DE4411486C1 - Process and equipment for the cultivation and fermentation of microorganisms or cells in liquid media - Google Patents
Process and equipment for the cultivation and fermentation of microorganisms or cells in liquid mediaInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kultivation und Fermentation von Mikroorganis men oder Zellen in flüssigen Medien, insbesondere einer Dispersion, bestehend aus einem Nährmedium und Mikroorganismen oder Zellen, bei dem das zum Wachstum bzw. zur Teilung der Mikroorganismen oder Zellen erforderliche Medium im Kreislauf für einen Substanzaustausch und einer Lichtexposition bewegt wird. Das Medium enthält dabei die Mikroorganismen oder die Zellen und umspült diese, wobei auch vorgesehen ist, die Mi kroorganismen oder Zellen aus dem Medium auszutragen.The invention relates to a method for the cultivation and fermentation of microorganisms men or cells in liquid media, in particular a dispersion consisting of a Nutrient medium and microorganisms or cells in which the growth or Division of the microorganisms or cells required medium in the circuit for one Substance exchange and exposure to light is moved. The medium contains the Microorganisms or the cells and washed around them, it also being provided that the Mi to carry out microorganisms or cells from the medium.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a device for performing the method.
Es ist bekannt, zur Kultivation und Fermentation von Mikroorganismen oder Zellen Bioreaktoren mit unterschiedlichen Formen und Anordnungen zu verwenden.It is known for the cultivation and fermentation of microorganisms or cells Use bioreactors with different shapes and arrangements.
Die DE-OS 33 23 205 und DE-OS 41 08 519 offenbaren Bioreaktoren in einer Behälter form mit einem relativ geringen Oberflächen/Volumen-Verhältnis, in denen mit geeigne ten Einrichtungen eine turbulente Strömung erzeugt wird. Die DE-OS 29 26 091 und DE-OS 30 14 814 offenbaren Möglichkeiten zur Vergrößerung des Oberflächen/Volu men-Verhältnisses der Reaktoren mit Füllkörpern.DE-OS 33 23 205 and DE-OS 41 08 519 disclose bioreactors in a container form with a relatively low surface / volume ratio, in which with suitable turbulent flow is generated. DE-OS 29 26 091 and DE-OS 30 14 814 disclose possibilities for increasing the surface / volume ratio of the reactors with packing.
Weitere Bioreaktoren, welche ein relativ großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis mit Möglichkeiten des Bewegens des Kulturmediums darstellen, z. B. durch Rüttelbewegung im Tischbioreaktor gemäß DE-OS 31 15 745 und eine Strömung im Plattenbioreaktor nach DE-OS 41 34 813 angeben, gewährleisten einen Lichtgenuß bzw. die Nährstoffversorgung der Organismen.Other bioreactors that have a relatively large surface / volume ratio Represent possibilities of moving the culture medium, e.g. B. by shaking in the table bioreactor according to DE-OS 31 15 745 and a flow in the plate bioreactor after Specify DE-OS 41 34 813, ensure enjoyment of light or the supply of nutrients of organisms.
Zudem sind Bioreaktoren mit technischen Einrichtungen, wie Lichtreflektoren, Luft- und Gaskanälen aus der DE-OS 23 58 701 bekannt.In addition, bioreactors with technical facilities such as light reflectors, air and Gas channels known from DE-OS 23 58 701.
Reaktoren mit eingeordneten Membranen, die von einem Trägergas durchströmt, für die Entsorgung von Gasen aus dem Kulturmedium Verwendung finden, sind in der DE-OS 41 08 519 dargestellt. Dabei ist das Kultivieren von Zellen in Kammern, welche zumindest teilweise durch flächige Membranen begrenzt sind durch die DE-OS 34 09 501 genannt und eine Trennung von Nährmedium und Kulturmedium durch eine Membrane wird aus der DE-OS 35 41 738 bekannt. Entsprechend der DE-OS 35 33 615 werden in einer Ein richtung die hohlraumbildenden Membranen durch Folien gebildet. Der Stoffaustausch zur Ver- und Entsorgung der Zellen mit gelösten bzw. gasförmigen Nährstoffen oder Stoff wechselprodukten erfolgt dabei durch die aus Folien gebildeten Membranen.Reactors with arranged membranes, through which a carrier gas flows, for the Disposal of gases from the culture medium are used in DE-OS 41 08 519. The cultivation of cells in chambers is, at least partially limited by flat membranes are mentioned by DE-OS 34 09 501 and a separation of nutrient medium and culture medium by a membrane is made DE-OS 35 41 738 known. According to DE-OS 35 33 615 in one direction the cavity-forming membranes formed by foils. The mass exchange for Supply and disposal of the cells with dissolved or gaseous nutrients or substances Exchange products take place through the membranes formed from foils.
Eine Immobilisierung von Organismen und die Kultivation mit Hilfe von Festbettverfahren wird in den DE-OS 36 17 875 und DE-OS 36 08 466 beschrieben. Immobilization of organisms and cultivation with the help of fixed bed processes is described in DE-OS 36 17 875 and DE-OS 36 08 466.
Für die Bildung eines Polysaccharids wird in der DE-OS 31 32 497 ein Immobilisierungs verfahren mit Hilfe eines porösen, feinteiligen inerten Trägers dargestellt.DE-OS 31 32 497 describes immobilization for the formation of a polysaccharide process using a porous, finely divided inert carrier.
Photobioreaktoren sind Reaktoren einer bekannten speziellen Gruppe, die für das Wachs tum bzw. die Teilung phototropher Mikroorganismen oder Zellen eine Belichtung ermögli chen. Es ist bekannt, daß Licht für ein Wachstum phototropher Organismen zu jedem Zeitpunkt in ausreichender Menge und mit einem spezifischen Spektrum zur Verfügung stehen muß.Photobioreactors are reactors of a well-known special group that are responsible for the wax tum or the division of phototrophic microorganisms or cells allow exposure chen. It is known that light for every phototrophic organism grows Time available in sufficient quantity and with a specific spectrum must stand.
Die Populationsdichten phototropher Mikroorganismen, z. B. planktischer Algen, liegen im natürlichen Milieu, aber auch in den bisher bekannten und genutzten Kultivationsanla gen deutlich niedriger als die für heterotrophe Mikroorganismen wie Hefen oder Bakterien.The population densities of phototrophic microorganisms, e.g. B. planctic algae in a natural environment, but also in the cultivation facilities known and used so far gene significantly lower than that for heterotrophic microorganisms such as yeast or Bacteria.
