WO2020161519A1 - Bioreactor for stationary biofilms of photosynthetically active microorganisms - Google Patents
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- WO2020161519A1 WO2020161519A1 PCT/IB2019/050916 IB2019050916W WO2020161519A1 WO 2020161519 A1 WO2020161519 A1 WO 2020161519A1 IB 2019050916 W IB2019050916 W IB 2019050916W WO 2020161519 A1 WO2020161519 A1 WO 2020161519A1
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Definitions
- the present invention relates to a bioreactor for keeping a stationary biofilm from photosynthetically active microorganisms alive and a method for air purification and substance production.
- PAM photosynthetically active microorganisms
- the PAM are mainly circulated by mechanical forces or gassing flows so that all cells are irradiated with light. In addition, energy-intensive gassing is necessary so that all cells receive the CO2 they need. In most cases of application, the PAM are harvested by separating them from the medium by centrifugation, which uses a lot of energy. The water in the medium is used up.
- biofilms made from PAM have a number of advantages.
- a biofilm is a thin film of slime in which populations of microorganisms are organized. The largest part of all microorganisms occurs naturally in such mostly heterogeneous biofilms.
- the biofilm offers them many advantages. In this way they can fix themselves permanently to objects, protect themselves from intruders and live in symbiosis with other organisms.
- the mucus layer is an exopolysaccharide layer (EPS) consisting predominantly of polyuronides, ie polysaccharides which contain uronic acids such as.
- EPS exopolysaccharide layer
- the uronic acids are always in pyranose form and give the macromolecules an acidic character and the ability to store water and thus to form a gel. It was found in studies that the cells in the biofilm network also exchange substances with one another, so that the cells located further down are also supplied with the substances produced by light, oxygen is removed and C0 2 is also transported in and distributed in the form of FICO3 becomes.
- the EPS protects the PAM against dehydration, large temperature differences, salt stress, strong radiation and predators. This enables the PAM to survive much better in nature. It is intended to make PAM biofilms usable for humans. Their use in water purification is being examined in part. There they are supposed to absorb phosphates and nitrates. However, these pollutants are also fertilizers for the PAM, so that the biofilm would have to grow and have to be harvested. However, there are no valid usage scenarios for this, especially since a protective skin once it has been formed is not expanded. Plant stalks or leaves, which are comparable to the organism biofilm, do not grow in width either. Therefore, only the use of a stationary biofilm comes into consideration. Stationary biofilms no longer grow. They have their own metabolism and an excess metabolism. The excess metabolism, which can lead to the accumulation or secretion of metabolic products, is mainly used when there is additional energy in the form of light.
- Bioreactors for biofilms are known in the prior art.
- WO2014172691A4 discloses a culture system with a biofilm adhesive surface for, among other things, algae that have grown on a surrounding element that forms several accordion folds and is carried in a surrounding roadway.
- the circumferential folding system has some disadvantages, since it consumes a lot of energy, among other things.
- no stationary system is used.
- the movement can damage the biofilm.
- a bioreactor for PAM biofilms is also known from WO2014085869A1.
- Liquid-permeable layers then form a first surface on which photosynthetic microorganisms can be cultivated in order to form a biofilm.
- a second surface is in fluid communication with a source of fluid.
- the liquid permeable layer is rotated. This consumes additional energy.
- the system is designed for the ineffective growth of the biofilm. In the round system, the application and maintenance of the biofilm are much more difficult.
- US10072239B1 discloses a system for growing at least one photosynthetic microorganism and for converting CO into O with reduced water consumption.
- the system includes a liquid transport capillary channel, a photosynthetic mixed culture biofilm and a liquid transport substrate which is positioned between and adjoins the capillary channel and the biofilm, the liquid transport rate being adjustable by adjusting the local air humidity.
- This system is based on the supply principle that trees use to supply their leaves with water. Only the salts that arise there are consumed by the leaves. In the system proposed here, it is not clear how the salts that remain during evaporation are used and how long the system will run as a result or, for example, loss of functionality.
- the liquid tank is always attached at the bottom, so that it has energetic disadvantages because the water is transported against the force of gravity.
- the whole system depends heavily on the available humidity. If this is excessive it will not work.
- the system is also geared towards the growth and not the stationary existence of the biofilms.
- Podola et al. and Liu et al. propose a system in which an algal biofilm grows on a microporous membrane.
- a culture medium is located behind it.
- Several modules are supplied by one pump.
- biofilm-PBR porous substrate bioreactors
- biofilms grow on a fluid-distributing structure that is provided as a fastening for an internal supply channel on a hanging module. There is no immediately adjacent liquid tank.
- the present invention is intended to provide a bioreactor for keeping a stationary biofilm of photosynthetically active microorganisms alive for a longer period of time with a low-maintenance and low-energy operation.
- a bioreactor for a stationary biofilm from photosynthetically active microorganisms consisting of a rectangular, flat, elongated housing, one wall of the elongated wide side, the front wall, being at least partially made of transparent material and air openings in the side walls are.
- the biofilm grew on a porous material, the growth mat.
- a layer of material that is easy to distribute liquid, the distribution mat, is located underneath.
- the mats with the biofilm lie on the inside of the rear wall or are attached there.
- a tank with medium for supplying the biofilm is provided on the outside of the rear wall or as a protuberance of the housing, the tank being in communication with the interior of the housing via openings and having an opening for refilling.
- the advantage of the present solution is that a stationary biofilm can be obtained with little maintenance and energy. Rearing can take place in a different location.
- the biofilms are simply inserted into the housing. Since a stationary biofilm is used, no skimming precautions are necessary. With this method and this structure, biofilms could already be successfully kept alive in the laboratory for 2 years without any loss of CO 2 uptake or other changes.
- the protective skin once formed in the form of the EPS is comparable to a cuticle.
- Another advantage is the design and robustness. Due to the simple structure, the biofilm can be changed quickly and with little time-consuming if necessary. In addition, there is no need for complex sterilization. This easy handling means that it can also be used outside the laboratory: at home, in the office or as a stand-alone system outdoors.
- Another benefit is that little maintenance is required. Since the biofilm no longer grows, the water requirement is low. On average, a 100 ml tank with a biofilm area of 30 x 40 cm and average humidity only needs to be refilled once or twice a month.
- the PAM only use as much as they actually need. Low-energy operation is possible thanks to the optimal distribution of the liquid in the growth mat and the distribution mat. Any metabolic end products or daughter cells that may occur can accumulate in the housing. In the absence of stressful conditions, the release of the latter was very rarely observed.
- the PAM also secrete substances that prevent the growth of undesirable organisms such as fungi and the like. Due to the structure of the bioreactor and the ease of use, a permanent and sustainable coexistence of microorganisms with a high potential for use with humans is now possible.
- the housing is flat, i.e. there is a large front wall and a large back wall.
- the width of the side walls, the top and bottom walls is small compared to these areas. Air vents are located in the latter walls.
- the flat design enables passive air flow through the housing (chimney effect). Due to the light irradiation, the PAM produce warm air that rises upwards. Cold air flows in. This process also creates humidity that can be released outside.
- dry, synthetic air which is generated by large, energy-wasting filter systems, is a major problem.
- most of these houses are not allowed to be ventilated in order to avoid excessive energy loss.
- the elongated design is of great importance for user-friendliness for ergonomic and space-saving use outside the laboratory. Last but not least, the largest possible biofilm can be accommodated in an elongated container. There is also little shadowing.
- This consists of glass or polymethyl methacrylate (acrylic glass, plexiglass).
- the medium differs depending on the PAM used. It is not provided with any fertilizer, especially not with nitrates and phosphates.
- the salt content is low, so that there is a sufficient concentration gradient between the dissolved substances and the air to be cleaned. It diffuses through the distribution mat and thus supplies the entire biofilm. In particular, the liquid will run down over time due to gravity.
- the distribution mat is an absorbent mat, absorbent mat or absorbent fleece.
- the main property is the uptake and even distribution of liquid from a point source of liquid. It is advantageous if the mat has a fibrous structure due to the presence of microfibres. Materials can be found in diapers and mats for handling incontinence.
