用于空气净化的光生物反应器系统

本申请为分案申请，原申请的申请日为2015年12月16日，申请号为201510946118.8，发明名称为“用于空气净化的光生物反应器系统”。

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C§119(e),本申请是要求2014年12月16日递交的申请号为62/124,348，题目为“用于净化室内及户外香港空气的微藻光生物反应器设计”的美国临时专利申请权益的非临时专利申请，通过全文引用的方式将该美国临时专利申请的公开内容包含于此。

技术领域

本发明涉及空气净化。特别地，本发明涉及一个利用淡水或者海洋中的光合微藻降低空气中的二氧化碳浓度的系统。本发明尤其适用于平均温度在15℃到30℃的亚热带和温带气候地区。

背景技术

来自车辆和工业的温室气体的排放是全球变暖的主要诱发因素之一并且导致地球温度上升。二氧化碳(CO

相比于传统的化学和物理方法，用生物方法来净化空气是目前被认为更好的替代方法。生物方法需要温和的条件。在生物方法中排除了传统方法中所使用的高温、高压和对环境有害的溶剂。生物方法也是更可持续的。生物方法利用光合作用将不需要的CO

然而，当地的气候会影响光生物反应器去除二氧化碳的性能。因此，期望提供一种适应当地气候和环境因素的光生物反应器系统来高效地去除空气中的二氧化碳。

发明内容

在众多生物质有机体之中，淡水微藻类因其高的光合效率而被认为是应用在空气净化光生物反应器系统的最合适的光合有机体(Perrine et al,2012).

相应地，本发明提供一个使用微藻类净化空气的系统，特别是净化亚热带至温带气候地区空气的系统。

本发明的第一方面提供一种用于减少亚热带至温带气候地区的空气中的二氧化碳的光生物反应器系统，所述系统包括：

反应器槽，用于容纳温度为15-30℃的微藻培养基，其中，所述微藻培养基中小球藻(Chlorella species)的初始浓度为1000000～1500000cell/ml；

