專(zhuān)利名稱(chēng)：微生物的模式連續(xù)生產(chǎn)的制作方法
微生物的模式連續(xù)生產(chǎn)
背景技術(shù)：
近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在歐洲和美國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了關(guān)于生長(zhǎng)大量微生物
(也稱(chēng)為"微生物有機(jī)體")(即公噸)的可行性的廣泛研究。生 長(zhǎng)如此大量微生物(如藻類(lèi))的研究涉及的兩個(gè)重要問(wèn)題是，第一， 在廢物流的處理過(guò)程中是否可以利用藻類(lèi)作為生物組分，以及第二， 應(yīng)用培養(yǎng)的微生物作為原料生成新產(chǎn)品(例如可再生的生物燃料)是 否明智。理論上和實(shí)踐上都已明確地證明，生長(zhǎng)的微生物，例如藻類(lèi)， 既有可能高效地大規(guī)模處理廢物流(如廢水)又可以足夠大量地生產(chǎn) 用于新產(chǎn)品(例如可再生的生物燃料)的原料。
主要困難是尋找高效而經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)微生物、特別是大體上藻類(lèi)和 生物量的方法。該問(wèn)題的基本要求是最優(yōu)化的接種和生產(chǎn)，包括這些 微生物的收獲。
本發(fā)明這樣對(duì)付上述困難，即，通過(guò)釆用所謂的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng) (CAS)方法，并且把CAS原理轉(zhuǎn)化為實(shí)際可行的工程化、開(kāi)放和連續(xù) 的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生長(zhǎng)微生物的自然環(huán)境(生境)的模擬。按照本 發(fā)明的方法，使天然微生物群落動(dòng)態(tài)適應(yīng)不斷變化的模擬環(huán)境。在本 發(fā)明的方法中，所述群落組成自主地變化從而群落可以使它們自己適 應(yīng)不斷變化的模擬環(huán)境條件。自主適應(yīng)和局部相互作用導(dǎo)致微生物群 落的自組織。因此，本發(fā)明創(chuàng)造了一個(gè)可以對(duì)天然的和多樣性的微生 物群落能自主作出反應(yīng)和適應(yīng)的最佳生境，導(dǎo)致生物量的優(yōu)化生產(chǎn)。 與單一培養(yǎng)技術(shù)的常規(guī)生產(chǎn)相比，應(yīng)用天然的和多樣性的微生物群落
的本發(fā)明使更穩(wěn)定的生境成為可能，反過(guò)來(lái)導(dǎo)致改善的生物量生產(chǎn)。 另外，本發(fā)明的方法能在工藝過(guò)程內(nèi)不同的位置產(chǎn)生不同的微生物群 落，導(dǎo)致微生物的模式(modular)連續(xù)生產(chǎn)。
按本發(fā)明方法的第一個(gè)實(shí)施方案，模擬了天然微生物群落能自主對(duì)其作出反應(yīng)和適應(yīng)的最佳生境。生長(zhǎng)容器中那些最適合環(huán)境條件的 微生物群落將茁壯生長(zhǎng)。與單一培養(yǎng)技術(shù)相比，本發(fā)明的方法采用了 多樣化的天然微生物群落，其結(jié)果是微生物的生產(chǎn)變得更加穩(wěn)定(例 如，在生物量生產(chǎn)方面)。
與傳統(tǒng)的藻類(lèi)培養(yǎng)技術(shù)相比，它使選定的微生物在一個(gè)封閉的設(shè) 施中生長(zhǎng)，其中幾乎所有的變量都非常狹窄和嚴(yán)格固定的(通常以生 產(chǎn)率的函數(shù))，本發(fā)明創(chuàng)造了一個(gè)模擬自然環(huán)境(生境)，從而使微 生物自身選擇在哪里和如何生長(zhǎng)，所以可使微生物群落適應(yīng)模擬的自 然環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明，在本體系中如果微生物在給定的時(shí)間內(nèi)不能在 系統(tǒng)內(nèi)的某一位置建群，那么該微生物會(huì)被帶到下游直到它們可能遇 到合適的建群位置或者最后可能因?yàn)樯L(zhǎng)過(guò)多而被廢棄。如果在一段 時(shí)間后的某一點(diǎn)，前面給定的特定位置的環(huán)境條件改變了，那么這些 微生物可能在那個(gè)空間位置再次建群。因此，本發(fā)明及其包括系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的工藝結(jié)構(gòu)能使不同的微生物群落在本發(fā)明整個(gè)工藝中不同的位置 同時(shí)存在。
本發(fā)明的方法另一個(gè)實(shí)施方案涉及一個(gè)開(kāi)放和連續(xù)的系統(tǒng)，而目 前的微生物-藻類(lèi)培養(yǎng)方法至今都是封閉的循環(huán)間歇系統(tǒng)(例如光-生物反應(yīng)器，高速藻池)。在這方面，本發(fā)明可以理解為連續(xù)的含義， 而以前的技術(shù)則限于一個(gè)"終點(diǎn)"。本發(fā)明的水流處理系統(tǒng)通過(guò)它的 連續(xù)保持的水流對(duì)周?chē)沫h(huán)境敞開(kāi)。此外，按照本發(fā)明方法的橫向性， 在水中微生物與營(yíng)養(yǎng)物之間的界面不斷更新，而同時(shí)避免了在收獲以
后重新接種(reseeding)系統(tǒng)的必要性。另外，與典型的縱向系統(tǒng)相 反，在包括流動(dòng)路徑的入口的水流路徑中將連續(xù)存在接種體。
按本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的方法應(yīng)用置于廢物流中的 人工基質(zhì)，使廢水流流過(guò)或者接近人工基質(zhì)和附著在其上的微生物群 落，這樣增大了菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基(廢物)和微生物群落之間相互作用 的表面。
本發(fā)明的方法結(jié)果是，可應(yīng)用局部微生物群落，它促進(jìn)規(guī)?；?全球范圍的推廣應(yīng)用。與目前的藻類(lèi)培養(yǎng)技術(shù)不同，本發(fā)明可改變模擬環(huán)境(例如季節(jié)性、營(yíng)養(yǎng)物組成)，于是天然微生物群落可以能動(dòng) 地適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
在傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)中，將微生物引入生長(zhǎng)培養(yǎng)基，然而，在本發(fā) 明中，將菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基引入并且通過(guò)和穿過(guò)微生物群落和富含營(yíng)養(yǎng) 物的水或者在微生物生長(zhǎng)的位置連續(xù)更新廢物流。