- the mat can consist of, for example, cellulose, polypropylene, copolymer fibers, bicofibers. It rests against the waxing mat. This can be, for example, a nonwoven, i.e.
- This can include foils, papers or fiber-reinforced plastics.
- a biofilm has grown on the growth mat.
- the PAM are first grown in liquid culture and applied to the growth mat so that they can grow in there and form the exopolysaccharide layer. Both homogeneous and heterogeneous biofilms with different PAM or other species can be used.
- PAM algae and cyanobacteria are phidophyceae as Axodine, Bacillariophyceae, Bryopsidophyceae, Chlorophyceae, Cyanobacteria, Dinophyceae, Eustigmatophyceae, Labyrinthulea, Mesostigmatophyceae, Pelagophyceae, Phaeophyceae, Phaeothamniophyccac, Pleurastrophyceae, Prasinophyceaer, Synurophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae, Xanthophyceae, Gloeothecae, Plectonemae, Anabaena sp.
- cyanobacteria are able to work effectively due to additional photopigments, even in poor light, as occurs in shady rooms.
- the PAM absorb light and partially convert it into heat.
- the air rises up in the housing and is forced out through the air openings. New air flows in (chimney effect).
- a thin film of liquid is present on the biofilm, at the interface of which gas can be exchanged with the air, similar to that in the lungs or the stomata of plants. Short diffusion paths enable rapid exchange with the cells.
- the medium with few components also flows past the air in the countercurrent principle (countercurrent principle).
- tank is on the back or as a protuberance of the housing depends on which construction is easier to implement. This is particularly important when using 3D printing processes or higher quantities.
- air openings are provided in the smallest walls, i. present in the bottom wall and the top wall. They are therefore opposite one another in a vertical axis. This arrangement makes optimal use of the chimney effect and the countercurrent principle.
- the shape of the air openings does not matter. The size is to be selected according to the desired air exchange rates. The larger they are, the more air can flow through them. This also depends on the environment, especially its humidity. In rooms, especially through radiators and radiators, where warm air flows upwards, there are mainly vertical currents, which are exploited by this structure.
- a filter or a grid which has a minimum mesh size of 0.2 mm, is integrated or connected in the air openings.
- a filter especially a grid in the openings with a minimum mesh size of 0.2 mm made of non-rusting materials such as stainless steel or plastic, effectively prevents insects from entering, but still allows air and dust through.
- the air openings are in particular extended inwardly as channels or there is a web on the inside of the bottom wall, so that a collecting basin is formed in both cases.
- Tubes or channels adapted to the hole format can be used as channels.
- the bar is located between the pane and the rear wall and connects to the air openings. This keeps the catch basin larger.
- the web can be an extension of an opening in the form of a wide gap.
- the catch basin created by the additional fixtures or protuberances serves as leakage protection if the liquid runs through the tank too quickly. Without a catch basin it could happen that the medium drips out through the air openings.
- the channels or the web are made of, for example, plastic and are preferably transparent so that more of the biofilm is visible to the outside.
- the length of the extension or the bar should be selected so that there is no shading of the biofilm or no visibility from the outside if a frame is used.
- the collecting basin is filled with water-absorbing material. The leakage is thereby at the Rotation prevented even better.
- Water-absorbing material is, for example, water storage granulate. This can be a crosslinked copolymer based on potassium salt. It absorbs up to 300 times its own volume in water. However, sponges or the like are also possible.
- a narrow cavity with, in particular, water-absorbing material on the rear wall with an opening to the collecting basin.
- a small opening for the release of otherwise accumulating air can be provided.
- This embodiment offers an additional collecting basin in which even more medium can be taken up from the biofilm for intermediate storage.
- the water-absorbing material can be designed as before.
- the mats can also continue beyond the biofilm into the cavity. They too have absorption capacity.
- the cavity enables lower air opening channels or a lower web, which contributes to a better design.
- the space below the tank, if it is attached further up, is unused. This creates a uniformly designed surface. Above all, the housing can then be attached straight for attachment to the wall. Since it is preferably located below the tank, optimal use of space is given. This does not make the housing too deep.
- straps in particular cords made of water-transporting material, connect the tank to the interior of the housing via the openings, which in this embodiment have the same size as the straps, and lie there against the distribution mat.
- they are immersed in the medium from above in the tank or there is a membrane in the openings which only allows the medium to pass through when there is suction and which is connected to the distribution mat.
- the cords or threads can be made of wool, plastic or the like. consist of being wound or braided like wicks.
- the fibers represent fine channels.
- the water transport in these is caused by capillary forces (wick effect) and evaporation at the other end.
- Driving force can also be generated by hydrostatic pressure if the opening is attached to the lower side of the tank.
- a membrane can be used, preferably one that is hydrophobic and allows only a little medium to pass through. If the evaporation is high, then the evaporation suction resulting from it can overcome the hydrophobic membrane counter pressure.
- the tank is flattened and there is a level window on the side facing away from the housing. Due to the flattening, the bioreactor takes up little space when it is attached to the wall. This has advantages in terms of attachment and design.
- the fill level window enables the fill level to be read off at any time so that the user knows when to top up with new medium through the opening of the tank. Complete transparency of the tank would mean that PAM might also grow there, which is not desirable.
- an irrigation unit in particular in the form of a drip pipe or hose with openings transversely less than 2 cm above the upper edge of the biofilm or under the distribution mat in the upper area, and a pump, with the medium from the collecting basin being pumped through the irrigation unit is pumped.
- the medium reaches the biofilm through an irrigation unit operated by a pump.
- the irrigation unit can be designed as a drip unit which is attached horizontally over the biofilm or the distribution mat or the growth mat that is not necessarily covered with vegetation at this point. So the mats should protrude so far into the housing or be offset backwards that they can be dripped from above.
- spraying the biofilm is also conceivable.
- a collecting edge is provided below the irrigation unit with a gap of less than 1 mm to the biofilm on the growth mat.
- the collecting edge from e.g. Plastic enables better distribution or collection of the individual drops. Above all, it prevents lines from forming on the biofilm, which would mean an uneven supply.
- the collecting edge enables the irrigation unit to be shaded and thus undesired growth of the PAM in the irrigation unit.
- the transparent material of the front wall is designed as a glass or polymethyl methacrylate pane and there is a groove in each of the side walls and the bottom wall into which the pane is inserted.
- the ceiling wall is removable and serves as a top closure. To open the housing, the top wall must then be removed and the pane pulled upwards. This enables easy opening. So that the medium does not flow out of the collecting basin when the housing is tilted, if there is no bridge, the disc must be sealed at the bottom. This can e.g. B. can be achieved by a foam rubber on which the disc rests and which is located on the sides. It is also conceivable that the mats are clamped in by the ceiling wall so that no clamping rail or similar device visible in the upper area is necessary.
- the groove can be implemented, among other things, by attaching a U-profile to the side walls and the bottom wall.
- the side walls and the bottom wall have a groove for inserting the rear wall with biofilm and mats on it or a plane separate from the rear wall with biofilm and mats thereon.
- These embodiments allow the biofilm to be exchanged easily if a change is necessary. Exchanging the biofilm has to take place under the most sterile conditions possible. Careless movement can also lead to a crack. For the user without these skills, it is easier to just change the solid base of the biofilm. These embodiments thus increase the user friendliness.
- a detachable ceiling wall can be used as a closure. However, a slot in the ceiling wall is also conceivable through which the level with biofilm is pushed.
- the front side and the rear side have all or some of the curves.
- the housing is designed to be cylindrical.
- the rectangular shape is based on the distribution of the medium by gravity. However, since capillary forces can also distribute the medium sideways in the distribution mat, another shape is also possible.
- a polygon, a rotated square or e.g. a rhombus are next to round shapes such as circles, ovals, etc. possible.
- the mats are attached by needles, Velcro, a clamping rail, tendons and / or on a grid.
- a fixation is necessary for vertical use.