Haupthindernis für das Erhalten höherer Raum-Zeit-Ausbeuten ist eine mangelhafte Verknüpfung zwischen Lichtquelle und Assimilationspigmenten als Rezeptoren für den Energieeintrag und Startpunkt der Photosyntheseleistung einerseits und einer zumeist empirisch ausgebildeten Reaktorgeometrie andererseits.The main obstacle to obtaining higher space-time yields is a poor one Link between light source and assimilation pigments as receptors for the Energy input and starting point of photosynthesis on the one hand and mostly empirically trained reactor geometry on the other hand.
Es ist bekannt, daß die Lichtversorgung in allen bekannten Photobioreaktoren (PBR) der für Produktivität und die Effizienz der Verfahren limitierende Faktor ist, wobei weltweit eine Tendenz zu geschlossenen, tubulären Photoreaktoren mit Schichtdicken im Zentime terbereich erkennbar ist.It is known that the light supply in all known photobioreactors (PBR) is limiting factor for productivity and the efficiency of the process, being worldwide a tendency towards closed, tubular photoreactors with layer thicknesses in centimeters ter area is recognizable.
Offene Dünnschichtkultivatoren (Trebon-Typ) überwinden das Lichtproblem durch extrem dünne Schichtdicken < 10 mm des Kulturmediums, dafür müssen aber sehr große freie Oberflächen, d. h. große Kontaminationsquellen in Kauf genommen werden.Open thin film cultivators (Trebon type) overcome the lighting problem with extreme thin layer thicknesses <10 mm of the culture medium, but this requires very large free ones Surfaces, d. H. large sources of contamination are accepted.
Kunst- oder naturbelichtete tubuläre Reaktoren benötigen entweder eine große Fläche oder weisen erhebliche Verluste beim Lichteintrag über externe Lichtquellen auf.Artificial or natural exposed tubular reactors either require a large area or have significant losses when entering light via external light sources.
Ein zweites ungelöstes Problem von Photobioreaktoren moderner Konfiguration besteht darin, daß in deren Reaktorraum eine hohe Konzentration von gelöstem und gasförmigen Sauerstoff entsteht.A second unresolved problem with modern configuration photobioreactors exists in the fact that in their reactor space a high concentration of dissolved and gaseous Oxygen is created.
Wie bekannt, entsteht bei dem so durchgeführten Verfahren 1 kg Biomasse unter Ver brauch von 2,06 kg CO₂ und Bildung von 1,65 kg Sauerstoff. Es besteht einerseits das Problem des CO₂-Eintrages bei möglichst hoher Verfügbarkeit des Gases und andererseits das der O₂-Entfernung zu lösen, wobei die Einhaltung des optimalen pH-Wertes gewährlei stet sein muß. Dabei soll außerdem die Sterilität des Systems erhalten bleiben.As is known, 1 kg of biomass is produced in the process carried out under Ver need 2.06 kg CO₂ and formation of 1.65 kg oxygen. On the one hand, there is Problem of CO₂ entry with the highest possible availability of the gas and on the other hand to solve the O₂ removal, ensuring compliance with the optimal pH must be constant. The sterility of the system should also be maintained.
Die Massenkultivierung phototropher Mikroorganismen oder Zellen kann dabei in bekann ter Weise in offenen oder geschlossenen Anlagen erfolgen. The mass cultivation of phototrophic microorganisms or cells can be known ter in open or closed systems.
Techniken zur Kultivierung und Fermentation besonders von Mikroalgen sind vor allem in der zweiten Hälfte der siebziger und in der ersten Hälfte der achtziger Jahre entwickelt worden. Die Entwicklungen standen primär im Zusammenhang mit der Gewinnung von Algenmasse zur Verwendung als eiweißreiche Nahrungsmittel. Hierbei ist die Anwendung einer einfachen Verfahrenstechnik bekannt. Als Reaktor dienen meist flache Becken, die mit dem Medium befüllt werden. Eine Variante stellen offene, flache, exakt nivellierte Becken dar, die als mäanderndes System oder in Form einer einfachen Schleife ausgeführt sind.Techniques for cultivating and fermenting microalgae in particular are particularly popular in developed in the second half of the 1970s and in the first half of the 1980s been. The developments were primarily related to the extraction of Algae mass for use as a protein-rich food. Here is the application known a simple process technology. Shallow basins are usually used as the reactor be filled with the medium. One variant is open, flat, precisely leveled Basin, which is designed as a meandering system or in the form of a simple loop are.
Die Becken bestehen aus Materialien, wie z. B. Beton, Stein u. ä. und werden durch Dichtmaterialien, z. B. PVC-Folien abgedichtet.The pools are made of materials such as. B. concrete, stone u. Ä. and are by Sealing materials, e.g. B. PVC films sealed.
Um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten und eine Sedimentation zu vermei den, ist sicherzustellen, daß alle Zellen regelmäßig an die Oberfläche gelangen und damit der erzeugten auftreffenden Strahlung ausgesetzt sind, werden Turbulenzen mittels Schau felrädern, air-lift-Systemen und Pumpen erzeugt.To ensure sufficient mixing and to avoid sedimentation ensure that all cells reach the surface regularly and thus are exposed to the generated incident radiation, turbulence by means of a show wheels, air-lift systems and pumps.
Derartige Systeme werden allgemein nicht thermostatisiert.Such systems are generally not thermostatted.
Die Versorgung mit CO₂ erfolgt bei dem bekannten Verfahren und Einrichtung durch Begasung. Dabei ist die effektive Ausnutzung des Gases auf Grund der relativ geringen Schichtdicken des offenen Systems gering.The supply of CO₂ takes place in the known method and device Fumigation. The effective use of the gas is due to the relatively low Layer thicknesses of the open system are low.
Bei weiterhin bekannten Verfahren wird ein Gas vor den Pumpen zudosiert. Die Konzen tration des gelösten Gases sinkt aber kontinuierlich ab, so daß eine Wachstumslimitierung auftreten kann.In still known methods, a gas is metered in before the pumps. The concessions tration of the dissolved gas decreases continuously, so that a growth limitation can occur.
Da die Regelung des pH-Wertes über die Kohlendioxyddosierung erfolgt, ist ein Gradient nicht zu vermeiden und die pH-Regelung nur in Grenzen möglich.Since the pH value is regulated via the carbon dioxide metering, there is a gradient unavoidable and pH control only possible within limits.
Es ist bekannt, daß eine Sterilisierung und eine monoseptische Arbeitsweise organischer Kulturen mit offenen Anlagen unmöglich ist.It is known that sterilization and monoseptic operation are more organic Cultures with open plants is impossible.