另外，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)引入在其上生長(zhǎng)附著的微生物的人工基質(zhì)，大 為促進(jìn)了收獲操作。通過(guò)提取放置了人工基質(zhì)的可分離的載體，可以 容易并且有效地將微生物與菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基(即，水例如廢水流)分 離。
按本發(fā)明，還意外的發(fā)現(xiàn)了人工基質(zhì)的接種對(duì)模擬生境中的動(dòng)力
學(xué)有積極的影響。本發(fā)明的人工基質(zhì)加強(qiáng)了 CAS過(guò)程并且能使系統(tǒng)內(nèi) 的區(qū)域種庫(kù)和群落之間相互作用，以及增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)的群落之間相互作
用的過(guò)程。
現(xiàn)有技術(shù)致力于廢水的處理深入描述了微生物，尤其是藻類(lèi)的生 產(chǎn)。本領(lǐng)域一直沒(méi)有認(rèn)可應(yīng)用模擬微生物的天然生境的模式連續(xù)法生 長(zhǎng)生物量的現(xiàn)有技術(shù)，也沒(méi)有認(rèn)可本發(fā)明方法的物種，現(xiàn)有技術(shù)也沒(méi) 有啟示本文公開(kāi)的本發(fā)明方法產(chǎn)生的益處。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及微生物的生長(zhǎng)，并且涉及生物量生產(chǎn)的改良，于是附 著的微生物群落以受控制的和被引導(dǎo)的方式在連續(xù)的水流中生長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，本發(fā)明的方法應(yīng)用優(yōu)選橫向置于水流 中的人工基質(zhì)，使水流流過(guò)或者接近人工基質(zhì)和附著在其上的微生物 群落，這樣增大了菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基(廢物)和微生物群落之間相互作 用的表面，導(dǎo)致優(yōu)化群落生長(zhǎng)的生境。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及生物量的生產(chǎn)，于是附著的微生物群落以受控制的和 被引導(dǎo)的方式在連續(xù)的水流中生長(zhǎng)。生物方法和天然群落的應(yīng)用
根據(jù)本發(fā)明的方法，使包括廢物流的水中天然出現(xiàn)的微生物群落 生長(zhǎng)。如果所述水流是廢水，這意味著大體上可在培養(yǎng)的生物量中觀 察到水生系統(tǒng)(天然的或者人工的)中出現(xiàn)的所有生物。在本發(fā)明中
j樣化的和異;的群落。本發(fā)明在這方面不同于那^只^培養(yǎng);細(xì)選 擇的生物菌林，呈單一培養(yǎng)或多培養(yǎng)模式的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，以模式連續(xù)方式創(chuàng)建了模擬復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)(CAS )。 就本發(fā)明的目的來(lái)說(shuō)，應(yīng)懂得，起CAS作用的群落具有自適應(yīng)變化的 環(huán)境條件的能力。這些環(huán)境變化因素包括，但不限于，溫度、流速、 各種化合物的濃度、光照強(qiáng)度和周期的變化、季節(jié)變化等。群落的適 應(yīng)性看似是一種群落對(duì)任何環(huán)境變化的直接響應(yīng)。這種響應(yīng)可能導(dǎo)致， 但不限于，群落結(jié)構(gòu)在優(yōu)勢(shì)、多樣性、產(chǎn)量、總的化學(xué)成分…等方面 的變化。群落的響應(yīng)是組成群落的所有單獨(dú)的生物種類(lèi)和/或生物個(gè)體 由于復(fù)雜的種群統(tǒng)計(jì)變化(例如死亡、出生、遷入、遷出、…)的結(jié) 果。因此，可以說(shuō)，微生物群落無(wú)需任何人類(lèi)干擾能夠"盡可能的，， 適應(yīng)新的環(huán)境條件。 一個(gè)可考慮的成功適應(yīng)的可能量度是微生物的單 個(gè)細(xì)胞的生存力，但是可為了不同的目的設(shè)計(jì)很多其它的度量方法。
根據(jù)本發(fā)明，本申請(qǐng)人成功地證明和模擬了生產(chǎn)微生物的模式連 續(xù)方式的CAS。具體地說(shuō)，下文更詳細(xì)地闡述了兩個(gè)重要的方面，其 中，本發(fā)明有效的模擬了 CAS的普遍生物原理
首先，當(dāng)廢物流流經(jīng)依附有微生群落的人工基質(zhì)時(shí)，廢物流中的 化學(xué)成分被這些微生物群落改變。這是因?yàn)槲⑸锶郝湎牧怂械?某些化合物，所以下游化合物的濃度更低。因此，沿廢物流的流徑不 同的空間位置處的環(huán)境條件不同。當(dāng)微生物群落是CAS時(shí)，在各空間 位置生長(zhǎng)的微生物群落將是最適應(yīng)特定的空間位置的特殊環(huán)境條件的 那些。這種局部適應(yīng)的微生物群落已經(jīng)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的自組織。因此，在 不同的空間位置的微生物群落可能在不同方面如多樣化、優(yōu)勢(shì)、…隨不同的空間位置而不同。 一個(gè)微生物群落不同于相鄰的一個(gè)，它們所 處的兩個(gè)空間位置之間的距離不是固定的而是可變的。事實(shí)上每一對(duì) 空間位置(之間的距離)都不同。兩個(gè)空間位置處的微生物群落之間
的差異不一定包括變量和/或參數(shù)的相同組合。例如，A群落和B群落 之間的差異可能是"多樣性"，而B(niǎo)和C之間的差異是反映本發(fā)明的 模式連續(xù)生產(chǎn)微生物的"產(chǎn)率"。
本發(fā)明有效地模擬CAS的生物原理的第二個(gè)重要方面是，要求連 續(xù)選擇進(jìn)入本發(fā)明的人工基質(zhì)并且建群的微生物。如前文所示，可在 培養(yǎng)的生物量中觀察到在一定區(qū)域內(nèi)自然地出現(xiàn)的所有微生物。在天 然微生物群落中出現(xiàn)的所有生物有某種分散形式，通過(guò)該形式它們能 夠到達(dá)適合建群的新生境。如果到達(dá)某一似乎合適的生境時(shí)，該生物 將成功地建群。因此，任何生境，在一定程度比得上理論上最佳的生 境，將被還稱(chēng)為接種體的"建群顆粒"連續(xù)地撞擊(bombarded)。這 些接種體可呈種子、孢子、孢嚢、細(xì)胞簇、…等形式，并且可以主動(dòng)
地獲得它們自己的力量(例如飛蟲(chóng))或者通過(guò)載體(例如空氣、風(fēng)、 水、附著在動(dòng)物身上、…)被動(dòng)地(獲得它們的力量)。