- the attachment should be as little visible as possible and at the same time robust. Needles with a small head are particularly suitable for this. They should be made of rustproof material (steel, treated iron, plastic) and should be as transparent as possible or in a dark green color.
- Velcro allows easy removal.
- the pores of the mats, in particular the waxing mat enable a good hold. If the Velcro does not adhere to it, you may not need a distribution mat.
- the use of transparent tendons also has advantages. These can be used for fixing on a grid.
- the biofilm with the mats can also be attached to a grid without tendons.
- the grid can be attached to the rear wall.
- a frame is present in front of the front wall or the front wall has a non-transparent surface and the frame or the non-transparent surface are equipped with a photovoltaic system or form one. This means that the area can be used to ensure self-sufficient operation. Power cables are also no longer necessary. Just as solar-powered pocket calculators can be operated with little light, direct operation of a consumer or charging of a battery is conceivable.
- Air composition sensors and other sensors are present in or on the housing.
- Air composition sensors can e.g. determine the humidity or the content of COx, NOx, SOx, ozone, volatile chemicals or ammonia.
- Another sensor can e.g. be an environmental sensor such as a temperature sensor or a pH sensor.
- the check can take place before and after: at the entrance and exit separately or connected via a common air pipe.
- the power for the sensors can come from an external source, an integrated mini-PV system and / or battery. Among other things, it can be used for sensors and, if necessary, control of the space on the back below the tank. The measurements are taken at specific times in order to save electricity. In the meantime, the sensors are in sleep mode. This can be controlled by a controller.
- there is data transmission in particular a radio connection for transmitting data from the sensors to a receiver.
- the data can be sent to a server, a cloud or an app, etc.
- the power for the system can come from an external source, an integrated mini-PV system and / or battery.
- the housing is actively ventilated via the air openings.
- a fan is provided in the air openings for this purpose. Active ventilation enables a higher air throughput. Small fans or fans, among other things, can be used for this. They can be inside or outside the case.
- the power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery.
- air is introduced into the tank for gassing the medium. This means that substances can be effectively dissolved from the air that is passed through in the medium, which in turn releases them to the biofilm.
- a frame or a non-transparent section of the front wall from which lamps illuminate the interior of the housing and thus the biofilm, which are not visible from the outside.
- lamps illuminate the interior of the housing and thus the biofilm, which are not visible from the outside.
- LEDs or the like can be used as lamps. be used.
- black light can be used to use the bioluminescence of PAMs, which absorb light in the invisible range but emit it again in the visible range.
- the power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery.
- lamps are wholly or partially present below the biofilm or the mats for rear illumination. This not only enables the PAM to be supplied with light energy and heat, it also enables visual highlighting. In particular, certain shapes such as logos etc. can be projected. Economical LEDs can be used as the light source. The power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery. When fully lit, the bioreactor can be used as a wipeable board with the dark colored pens. White pens should be used if there is only partial lighting or no lighting.
- the bioreactor is mounted in the ceiling or floor area of a room, the front wall being reinforced in the floor area.
- the biofilm is e.g. supplied via a hydrophobic membrane which only allows a little medium to pass through and over which the medium is located. It must be ensured that as little medium as possible drips onto the pane.
- a pump can be used to convey medium to the ceiling via a pipe, with automatic supply being preferred when the fill level is low.
- the use of rainwater that has collected on the roof is also conceivable.
- the medium diffuses e.g. from below through the mats to the biofilm or it is applied from above by a spray process or the like. moisturizes.
- the tank is refilled through an opening or connection pointing upwards.
- a stable pane with reinforcements if necessary is to be used.
- the advantage of these embodiments is the use of areas that are otherwise not or only rarely used.
- a bioreactor illuminated from the back or the front can be used as a lamp.
- JPFI11226351A actively polluted air is fed to algae.
- the algae growing in a medium are then harvested, which is energy-intensive, for use as food.
- EP3368650A1 provides a method and an apparatus for removing air pollutants from the air.
- a microfluidic chip is used here, which contains a fluid flow path in fluid connection with a surface which comprises a phototrophic organism. Air is brought into contact with this surface and the air pollutant is removed.
- This solution is also a liquid system, the use of which can be impaired by biofilm formation or the algae must be removed.
- the mechanical solutions currently available are geared towards individual pollutants and consume energy.
- the object of the present invention is to find a solution for efficient and, in particular, low-maintenance air cleaning. With the method presented here, a large number of pollutants can be absorbed with little energy and little maintenance. The object is achieved by claim 21.
- contaminated air then flows into the housing through the air openings in the bioreactor described above and pollutants are absorbed by the stationary, phototrophic biofilm, which is supplied with medium from a tank via openings or an irrigation unit.
- the now more purified air leaves the housing again through the air openings.
- the uptake is favored by the moist, large surface on the biofilm, which offers short diffusion paths.
- PAMs do not absorb their nutrients from the earth and therefore rely on the absorption of nutrients from the air. These are used intracellularly for the maintenance metabolism.
- the inventors have already shown that not only CO is absorbed, but also NO in the form of nitrate, which forms in the medium and is needed by the PAM for the regeneration of the photosystems.
- the biofilm produces organic valuable substances, which are separated from it and collected by rinsing. It is easy to change media in the bioreactor. It is known that different substances are secreted in different media or air conditions (Akihiro Kato et al.).
- PAM have substances in their metabolism that only they can produce. They secrete small molecules like fatty acids, polysaccharides, small peptides and amino acids as well as exotoxins into their environment. Extracellular secretions from Chlorella algae diffuse e.g. through the cell walls and get into the culture medium (Pratt et al.). The algae exudate (chlorellin) had an inhibiting effect on bacteria and algae. Fatty acids are also secreted by Chlorella (Dellagreca et al.). The excretion of a number of amino acids is synchronized with the light cycle of algae photosynthesis (Chang et al.).
- PAM secretions can also be used for biofuel production. As in WO2016207338A1, where secreted organic substances such as glycolic acid are used for biogas production.
- the secretions can come from the uptake of air pollutants and the excess metabolism generated by high radiation.
- FIG. 1 is a perspective view of a bioreactor from the front with a front wall.
- FIG. 2 is a perspective view of a bioreactor from the front with the front wall and inserted
- FIG 3 is a perspective view of a bioreactor from the rear without a front wall with a visible tank on the rear wall.
- the chosen embodiment comprises:
- a bioreactor consisting of a rectangular, flat, elongated housing (1), a flat wall (front wall (2)) being glued onto the side walls (4) as a polymethyl methacrylate disk.
- the housing (1) has air openings in the smallest walls (bottom wall (12) and top wall (13)), visible in FIG. 1.
- Fig. 2 shows: A static, phototrophic biofilm (5) made of filamentous blue algae has grown on nonwoven fabric (growth mat (6)). This layer lies on a distribution mat (8) as an absorbent fleece. The mats are clamped in the clamping rail (17) at the upper end and lie against the rear wall (7).
- FIG. 3 shows: A flat tank (9) is glued to the outside of the rear wall (7) and communicates with the interior of the housing (1) via openings (10) and an opening for refilling (11) and a fill level window (18) has.
- cords (16) in the form of wool threads which are connected to one another on the inside of the housing (1), lie against the distribution mat (8) there and transfer medium in the tank to the mats and the biofilm due to evaporation suction ( 5) transport.
- the fill level can be read through the fill level window (18). As soon as the medium is used up, medium can be refilled through the opening for refilling (11) if necessary.
- the medium contains the minerals and trace elements necessary for the blue-green algae.
- the biofilm heats the air, which then flows upwards.
- the medium with little salts runs in countercurrent. Air pollutants are absorbed. Clean air leaves the air openings (3) in the top wall (13).
- Hallegraeff et al . A review of harmful algal blooms and their apparent global increase, 1993 Phycologia 32, pp. 79-99.
- Pratt et al . Some properties of the growth inhibitor formed by Chlorella vulgaris, 1942 Amer. J. Bot. 29, pp. 142-148.