Zur Gewährleistung einer ständigen Lichtversorgung ist bei der Entwicklung von Photobio reaktoren, die der Kultivation phototropher Mikroorganismen dienen, bisher häufig eine Reduzierung der Schichtdicken angestrebt worden. So sind tubuläre oder rigide Platten-Konfigurationen bekannt, in denen mit Schichtdicken von im geringsten Fall 16 mm Biomassekonzentrationen von 5 bis 10 g/l erreicht werden. Diese PBR-Ausführun gen gehören zum geschlossenen Typ im Rahmen der beschriebenen verfahrenstechni schen Lösungen. To ensure a constant light supply is in the development of Photobio reactors used to cultivate phototrophic microorganisms have so far often been used Reduction of the layer thickness has been aimed for. So are tubular or rigid Plate configurations are known in which with layer thicknesses of in the least case 16 mm biomass concentrations of 5 to 10 g / l can be achieved. This PBR version conditions belong to the closed type within the framework of the process engineering described solutions.
Solche bekannten Anlagen bestehen aus lichtdurchlässigen Rohren mit einem nachgeschal teten Mischbehälter. Die Algensuspension wird dabei entweder mittels Pumpen oder Schwerkraft durch das Rohrsystem gefördert, welches einerseits zu einer guten Durchmi schung des Systems führt und andererseits einer Verminderung des Aufwuchses an den Rohrwandungen entgegenwirkt.Such known systems consist of translucent tubes with a reshaped mixed containers. The algae suspension is either pumped or Gravity promoted by the pipe system, which on the one hand leads to a good mix development of the system and on the other hand a reduction in the growth of the Counteracts pipe walls.
Eine Zudosierung von CO₂ kann vor der Pumpe erfolgen. Vor dem Eintritt der Sus pension in die Pumpe wird der gebildete Sauerstoff mittels eines kurzen Tauchstrahles über die mitgerissene, in einem strömungsberuhigten Abschnitt entweichende Luft, ausge tragen.CO₂ can be added before the pump. Before the entry of the Sus The oxygen formed is fed into the pump by means of a short immersion jet over the entrained air escaping in a flow-calmed section carry.
Anlagen dieser bekannten Art sind durch Verlängerung oder Parallelschaltung von Röhren in ihren wirksamen Oberflächen vergrößerbar. Die dabei notwendigen großen Rohrlängen haben als Nachteil damit verbunden hohe Druckverluste.Systems of this known type are through extension or parallel connection of tubes their effective surfaces can be enlarged. The large pipe lengths required have the disadvantage of high pressure losses.
Grundgedanke für die Gestaltung eines Plattenreaktortyps ist die Verwirklichung einer dünnen Schicht photosynthetisierender Zelldispersionen als eine Voraussetzung der ständi gen Kopplung von Lichtquelle und -rezeptor. Gleichzeitig erfolgt über plattenförmige Packungen von mäanderisierend oder parallel durchströmten Kanälen eine Kompaktierung photosynthetisch aktiver Flächen, die zudem auch eine technisch einfache Orientierung in der Vertikalen erlaubt. Ergebnis dieser konfigurativen Konzepte sind Photobioreaktoren hoher Leistungsfähigkeit. Allerdings werden die nach diesem Prinzip betriebenen bekann ten Systeme von einigen Faktoren in ihrer Wirkung limitiert.The basic idea for the design of a plate reactor type is the implementation of one thin layer of photosynthesizing cell dispersions as a prerequisite for constant gene coupling of light source and receptor. At the same time takes place over plate-shaped Packings of meandering or parallel flow channels create a compacting photosynthetically active areas, which also have a technically simple orientation in the vertical allowed. The result of these configurative concepts are photobioreactors high performance. However, those operating on this principle are known systems are limited in their effectiveness by some factors.
- - Lichtlimitationen in kompakten Systemen- Light limitations in compact systems
- - O₂-Hyperkonzentration- O₂ hyper concentration
- - axenische, nicht aber sterile Fahrweise- axenic, but not sterile driving style
- - scale-up Fähigkeit in den Kubikmetermaßstab ist noch nachzuweisen- Scale-up capability on a cubic meter scale is still to be demonstrated
Es ist bekannt, als bisher dünnste Schichten geschlossener PBR- Stegplatten mit 16 mm Schichtdicke zu verwenden. Üblicherweise liegen die genutzten Kanaldurchmesser der tubulären PBR im Bereich von 25 bis 60 mm.It is known as the thinnest layers of closed PBR multi-wall sheets with 16 mm To use layer thickness. The channel diameters used are usually tubular PBR in the range of 25 to 60 mm.
Damit bewegen sich die Schichtdicken bei dem 3000 bis 120 000fachen des Zelldurch messers der enthaltenen Mikroorganismen.This means that the layer thicknesses range from 3,000 to 120,000 times the cell knife of the contained microorganisms.
Optimal gestaltete tubuläre PBR erzielen Oberflächen/Volumen (O/V)-ratios im Bereich von 50 bis 60 m²/m³ und liegen damit um eine Zehnerpotenz über dem heute technisch Umgesetzten.Optimally designed tubular PBR achieve surface / volume (O / V) ratios in the area from 50 to 60 m² / m³ and are thus a power of ten above that of today's technology Implemented.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kultivation und Fermen tation von Mikroorganismen oder Zellen in flüssigen Medien, insbesondere einer Dis persion, bestehend aus einem Nährmedium und Mikroorganismen oder Zellen, bei dem das zum Wachstum bzw. zur Teilung der Mikroorganismen oder Zellen erforderliche Medium im Kreislauf für einen Substanzaustausch und der Lichtexposition bewegt wird, wobei das Medium dabei die Mikroorganismen oder die Zellen enthält und umspült, wobei auch vorgesehen ist, die Mikroorganismen oder Zellen aus dem Medium auszutragen und weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem auch bei oligozellulären Organismen oder Zellen eine permanente Lichtenergieversorgung bis in den Mikroorganismenbereich erfolgt und gleichzeitig günstige Voraussetzungen für einen intensiven Stoff- und Energieaustausch zwischen dem Kulturmedium mit den Mikroorga nismen und Zellen und der Umgebung gewährleistet ist.The invention has for its object a method for cultivation and Fermen tion of microorganisms or cells in liquid media, especially a dis persion, consisting of a nutrient medium and microorganisms or cells, in which that necessary for the growth or division of the microorganisms or cells Medium is moved in a circuit for substance exchange and light exposure, wherein the medium contains and flows around the microorganisms or the cells, wherein it is also provided that the microorganisms or cells are removed from the medium and continue to create a facility to carry out the process with which with oligocellular organisms or cells a permanent light energy supply up to the microorganism area takes place and at the same time favorable conditions for one intensive exchange of materials and energy between the culture medium and the microorganism nisms and cells and the environment is guaranteed.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels des Verfahrens die Kultiva tion und Fermentation von Mikroorganismen oder Zellen in flüssigen Medien, insbe sondere einer Dispersion, bestehend aus einem Nährmedium und Mikroorganismen oder Zellen vorgenommen wird, bei dem das zum Wachstum bzw. zur Teilung der Mikroorga nismen oder Zellen erforderliche Medium im Kreislauf für einen Substanzaustausch und einer Lichtexposition bewegt wird, wobei das Medium dabei die Mikroorganismen oder die Zellen enthält und diese umspült, wobei vorgesehen ist, die Mikroorganismen oder Zellen aus dem Medium auszutragen, bei dem ein Nährmedium, bestehend aus Wasser, Nährstoffen, CO₂ sowie einem konditionierten Kulturmedium gebildet wird und in dem Nährmedium Mikroorganismen sowie Zellen gleichmäßig verteilt verwendet werden, wobei Aktionsoberflächen mit einem intensiven Stoff- und Energieaustausch zwischen dem Kulturmedienstrom und den Stoff- und Energiekanälen gebildet werden und es erfindungs gemäß von hoher Bedeutung ist, daß zwischen zwei Aktionsflächen ein ultradünner, filmar tiger Kulturmedienstrom bewegt wird.According to the invention the object is achieved in that the cultivars by means of the method tion and fermentation of microorganisms or cells in liquid media, esp special a dispersion consisting of a nutrient medium and microorganisms or Cells is made in which the growth or division of the microorganism nisms or cells required medium in the circuit for a substance exchange and a light exposure is moved, the medium being the microorganisms or contains the cells and flows around them, it being provided that the microorganisms or Remove cells from the medium in which a nutrient medium consisting of water, Nutrients, CO₂ and a conditioned culture medium is formed and in which Nutrient medium microorganisms and cells are used evenly distributed, where action surfaces with an intensive exchange of materials and energy between the Culture media flow and the material and energy channels are formed and it fiction It is of great importance that between two action areas there is an ultra-thin film tiger culture media flow is moved.