所述廢物流中連續(xù)的新到達(dá)的潛在建群者能使微生物有規(guī)律地 "吸納"新的生物并且將它們并入所述微生物群落以便更好地適應(yīng)給 定的環(huán)境條件。群落成員之間局部的相互作用在適應(yīng)群落的自組織中 至關(guān)重要。當(dāng)環(huán)境條件隨時(shí)間改變時(shí)，另外的生物(種或族)可能被 吸納入群落，而其它生物則從群落脫離。從而，在人工基質(zhì)上生長(zhǎng)的
間連續(xù)接觸:二些這種方式的實(shí)例(但不限于)是分i「建群、吸納
和滅絕。
在本發(fā)明的方法中出現(xiàn)微生物群落的適應(yīng)性，并且該方法是連續(xù) 的而不是暫時(shí)的或者空間上分離的操作或方法。在本發(fā)明的方法中生 長(zhǎng)的微生物群落是從區(qū)域出現(xiàn)的微生物群落吸納的。
本發(fā)明通過(guò)人工基質(zhì)模擬天然生境(例如形狀)，微生物群落對(duì) 這些人工基質(zhì)和水的一般環(huán)境條件(例如營(yíng)養(yǎng)物)和地域(例如氣候)的自然適應(yīng)性，本發(fā)明中一些額外的環(huán)境變量得以控制。為了能動(dòng)地 調(diào)控微生物群落的各種性能(例如，物理的、化學(xué)的、產(chǎn)量、組成…)， 小心地控制和調(diào)節(jié)這些額外的變量。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)光照可以改變?cè)?類(lèi)的組成和顯性。典型的變量有，但不限于，溫度，光譜，流速和體
積，營(yíng)養(yǎng)物和微量元素濃度，溶解氣體氧氣、二氧化碳等(見(jiàn)圖21)。 一些特殊的設(shè)定，這些額外變量的調(diào)控和在線控制被認(rèn)為是一組 對(duì)生境添加的額外的量綱，微生物群落因此將再次通過(guò)CAS的原理自 主調(diào)整。如此我們將這種方法稱(chēng)為在廢物流中人工基質(zhì)上生長(zhǎng)的微生 物群落的"調(diào)變，，或者"微調(diào)"，它導(dǎo)致微生物的模式連續(xù)生產(chǎn)。
微生物群落
按本發(fā)明，生長(zhǎng)或培養(yǎng)的生物量主要包括微生物。關(guān)于本發(fā)明應(yīng) 懂得，微生物是包括單細(xì)胞的和多細(xì)胞的生物的所有生物，其中最大 的尺寸小于2固。但是，天然微生物群落通常隱匿很多尺寸顯然超過(guò) 2mm判據(jù)的生物，例如，絲狀藻類(lèi)，線蟲(chóng)類(lèi)。因此，就本發(fā)明來(lái)說(shuō)， 術(shù)語(yǔ)"微生物群落"應(yīng)理解為包括在這些群落里或者群落周?chē)霈F(xiàn)的 所有更大的生物。這包括但不限于，例如絲狀藻類(lèi)、線蟲(chóng)類(lèi)、甲殼類(lèi)、 昆蟲(chóng)等。
按本發(fā)明生長(zhǎng)的生物量包括通常的微生物群落和某些特定的微生 物族。"族"的確定可基于分類(lèi)學(xué)，生態(tài)學(xué)或者其它分類(lèi)形式。
本發(fā)明生產(chǎn)的生物量的一個(gè)可能的優(yōu)選實(shí)例是由附著的微生物群 落組成并且以藻類(lèi)硅藻門(mén)(Bacillariophyta)或"硅藻，，為主的生物
量。 水流
水流例如廢物流是連續(xù)流中存在的化合物的任意聚集體。所述流 可呈液體和氣相。所述化合物可用作所述微生物群落的必需生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng) 物或者被它們以物理或化學(xué)方式再次固定化，固定于微生物群落的細(xì) 胞內(nèi)或基質(zhì)內(nèi)。因此，應(yīng)懂得，例如廢物流是微生物群落的生長(zhǎng)培養(yǎng)基的液體或氣體流。在本發(fā)明中任何給定的空間位置，這種菌種生長(zhǎng) 培養(yǎng)基的流體連續(xù)補(bǔ)充生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物或?qū)⒈还潭ǖ幕衔铩?br> 在所述廢物流中生物量的生長(zhǎng)及其存在對(duì)廢物流具有有益的影 響，因?yàn)樗鼜乃隽黧w中除去了某些化合物所以凈化了這些化合物的 廢物流。這些化合物可能是有害的或無(wú)害的，例如硝酸鹽或者毒性金 屬。
人工基質(zhì)
根據(jù)本發(fā)明，以這種方式引導(dǎo)生物量的生長(zhǎng)，即，僅僅附著的微 生物群落在本發(fā)明的方法中生長(zhǎng)。這些微生物群落附著在并且生長(zhǎng)于 基質(zhì)內(nèi)或基質(zhì)上，優(yōu)選是空間隔離的人工基質(zhì)，它模擬那些微生物群 落自然附著的基質(zhì)(例如沙粒、植物、石頭…)。理論上，人工基質(zhì) 在一定的體積下有最大的附著表面，呈不規(guī)則的碎片或具有不規(guī)則的 碎片形狀，并非與天然基質(zhì)很不同以致微生物群落不再附著在它們上 面。
根據(jù)本發(fā)明，將所述基質(zhì)放在所述流中，按照這種方式使水流流 過(guò)基質(zhì)允許系統(tǒng)的橫段結(jié)構(gòu)。常規(guī)使用的基質(zhì)的關(guān)鍵問(wèn)題是，隨著生 物量在基質(zhì)上出現(xiàn)，系統(tǒng)被阻塞并且流動(dòng)停止，甚至到水流通道被完 全阻塞的程度。本發(fā)明的方法中的流動(dòng)不斷，因?yàn)槲覀兊幕|(zhì)類(lèi)似碎 片的性質(zhì)可使生物量出現(xiàn)在部分基質(zhì)上，而還有更加寬的開(kāi)口使流體 繼續(xù)流向基質(zhì)的其它部分。實(shí)施的一個(gè)實(shí)例是保持形成所述基質(zhì)的一
組隔板的栽體。這些隔板是多孔的，呈碎片的形狀(所謂的Serpienski Gasket)。該形狀把一個(gè)三角形分成4個(gè)同樣大的三角形。中間的三 角形敞開(kāi)，而外面的3個(gè)三角形則又是多孔的，呈Serpienski形狀。 理論上該結(jié)構(gòu)形式可以無(wú)止境的重復(fù)下去。生物量將開(kāi)始在最小的多 孔區(qū)域聚集，它將逐漸阻塞，隨后更大的多孔區(qū)域?qū)⒆枞?，但是總?中央的開(kāi)口將使水流繼續(xù)流動(dòng)。在給定的某點(diǎn)表面將被阻塞到一定的 程度，并且水流將在所述隔板上留下痕跡。可由設(shè)備測(cè)量該痕跡并且 可用作收獲的理想時(shí)刻的指示。然后通過(guò)提取器提取具有所述基質(zhì)的載體。這個(gè)內(nèi)部碎片形狀的結(jié)構(gòu)能橫向定位所述具有基質(zhì)的載體?？?同樣選擇除三角形表面以外的碎片形狀，例如正方形、六邊形等。如
本領(lǐng)域熟知，在表面的外部可呈現(xiàn)碎片形狀(例如，Koch Curve)。 另一種結(jié)構(gòu)將是，所述碎片形狀不是分布在單一的隔板上(或者一個(gè) 平面上)而是在一些連續(xù)的隔板上。大體上這就是'3D fractaloid， 或者立體的，而上述在一個(gè)平面上的形狀被稱(chēng)作'2D fractaloid，或 者平面的。從所述圖形，通過(guò)非限制性實(shí)例進(jìn)一步闡釋所述基質(zhì)的詳 細(xì)碎片性質(zhì)和使水流過(guò)的橫向位置。