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Abstract
A device for sustaining the life of a stationary biofilm of phototrophic microorganisms and a method for purifying air and producing substances. Life is sustained in a low-maintenance and low-energy manner for a prolonged period of time. The bioreactor includes a planar housing having a transparent front wall and air openings. The biofilm is situated on a growth and distribution mat, which collectively adjoin the back wall. A tank supplies the biofilm with medium. The biofilm is not grown in the housing, but only inserted therein. Skimming precautions are not necessary. Owing to the simple construction, the biofilm can be rapidly exchanged. The water demand is low. Using the method presented here, it is possible to take up a relatively large number of harmful substances in a low-energy and low-maintenance manner. Likewise possible is efficient production of organic substances of value through simple media and air exchange and through wash-off.
Description
Titel: Bioreaktor für stationäre Biofilme aus photosynthetisch aktiven Mikroorganismen Title: Bioreactor for stationary biofilms from photosynthetically active microorganisms
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bioreaktor zur Lebendhaltung eines stationären Biofilms aus photosynthetisch aktiven Mikroorganismen und ein Verfahren zur Luftreinigung und Stoffproduktion. The present invention relates to a bioreactor for keeping a stationary biofilm from photosynthetically active microorganisms alive and a method for air purification and substance production.
Das Interesse an photosynthetisch aktiven Mikroorganismen (PAM) steigt nicht nur in der Biotechnologie. Sie werden vor allem auch in der Energie- und Lebensmittelbranche zunehmend beachtet. Zu photosynthetisch aktiven Mikroorganismen sind Algen im engeren Sinn v.a. Grünalgen, Cyanobakterien, anoxygene, phototrophe Bakterien und bestimmte Archaebakterien zu zählen. Gegenüber pflanzlichen Systemen weisen sie weitaus höhere Wachstumsraten pro Fläche auf und können ohne Erde auch auf versiegelten Flächen angebaut werden. Ihre Stoffwechsel unterscheiden sich von tierischen und zum Teil auch von pflanzlichen Systemen derart, dass vielfältige andersartige Stoffwechselprodukte durch sie produziert werden können. PAM werden in Bioreaktoren kultiviert. Überwiegend geschieht dies in Flüssigreaktoren. In diesen Bioreaktoren werden die PAM überwiegend durch mechanische Kräfte oder Begasungsströmungen umgewälzt, damit alle Zellen mit Licht bestrahlt werden. Zusätzlich ist eine energieintensive Begasung notwendig, damit alle Zellen das für sie notwendige C02 erhalten. In den meisten Anwendungsfällen werden die PAM geerntet, indem sie energieaufwendig durch Zentrifugation von dem Medium getrennt werden. Das Wasser in dem Medium wird dabei verbraucht. The interest in photosynthetically active microorganisms (PAM) is not only increasing in biotechnology. They are receiving increasing attention, especially in the energy and food industries. Algae in the narrower sense of the word are above all photosynthetically active microorganisms. To include green algae, cyanobacteria, anoxygenic, phototrophic bacteria and certain archaebacteria. Compared to plant-based systems, they show much higher growth rates per area and can also be grown on sealed surfaces without soil. Their metabolism differs from animal and partly also from plant systems in such a way that a variety of different metabolic products can be produced by them. PAM are cultivated in bioreactors. This mainly takes place in liquid reactors. In these bioreactors, the PAM are mainly circulated by mechanical forces or gassing flows so that all cells are irradiated with light. In addition, energy-intensive gassing is necessary so that all cells receive the CO2 they need. In most cases of application, the PAM are harvested by separating them from the medium by centrifugation, which uses a lot of energy. The water in the medium is used up.
Demgegenüber haben sogenannte Biofilme aus PAM eine Reihe von Vorteilen. Als Biofilm bezeichnet man einem dünnen Schleimfilm, in dem Populationen von Mikroorganismen organisiert vorliegen. Der größte Teil aller Mikroorganismen kommt in der Natur in solchen zu meist heterogenen Biofilmen vor. Der Biofilm bietet ihnen viele Vorteile. So können sie sich dauerhaft an Objekten fixieren, sich vor Eindringlingen schützen und in Symbiose mit anderen Organismen leben. Die Schleimschicht ist eine Exopolysaccharidschicht (EPS) überwiegend bestehend aus Polyuroniden, d.h. Polysacchariden, welche Uronsäuren enthalten wie z. B. D-Mannuronsäure, D-Galacturonsäure oder D-Glucuronsäure. Die Uronsäuren liegen immer in Pyranoseform vor und verleihen den Makromolekülen einen sauren Charakter, sowie die Fähigkeit, Wasser einzulagern und damit ein Gel zu bilden. Es wurde in Studien herausgefunden, dass die Zellen in dem Biofilmverbund auch untereinander Stoffe austauschen, so dass die weiter unten sitzenden Zellen zum Beispiel auch mit den durch Licht hergestellten Stoffen versorgt werden, Sauerstoff raus und C02 auch in Form von FICO3- reintransportiert und verteilt wird.In contrast, so-called biofilms made from PAM have a number of advantages. A biofilm is a thin film of slime in which populations of microorganisms are organized. The largest part of all microorganisms occurs naturally in such mostly heterogeneous biofilms. The biofilm offers them many advantages. In this way they can fix themselves permanently to objects, protect themselves from intruders and live in symbiosis with other organisms. The mucus layer is an exopolysaccharide layer (EPS) consisting predominantly of polyuronides, ie polysaccharides which contain uronic acids such as. B. D-mannuronic acid, D-galacturonic acid or D-glucuronic acid. The uronic acids are always in pyranose form and give the macromolecules an acidic character and the ability to store water and thus to form a gel. It was found in studies that the cells in the biofilm network also exchange substances with one another, so that the cells located further down are also supplied with the substances produced by light, oxygen is removed and C0 2 is also transported in and distributed in the form of FICO3 becomes.
Die EPS schützt die PAM vor Austrocknung, großen Temperaturunterschieden, Salzstress, starker Strahlung sowie vor Fressfeinden. Dadurch können die PAM weitaus besser in der Natur überleben. Es wird beabsichtigt PAM-Biofilme für den Menschen nutzbar zu machen. Teilweise wird ihr Einsatz in der Wasserreinigung untersucht. Dort sollen sie Phosphate und Nitrate aufnehmen. Allerdings sind diese Schadstoffe gleichzeitig Dünger für die PAM, so dass der Biofilm wachsen müsste und abgeerntet werden müsste. Dafür gibt es aber keine validen Nutzungsszenarien, zumal eine einmal ausgebildete Schutzhaut nicht erweitert wird. Pflanzenstiele oder Blätter, die mit dem Organismus Biofilm vergleichbar sind, wachsen auch nicht in die Breite. Daher kommt ausschließlich die Verwendung eines stationären Biofilms in Betracht. Stationäre Biofilme wachsen nicht mehr. Sie haben einen Eigenstoffwechsel und einen Überflussstoffwechsel. Der Überflussstoffwechsel, der zur Anhäufung oder Sekretion von Stoffwechselprodukten führen kann, wird vor allem genutzt, wenn zusätzliche Energie in Form von Licht vorhanden ist. The EPS protects the PAM against dehydration, large temperature differences, salt stress, strong radiation and predators. This enables the PAM to survive much better in nature. It is intended to make PAM biofilms usable for humans. Their use in water purification is being examined in part. There they are supposed to absorb phosphates and nitrates. However, these pollutants are also fertilizers for the PAM, so that the biofilm would have to grow and have to be harvested. However, there are no valid usage scenarios for this, especially since a protective skin once it has been formed is not expanded. Plant stalks or leaves, which are comparable to the organism biofilm, do not grow in width either. Therefore, only the use of a stationary biofilm comes into consideration. Stationary biofilms no longer grow. They have their own metabolism and an excess metabolism. The excess metabolism, which can lead to the accumulation or secretion of metabolic products, is mainly used when there is additional energy in the form of light.
Im Stand der Technik sind Bioreaktoren für Biofilme bekannt. Aus WO2014172691A4 ist ein Kultursystem mit Biofilmhaftfläche für unter anderem Algen, die auf einem umführenden Element, das mehrere Akkordeonfalten bildet und in einem umführenden Fahrweg getragen wird, aufgewachsen sind. Das umführende Faltensystem hat einige Nachteile, da unter anderem viel Energie verbraucht wird. Zudem wird kein stationäres System verwendet. Schließlich kann es durch die Bewegung zu Schäden an dem Biofilm kommen.