Es ist für die Erfindung wesentlich, daß die Schichtdicke des Medienstromes angepaßt an die Ausbildung des Kulturmediums dem Gasaustausch und der Belichtung sowie Gewin nung und Separation der Mikroorganismen und Zellen oder deren Stoffwechselprodukte gesteuert und geregelt wird.It is essential for the invention that the layer thickness of the media stream is adapted to the formation of the culture medium, gas exchange and exposure as well as gain Separation and separation of microorganisms and cells or their metabolites is controlled and regulated.
Die Erfindung ist weiterhin durch Aktionsoberflächen des Kulturmediums zur Herstellung von euphotischen Zonen im Kulturmedienstrom ausgebildet, welche belichtet werden.The invention is furthermore by means of action surfaces of the culture medium for the production of euphotic zones in the culture media stream, which are exposed.
Zur Behandlung des Kulturmediums kann der Kulturmedienstrom aufgefangen werden, wobei aus ökonomischer Sicht und einer Möglichkeit der Wiederverwertung, die Mikroor ganismen und Zellen aus dem Kulturmedienstrom abgeschieden und gesammelt werden. The culture media stream can be collected for the treatment of the culture medium, from an economic point of view and a possibility of recycling, the Mikroor ganisms and cells are separated from the culture media stream and collected.
In einer Weiterführung des Verfahrens ist es möglich, die Stoffwechselprodukte aus dem Kulturmedium abzuscheiden und zu sammeln, wobei das Verfahren dadurch vorteilhaft gestaltet wird, wenn die Mikroorganismen sowie Zellen und Stoffwechselprodukte von den Aktionsflächen abgenommen und gesammelt werden und danach das Kulturmedium, dem Verfahrensregime folgend, in den Kreislauf zurückgeführt wird.In a continuation of the process, it is possible to remove the metabolic products from the Separate and collect culture medium, the method thereby being advantageous is designed when the microorganisms as well as cells and metabolites of taken from the action areas and collected and then the culture medium, following the procedural regime, is returned to the cycle.
Erfindungsgemäß ist die Lösung dadurch gezeichnet, daß der Spalt zur Durchführung des Kulturmedienstroms zwischen stoff- und lichtdurchlässigem, dünnwandigem Material für die Führung eines ultradünnen, filmartigen Medienstromes ausgebildet wird.According to the invention, the solution is characterized in that the gap for carrying out the Culture media flow between translucent and translucent, thin-walled material for the leadership of an ultra-thin, film-like media stream is formed.
Die Erfindung ist vorteilhaft durch eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet, bei der zwischen den dünnwandigen, stoff- und lichtdurchlässigen Materialien ein Spalt zum Führen eines filmartigen, ultradünnen Kulturmedienstromes gebildet ist. Es ist eine sinnvolle Ausbildung der Erfindung, wenn der Spalt eine Öffnungsbreite des 50-500fachen des Zelldurchmessers der Mikroorganismen bzw. Zellen aufweist.The invention is advantageous in terms of a device for carrying out the method trained in the between the thin-walled, translucent and translucent materials a gap for guiding a film-like, ultra-thin culture media stream is formed. It is a useful embodiment of the invention when the gap is an opening width of the Has 50-500 times the cell diameter of the microorganisms or cells.
Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung sieht vor, daß mit den dünnwandigen Materialien in vielfachen Lagen neben und übereinander angeordnet Energiekanäle ausge bildet sind, wobei die Energiekanäle Gas- und Lichtkanäle darstellen.Another embodiment of the invention provides that with the thin-walled Materials in multiple layers arranged next to and on top of one another are formed, the energy channels representing gas and light channels.
Vorteilhaft ist die Erfindung ausgeführt, wenn zum Ausbringen des Kulturmediums für die Bildung des ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstromes ein Ausbringungsorgan ange ordnet ist, wobei am oder im Spalt für die Bildung des ultradünnen, filmartigen Kulturme dienstromes Spalthindernisse angeordnet sind.The invention is advantageously carried out when the culture medium for the Formation of the ultra-thin, film-like culture media stream is a delivery organ is arranged, being on or in the gap for the formation of the ultra-thin, film-like culture service flow gaps are arranged.
Die Erfindung ist ausgebildet, wenn die Spalthindernisse flächig zur Sedimentation bzw. Separation von Konglomeraten angeordnet sind.The invention is designed when the gap obstacles are flat for sedimentation or Separation of conglomerates are arranged.
Es ist nach der Erfindung sinnvoll, daß das dünnwandige und lichtdurchlässige Material bei einer Verwendung von phototrophen Mikroorganismen oder Zellen aus einem Stoff, welcher im ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstrom eine hohe Lichtintensität bei einem gewünschten Wellenbereich des Lichtes bewirkt, ausgebildet ist.It is useful according to the invention that the thin-walled and translucent material when using phototrophic microorganisms or cells from one substance, which in the ultra-thin, film-like culture media stream contributes a high light intensity causes a desired wave range of light is formed.