进气口，用于使空气进入所述系统；

气泵，气压控制器和喷洒器，用于将空气以小气泡的形式，以0.1～20L/min的流速输送给所述培养基；

温度控制器，用于调节所述培养基的温度，使之处于工作所需的温度；

光源，用于为所述培养基提供强度为50～500μmolm

出气口，用于使包含降低二氧化碳浓度的净化气体离开所述系统。

根据本发明的第一个实施例，所述具有亚热带至温带地区为东南亚。

根据本发明的另一个实施例，所述地区为香港。

根据本发明的另一个实施例，所述培养基的温度被控制在15～30℃。

根据本发明的另一个实施例，所述培养基的pH被保持在7-9。

根据本发明的另一个实施例，所述光源包括发光二极管，荧光灯，太阳光或者以上三者。

本发明的第二方面为提供一个减少亚热带至温带气候地区空气中的二氧化碳的方法，包括：

提供生物反应器系统；

将需要被处理的空气通过进气口输送到所述生物反应器系统中；

调节所述培养基的温度到工作所需的温度；

将需要被处理的空气以小气泡的形式，以0.1-20L/min的流速输送至所述培养基。

与现有的任何生物反应器不同的是，为了高效地去除二氧化碳，本发明的光生物反应器系统和利用所述光生物反应器净化空气的方法适用于亚热带至温带气候。

附图说明

在下文中参照附图更加详细地描述本发明的实施例，其中，

图1是本发明的应用于室内空气净化的板状光生物反应器的示意图。

图2是本发明的应用于室内空气净化的管状的光生物反应器的示意图。

图3是本发明的应用于室外空气净化包括六个管状光生物反应器的光生物系统的示意图。

图4是显示本发明第一实施例在不同时间下CO

图5是显示本发明第二实施例在不同时间下CO

图6是显示本发明第三实施例在不同时间下CO

具体实施方式

为了说明本发明的结构和优点，以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的光生物反应器系统包括用于容纳培养基的板状反应器槽110。本发明的反应器槽可以是透明的，半透明的，或者反射的，从而光能够穿过反应器槽并到达容纳于其中的微藻，从而实现光合作用。本发明的所述反应器槽的材料可以为玻璃，丙烯酸塑料，聚丙烯酸塑料或其他透明材料。微藻培养基包括初始浓度为1000000-1500000cell/ml的小球藻(Chlorella species)。适用于本发明的小球藻包括但不限于小球藻(Chlorella sp)，蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻(Chlorellavulgaris)等。所述反应器槽可以被或者不被多个分隔部111分隔，从而布置不同的内部流型。例如，所述多个分隔部111由交替地从所述反应器槽相对侧突出的分隔部构成。在本发明的一个实施例中，所述反应器槽不设置任何分隔部。在本发明的另一个实施例中，所述反应器槽包括两个平分的分隔部来形成一个气升流型。本发明所述的光生物反应器系统还包括一个或者多个进气口130来输送将要被处理的空气进入所述微藻培养基。通过喷洒器或者本领域中任何其他适用的方法将经处理的空气作为气泡输送到所述培养基。在本发明的一个实施例中，进气口从所述反应器槽的顶部延伸到底部，并以0.1-2.0L/min的流速向所述培养基输送空气。在本发明的另一个实施例中，被处理的空气通过进气口在所述培养基的底部直接形成气泡，并以0.1-2.0L/min的流速进入所述培养基。所述培养基的温度被控制在15-30℃。水浴或者本领域中使用的任何其他温度控制系统可以被用于本发明的系统中以控制反应器槽的温度。在一个实施例中，所述培养基的温度被维持在15-30℃。在另一个实施例中，所述培养基和被处理的空气的温度相同。所述光生物反应器系统包括将所述反应器槽的温度保持在期望的温度范围内的温度控制器(图1中未标出)。用于培养微藻的培养基可以是适于微藻生长的任何种类的培养基。也可以使用混合培养基。在一个实施例中，所述培养基为BBM培养基(Bold’s basal medium)。在另一个实施例，所述培养基为布氏培养基(Bristol’s medium)。所述培养基的pH值被维持在pH 7-9。当所述光生物反应器持续工作，所述培养基通过移除微藻生物量和更换反应器槽中的新鲜的培养基，使所述培养基的密度被维持在1000000-1500000cells/ml和pH被稳定维持。在一个实施例中，所述光生物反应器系统的操作周期为两周。所述培养基的密度被稀释回1000000-1500000cell/ml的初始浓度，并且新鲜的培养基被加回所述反应器槽。可以选择性地从所述培养基中收获藻类生物量。

所述光生物反应器系统还包括二氧化碳浓度降低后的净化气体离开所述反应器槽的出气口140。在一个实施例中，所述出气口被放置在所述光生物反应器的上部。被处理的气体在反应器槽的底部鼓泡到所述培养基中并被微藻培养基净化，然后降低了二氧化碳含量的净化气体上升至所述反应器槽的顶部并经所述出气口离开。培养基中的小球藻消耗被处理空气中的二氧化碳进行光合作用。所述培养基将二氧化碳转化为氧气。因此，用所述培养基处理的空气通过减少二氧化碳的含量而被净化。

本发明所述光生物反应器系统还包括为所述培养基光合作用提供光的光源。在一个实施例中，所述光源采用具有位于所述反应器槽110外部四周的LED灯阵列的灯室120的形式。也可以使用荧光灯，高压钠灯，荧光汞灯，太阳灯或者太阳光。在一个实施例中，为有效去除二氧化碳而施加到所述培养基的光强为50-500μmolm

图2示出了所述光生物反应器的另一个实施例，其中，反应器槽210为管状。所述反应器槽的直径与高度的比值(径长比)为1：5到1：10。如图所示，LED灯阵列220沿着管状反应器槽垂直布置，进气口230延伸到所述反应器槽的底部来输送空气进入所述培养基，出气口放置在所述反应器槽的顶部。所述光生物反应器系统还包括用来监测所述反应槽中温度，气体流速，光强度和pH值的感应器，同时用相应的控制方法将温度，光强度，气体流速和pH值维持在理想的范围，以此在亚热带至温带气候中高效地去除二氧化碳。在本实施例中，温度控制器250被用来监测所述微藻培养基的温度，以及当该温度与理想工作温度不同时，对所述培养基的温度进行调节。