根據(jù)本發(fā)明，將這些人工基質(zhì)以使廢物流必然穿過(guò)或者靠近人工 基質(zhì)的方式放置在廢物流中，從而通過(guò)或靠近附著在這些基質(zhì)上的微 生物群落。仔細(xì)的控制和操縱所述廢物流的流動(dòng)。
本發(fā)明的方法還包括收獲所述微生物群落的方法。優(yōu)選的收獲所 述微生物群落包括，首先通過(guò)提取器從廢物流中提取所述人工基質(zhì)。 本發(fā)明還涉及用于提取保持所述基質(zhì)的載體的提取器，所述基質(zhì)附著 在載體上，它有助于該系統(tǒng)的碎片結(jié)構(gòu)。可這樣實(shí)施，即，通過(guò)在引 入廢水流前直接保持人工基質(zhì)或者保持固定人工基質(zhì)的載體。另外， 可將人工基質(zhì)固定在已經(jīng)引入廢物流的栽體上。所述提取器將所述人 工基質(zhì)帶到收獲裝置。
隨后在收獲裝置內(nèi)將附著的微生物群落與人工基質(zhì)分離。在收獲 裝置中，應(yīng)用引力為基本原理濃縮分離的微生物群落。在人工基質(zhì)的 提取和從人工基質(zhì)分離生物量之間有可能但不必添加額外的處理步 驟。該處理(例如沉浸在處理液中)旨在增大生物量中某化合物的濃 度(例如油濃度)。該處理稱(chēng)為兩步收獲法。應(yīng)懂得，生物量生產(chǎn)中 應(yīng)用的刮擦法會(huì)導(dǎo)致沿縱向區(qū)過(guò)多的刮擦。相反，本發(fā)明首先提取帶 有基質(zhì)的載體，這導(dǎo)致橫向去除生物量，然后從基質(zhì)去除生物量其實(shí) 可使用刮擦等方法。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)從廢物流中有意的去除帶有基 質(zhì)的特定載體組監(jiān)控收獲，于是減少無(wú)意中的過(guò)多收獲。
實(shí)施例本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的實(shí)施例如下
在放入來(lái)自通常的廢水處理裝置的生活污水連續(xù)流中的刷子上生 長(zhǎng)附著的微生物藻類(lèi)。當(dāng)廢水流過(guò)這些刷子時(shí)，生長(zhǎng)的藻類(lèi)主動(dòng)減小 廢水中的例如硝酸鹽和磷酸鹽的濃度。通過(guò)在洗刷機(jī)中收獲藻類(lèi)，其 中，通過(guò)噴水管?chē)娚湓孱?lèi)。從刷子上分離后，藻類(lèi)將沉降(即通過(guò)重 力)在洗刷機(jī)的底部，所以可被取出供進(jìn)一步處理。該兩步收獲法的 中間步驟例如要求將刷子浸在一個(gè)缺乏營(yíng)養(yǎng)物的菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。
一個(gè)可能的實(shí)施方案的操作描述 通過(guò)生長(zhǎng)微生物群落的廢水流處理
流出水來(lái)自包括初次或二次處理過(guò)程的任何水凈化系統(tǒng)。所述流 出水可來(lái)自生活的、工業(yè)的和農(nóng)業(yè)的廢水。在一個(gè)理想的情況下，所 述流出水在操作區(qū)域完全符合要求的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗徽５呐欧?入水道。最差的情況下，本發(fā)明甚至可用直接來(lái)自污染源的沒(méi)有經(jīng)過(guò) 處理的廢水進(jìn)行操作。
隨后按本發(fā)明所述方法處理廢水。如果經(jīng)過(guò)常規(guī)廢水處理設(shè)施后 再進(jìn)行本發(fā)明的方法，就可正常的排放處理過(guò)的廢水，本發(fā)明的處理 應(yīng)當(dāng)可稱(chēng)為"第三次水處理階段"。就第三次處理來(lái)說(shuō)，將所述廢水 泵送通過(guò)包括一個(gè)或多個(gè)容器的循環(huán)系統(tǒng)。下文稱(chēng)這些容器為"生長(zhǎng) 容器"('growth recipients')，它們可呈任何形式或形狀，并且 可能對(duì)天然的或人造的水道是敞開(kāi)的、封閉的或部分敞開(kāi)的。它們可 能是深的或淺的，依賴于環(huán)境和要求。它們的形狀的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例是 水槽，與常用于高速藻池系統(tǒng)(High Rate Algal Pond systems)中
的水槽相當(dāng)。
一種情況下泵送的水直接來(lái)自以前第二次處理階段的出水通道， 再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的可商購(gòu)的離心泵或蠕動(dòng)泵泵入外加的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行第三 次處理。可將第三個(gè)系統(tǒng)連接到或者獨(dú)立于輸送它的前處理階段。將 所述水泵送通過(guò)該系統(tǒng)后，將它排放回到所述出水通道或者直接排入 水道。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，也可能將處理過(guò)的廢水部分地或者全部再循環(huán)入第三次廢水處理程序的部分或全部?？蛇M(jìn)行更短或者更長(zhǎng)的時(shí)間。 這樣做的目的是為了彌補(bǔ)暫時(shí)的缺陷，規(guī)則的或者不規(guī)則的，換句話 說(shuō)，來(lái)自本發(fā)明以前的廢水處理裝置的廢水連續(xù)流。
第三次廢水處理包括，將第三次循環(huán)系統(tǒng)中的廢水作為附著的微 生物群落的生長(zhǎng)培養(yǎng)基。在一個(gè)實(shí)施方案中，這些(微生物群落)可 能包括占優(yōu)勢(shì)的藻類(lèi)生物量。應(yīng)用的廢水可能含有或不含另外的化合 物(例如微量元素)，或者所述廢水可能經(jīng)過(guò)或沒(méi)有經(jīng)過(guò)其它方法(如 紫外光照射、微波、超濾)的另外的改良或預(yù)處理。
循環(huán)經(jīng)過(guò)本發(fā)明之后，被處理過(guò)的廢水會(huì)失去一部分營(yíng)養(yǎng)物栽荷 (硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽)，以及其它化合物，是由于生物量生長(zhǎng) 的緣故。這將會(huì)使水凈化廠家滿足要求的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)甚至更好，例如， 水中更低的營(yíng)養(yǎng)物或毒素含量。
