藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞(根據(jù)Willem F.J. Vermaas的2006年 10月20日或左右遞交的、題目為"Modified Cyanobacteria"("改造 的藍(lán)細(xì)菌")的美國臨時專利申請60/853,285)在管內(nèi)的內(nèi)部流體中 培養(yǎng)。透明PVC管使得自然光通過管壁，并將內(nèi)部流體暴露于自然光。另外，還保持池中的冷卻水澄清以使得自然光可以通過池。
如以上提及的Vermaas的2006年10月20日或左右遞交的、題目為 "Modified Cyanobacteria"("改造的藍(lán)細(xì)菌")的美國臨時專利申請 60/853,285中所更全面的解釋，在管道內(nèi)部流體中存在的自然光、 C02、固定氮以及其它營養(yǎng)物提供發(fā)生光合作用所需的元素。另 外，外部流體可用于減少熱波動并保持藍(lán)細(xì)菌生長的最適溫度范 圍。結(jié)果，在管中有效地培養(yǎng)了藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞。
在各部分內(nèi)，有流體去除管，其使得內(nèi)部流體可以從管和/ 或總管中排出。內(nèi)部流體最初通過Zenon⑧或Kubota⑧膜，其將固 體物濃度從約200mg/L增加到約1 %固體物。提供泵和管以從系統(tǒng) 中去除濾過的滲透物，將濾過的滲透物運(yùn)回光生物反應(yīng)器，去除 濃縮的固體物用于進(jìn)一步的脫水和產(chǎn)物回收，并將濃縮的固體物 再循環(huán)回光生物反應(yīng)器中。
使用絮凝系統(tǒng)將聚合物注入獲得的固體物流中，然后將其送 至儲槽(如果必要)或無孔轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)，在該處固體物濃度增加 到約15-20%固體物。
然后將固體物送至千燥器(如果需要)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樯镂?br> 質(zhì)。然后脫水的生物物質(zhì)可以通過裂解或破裂細(xì)胞來加工，所述 破裂細(xì)胞通過以下進(jìn)行熱或超聲處理；機(jī)械磨蝕；加壓和突然 降壓；通過加入惰性介質(zhì)輔助的磨蝕以及破裂；脈沖電場；或者 石威或酸處理。
破裂后，額外的處理可以包括直接溶劑或者超臨界C O 2萃取 固體物中的油，然后進(jìn)行從油中的生物柴油生產(chǎn)。另外，可以將 殘留的細(xì)胞碎片脫水至約5 0 %固體物。然后可以提取所需產(chǎn)品例 如用于生物燃料的油?；蛘撸梢詫⒓?xì)胞千燥至約100%固體物，
然后進(jìn)行油的溶劑或超臨界C02萃取，用于生物柴油生產(chǎn)。其它
的處理方法包括用熱、堿和乙醇處理20%固體物以直接生產(chǎn)生物 柴油?？梢酝ㄟ^太陽能干燥機(jī)械裝置完成千燥產(chǎn)品。
可能需要補(bǔ)給水源來代替管內(nèi)生產(chǎn)藍(lán)細(xì)菌期間丟失的內(nèi)部 處理流體?？梢詫南到y(tǒng)中去除的濾過水排放到受納水，廢水處理設(shè)備或者用于另 一有益的應(yīng)用。管最初被裝滿之后，所要求的 補(bǔ)給液體的量將是最小的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)水被回收并在系統(tǒng)內(nèi)再循 環(huán)。系統(tǒng)的確包括少量的廢水排放以控制在工藝用水中積累的無 機(jī)或有機(jī)雜質(zhì)?？梢詫U水送至場外的處理廠。
可能需要將內(nèi)部的工藝液體周期性地全部從管中排出以對 系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。將其送于處理前，可以使用另 一個較小的內(nèi)襯且 比主池高度低的池接收該內(nèi)部的處理流體。
可以通過可編程序邏輯控制器(PLCs)控制系統(tǒng)的操作參數(shù)， 可編程序邏輯控制器可以使得系統(tǒng)周期性自動運(yùn)行。PLCs可用于 記錄數(shù)據(jù)以及將操作條件傳送給場外的員工。推薦白天時間里有
場內(nèi)員工在場，而系統(tǒng)自動運(yùn)行過夜。
根據(jù)本申請的公開內(nèi)容而不要求過度的實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)行和完
成本說明書中公開并要求保護(hù)的所有系統(tǒng)和/或方法。盡管就優(yōu)選 的實(shí)施方案而言已描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，但是本領(lǐng)域#支術(shù) 人員將清楚，在不偏離本發(fā)明的概念、精神和范圍的前提下，變 化可適用于所述系統(tǒng)和/或方法以及本文所描述的方法的步驟和 步驟的順序。更明確地，應(yīng)清楚，其它類型的裝置可以替代本文 描述的特定裝置類型而將獲得相同或相似的結(jié)果。將所有的這些 對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言清楚的替代和修改視為在權(quán)利要求定義 的本發(fā)明的精神、范圍和概念內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