本发明还提供一种用于在亚热带至温带气候地区减少空气中二氧化碳的方法，该方法包括：提供本发明所述的光生物反应器系统，还包括输送空气到所述生物反应器系统，温度控制系统。本发明所述减少二氧化碳来净化空气的方法包括维持微藻培养基浓度在1000000-1500000cells/mL,温度在15-30℃，调节所述培养基的温度使之与理想工作温度一致，将要处理的空气以0.1-2.0L/min的流速输入所述培养基，将具有降低的二氧化碳浓度的净化气体排出所述光生物反应器系统，并且选择性地收集培养基在光合作用期间产生的任何生物质。

图3示出了所述光生物反应器的另一个实施例，其中，反应器槽310为管状并用于室外空气净化的应用。所述反应器槽的直径与高度的比值(径长比)为1：5到1：10。本发明中所述反应器槽的材料可以是玻璃，丙烯酸塑料，聚丙烯塑料或者本领域中任何其他透明材料。在一个实施例中，包括六个管状反应器槽的序列被垂直对齐放置来净化空气。进气口320安装在每个反应器槽的底部用于输送空气进入所述微藻培养基，若干个喷洒器或者本领域中常用的任何其他分散装置被用于将穿过所述反应器槽进行处理的空气平均分散。出气口330安装在所述反应器槽的顶部。所述光生物反应器系统还包括多个传感器用于监测所述反应器槽中温度，湿度，气体流速，光强度，和进气口和出气口CO

本发明还提供一种用于在亚热带至温带气候地区减少空气中二氧化碳的方法，该方法包括：提供本发明所述的光生物反应器系统，还包括输送空气到所述生物反应器系统，平均分散进入所述光生物反应器系统的空气。本发明所述减少二氧化碳来净化空气的方法包括维持微藻培养基浓度在1000000-1500000cells/mL，将要处理的空气以1-20L/min的流速输入所述培养基，将比进气二氧化碳浓度降低的净化气体排出所述光生物反应器系统，并且选择性地收集培养基在光合作用期间产生的任何生物质。

所述光生物反应器系统说明了在亚热带至温度气候地区高效地二氧化碳净化。对微藻种类，培养基浓度，温度，气体流速和光强度进行选择，用于在亚热带至温带气候地区进行高效地二氧化碳净化。这些地区具有高温、潮湿的夏季和通常温和的冬季。具体地说，这些地区月平均气温在15℃到30℃之间。本发明的光生物反应器系统为东南亚进行高效的二氧化碳净化而设计。本发明的光生物反应器系统为香港或者类似气候的地区进行高效的二氧化碳净化而设计。

下面给出三个示例来演示本发明在香港利用微藻来进行空气进化的操作，其能够显著地降低空气中的CO

示例1

实施图1所示本发明的实施例来净化CO

示例2

实施图2所示的本发明实施例来净化CO

示例3

实施图3所示的本发明实施例来净化CO

以上是对本发明的发明目的描述，这并不是本发明的所有内容或者本发明并不限于所公开的明确形式。对于本发明的各种修改和变形对于本领域技术人员都是显而易见的。

选择并描述的实施例是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并使本领域其他技术人员理解本发明并适用于各种实施例和根据特定使用环境所做的修改。其意图在于通过以下权利要求书及其等同物来限定发明的范围。

附录

布氏培养基

布氏A

布氏B

布氏C

上述布氏A，布氏B和布氏C经稀释100倍后作为工作的溶液。

痕量培养液

痕量1(碱性EDTA)

痕量2(痕量金属)

痕量3(酸化酸)

痕量4(硼酸)

痕量1，痕量2，痕量3和痕量4稀释1000倍后作为工作的溶液。