部分微生物群落包括藻類(lèi)，它們是光合作用的有機(jī)體并且被認(rèn)為 是植物性的。植物性生物量的生長(zhǎng)稱(chēng)為初級(jí)生產(chǎn)。初級(jí)生產(chǎn)是自然過(guò) 程，通過(guò)它利用光合作用的過(guò)程將太陽(yáng)的入射能轉(zhuǎn)化為生物量。對(duì)于 這個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)，基本結(jié)構(gòu)單元，或者營(yíng)養(yǎng)物，都是有機(jī)體需要的，這 些都是生長(zhǎng)培養(yǎng)基(該情況下是廢水)中存在的營(yíng)養(yǎng)物。
本文討論的第三次處理包括連續(xù)水流中的生長(zhǎng)微生物。所述廢水 是將必需營(yíng)養(yǎng)物帶給微生物的傳輸介質(zhì)。這些微生物僅僅通過(guò)生長(zhǎng)(即 繁殖)就能吸收廢水中的營(yíng)養(yǎng)物，所以減小廢水中的這些營(yíng)養(yǎng)物的濃 度。通過(guò)該初步生產(chǎn)過(guò)程，就除去了水中的過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物。除了減少營(yíng) 養(yǎng)物，微生物群落還可以固定或減少存在于微生物群落細(xì)胞內(nèi)的或基 質(zhì)中的潛在的有害物質(zhì)。
所述初步生產(chǎn)過(guò)程還釋放了大量氧氣，提高了水塔中的氧含量。 這對(duì)于所有那些依賴于呼吸作用而生存的水產(chǎn)生物(例如魚(yú))是有利
的，并且也是通常檢測(cè)以評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要參數(shù)(如化學(xué)需氧量C0D， 生物需氧量B0D)。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明，連續(xù)的廢水流流過(guò)人工基質(zhì)，該基質(zhì)是 微生物的生物量可以在自然條件下(即，可見(jiàn)于例如本地區(qū)的河流和水渠中)生長(zhǎng)的天然基質(zhì)的模擬物?？蓪⑺鋈斯せ|(zhì)直接放入或者 附著在某種載體上后再放入生長(zhǎng)容器。
所以:廢水流很'接ii長(zhǎng)在二工基質(zhì)上的微生:群落。這里的^鍵問(wèn) 題是使生長(zhǎng)培養(yǎng)基與微生物群落之間的接觸界面最大化。以不隨水流
帶走的方式將人工基質(zhì)放入所述循環(huán)系統(tǒng)。該人工基質(zhì)可用pvc、聚
碳酸酯、玻璃或天然有機(jī)材料(例如馬鬃)制備。還可應(yīng)用任何其它 適合微生物的材料。
理論上，所述人工基質(zhì)呈碎片或碎片狀(或fractaloid)。簡(jiǎn)單 的二維平面是兩維的(n=2)，但是可認(rèn)為fractaloid是這樣的，即， 它的片狀性質(zhì)(fractal nature)是0 (n=2， 0)。這里可認(rèn)為人工 基質(zhì)具有一維、二維或三維性質(zhì)的基礎(chǔ)，而另外的fractaloid的維數(shù) 可能是0(1，0; 2,0; 3， 0)或者大于0而小于1。主要的目的是在給 定的空間體積內(nèi)最大化附著微生物的有效表面，而同時(shí)優(yōu)化水流的流 動(dòng)。
理論上所述人工基質(zhì)應(yīng)當(dāng)是完全透明的，可使光合成上的有效輻 射(par )到達(dá)光合生物將繁衍生長(zhǎng)的基質(zhì)上、基質(zhì)周?chē)蚧|(zhì)內(nèi)的所 有位置。
可通過(guò)提取裝置放置、去除人工基質(zhì)以及與循環(huán)系統(tǒng)的生長(zhǎng)容器 交換?？扇斯さ?、半自主的或全自主的操作所述提取裝置?？赏ㄟ^(guò)直 接保持它們或者通過(guò)保持它們所附著的載體而移去所述人工基質(zhì)。在 一種可能的形式中，所述生長(zhǎng)容器可能具有一條脊線，帶有夾具、鉤 子或其它固定件的傳送裝置可沿該脊線移動(dòng)以便收集、放置或交換來(lái) 自所述受體的人工基質(zhì)。另一種形式是，所述提取裝置獨(dú)立移動(dòng)和穿 過(guò)生長(zhǎng)容器，以及懸掛在上層結(jié)構(gòu)或者在地上直接移動(dòng)(例如輪式結(jié) 構(gòu))。
人工基質(zhì)上生長(zhǎng)的微生物生物量主要由該地區(qū)的水生系統(tǒng)中自然 出現(xiàn)的微生物構(gòu)成。這些微生物例如包括從該地區(qū)的天然新鮮動(dòng)態(tài)水 或靜態(tài)水中的藻類(lèi)。根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明中微生物群落的定向生長(zhǎng)導(dǎo)致附著在人工基質(zhì)上生長(zhǎng)的微生物群落。這些附著的微生物群落可 通過(guò)控制各種關(guān)鍵變量而進(jìn)一步調(diào)整，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)微生物的連續(xù)模式生 產(chǎn)。如果例如希望在微生物群落中創(chuàng)建某一族附著的藻類(lèi)(例如黃藻
門(mén)(Xanthophyta))的優(yōu)勢(shì)種，那么可通過(guò)改變一些關(guān)鍵變量例如， 但不限于溫度、水流速度和光照周期的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)?？筛鶕?jù)不同目的 這樣做，例如，但不限于改變?nèi)郝涞慕M成、多樣性、產(chǎn)率或化學(xué)組成。 另一個(gè)實(shí)例可能是定向除去對(duì)定向培養(yǎng)所需組成的微生物群落有害的 某些族的生物。例如，調(diào)節(jié)某些變量可能導(dǎo)致對(duì)消耗所需微生物的某 些族的放牧者(grazer)不利的條件。所以，通過(guò)CAS系統(tǒng)的原理， 微生物群落將表現(xiàn)這些放牧者的減少。
在提取生長(zhǎng)有微生物群落的人工基質(zhì)時(shí)，將它們傳送到收獲裝置。 在該裝置中將微生物群落與人工基質(zhì)分離。 一個(gè)實(shí)例是可應(yīng)用水流噴 射。分離后就可回收人工基質(zhì)，在再次使用之前可進(jìn)行或者不進(jìn)行另 外的預(yù)處理。被分離后的微生物群落首先在收集裝置中被濃縮，即， 通過(guò)沉降(即重力作用)到底部，如果必要的話，可以預(yù)備一個(gè)收集 容器。殘留的沖洗水或上清液(super-natans)可通過(guò)傾析、排放或
任何其它方法棄去。從收獲裝置中收集微生物，再根據(jù)所需的終產(chǎn)品 進(jìn)一步加工。
它是以其最初未經(jīng)處理的形式為這種收獲物(crop)固有的，它 包括動(dòng)物、植物和微生物，因此不能含糊的稱(chēng)為動(dòng)物或植物。通過(guò)本 發(fā)明得到的第 一種終產(chǎn)品是水凈化方法。
根據(jù)所需的另外終產(chǎn)品進(jìn)一步加工收獲后的微生物生物量?？蓪?它作為干產(chǎn)品呈粉末、片狀或其它形狀(比得上目前的"螺旋藻屬" ('Spirulina')市場(chǎng)產(chǎn)品)或呈液體形式銷(xiāo)售。此外，可從所述生物 量提取有商用價(jià)值的產(chǎn)品然后銷(xiāo)售。