Sinnvoll ist die Erfindung gestaltet, wenn das dünnwandige, stoff- und lichtdurchlässige Material aus mehreren Stoffen besteht, wobei bei der Verwendung von phototrophen Mikroorganismen oder Zellen zumindest ein Stoff eine lichtreflektierende Wirkung an der Aktionsoberfläche aufweist, wobei dem dünnwandigen, stoff- und lichtdurchlässigen Material fluoreszierende Verbindungen und Stoffe zugeordnet sind, und die Erfindung ausgestaltend, das dünnwandige, stoff- und lichtdurchlässige Material durch zwei miteinan der korrespondierende kommunizierende Folien gebildet ist. The invention is useful if the thin-walled, permeable to material and light Material consists of several substances, with the use of phototrophic Microorganisms or cells have at least one light reflecting effect on the substance Has action surface, the thin-walled, permeable to material and light Material associated with fluorescent compounds and substances, and the invention designing, the thin-walled, translucent and translucent material by two together the corresponding communicating foils are formed.
Es ist eine sinnfällige Ausbildung der Erfindung, wenn das dünnwandige, stoff- und licht durchlässige Material ein vliesartiges Gewebe aufweist, das in Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Form eine große Rauhtiefe und eine oberflächenvergrößernde Struktur besitzt, wobei das Material eine besondere Ausbildung erhält, wenn in den Aktionsober flächen für den durchfließenden Kulturmedienstrom Hindernisse angeordnet sind.It is a reasonable embodiment of the invention if the thin-walled, fabric and light permeable material has a non-woven fabric, which in the embodiment of the inventions form according to the invention has a large roughness depth and a surface-enlarging structure owns, with the material receiving special training when in the campaign obstacles are arranged for the flow of culture media.
Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft ausgestaltet, wenn in den Stoff- und Energiekanä len entsprechende Stoff- und Energieeintrittsöffnungen verschiedener Ausführungen an geordnet sind, wobei es erfindungsgemäß vorteilhaft sein kann, daß die Stoff- und Ener giekanäle, in denen sich entsprechende Stoff- und Energieträger befinden, mäanderbandför mig verbunden sind.The invention is also advantageously designed when in the material and energy channels appropriate material and energy inlet openings of different designs are ordered, it may be advantageous according to the invention that the substance and ener channels, in which there are appropriate material and energy sources, meandering mig are connected.
In der Einrichtung wird das Kulturmedium zur Bildung des ultradünnen, filmartigen Kul turmedienstromes über ein Ausbringungsorgan kontinuierlich oder diskontinuierlich ver teilt, wobei eine diskontinuierliche bzw. intermittierende Verteilung des Kulturmediums den ökophysiologischen Vorteil einer gradientenärmeren Nährstoffversorgung bei einer Mi nimierung der Schichtdicken bis in einen Bereich nahe dem Zelldurchmesser von Mikroor ganismen und einer Verringerung der erforderlichen Umtriebsenergie bietet.In the facility, the culture medium for the formation of the ultra-thin, film-like Kul ver media flow continuously or discontinuously via a discharge device shares, with a discontinuous or intermittent distribution of the culture medium the ecophysiological advantage of a low gradient nutrient supply in a Mi the layer thicknesses are reduced to an area close to Mikroor's cell diameter mechanisms and a reduction in the required rotational energy.
Vorteilhaft sind zur gleichmäßigen, flächigen Verteilung des Kulturmediums im bzw. am Spalt Spalthindernisse angeordnet, welche gleichzeitig vorteilhaft zur Sedimentation/Sepa ration von Konglomeraten genutzt werden. Somit wird ein optimaler Stoff- und Energie transport zwischen den Mikroorganismen und Zellen und den Stoff- und Energiekanälen gewährleistet.Are advantageous for the even, flat distribution of the culture medium in or on Gap arranged obstacles, which at the same time advantageous for sedimentation / Sepa ration of conglomerates. Thus, an optimal material and energy transport between the microorganisms and cells and the material and energy channels guaranteed.
Der vorteilsgemäß ausgebildete ultradünne, filmartige Kulturmedienstrom bildet die Grundlage zur Wasser- und Nährstoffversorgung der Mikroorganismen und Zellen. Die Mikroorganismen und Zellen können im Kulturmedienstrom und in bzw. an den Akti onsflächen durch das Konditionieren des Kulturmedienstromes optimal versorgt werden.The advantageously formed ultra-thin, film-like culture media stream forms the Basis for the water and nutrient supply of the microorganisms and cells. The Microorganisms and cells can be found in the culture media stream and in or on the acti surfaces are optimally supplied by conditioning the culture media flow.
Bei der Verwendung von phototrophen Mikroorganismen und Zellen besteht das dünnwan dige, stoff- und lichtdurchlässige Material zumindestens aus einem Stoff, welcher im Kulturmedienstrom eine hohe Lichtintensität mit einem gewünschten Wellenbereich des Lichtes bewirkt.This happens when using phototrophic microorganisms and cells dige, translucent and translucent material at least from a material that in Culture media flow a high light intensity with a desired waveband of Light causes.
Dabei ist es vorteilhaft, daß das stoff- und lichtdurchlässige Material mindestens aus einem Stoff besteht, welcher eine lichtreflektierende Wirkung an der Aktionsoberfläche aufweist. Ausgehend von der strengsten, in der phototrophen Biotechnologie wirkenden Limitation der Versorgung der assimilierenden Zellen mit Lichtenergie, ist es im vorteilhaften Sinne der Erfindung, daß eine ständige Verbindung zwischen Lichtquelle und -rezeptoren ge währleistet wird. It is advantageous that the material and translucent material at least one There is fabric that has a light-reflecting effect on the action surface. Starting from the strictest limitation that works in phototrophic biotechnology supplying the assimilating cells with light energy, it is in an advantageous sense the invention that a permanent connection between light source and receptors ge is guaranteed.
Dabei ist es vorteilhaft, dem stoff- und lichtdurchlässigen Material fluoreszierende Verbin dungen oder Stoffe zuzuordnen.It is advantageous to use fluorescent material that is translucent and translucent assignments or substances.
Dem Vorteil folgend wird bei der Kultivation und Fermentation von phototrophen Mikro organismen eine Lichtquelle an der Stirnseite der stoff- und lichtdurchlässigen Materialien angeordnet.The advantage is in the cultivation and fermentation of phototrophic micro organisms a light source on the front of the translucent and translucent materials arranged.
Der Lichtgenuß der Mikroorganismen und Zellen kann somit durch Lichtreflexion und Lichtbrechung, selbst bei einer Lichtquelle mit einem Einfallswinkel kleiner 90° und geringer Lichtintensität, erhöht werden.The light enjoyment of the microorganisms and cells can thus by light reflection and Refraction of light, even with a light source with an angle of incidence less than 90 ° and low light intensity, can be increased.