以下參考文獻(xiàn)特別地^ J入本文作為參考，它們對本文公開的內(nèi)容提供 示例性的程序上或其它細(xì)節(jié)上的補(bǔ)充 美國公開2002/0072109 美國專利4,242,455 美國專利4,350,765 美國專利4,413,058 PCT申請WO/88/09379 美國公開2002/0042111Willem F丄Vermaas的2006年10月20日或左右遞交的、題目為 "Modified Cyanobacteria"("改造的藍(lán)細(xì)菌")的美國臨時專利申請 60/853,285
Willem F丄Vermaas的2007年10月20日或左右遞交的、題目為 "Modified Cyanobacteria"("改造的藍(lán)細(xì)菌")的PCT申請?zhí)朹。
權(quán)利要求
1.用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個管道，所述至少一個管道包括外表面、內(nèi)表面、內(nèi)體積、長度和在使用期間允許日光進(jìn)入所述內(nèi)體積的至少一部分，其中所述至少一個管道的至少一部分在白天暴露于日光；與所述至少一個管道可操作相連的熱抑制系統(tǒng)；配置用于在使用期間向所述內(nèi)體積供給CO2的CO2供給系統(tǒng)；配置用于在使用期間向所述內(nèi)體積供給營養(yǎng)物的營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)；以及配置用于在使用期間將所述光合細(xì)胞從所述至少一個管道去除的分離系統(tǒng)。
2. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括流體控制系統(tǒng)，所述流體控制系 統(tǒng)配置用于以下從所述管道中去除基本上不含固體的滲透物；將所述基本上不含固體的滲透物的 一部分再循環(huán)回所述管道；從所述系統(tǒng)中去除濃縮的固體滲余物；以及將所述基本上不含固體的滲透物的 一部分再循環(huán)回所述管道。
3. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述營養(yǎng)物是硝酸鹽或另一種固定氮化合 物組分。
4. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光合細(xì)胞進(jìn)一步定義為藍(lán)細(xì)菌。
5. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括礦物質(zhì)供給系統(tǒng)，所述礦物質(zhì)供 給系統(tǒng)配置用于在使用期間向所述內(nèi)體積供給礦物質(zhì)。
6. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中在使用期間允許日光進(jìn)入所迷內(nèi)體積的所 述部分是透明的。
7. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述透明的部分由玻璃、透明聚氯乙烯或 另一種聚合物組成。
8. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個管道包括具有圓截面的管子。
9. 權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述管子的直徑約為4至10英寸。
10. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個管道至少100英尺長。
11. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述熱抑制配置用于在使用期間循環(huán)與 至少 一個管道接觸的流體。
12. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述熱抑制系統(tǒng)包括流體貯器，其中所 述至少一個管道的至少一部分浸沒在所述流體貯器中。
13. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述流體貯器襯有合成襯墊。
14. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括支持物，所述支持物配置用于 支撐所述至少一個管道。
15. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括位于所述流體貯器上的狹窄甬道。
16. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述C02供給系統(tǒng)配置用于在使用期間 將煙道氣注入與所述內(nèi)體積流體聯(lián)通的液體中。
17. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述C02供給系統(tǒng)包括氣體壓縮機(jī)。
18. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置用于使流體在所述管道中 循環(huán)的泵。
19. 權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述泵是氣舉泵。
20. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述至少一個管道可操作相 連的分配槽。
21. 權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述分配槽配置用于在使用期間接受注 入的C02。
22. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與所述至少一個管道可操作相 連的分配總管。
23. 權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述分配總管配置用于在使用期間接受 注入的C02。
24. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述受C02供給系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)。
25. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)配置用于在使用期 間向所述內(nèi)體積供給地下水。
26. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)包括儲槽和計(jì)量泵。
27. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述營養(yǎng)物-供給系統(tǒng)包括氨或硫酸銨。
28. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述分離系統(tǒng)包括膜分離器。
29. 權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述膜分離器包括配置用于將濃縮固體滲余物從所述系統(tǒng)中去除的笫一出口 、配置用于將基本上不含固體的滲透 物從所述系統(tǒng)中去除的第二出口 、配置用于將濃縮固體滲余物再循環(huán)回所 述管道的第三出口以及配置用于將基本上不含固體的滲透物再循環(huán)回所 述管道的笫四出口。
30. 用于培養(yǎng)光合細(xì)胞的方法，所述方法包括 將光合細(xì)胞在一個或多個管道的內(nèi)體積中培養(yǎng)； 向所述內(nèi)體積供給C02和營養(yǎng)物；將所述C02和營養(yǎng)物暴露于自然光； 抑制所述管道中熱變化；以及 從所述內(nèi)體積中去除細(xì)胞。
31. 權(quán)利要求30的方法，其中所述細(xì)胞進(jìn)一步定義為藍(lán)細(xì)菌。
32. 權(quán)利要求30的方法，其中所述營養(yǎng)物包括固定氮。
33. 權(quán)利要求30的方法，其中抑制熱變化包括使所述管道的外表面與 流體4妄觸。
34. 權(quán)利要求33的方法，其中控制所述流體的溫度。
35. 權(quán)利要求30的方法，其中通過煙道氣提供所述C02。
36.權(quán)利要求30的方法，其中所述營養(yǎng)物包括由地下水提供的固定氮。
37. 權(quán)利要求30的方法，其中所述營養(yǎng)物包括由氨提供的固定氮。
38. 權(quán)利要求30的方法，其中所述營養(yǎng)物包括由硝酸銨提供的固定氮。
39. 權(quán)利要求30的方法，其中通過膜去除所述光合細(xì)胞。
40. 權(quán)利要求30的方法，其中將所述管道浸沒在流體貯器中。
41. 權(quán)利要求30的方法，其中將內(nèi)體積中的C02保持在適合于培養(yǎng)藍(lán) 細(xì)菌的量。
42. 權(quán)利要求30的方法，其中將內(nèi)體積中的C02保持在約0.03%至5%。
43. 權(quán)利要求30的方法，其中將內(nèi)體積中的營養(yǎng)物保持在適合于培養(yǎng) 藍(lán)細(xì)菌的量。
44. 權(quán)利要求30的方法，其中所述內(nèi)體積中的營養(yǎng)物包括保持在約
45. 權(quán)利要求30的方法，其中所述內(nèi)體積中的溫度保持在適合于培養(yǎng) 藍(lán)細(xì)菌的水平。
46. 利要求30的方法，其中所述內(nèi)體積中的溫度保持在約10-60攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于在管道中培養(yǎng)光合細(xì)胞的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法向所述細(xì)胞提供光、CO₂和營養(yǎng)物。所述系統(tǒng)和方法還抑制所述管道中的熱變化。
文檔編號C12M3/00GK101558146SQ200780042654
公開日2009年10月14日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者威廉·F·J·弗馬斯, 布魯斯·E·里特曼 申請人:代表亞利桑那大學(xué)的亞利桑那校董會