例如，目前在微生物生物量中存在的藻類(lèi)富含o)3型多不飽和脂肪 酸(PUFA)(例如EPA、 DHA)。這些產(chǎn)品將被提取出來(lái)作為食品增補(bǔ) 劑出售。所述藻類(lèi)也可能富含色素，例如蝦青素，它也可被提取作為 食品(人、動(dòng)物)，食品增補(bǔ)劑，食品添加劑，藥物和化妝品銷(xiāo)售。目標(biāo)市場(chǎng)既有人類(lèi)食品增補(bǔ)劑又有動(dòng)物飼料，包括水生的和陸生的。
從微生物藻類(lèi)提取的油被認(rèn)為是植物性的，所以是植物性食品的 3 型油可接受的源。還可提取其它有商用價(jià)值的產(chǎn)品后銷(xiāo)售。
另外，可將所述微生物生物量用作重要的可再生能源?？赏ㄟ^(guò)標(biāo) 準(zhǔn)技術(shù)將微生物生物量轉(zhuǎn)化為電或沼氣。也可將它轉(zhuǎn)化為液體油(或 生物油)，例如通過(guò)熱解或熱化學(xué)轉(zhuǎn)化。還可從所述生物量中提取油。 這種油通常稱(chēng)為PP0:純植物油或PsPO,仿植物油。我們可將它稱(chēng)為
藻類(lèi)油o
它可直接用作燃燒用的液體燃料或潤(rùn)滑油，主要用作石油的代用 品及其相關(guān)產(chǎn)品?；蛘呖蓪⑺鲈孱?lèi)油處理并轉(zhuǎn)化為生物燃料，包括 生物柴油、沼氣和生物酒精。例如可通過(guò)酯交換反應(yīng)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 可展望生物量的其它應(yīng)用，例如生物量肥料或者用作代替石化產(chǎn)品的 化學(xué)加工終產(chǎn)品的原料。
基本圖表說(shuō)明 本發(fā)明的工程部分圖。


圖1:通過(guò)生長(zhǎng)容器的菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基的連續(xù)流。 1:入射光的光源，人工的或自然的。 la:入射光。
2:注入的水源，作為微生物的生長(zhǎng)培養(yǎng)基例如廢水。 2a:注入的7JC。
3:通過(guò)各種方法添加的營(yíng)養(yǎng)物的源(例如，C02作為另外的碳源)。 3a:添加的營(yíng)養(yǎng)物。
4:流出的水，通過(guò)本發(fā)明的處理后排放的水。
5: TO，時(shí)間零，本發(fā)明重新開(kāi)始的計(jì)時(shí)點(diǎn)或者新引入的人工基質(zhì)計(jì)時(shí) 點(diǎn)(9 )。
6: Tl，時(shí)間一，收獲在人工基質(zhì)(9)上生長(zhǎng)的微生物的第一時(shí)間點(diǎn)。 7:流出的水(4)的任何進(jìn)一步的應(yīng)用，例如(7a)作為工業(yè)水，生
16長(zhǎng)的魚(yú)類(lèi)，軟體動(dòng)物類(lèi)或任何其它活的有機(jī)體，…
8:微生物在(5 )和(6 )之間的人工基質(zhì)(9 )上建群和后續(xù)生長(zhǎng)的過(guò)程。
9:人工基質(zhì)。人工基質(zhì)是任何基質(zhì)，全部或部分的浸入生長(zhǎng)培養(yǎng)基中， 微生物附著在它上面并且增生。人工基質(zhì)就這樣可從生長(zhǎng)容器分離， 作為整體或者通過(guò)基質(zhì)所固定的"載體裝置"(如金屬框架)。 10:流過(guò)人工基質(zhì)的連續(xù)的水流。
11:生長(zhǎng)容器。生長(zhǎng)培養(yǎng)基流過(guò)的和微生物在其中生長(zhǎng)的任何容器。
圖2:通過(guò)微生物天然的和各異的群落進(jìn)行人工基質(zhì)的接種。
12:區(qū)域種庫(kù)。在給定的區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域出現(xiàn)的天然群落和可能在
理論上進(jìn)入所述生長(zhǎng)容器的所有微生物(天然的或人工的)。
13:連續(xù)的生物種的水流。連續(xù)到達(dá)區(qū)域種庫(kù)的生物種的生長(zhǎng)容器。
14:在人工基質(zhì)上成功的建群并且被它們所處的環(huán)境自然選擇的微生
物群落。這些群落內(nèi)在地保持自己進(jìn)一步使它們的種族成分適應(yīng)變化
的環(huán)境條件的能力。
圖3:環(huán)境變量的調(diào)節(jié)以便調(diào)整微生物群落的成分。
15:與(8)—樣的過(guò)程，而另外控制各種環(huán)境變量以便主動(dòng)地調(diào)整群
落成分、產(chǎn)率和多樣性。所得的工藝過(guò)程包括微生物群落的可控生長(zhǎng)。
16:將根據(jù)(15)的要求精確控制生長(zhǎng)容器內(nèi)的環(huán)境變量的全部或任
何方法或裝置。
圖4:
17: PO空間位置零。這是理論上起菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基作用的注入水的入 口的第一個(gè)點(diǎn)。
18: Pl空間位置l。這是理論上生長(zhǎng)容器的第一個(gè)點(diǎn)，此處，微生物 群落能在人工基質(zhì)上成功地建群并且發(fā)展成為成熟的群落。本文將這 些空間位置描述為在各生長(zhǎng)容器內(nèi)謹(jǐn)慎地出現(xiàn)，但是它受壓制，這也可能見(jiàn)于包含數(shù)種人工基質(zhì)的單個(gè)大的生長(zhǎng)容器內(nèi)或者甚至在單個(gè)人 工基質(zhì)中。
19: PN菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基的流中任意給定的后續(xù)空間位置點(diǎn)。 每一個(gè)點(diǎn)N被認(rèn)為是這樣的空間位置，即，微生物群落在先前確定的 各種變量方面與點(diǎn)N - 1和N+l處的群落完全不同。這些變量可能是但 不限于種族組成，多樣性，區(qū)域優(yōu)勢(shì)或化學(xué)組分的濃度。前述定義 的兩個(gè)空間位置點(diǎn)之間的距離可能與每一對(duì)位置的距離不同。 20:空間位置點(diǎn)零處的群落。 21:空間位置點(diǎn)1處的群落。 22:空間位置點(diǎn)N處的群落。
圖5:闡釋群落漸次變遷的過(guò)程以及反饋、捷徑和快速出口響應(yīng)變化 的條件和/或要求的應(yīng)用。
23:位置N。生長(zhǎng)容器內(nèi)水流中的任何給定的位置，始于空間位置1 (17)。
24:位置N+12。該圖闡釋了空間位置(23)與(24)之間的十二個(gè)獨(dú) 立的群落。描繪的所述空間位置出現(xiàn)在單獨(dú)的生長(zhǎng)容器內(nèi)，但是應(yīng)該 清楚這些位置還可能出現(xiàn)在一種生長(zhǎng)容器或者甚至一種人工基質(zhì)上。 25:在人工基質(zhì)上和在空間位置N生長(zhǎng)的微生物群落，具有一組給定 的群落性質(zhì)，例如，但不限于多樣性、區(qū)域優(yōu)勢(shì)、組成、化學(xué)成分的 濃度...