Überraschend und nicht vorherzusehen hat es sich gezeigt, daß die Mikroorganismen in ersten Versuchen mit einer geringen zur Verfügung stehenden Lichtmenge gute Möglich keiten zur Entwicklung zeigten.Surprisingly and unpredictably, it has been shown that the microorganisms in first attempts with a small amount of available light are possible showed development opportunities.
Das dünnwandige, stoff- und lichtdurchlässige Material kann zum einen durch zwei mitein ander korrespondierende und kommunizierende Folien gebildet werden. Der ultradünne, filmartige Kulturmedienstrom mit einer hohen Langzeitstabilität wird dabei unter Mitwir kung der natürlichen Adhäsionskraft gebildet. Zum anderen kann die Oberflächenstruktur eines vliesartigen Gewebes für die Herstellung des ultradünnen, filmartigen Kulturmedien stromes genutzt werden.The thin-walled, translucent and translucent material can be combined by two other corresponding and communicating foils are formed. The ultra thin film-like culture media flow with a high long-term stability is among co-workers kung the natural adhesive force formed. Second, the surface structure a non-woven fabric for the production of the ultra-thin, film-like culture media electricity can be used.
Die dünnwandigen, stoff- und lichtdurchlässigen Materialien besitzen dabei Aktionsflächen mit einer großen Rauhtiefe und einer oberflächenvergrößernden Struktur, um gegebenen falls eine Immobilisierung der Mikroorganismen oder Zellen zu begünstigen.The thin-walled, translucent and translucent materials have action areas with a high roughness depth and a surface-enlarging structure to give if favoring immobilization of the microorganisms or cells.
Durch die Gestaltung der Aktionsflächen und der Strömungseigenschaften als laminare oder turbulente Strömung bzw. durch die Schichtdicke des ultradünnen, filmartigen Kultur medienstromes kann eine Immobilisierung der Mikroorganismen oder Zellen in bzw. an den Aktionsflächen und gleichzeitig die Schaffung von euphotischen Zonen gesteuert werden.By designing the action areas and the flow properties as laminar or turbulent flow or through the layer thickness of the ultra-thin, film-like culture media flow can immobilize the microorganisms or cells in or on the action areas and at the same time controlled the creation of euphotic zones become.
Dabei ist es im Sinne der Erfindung, daß in einem laminaren Strom geleitete Mikro organismen oder Zellen an mechanischen Hindernissen passiv, im Sinne einer Filtration festgehalten werden.It is within the meaning of the invention that micro conducted in a laminar flow organisms or cells passively at mechanical obstacles, in the sense of filtration be held.
Durch die Anordnung von Stoff- und Energiekanälen mit den dünnwandigen, stoff- und lichtdurchlässigen Materialien und durch die Zuordnung von Stoff- und Energieeintrittsöff nungen bzw. Stoff- und Energieaustrittsöffnungen kann gleichzeitig ein intensiver Gasaustausch, vorzugsweise von Sauerstoff aus dem Kulturmedium und Kohlen dioxyd in das Kulturmedium, und eine optimale Lichtzufuhr an jeder einzelnen Biozelle gewährleistet werden.By arranging fabric and energy channels with the thin-walled, fabric and translucent materials and by assigning fabric and energy entry openings openings or material and energy outlet openings can be simultaneously intensive gas exchange, preferably oxygen from the culture medium and coal Dioxide in the culture medium, and an optimal light supply at each individual bio cell be guaranteed.
Um einen relativ hohen Abbau von zum Beispiel Kohlendioxyd zu gewährleisten, können die Stoff- und Energiekanäle mäanderbandförmig miteinander verbunden sein.To ensure a relatively high breakdown of, for example, carbon dioxide the material and energy channels are connected to one another in a meandering fashion.
Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrenskreislaufes, Fig. 1 is a schematic representation of the process cycle,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Folien, Fig. 2 is a schematic representation of a device according to the invention with two films
Fig. 3 den Schnitt A-A in Fig. 2, Fig. 3 shows the section AA in Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Vlies. Fig. 4 is a schematic representation of a device according to the invention with a fleece.
Fig. 2 zeigt die Einrichtung zur Kultivation und Fermentation von phototrophen Mikroor ganismen 1, insbesondere phototrophen Mikroalgen, in einem flüssigen Kulturmedium 2. In einer Nährlösungsdosiereinrichtung 3 mit Meß- und Regelungstechnik 4, wie Leitfähig keitsmeß- und -regelungstechnik 4a, pH-Meß- und -regelungstechnik 4b und Temperatur meß- und -regelungstechnik 4c wird das Kulturmedium 2 in einem Behälter 5 konditio niert. Das heißt, das Kulturmedium 2 wird temperiert und mit den erforderlichen Nähr stoffen beschickt. Zudem wird aus einer Kohlendioxydquelle 6 der pH-Wert des Kul turmediums 2 eingestellt. Fig. 2 shows the device for the cultivation and fermentation of phototrophic microorganisms 1 , in particular phototrophic microalgae, in a liquid culture medium 2nd In a nutrient solution dosing device 3 with measurement and control technology 4 , such as conductivity measurement and control technology 4 a, pH measurement and control technology 4 b and temperature measurement and control technology 4 c, the culture medium 2 is conditioned in a container 5 . This means that the culture medium 2 is tempered and loaded with the necessary nutrients. In addition, the pH of the culture medium 2 is adjusted from a carbon dioxide source 6 .
Das Kulturmedium 2 wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 7 und einem Ausbrin gungsorgan 8, vorzugsweise einem Viereckregner, gleichmäßig in einem Spalt 9 verteilt.The culture medium 2 is distributed with the aid of a circulation pump 7 and a Ausbrin supply element 8 , preferably a square sprinkler, evenly in a gap 9 .
Im oder auch am Spalt 9, welcher mittels spaltbildender Elemente 10 aus Stahl-Winkel profilen gebildet ist, befinden sich zur besseren Verteilung des Kulturmediums 2 Spalthin dernisse 11.In or at the gap 9 , which is formed by means of gap-forming elements 10 made of steel angle profiles, there are 2 splits for better distribution of the culture medium 11 .
Die Spalthindernisse 11 sind dabei aus einem dünnwandigen weißen Polyestervlies mit einem Flächengewicht von ca. 50 g/m² gebildet.The gap obstacles 11 are formed from a thin-walled white polyester fleece with a basis weight of approx. 50 g / m².
Der Spalt 9 bzw. die spaltbildenden Elemente 10 sind vielfach nebeneinander angeordnet und werden durch das Polyestervlies ganzflächig überdeckt. Dadurch erfolgt bei der Vertei lung des Kulturmediums 2 eine Sedimentation/Separation von Konglomeraten.The gap 9 or the gap-forming elements 10 are often arranged side by side and are covered over the entire area by the polyester fleece. This results in sedimentation / separation of conglomerates in the distribution of the culture medium 2 .