Aus WO2014085869A1 ist ebenfalls ein Bioreaktor für PAM-Biofilme bekannt. Flüssigkeitsdurchlässige Schichten bilden hiernach eine erste Oberfläche, auf der photosynthetische Mikroorganismen kultiviert werden können, um einen Biofilm zu bilden. Eine zweite Oberfläche steht in Fluidverbindung mit einer Fluidquelle. Die Flüssigkeitsdurchlässige Schicht wird rotiert. Dadurch wird zusätzlich Energie verbraucht. Nicht zuletzt ist das System auf das ineffektive Wachstum des Biofilms ausgelegt. In dem rundlichen System sind die Auftragung und die Erhaltung des Biofilms deutlich schwieriger. Bioreactors for biofilms are known in the prior art. WO2014172691A4 discloses a culture system with a biofilm adhesive surface for, among other things, algae that have grown on a surrounding element that forms several accordion folds and is carried in a surrounding roadway. The circumferential folding system has some disadvantages, since it consumes a lot of energy, among other things. In addition, no stationary system is used. Finally, the movement can damage the biofilm. A bioreactor for PAM biofilms is also known from WO2014085869A1. Liquid-permeable layers then form a first surface on which photosynthetic microorganisms can be cultivated in order to form a biofilm. A second surface is in fluid communication with a source of fluid. The liquid permeable layer is rotated. This consumes additional energy. Last but not least, the system is designed for the ineffective growth of the biofilm. In the round system, the application and maintenance of the biofilm are much more difficult.
US10072239B1 offenbart ein System zur Anzucht von mindestens einem photosynthetischen Mikroorganismus und zum Umwandeln von CO in O mit reduziertem Wasserverbrauch. Das System beinhaltet einen Flüssigkeitstransportkapillarkanal, einen photosynthetischen Mischkulturbiofilm und ein Flüssigkeitstransportsubstrat, das zwischen dem Kapillarkanal und dem Biofilm positioniert ist und an diesen angrenzt, wobei die Flüssigkeitstransportrate durch Einstellung der lokalen Luftfeuchtigkeit einstellbar ist. Dieses System ist an das Versorgungsprinzip angelegt, dass Bäume zur Versorgung ihrer Blätter mit Wasser verwenden. Nur werden die dort entstehenden Salze von den Blättern verbraucht. Bei dem hier vorgeschlagenen System ist nicht ersichtlich, wie die bei der Verdunstung überbleibenden Salze verwendet werden und wie lange das System dadurch läuft oder etwa Funktionseinbußen auftreten. Der Flüssigkeitstank ist immer unten angebracht, so dass es energetische Nachteile mit sich bringt, da entgegen der Schwerkraft der Wassertransport erfolgt. Das ganze System hängt stark von der verfügbaren Luftfeuchtigkeit ab. Wenn diese übermäßig vorhanden ist, funktioniert es nicht. Das System ist auch auf das Wachstum und nicht auf stationäres Bestehen der Biofilme ausgerichtet. US10072239B1 discloses a system for growing at least one photosynthetic microorganism and for converting CO into O with reduced water consumption. The system includes a liquid transport capillary channel, a photosynthetic mixed culture biofilm and a liquid transport substrate which is positioned between and adjoins the capillary channel and the biofilm, the liquid transport rate being adjustable by adjusting the local air humidity. This system is based on the supply principle that trees use to supply their leaves with water. Only the salts that arise there are consumed by the leaves. In the system proposed here, it is not clear how the salts that remain during evaporation are used and how long the system will run as a result or, for example, loss of functionality. The liquid tank is always attached at the bottom, so that it has energetic disadvantages because the water is transported against the force of gravity. The whole system depends heavily on the available humidity. If this is excessive it will not work. The system is also geared towards the growth and not the stationary existence of the biofilms.
In der Nichtpatentliteratur wurden verschiedene Biofilmreaktoren entwickelt. Naumann et al. haben ein System veröffentlicht, bei dem Mikroalgen durch Selbsthaftung an vertikal orientierten Zweischichtmodulen immobilisiert werden. Die Zweischichtmodule bestehen aus Glasfaservlies, durch die das Kulturmedium im Schwerkraftverfahren transportiert wird, und Druckerpapier, welches die Algen auf beiden Oberflächen der Module trägt. Die wachsenden Mikroalgen werden für die Fütterung von Aquakulturen eingesetzt. Ein stationärer Biofilm wird nicht kultiviert. Des Weiteren ist ein Reservetank nicht vorhanden. Der mehrmodulige Aufbau ist komplex und anfällig für Kontaminationen. Various biofilm reactors have been developed in the non-patent literature. Naumann et al. have published a system in which microalgae are immobilized by self-adhesion on vertically oriented two-layer modules. The two-layer modules consist of glass fiber fleece, through which the culture medium is transported by gravity, and printer paper, which carries the algae on both surfaces of the modules. The growing microalgae are used for feeding aquacultures. A stationary biofilm is not cultivated. Furthermore, there is no reserve tank. The multi-module structure is complex and prone to contamination.
Podola et al. und Liu et al. schlagen ein System vor, bei dem ein Algenbiofilm auf einer mikroporösen Membran wächst. Dahinter befindet sich ein Kulturmedium. Mehrere Module werden über eine Pumpe versorgt. In sogenannten Biofilm-PBR (porous Substrate bioreactors) wachsen Biofilme auf einer flüssigkeitsverteilenden Struktur, die als Befestigung für einen inneren Versorgungskanal auf einem hängenden Modul vorhanden ist. Ein unmittelbar anliegender Flüssigkeitstank ist nicht vorhanden. Auch sind mehrere Module mit beidseitiger Ausrichtung vorhanden. Die Vorrichtung dient ausschließlich dem Wachstum der Biofilme, also der Erzeugung von Biomasse, mit den damit verbundenen Problemen der Ernte und des Nachwachsens eines an sich abgeschlossenen Systems. Podola et al. and Liu et al. propose a system in which an algal biofilm grows on a microporous membrane. A culture medium is located behind it. Several modules are supplied by one pump. In so-called biofilm-PBR (porous substrate bioreactors), biofilms grow on a fluid-distributing structure that is provided as a fastening for an internal supply channel on a hanging module. There is no immediately adjacent liquid tank. There are also several modules with bilateral alignment. The device is used exclusively for the growth of biofilms, that is to say the production of biomass, with the associated problems of harvesting and the regrowth of a self-contained system.
Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Bioreaktor zur Lebendhaltung eines stationären Biofilms aus photosynthetisch aktiven Mikroorganismen für einen längeren Zeitraum mit einem wartungs- und energiearmen Betrieb bereitgestellt werden. The present invention is intended to provide a bioreactor for keeping a stationary biofilm of photosynthetically active microorganisms alive for a longer period of time with a low-maintenance and low-energy operation.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bioreaktor für einen stationären Biofilm aus photosynthetisch aktiven Mikroorganismen bestehend aus einem quaderförmigen, flachen, länglichen Gehäuse, wobei eine Wand der länglich-breiten Seite, die Vorderwand, mindestens zum Teil aus transparentem Material besteht und Luftöffnungen in den Seitenwänden vorhanden sind. Der Biofilm ist auf porösem Material, der Aufwachsmatte, aufgewachsen. Eine Schicht Flüssigkeit leicht verteilendes Material, die Verteilmatte, befindet sich darunter. Die Matten mit dem Biofilm liegen an der Innenseite der Rückwand an oder sind dort befestigt. Ein Tank mit Medium zur Versorgung des Biofilms ist an der Außenseite der Rückwand oder als Ausstülpung des Gehäuses vorhanden, wobei der Tank über Öffnungen in Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses steht und eine Öffnung zum Nachfüllen aufweist.