26:在空間位置N+l處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N和N+2處的群落不同。
27:在空間位置N+2處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+l和N+3處的群落不同。
28:在空間位置N+3處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+2和N+4處的群落不同。
29:在空間位置N+4處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+3和N+5處的群落不同。30:在空間位置N+5處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+4和N+6處的群落不同。
31:在空間位置N+6處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+5和N+7處的群落不同。
32:在空間位置N+7處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+6和N+8處的群落不同。
33:在空間位置N+8處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+7和N+9處的群落不同。
34:在空間位置N+9處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+8和N+10處的群落不同。
35:在空間位置N+10處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+9和N+11處的群落不同。
36:在空間位置N+11處的微生物群落，至少有一個(gè)相關(guān)變量與空間位 置N+9處的群落不同。
37:菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基從后一個(gè)空間位置到前一個(gè)空間位置反饋的一個(gè) 可能的實(shí)施例。此反饋環(huán)進(jìn)料菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基，從位置N+9 (34)出 來(lái)至位置N+1處的群落(26)。該實(shí)施例顯示一種逆流反饋，但是應(yīng) 懂得，還可沿菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基的正常流出現(xiàn)反饋。 38:菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基從前一個(gè)空間位置到后一個(gè)不相鄰的空間位置的 捷徑的一個(gè)可能的實(shí)施例。此捷徑環(huán)從空間位置N+5 (30)進(jìn)料菌種 生長(zhǎng)培養(yǎng)基到空間位置N+10處的群落(35)。 39:正常出口位置，此處將菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基作為流出物排出。 40:快速出口的一個(gè)可能的實(shí)施例，它能使從其它位置提取或排放菌 種生長(zhǎng)培養(yǎng)基，而不是菌種生長(zhǎng)培養(yǎng)基作為流出物的正常排放出口 (39)。
圖6:闡釋人工基質(zhì)提取的示意圖。
41:人工基質(zhì)，在其上生長(zhǎng)微生物群落并且達(dá)到可收獲的群落發(fā)育階段。42:在提取過(guò)程中連續(xù)的水流不必停止。
53:提取裝置。通過(guò)提取裝置將人工基質(zhì)從培養(yǎng)基中提取出來(lái)。
43:提取裝置可通過(guò)保持附著了人工基質(zhì)的載體或者直接保持人工基
質(zhì)而提取人工基質(zhì)。
44:更換裝置。更換裝置帶入一種新的人工基質(zhì)。應(yīng)懂得，該更換裝 置可能與提取裝置相同，但是它也可能是獨(dú)立的裝置。兩種裝置的特 征可能是單一的機(jī)器，但不必如此。
45:該更換裝置將人工基質(zhì)引入生長(zhǎng)容器而不停止所述連續(xù)的水流。 46:新的或循環(huán)的人工基質(zhì)。該人工基質(zhì)可被預(yù)處理。 47:微生物的兩步收獲程序。為了最大化某些化合物的產(chǎn)量，有可能 在最后收獲之前將生物量經(jīng)歷另外的處理。
47b:將具有人工基質(zhì)的載體輸送到和置于處理容器中(49)。該輸送 需要及時(shí)地進(jìn)行。即，在隨著從其生長(zhǎng)培養(yǎng)基提取生物量而發(fā)生的任 何不利過(guò)程之前進(jìn)行。
47c:將所述栽體浸入另一種液體培養(yǎng)基，它可能相同也可能不同于提 取它的生長(zhǎng)培養(yǎng)基(例如化學(xué)成分)。該處理培養(yǎng)基不必是流動(dòng)的液 體或敞開(kāi)的體系。
47d:另一方面，也可用一步收獲法，其中，在收獲機(jī)械內(nèi)直接加工所 述生物量而不用預(yù)處理。
48:微生物的實(shí)際收獲過(guò)程。將微生物群落從人工基質(zhì)分離。該過(guò)程 可按脫除全部群落的一步法進(jìn)行或者分步進(jìn)行，每一步涉及脫除特定 部分的群落(即，某些族)或生物量(即，某些化合物)。這些獨(dú)立
的步驟可能包括各種生物的、物理的或化學(xué)的分離技術(shù)。
49:處理容器。在該容器中，它可能類(lèi)似或不同于生長(zhǎng)容器，將生物
量處理更短或更長(zhǎng)的時(shí)間，通常是數(shù)小時(shí)至數(shù)天。
50:經(jīng)過(guò)所需的處理之后，通過(guò)提取裝置(42)提取生物量仍然附著
在人工基質(zhì)上的栽體。
51:將具有人工基質(zhì)的載體輸送到和置于收獲裝置(52)中。該輸送 需要及時(shí)地進(jìn)行，即，在隨著從其生長(zhǎng)培養(yǎng)基提取生物量而發(fā)生的任
20何不利過(guò)程之前進(jìn)行。
52:所述收獲裝置將微生物的生物量與人工基質(zhì)分離，也可見(jiàn)(48)。
圖7:從人工基質(zhì)分離微生物群落的詳細(xì)方案 54:收獲裝置或機(jī)械。
55:通過(guò)提取裝置將生長(zhǎng)了微生物群落的人工載體帶到所述收獲裝置。 56:將所述人工載體引入所述收獲裝置。
57:將所述生物量與人工基質(zhì)分離后，排放收獲液(如果這樣應(yīng)用的 話)。
58:如果這樣應(yīng)用的話，采集所述收獲液。 59:可排放所述收獲液。
60:可再循環(huán)所述收獲液，例如在收獲裝置中。 61:將微生物群落的生物量與人工基質(zhì)分離。 62:所述生物量通過(guò)重力沉降到底部。
63:分離之后，從所述收獲裝置提取所述人工栽體。這可通過(guò)提取裝 置進(jìn)行。
64:將所述人工載體廢棄或返回所述生長(zhǎng)容器中。
65:沉降之后從所述收獲機(jī)械提取所述分離后的生物量。
66:分離后的生物量。
67:將所述生物量進(jìn)一步處理。
圖8:本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)施方案。凈化來(lái)自養(yǎng)魚(yú)設(shè)施的廢水并且
在養(yǎng)魚(yú)業(yè)中再循環(huán)凈化后的水和生長(zhǎng)的生物量。
68:將所述生物量加工成魚(yú)祠料
69:排放流出液。
70:將流出液用作二次處理液。
71:將流出液用于在養(yǎng)魚(yú)設(shè)施中祠養(yǎng)魚(yú)類(lèi)
78:將流出液用作收獲液。
72:魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖設(shè)施。73:從魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖設(shè)施中排出廢水。
74:收集魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖的廢水用作本發(fā)明的流入水。
圖9:本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)施方案。經(jīng)過(guò)微生物群落對(duì)來(lái)自生活污
水的廢水處理裝置中排出的水第三次處理。
75:將生物量加工成各種終產(chǎn)品。
76:生活污水的廢水處理裝置。