Am bzw. im Spalt 9 wird ein dünnwandiges, stoff- und lichtdurchlässiges Material 12 mit Aktionsoberflächen 13 vertikal angeordnet. Das dünnwandige, stoff- und lichtdurchlässige Material 12 wird dabei aus zwei PE-Folien mit einer Wanddicke von 0,05 mm gebildet. Der Spalt 9 mit den Spalthindernissen 11 und dem stoff- und lichtdurchlässigen Material 12 erzeugen einen ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstrom 14.A thin-walled, material- and light-permeable material 12 with action surfaces 13 is arranged vertically on or in the gap 9 . The thin-walled, material and translucent material 12 is formed from two PE films with a wall thickness of 0.05 mm. The gap 9 with the gap obstacles 11 and the material and translucent material 12 generate an ultra-thin, film-like culture media stream 14 .
Der ultradünne, filmartige Kulturmedienstrom 14 besitzt durch die zwischen den Aktionsoberflächen 13 wirkende Adhäsionskraft eine hohe Langzeitstabilität.The ultra-thin, film-like culture media stream 14 has a high long-term stability due to the adhesive force acting between the action surfaces 13 .
Durch die Rauhtiefe der Folien und durch laminare Strömungsbedingungen erfolgt in und auch an den Aktionsflächen 13 eine Immobilisierung der phototrophen Mikroorga nismen 1.Due to the roughness of the foils and laminar flow conditions, the phototrophic microorganisms 1 are immobilized in and on the action areas 13 .
An der Stirnseite des stoff- und lichtdurchlässigen Materials 12 ist eine künstliche Licht quelle 15 mit Lichtreflektoren 16 angeordnet. Als Lichtquelle 15 wird eine 400 W-Natri umhochdrucklampe eingesetzt. Die Lichtenergie gelangt durch einen Stoff- und Energieka nal 17 bzw. durch das stoff- und lichtdurchlässige Material 12 zu den einzelnen phototro phen Mikroorganismen 1 im ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstrom 14 und in bzw. an die Aktionsoberflächen 13. Der Stoff- und Energiekanal 17 ist dabei mäanderbandför mig angeordnet (Fig. 3).At the front of the material and translucent material 12 , an artificial light source 15 with light reflectors 16 is arranged. A 400 W high pressure sodium lamp is used as the light source 15 . The light energy passes through a material and energy channel 17 or through the material and light-permeable material 12 to the individual phototrophic microorganisms 1 in the ultra-thin, film-like culture media stream 14 and in or to the action surfaces 13 . The material and energy channel 17 is arranged meandering ( Fig. 3).
Durch eine Stoff- und Energieeintrittsöffnung 18 wird ein Stoff- und Energieträger 19, beispielsweise ein mit Kohlendioxyd angereichertes temperiertes Abgas aus einem Hei zungsprozeß, in den Stoff- und Energiekanal 17 geleitet. Das Kohlendioxyd gelangt über das stoff- und lichtdurchlässige Material 12 zu den phototrophen Mikroorganismen 1 im ultradünnen filmartigen Kulturmedienstrom 14 und in bzw. an die Aktionsüberflächen 13. Der bei der Assimilation der phototrophen Mikroorganismen 1 erzeugte Sauerstoff wird über das stoff- und lichtdurchlässige Material 12, den Stoff- und Energiekanal 17 und eine Stoff- und Energieaustrittsöffnung 20 an die Umgebung 21 abgegeben. Ist keine Sauerstoff hyperkonzentration im Stoff- und Energieträger 19 vorhanden, kann der Stoff- und Ener gieträger 19 wiederum in den Stoff- und Energiekanal 17 eingeleitet werden (Fig. 3).Through a substance and energy inlet opening 18 , a substance and energy carrier 19 , for example a tempered exhaust gas enriched with carbon dioxide from a heating process, is passed into the substance and energy channel 17 . The carbon dioxide passes through the material and translucent material 12 to the phototrophic microorganisms 1 in the ultra-thin film-like culture media stream 14 and in or to the action surfaces 13 . The oxygen generated during the assimilation of the phototrophic microorganisms 1 is released to the environment 21 via the material and translucent material 12 , the material and energy channel 17 and a material and energy outlet opening 20 . If there is no oxygen concentration in the hyper material and energy sources 19 are provided, the mass and energy carrier can be Ener 19 in turn introduced into the material and energy channel 17 (Fig. 3).
Über das stoff- und lichtdurchlässige Material 12 erfolgt ein intensiver Stoff- und Energie austausch zwischen dem ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstrom 14 und dem Stoff- und Energieträger 19. Gleichzeitig können durch die Gestaltung der Schichtdicke des ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstromes 14 euphotische Zonen 22 entlang der Ak tionsoberflächen 13 geschaffen werden. Dadurch kann die Assimilation der phototrophen Mikroorganismen optimiert werden.An intensive material and energy exchange takes place between the ultrathin, film-like culture media stream 14 and the material and energy carrier 19 via the material and light-permeable material 12 . At the same time, by designing the layer thickness of the ultra-thin, film-like culture media stream 14, euphotic zones 22 can be created along the action surfaces 13 . This enables the assimilation of the phototrophic microorganisms to be optimized.
Nachdem der ultradünne, filmartige Kulturmedienstrom 14 das stoff- und lichtdurchlässige Material 12 verlassen hat, wird dieser über einen Sammler 23 wieder der Dosiereinrich tung 3 zugeführt und konditioniert.After the ultra-thin, film-like flow of culture media 14 has left the material and translucent material 12 , this is fed to the Dosiereinrich device 3 again via a collector 23 and conditioned.
Ist im Kulturmedium 2 eine wirtschaftlich verwertbare Konzentration an phototrophen Mikroorganismen 1 oder an Stoffwechselprodukten 24 erreicht, erfolgt aus dem Behälter 5 eine teilweise Entnahme von Kulturmedium 2. Is in the culture medium 2 is an economically viable concentration of phototrophic microorganisms or metabolic products 1 24 is reached, from the container 5 is a partial removal of culture medium. 2
Zur optimalen Konditionierung der Bedingungen für die Produktion von Mikroorga nismen 1 kann die Einrichtung insgesamt durch eine Umhüllung 25, insbesondere aus festem oder beweglichem Material, wie z. B. Glas oder Folie, von der Umgebung 21 ge trennt sein.For optimal conditioning of the conditions for the production of microorganisms 1 , the device as a whole by means of a covering 25 , in particular made of solid or movable material, such as. B. glass or film, be separated from the environment 21 ge.
Die beschriebene Einrichtung ist der Grundbaustein für einen Photobioreaktor 26. Durch das Aneinanderreihen solcher Bausteine kann der Photobioreaktor 26 den Anforderungen entsprechend dimensioniert werden.The device described is the basic building block for a photobioreactor 26 . By lining up such modules, the photobioreactor 26 can be dimensioned according to the requirements.