Von Vorteil ist bei der vorliegenden Lösung, dass ein stationärer Biofilm wartungs- und energiearm erhalten werden kann. Die Aufzucht kann an einem anderen Ort erfolgen. Die Biofilme werden lediglich in das Gehäuse eingesetzt. Da ein stationärer Biofilm benutzt wird, sind keine Abschöpfungsvorkehrungen notwendig. Mit dieser Methode und diesem Aufbau konnten bereits Biofilme für 2 Jahre erfolgreich im Labor am Leben gehalten werden, ohne dass es Einbußen bei der C02-Aufnahme oder sonstige Veränderungen gab. Die einmal gebildete Schutzhaut in Form der EPS ist mit einer Cuticula vergleichbar. The object is achieved by a bioreactor for a stationary biofilm from photosynthetically active microorganisms consisting of a rectangular, flat, elongated housing, one wall of the elongated wide side, the front wall, being at least partially made of transparent material and air openings in the side walls are. The biofilm grew on a porous material, the growth mat. A layer of material that is easy to distribute liquid, the distribution mat, is located underneath. The mats with the biofilm lie on the inside of the rear wall or are attached there. A tank with medium for supplying the biofilm is provided on the outside of the rear wall or as a protuberance of the housing, the tank being in communication with the interior of the housing via openings and having an opening for refilling. The advantage of the present solution is that a stationary biofilm can be obtained with little maintenance and energy. Rearing can take place in a different location. The biofilms are simply inserted into the housing. Since a stationary biofilm is used, no skimming precautions are necessary. With this method and this structure, biofilms could already be successfully kept alive in the laboratory for 2 years without any loss of CO 2 uptake or other changes. The protective skin once formed in the form of the EPS is comparable to a cuticle.
Ein weiterer Vorteil ist die Bauweise und die Robustheit. Durch den einfachen Aufbau kann bei Bedarf der Biofilm schnell und wenig zeitaufwendig ausgewechselt werden. Es muss zudem keine aufwendige Sterilisation vorgenommen werden. Durch diese einfache Handhabbarkeit ist die Anwendung auch außerhalb des Labors möglich: zu Hause, im Büro oder auch als autarke Anlage im Außenbereich. Another advantage is the design and robustness. Due to the simple structure, the biofilm can be changed quickly and with little time-consuming if necessary. In addition, there is no need for complex sterilization. This easy handling means that it can also be used outside the laboratory: at home, in the office or as a stand-alone system outdoors.
Ein weiterer Vorteil ist, dass nur wenig Wartung notwendig. Der Wasserbedarf ist, da der Biofilm nicht mehr wächst, gering. Im Schnitt muss ein 100 ml-Tank bei einer Biofilmfläche von 30 x 40 cm und durchschnittlicher Luftfeuchtigkeit nur ein bis zweimal pro Monat nachgefüllt werden. Die PAM verbrauchen nur so viel wie sie tatsächlich benötigen. Durch die optimale Verteilung der Flüssigkeit in der Aufwachsmatte und der Verteilmatte ist ein energiearmer Betrieb möglich. Gegebenenfalls auftretende Stoffwechselendprodukte oder Tochterzellen können sich im Gehäuse ansammeln. Ohne Stressbedingungen wurde die Abgabe von letzteren nur sehr selten beobachtet. Die PAM sondern zudem Stoffe ab, die ein Wachstum von unerwünschten Organismen wie Pilzen und dergleichen verhindern. Durch die Struktur des Bioreaktors und die einfache Handhabbarkeit ist nun ein dauerhaftes und nachhaltiges Zusammenleben von Mikroorganismen mit einem hohen Nutzungspotential mit dem Menschen möglich. Another benefit is that little maintenance is required. Since the biofilm no longer grows, the water requirement is low. On average, a 100 ml tank with a biofilm area of 30 x 40 cm and average humidity only needs to be refilled once or twice a month. The PAM only use as much as they actually need. Low-energy operation is possible thanks to the optimal distribution of the liquid in the growth mat and the distribution mat. Any metabolic end products or daughter cells that may occur can accumulate in the housing. In the absence of stressful conditions, the release of the latter was very rarely observed. The PAM also secrete substances that prevent the growth of undesirable organisms such as fungi and the like. Due to the structure of the bioreactor and the ease of use, a permanent and sustainable coexistence of microorganisms with a high potential for use with humans is now possible.
Das Gehäuse ist flach ausgebildet, d.h. es gibt eine große Vorderwand und eine große Rückwand. Die Breite der Seitenwände, der Decken- und Bodenwand ist im Vergleich zu diesen Flächenausdehnungen gering. Luftöffnungen befinden sich in den zuletzt genannten Wänden. Durch den flachen Aufbau wird ein passiver Luftfluss durch das Gehäuse möglich (Kamineffekt). Durch die Lichteinstrahlung produzieren die PAM warme Luft, die nach oben steigt. Kalte Luft strömt nach. Bei diesem Prozess entsteht auch Luftfeuchtigkeit, die nach außen abgegeben werden kann. Gerade bei Niedrigenergiehäusern ist trockene, synthetische Luft, die durch große energieverschwendende Filteranlagen erzeugt wird, ein großes Problem. Zudem darf in diesen Häusern zumeist nicht durchgelüftet werden, um allzu großen Energieverlust zu vermeiden. Die längliche Ausgestaltung ist für eine ergonomische und platzsparende Anwendung auch außerhalb des Labors von großer Bedeutung für die Anwenderfreundlichkeit. In einem länglichen Behälter kann nicht zuletzt ein möglichst großer Biofilm untergebracht werden. Wenig Verschattung tritt zudem auf. The housing is flat, i.e. there is a large front wall and a large back wall. The width of the side walls, the top and bottom walls is small compared to these areas. Air vents are located in the latter walls. The flat design enables passive air flow through the housing (chimney effect). Due to the light irradiation, the PAM produce warm air that rises upwards. Cold air flows in. This process also creates humidity that can be released outside. Especially in low-energy houses, dry, synthetic air, which is generated by large, energy-wasting filter systems, is a major problem. In addition, most of these houses are not allowed to be ventilated in order to avoid excessive energy loss. The elongated design is of great importance for user-friendliness for ergonomic and space-saving use outside the laboratory. Last but not least, the largest possible biofilm can be accommodated in an elongated container. There is also little shadowing.
Der Lichteinfall erfolgt durch transparentes Material der Vorderseite. Dieses besteht aus Glas oder Polymethylmethacrylat (Acrylglas, Plexiglas). Das Medium unterscheidet sich je nach den verwendeten PAM. Es ist mit keinem Dünger also vor allem nicht mit Nitraten und Phosphaten versehen. Der Salzgehalt ist niedrig, so dass ein ausreichendes Konzentrationsgefälle der gelösten Stoffe zur zu reinigenden Luft besteht. Es diffundiert durch die Verteilmatte und versorgt dadurch den gesamten Biofilm. Insbesondere läuft die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft mit der Zeit nach unten. The light enters through the transparent material on the front. This consists of glass or polymethyl methacrylate (acrylic glass, plexiglass). The medium differs depending on the PAM used. It is not provided with any fertilizer, especially not with nitrates and phosphates. The salt content is low, so that there is a sufficient concentration gradient between the dissolved substances and the air to be cleaned. It diffuses through the distribution mat and thus supplies the entire biofilm. In particular, the liquid will run down over time due to gravity.