77:收集從76排出的水用作本發(fā)明的流入水。
一個(gè)可能的實(shí)施方案的原型圖示 圖10
廢水可能流過(guò)的三層管道原型。將人工基質(zhì)放入管道中。 圖11
多層階式結(jié)構(gòu)，廢水可通過(guò)它從頂部流到底部。這些層由人工基質(zhì).構(gòu) 成。
圖12
廢水可通過(guò)它流動(dòng)的傾斜多層管道原型。將人工基質(zhì)放入管道中。 圖13:
管道連接系統(tǒng)的詳細(xì)圖。 圖14:
人工基質(zhì)在管道系統(tǒng)中的詳細(xì)布置圖。 圖15:
階式生長(zhǎng)容器的原型，它利用重力除去廢水流。將人工基質(zhì)放入寬生 長(zhǎng)容器內(nèi)的廢水流中。圖16:
這幅圖示意描繪了廢水、液流、下層流和紊流的主流在將水導(dǎo)引通過(guò) 或靠近生長(zhǎng)容器中的人工基質(zhì)時(shí)的重要作用。
圖17
一個(gè)說(shuō)明CAS機(jī)理的調(diào)制性和應(yīng)用的實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例。每個(gè)系
統(tǒng)本身可能包括一個(gè)或多個(gè)例如呈平行結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)。
78:能使CAS自組織成普通定向群落的通常的環(huán)境結(jié)構(gòu)。
79:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)A，能使CAS自組織成更多特定的定向群落，
以特定的產(chǎn)量為目的。
80:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)B，能使CAS自組織成更多特定的定向群落， 以特定的產(chǎn)量為目的。
81:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)C，能使CAS自組織成更多特定的定向群落，
以特定的產(chǎn)量為目的。 82:所得具有目標(biāo)性能的特定群落A 83:所得具有目標(biāo)性能的特定群落B 84:所得具有目標(biāo)性能的特定群落C
85:位置A，在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。 86:位置B，在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。 87:位置C，在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。
圖18
一個(gè)說(shuō)明CAS機(jī)理的調(diào)制性和應(yīng)用的實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施 方案與上述不同之處在于，它將一些人工基質(zhì)放入一個(gè)系統(tǒng)，而將下 一組不同的人工基質(zhì)放入處于前一個(gè)的下游位置的下一個(gè)系統(tǒng)。 88:位置A，在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。 89:位置B，在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。 位置A和B處于一個(gè)系統(tǒng)中。在一個(gè)系統(tǒng)中包含兩組人工基質(zhì)。90:位置C，在一個(gè)系統(tǒng)中包含一系列毗連放置的人工基質(zhì)。
在位置C,在該位置的局部作用是導(dǎo)致自組織的操作上的。
91:能使CAS自組織成普通定向群落的通常的環(huán)境結(jié)構(gòu)。
92:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)A，能使CAS自組織成更多特定的定向群落，
以特定的產(chǎn)量為目的。
93:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)B，能使CAS自組織成更多特定的定向群落， 以特定的產(chǎn)量為目的。
94:特定的環(huán)境子結(jié)構(gòu)C，能使CAS自組織成更多特定的定向群落，
以特定的產(chǎn)量為目的。
95:所得具有目標(biāo)性能的特定群落A
96:所得具有目標(biāo)性能的特定群落B
97:所得具有目標(biāo)性能的特定群落C。該群落被分布于一系列基質(zhì)上， 在其上生長(zhǎng)的子群落相互影響。
98:箭頭代表上游群落A和B與下游群落C之間的相互作用。群落A 和B的性能影響群落C,根據(jù)CAS它已適應(yīng)表現(xiàn)出特定的目標(biāo)性能。
圖19:
99: Serpienski襯墊(也翻為Sierpinski )的分部圖形。 圖20
100:簡(jiǎn)化的Serpienski襯墊圖形 101:表示流過(guò)人工基質(zhì)的最大流體
102/表示流過(guò)人工基質(zhì)的更小流體，穿過(guò)基質(zhì)的更小開(kāi)口。 圖21:
通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)選定的基本環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)的野生型多培養(yǎng)物的可控藻類(lèi)生 長(zhǎng)。這些群落包括生物的優(yōu)選族(例如硅藻門(mén))物種組成(例如， Fragilaria capucina)。
2權(quán)利要求
1. 在敞開(kāi)并且連續(xù)的系統(tǒng)內(nèi)生長(zhǎng)微生物的方法，它進(jìn)一步的特征在于在所述系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建生境的裝置，其中，自然的、多樣化的和異質(zhì)的微生物群落能夠自主地對(duì)變化的環(huán)境做出反應(yīng)、自組織并適應(yīng)。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述裝置包括至少一種人工基質(zhì)，附 著的微生物群落生長(zhǎng)在所述基質(zhì)上。
3. 權(quán)利要求l-2的方法，其特征在于，在所述系統(tǒng)內(nèi)保持連續(xù)的流體流o
4. 權(quán)利要求1 - 3的方法，其中，所述流體為廢水流。
5. 權(quán)利要求2的方法，其特征還在于，將所述人工基質(zhì)置于所述 水流的流動(dòng)中，迫使該水流通過(guò)或者靠近人工基質(zhì)和附著在基質(zhì)上的 微生物群落。
6. 權(quán)利要求l-5的方法，其特征在于，所述微生物群落分別存在 于所述系統(tǒng)內(nèi)的不同位置。
7. 權(quán)利要求1 - 6的方法，其中控制一個(gè)或多個(gè)環(huán)境變量以便調(diào)節(jié) 所述系統(tǒng)中每一個(gè)位置處的微生物群落的至少一項(xiàng)性能。
8. 生產(chǎn)微生物的方法，它包括權(quán)利要求1-7中定義的操作步驟， 所述方法進(jìn)一步包括借助提取保持所述基質(zhì)的載體的提取裝置來(lái)收獲 微生物群落的步驟。
9. 生產(chǎn)生物量的方法，它包括權(quán)利要求1-8中定義的操作步驟。
10.用于生產(chǎn)微生物和/或生物量的提取裝置，它具有將人工基質(zhì)輸送到收獲裝置的設(shè)備，其特征在于，所述裝置包括人工基質(zhì)固定于 其上的栽體。
全文摘要
在敞開(kāi)并且連續(xù)的系統(tǒng)內(nèi)生長(zhǎng)微生物的方法，它進(jìn)一步的特征在于，在所述系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建生境的裝置，其中自然的、多樣化的和異質(zhì)的微生物群落能夠自主地對(duì)變化的環(huán)境做出反應(yīng)并適應(yīng)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK101443281SQ200780017146
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者肯內(nèi)拉德·瓦努特, 讓·瓦努特 申請(qǐng)人:Sbae工業(yè)股份有限公司