Das Beispiel 2 ist analog zu dem im Beispiel 1 beschriebenen.Example 2 is analogous to that described in Example 1.
Als stoff- und lichtdurchlässiges Material 12 wird jedoch ein vliesartiges Gewebe 27, ins besondere ein dünnwandiges weißes Polyestervlies mit einem Flächengewicht von ca. 50 g/m² verwendet (Fig. 4). Der ultradünne, filmartige Kulturmedienstrom 14 durch dringt die gewebeartige Aktionsoberfläche 13 und bildet sich durch die Kapillarität des vliesartigen Gewebes 27 flächig aus. Das vliesartige Gewebe 27 stellt dabei für den ultra dünnen, filmartigen Kulturmedienstrom 14 ein Hindernis 28 dar, bei dem eine Immobilisie rung der phototrophen Mikroorganismen 1 erfolgt, wobei die Möglichkeit besteht, durch die Konditionierung des ultradünnen, filmartigen Kulturmedienstromes 14 die immobili sierten, phototrophen Mikroorganismen 1 wieder in den Stoffkreislauf einzubeziehen. Zudem werden zwischen den vliesartigen Geweben 27 fluoreszierende Verbindungen/Stof fe 29 angeordnet.However, a fleece-like fabric 27 , in particular a thin-walled white polyester fleece with a weight per unit area of approximately 50 g / m 2, is used as the material and translucent material 12 ( FIG. 4). The ultra-thin, film-like culture media stream 14 penetrates through the tissue-like action surface 13 and is formed by the capillarity of the fleece-like tissue 27 . The nonwoven fabric 27 is thereby for the ultra-thin, film-like culture media stream 14 a barrier 28 is, in which a Immobilisie tion of phototrophic microorganisms 1 takes place, with the possibility, by conditioning of the ultra-thin, film-like culture media stream 14, the overbased immobili, phototrophic microorganisms 1 to be included again in the material cycle. In addition, 27 fluorescent compounds / fabrics 29 are arranged between the nonwoven fabrics.
BezugszeichenlisteReference list
1 phototrophe Mikroorganismen
2 Kulturmedium
3 Nährlösungsdosiereinrichtung
4 Meß- und Regeltechnik
4a Leitfähigkeitsmeß- und -regeltechnik
4b pH-Meß- und -regeltechnik
4c Temperaturmeß- und -regeltechnik
5 Behälter
6 Kohlendioxydquelle
7 Umwälzpumpe
8 Ausbringungsorgan
9 Spalt
10 spaltbildende Elemente
12 dünnwandiges, stoff- und lichtdurchlässiges Material
13 Aktionsoberflächen
14 ultradünner filmartiger Kulturmedienstrom
15 Lichtquelle
16 Lichtreflektoren
17 Stoff- und Energiekanal
18 Stoff- und Energieeintrittsöffnung
19 Stoff- und Energieträger
20 Stoff- und Energieaustrittsöffnung
21 Umgebung
22 euphotische Zonen
23 Sammler
24 Stoffwechselprodukt
25 Umhüllung
26 Photobioreaktor
27 vliesartiges Gewebe
28 Hindernis in bzw. an der Aktionsoberfläche
29 fluoreszierende Verbindungen/Stoffe 1 phototrophic microorganisms
2 culture medium
3 nutrient solution dosing device
4 Measurement and control technology
4 a Conductivity measurement and control technology
4 b pH measurement and control technology
4 c temperature measurement and control technology
5 containers
6 source of carbon dioxide
7 circulation pump
8 Application organ
9 gap
10 gap-forming elements
12 thin-walled, translucent and translucent material
13 action surfaces
14 ultra-thin film-like culture media stream
15 light source
16 light reflectors
17 Material and energy channel
18 fabric and energy inlet
19 Material and energy carriers
20 fabric and energy outlet opening
21 environment
22 euphotic zones
23 collectors
24 metabolic product
25 wrapping
26 photobioreactor
27 non-woven fabric
28 Obstacle in or on the action surface
29 fluorescent compounds / substances
Claims (18)
- a. ein Kulturmedium aus dem Nährmedium und Mikroorganismen oder Zellen konditioniert wird;
- b. Aktionsoberflächen mit einem intensiven Stoff- und Energieaustausch zwischen dem Kulturmedienstrom und den Stoff- und Energiekanälen gebildet werden;
- c. zwischen zwei Aktionsoberflächen ein in einer ultradünnen Schicht ausgebildeter, filmartiger Kulturmedienstrom bewegt wird;
- d. die Schichtdicke des Medienstromes angepaßt an die Ausbildung des Kulturme diums, dem Gasaustausch und der Belichtung und Gewinnung sowie Separation der Mikroorganismen und Zellen oder deren Stoffwechselprodukte gesteuert und geregelt wird;
- e. die Aktionsoberflächen des Kulturmediums zur Herstellung von euphotischen Zonen im Kulturmedienstrom belichtet werden;
- f. der Kulturmedienstrom aufgefangen wird;
- g. die Mikroorganismen und Zellen aus dem Kulturmedienstrom abgeschieden und gesammelt werden;
- h. die Mikroorganismen sowie Zellen und Stoffwechselprodukte aus dem Kulturme dienstrom abgeschieden und gesammelt werden;
- i. die Mikroorganismen sowie Zellen und Stoffwechselprodukte von Aktionsflächen aus dem Kulturmedienstrom abgenommen und gesammelt werden;
- j. das Kulturmedium in den Verfahrenskreislauf zurückgeführt wird.
- a. a culture medium is conditioned from the nutrient medium and microorganisms or cells;
- b. Action surfaces are formed with an intensive exchange of materials and energy between the culture media flow and the material and energy channels;
- c. a film-like culture media stream formed in an ultra-thin layer is moved between two action surfaces;
- d. the layer thickness of the media stream adapted to the formation of the culture medium, the gas exchange and the exposure and extraction and separation of the microorganisms and cells or their metabolic products is controlled and regulated;
- e. the action surfaces of the culture medium for the production of euphotic zones in the culture media stream are exposed;
- f. the culture media flow is caught;
- G. the microorganisms and cells are separated from the culture media stream and collected;
- H. the microorganisms as well as cells and metabolic products are separated from the culture media stream and collected;
- i. the microorganisms as well as cells and metabolic products from action areas are removed from the culture media stream and collected;
- j. the culture medium is returned to the process cycle.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19944411486 DE4411486C1 (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Process and equipment for the cultivation and fermentation of microorganisms or cells in liquid media |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4411486C1 true DE4411486C1 (en) | 1995-03-23 |
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ID=6514505
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| DE (1) | DE4411486C1 (en) |
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