Die Verteilmatte ist eine Absorbiermatte, Saugmatte oder ein Saugvlies. Die Haupteigenschaft ist die Aufnahme und gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit aus einer punktuellen Flüssigkeitsquelle. Von Vorteil ist, wenn die Matte faserig aufgebaut ist durch Vorhandensein von Mikrofasern. Materialien finden sich in Windeln und Matten zur Handhabung von Inkontinenz. Die Matte kann aus z.B. Zellulose, Polypropylen, Copolymerfasern, Bicofasern bestehen. Sie liegt an der Aufwachsmatte an. Diese kann z.B. ein Vliesstoff (englisch „nonwoven") sein, also ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs, die zu einem Vlies (einer Faserschicht, einem Faserflor) zusammengefügt und auf eine Art miteinander verbunden worden sind ohne das Verkreuzen bzw. Verschlingen von Garnen, wie es beim Weben,
Wirken, Stricken, der Spitzenherstellung, dem Flechten und Herstellung von getufteten Erzeugnissen geschieht. Es kann sich dabei unter anderem um Folien, Papiere oder faserverstärkte Kunststoffe handeln. The distribution mat is an absorbent mat, absorbent mat or absorbent fleece. The main property is the uptake and even distribution of liquid from a point source of liquid. It is advantageous if the mat has a fibrous structure due to the presence of microfibres. Materials can be found in diapers and mats for handling incontinence. The mat can consist of, for example, cellulose, polypropylene, copolymer fibers, bicofibers. It rests against the waxing mat. This can be, for example, a nonwoven, i.e. a structure made of fibers of limited length, continuous fibers (filaments) or cut yarns of any kind and of any origin, which are combined to form a nonwoven (a fiber layer, a fiber pile) and in a way have been connected to one another without crossing or intertwining yarns, as is the case with weaving, Knitting, knitting, lace manufacture, braiding and the manufacture of tufted products are all happening. This can include foils, papers or fiber-reinforced plastics.
Auf der Aufwachsmatte ist ein Biofilm aufgewachsen. Zur Erzeugung des Biofilms werden die PAM vorher in Flüssigkultur angezüchtet und auf die Aufwachsmatte aufgetragen, so dass sie dort einwachsen und die Exopolysaccharidschicht bilden können. Es können sowohl homogene als auch heterogene Biofilme mit verschiedenen PAM oder auch anderen Spezies verwendet werden. Von den PAM eignen sich Algen und Cyanobakterien wie Axodine, Bacillariophyceae, Bryopsidophyceae, Chlorophyceae, Cyanophyceae, Dinophyceae, Eustigmatophyceae, Labyrinthulea, Mesostigmatophyceae, Pelagophyceae, Phaeophyceae, Phaeothamniophyccac, Pleurastrophyceae, Prasinophyceaer phidophyceae, Synurophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae, Xanthophyceae, Gloeothecae, Plectonemae, Anabaena sp. und Nostoc sp. Insbesondere Cyanobakterien sind aufgrund zusätzlicher Photopigmente in der Lage auch bei wenig Licht, wie es in schattigen Zimmern vorkommt, effektiv zu arbeiten. Die PAM nehmen Licht auf und wandeln es zum Teil in Wärme um. Dadurch steigt die Luft im Gehäuse nach oben und wird durch die Luftöffnungen nach draußen gedrückt. Neue Luft strömt nach (Kamineffekt). Auf dem Biofilm ist ein dünner Flüssigkeitsfilm vorhanden, an dessen Grenzfläche ähnlich wie in der Lunge oder den Spaltöffnungen von Pflanzen Gas mit der Luft ausgetauscht werden kann. Kurze Diffusionswege ermöglichen einen schnellen Austausch mit den Zellen. Das Medium mit wenigen Bestandteilen fließt im Gegenstromprinzip zudem an der Luft vorbei (Gegenstromprinzip). A biofilm has grown on the growth mat. To generate the biofilm, the PAM are first grown in liquid culture and applied to the growth mat so that they can grow in there and form the exopolysaccharide layer. Both homogeneous and heterogeneous biofilms with different PAM or other species can be used. Of the PAM algae and cyanobacteria are phidophyceae as Axodine, Bacillariophyceae, Bryopsidophyceae, Chlorophyceae, Cyanobacteria, Dinophyceae, Eustigmatophyceae, Labyrinthulea, Mesostigmatophyceae, Pelagophyceae, Phaeophyceae, Phaeothamniophyccac, Pleurastrophyceae, Prasinophyceaer, Synurophyceae, Trebouxiophyceae, Ulvophyceae, Xanthophyceae, Gloeothecae, Plectonemae, Anabaena sp. and Nostoc sp. In particular, cyanobacteria are able to work effectively due to additional photopigments, even in poor light, as occurs in shady rooms. The PAM absorb light and partially convert it into heat. As a result, the air rises up in the housing and is forced out through the air openings. New air flows in (chimney effect). A thin film of liquid is present on the biofilm, at the interface of which gas can be exchanged with the air, similar to that in the lungs or the stomata of plants. Short diffusion paths enable rapid exchange with the cells. The medium with few components also flows past the air in the countercurrent principle (countercurrent principle).
Ob der Tank auf der Rückseite oder als Ausstülpung des Gehäuses vorhanden ist, hängt davon ab, welche Konstruktion einfacher realisierbar ist. Gerade bei Anwendung von 3D-Druckverfahren oder höheren Stückzahlen ist dies ausschlaggebend. Whether the tank is on the back or as a protuberance of the housing depends on which construction is easier to implement. This is particularly important when using 3D printing processes or higher quantities.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Luftöffnungen in den kleinsten Wänden, d.h. in der Bodenwand und der Deckenwand vorhanden. Sie liegen sich somit in einer vertikalen Achse gegenüber. Durch diese Anordnung werden der Kamineffekt und das Gegenstromprinzip optimal ausgenutzt. Die Form der Luftöffnungen ist dabei egal. Die Größe ist entsprechend gewollter Luftwechselraten zu wählen. Je größer sie sind, desto mehr Luft kann durchströmen. Dies kommt auch auf die Umgebung, insbesondere deren Feuchtigkeit an. In Räumen sind gerade durch Radiatoren und Heizkörper, an denen warme Luft nach oben strömt, vor allem vertikale Strömungen vorhanden, welche durch diesen Aufbau ausgenutzt werden. In a preferred embodiment, air openings are provided in the smallest walls, i. present in the bottom wall and the top wall. They are therefore opposite one another in a vertical axis. This arrangement makes optimal use of the chimney effect and the countercurrent principle. The shape of the air openings does not matter. The size is to be selected according to the desired air exchange rates. The larger they are, the more air can flow through them. This also depends on the environment, especially its humidity. In rooms, especially through radiators and radiators, where warm air flows upwards, there are mainly vertical currents, which are exploited by this structure.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist in den Luftöffnungen ein Filter oder ein Gitter, welches eine minimale Maschenweite von 0,2 mm aufweist, integriert oder angeschlossen. Ein Filter insbesondere ein Gitter in den Öffnungen mit minimaler Maschenweite von 0,2 mm aus nichtrostenden Materialien wie Edelstahl oder Kunststoff verhindert effektiv das Eindringen von Insekten, lässt aber noch Luft und Staub durch. In a further preferred embodiment, a filter or a grid, which has a minimum mesh size of 0.2 mm, is integrated or connected in the air openings. A filter, especially a grid in the openings with a minimum mesh size of 0.2 mm made of non-rusting materials such as stainless steel or plastic, effectively prevents insects from entering, but still allows air and dust through.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform sind die Luftöffnungen insbesondere als Kanäle nach innen verlängert oder es ist ein Steg an der Innenseite der Bodenwand vorhanden, so dass in beiden Fällen ein Auffangbecken gebildet wird. Als Kanäle können Röhrchen oder jeweils dem Lochformat angepasste Kanäle verwendet werden. Der Steg befindet sich zwischen Scheibe und Rückwand und schließt an die Luftöffnungen an. Dadurch wird das Auffangbecken größer gehalten. Der Steg kann Verlängerung einer Öffnung in Form eines breiten Spalts sein. Das durch die zusätzlichen Einbauten oder Ausstülpungen gewonnene Auffangbecken dient als Auslaufschutz, wenn die Flüssigkeit zu schnell vom Tank durchläuft. Ohne Auffangbecken könnte es passieren, dass das Medium durch die Luftöffnungen nach außen tropft. Die Kanäle bzw. der Steg sind aus z.B. Kunststoff und bevorzugt transparent, damit mehr von dem Biofilm nach außen sichtbar ist. Die Länge der Verlängerung oder des Stegs ist möglichst so zu wählen, dass keine Verschattung des Biofilms bzw. keine Sichtbarkeit von außen gegeben ist, falls ein Rahmen verwendet wird. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist das Auffangbecken mit wasserabsorbierendem Material gefüllt. Das Auslaufen wird dadurch bei der
Drehung noch besser verhindert. Wasserabsorbierendes Material ist zum Beispiel Wasserspeichergranulat. Dies kann ein vernetztes Copolymer auf Kaliumsalz-Basis sein. Es nimmt bis zum 300-fachen seines Eigenvolumens an Wasser auf. In Frage kommen aber auch Schwämme oder dergleichen. In a further preferred embodiment, the air openings are in particular extended inwardly as channels or there is a web on the inside of the bottom wall, so that a collecting basin is formed in both cases. Tubes or channels adapted to the hole format can be used as channels. The bar is located between the pane and the rear wall and connects to the air openings. This keeps the catch basin larger. The web can be an extension of an opening in the form of a wide gap. The catch basin created by the additional fixtures or protuberances serves as leakage protection if the liquid runs through the tank too quickly. Without a catch basin it could happen that the medium drips out through the air openings. The channels or the web are made of, for example, plastic and are preferably transparent so that more of the biofilm is visible to the outside. If possible, the length of the extension or the bar should be selected so that there is no shading of the biofilm or no visibility from the outside if a frame is used. In a further preferred embodiment, the collecting basin is filled with water-absorbing material. The leakage is thereby at the Rotation prevented even better. Water-absorbing material is, for example, water storage granulate. This can be a crosslinked copolymer based on potassium salt. It absorbs up to 300 times its own volume in water. However, sponges or the like are also possible.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist ein schmaler Hohlraum mit insbesondere wasserabsorbierendem Material an der Rückwand mit Öffnung zum Auffangbecken vorhanden. Eine kleine Öffnung für die Abgabe von sich sonst anstauender Luft kann vorhanden sein. Diese Ausführungsform bietet ein zusätzliches Auffangbecken, in dem noch mehr Medium vom Biofilm zur Zwischenspeicherung aufgenommen werden kann. Das wasserabsorbierende Material kann wie zuvor ausgestaltet sein. Es können auch die Matten über den Biofilm hinaus in den Hohlraum weiterführen. Auch sie haben Aufnahmekapazität. Der Hohlraum ermöglicht niedrigere Luftöffnungskanäle bzw. einen niedrigeren Steg, was zu einem besseren Design beiträgt. Außerdem ist der Raum unterhalb vom Tank, wenn er weiter oben angebracht ist, ungenutzt. Eine gleichmäßig ausgebildete Fläche entsteht dadurch. Vor allem kann das Gehäuse zur Anbringung an der Wand dann gerade angebracht werden. Da es sich vorzugsweise unterhalb des Tanks befindet, ist eine optimale Platznutzung gegeben. Das Gehäuse wird dadurch nicht zu tief. In a further preferred embodiment, there is a narrow cavity with, in particular, water-absorbing material on the rear wall with an opening to the collecting basin. A small opening for the release of otherwise accumulating air can be provided. This embodiment offers an additional collecting basin in which even more medium can be taken up from the biofilm for intermediate storage. The water-absorbing material can be designed as before. The mats can also continue beyond the biofilm into the cavity. They too have absorption capacity. The cavity enables lower air opening channels or a lower web, which contributes to a better design. In addition, the space below the tank, if it is attached further up, is unused. This creates a uniformly designed surface. Above all, the housing can then be attached straight for attachment to the wall. Since it is preferably located below the tank, optimal use of space is given. This does not make the housing too deep.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform verbinden Bänder insbesondere Schnüre aus wassertransportierendem Material über die Öffnungen, welche in dieser Ausführungsform dieselbe Größe wie die Bänder haben, den Tank mit dem Innenraum des Gehäuses und liegen dort an der Verteilmatte an. Insbesondere tauchen sie im Tank von oben in das Medium ein oder es ist eine nur bei Sog das Medium durchlassende Membran in den Öffnungen vorhanden, die mit der Verteilmatte in Verbindung steht. In a further preferred embodiment, straps, in particular cords made of water-transporting material, connect the tank to the interior of the housing via the openings, which in this embodiment have the same size as the straps, and lie there against the distribution mat. In particular, they are immersed in the medium from above in the tank or there is a membrane in the openings which only allows the medium to pass through when there is suction and which is connected to the distribution mat.
Die Schnüre oder Fäden können aus Wolle, Kunststoff o.ä. bestehen, wie Dochte gewickelt oder geflochten sein. Die Fasern stellen feine Kanäle dar. Der Wassertransport in diesen wird durch Kapillarkräfte (Dochteffekt) und Verdunstung am anderen Ende hervorgerufen. Antriebskraft kann aber auch durch hydrostatischen Druck entstehen, wenn die Öffnung an der unteren Seite des Tanks befestigt ist. Da dadurch nach Befüllung allerdings zu viel Fluss entstehen kann, ist es besser, wenn die Schnüre nur ins Medium eintauchen und der Wassertransport nur erfolgt, wenn die Verdunstung so hoch ist, dass die Kapillarkräfte bzw. der Verdunstungssog die Schwerkraft überwiegen. Alternativ kann eine Membran bevorzugt eine hydrophobe, nur wenig Medium durchlassende verwendet werden. Wenn die Verdunstung hoch ist, dann kann der daraus entstehende Verdunstungssog den hydrophoben Membrangegendruck überwinden. The cords or threads can be made of wool, plastic or the like. consist of being wound or braided like wicks. The fibers represent fine channels. The water transport in these is caused by capillary forces (wick effect) and evaporation at the other end. Driving force can also be generated by hydrostatic pressure if the opening is attached to the lower side of the tank. However, since this can lead to too much flow after filling, it is better if the cords are only immersed in the medium and the water is only transported when the evaporation is so high that the capillary forces or evaporation suction outweigh gravity. Alternatively, a membrane can be used, preferably one that is hydrophobic and allows only a little medium to pass through. If the evaporation is high, then the evaporation suction resulting from it can overcome the hydrophobic membrane counter pressure.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist der Tank abgeflacht und es ist auf der vom Gehäuse abgewandten Seite ein Füllstandsfenster vorhanden. Durch die Abflachung nimmt der Bioreaktor nur wenig Platz bei Anbringung an der Wand in den Raum hinein ein. Dies hat Vorteile bei der Anbringung und beim Design. Das Füllstandsfenster ermöglicht jederzeit die Ablesung des Füllstands, so dass der Benutzer weiß, wann er durch die Öffnung des Tanks neues Medium nachfüllen muss. Eine vollständige Transparenz des Tanks würde zur Folge haben, dass dort möglicherweise auch PAM wachsen, was nicht erwünscht ist. In a further preferred embodiment, the tank is flattened and there is a level window on the side facing away from the housing. Due to the flattening, the bioreactor takes up little space when it is attached to the wall. This has advantages in terms of attachment and design. The fill level window enables the fill level to be read off at any time so that the user knows when to top up with new medium through the opening of the tank. Complete transparency of the tank would mean that PAM might also grow there, which is not desirable.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform sind eine Bewässerungseinheit insbesondere in Form eines Betropfungsrohrs oder -schlauchs mit Öffnungen quer weniger als 2 cm oberhalb der Oberkante des Biofilms oder unter der Verteilmatte im oberen Bereich und eine Pumpe vorhanden, wobei mittels der Pumpe vom Auffangbecken Medium durch die Bewässerungseinheit gepumpt wird. In dieser Ausführungsform gelangt das Medium durch eine mittels Pumpe betriebene Bewässerungseinheit auf den Biofilm. Die Bewässerungseinheit kann als Betropfungseinheit ausgestaltet sein, die horizontal über dem Biofilm oder der Verteilmatte bzw. der nicht notwendigerweise an dieser Stelle bewachsenen Aufwachsmatte angebracht ist. Somit sollten also die Matten so weit in das Gehäuse reinragen oder nach hinten versetzt sein, dass sie von oben betropft werden können. Andererseits ist auch eine Besprühung des Biofilms denkbar. Dies erfordert jedoch einen höheren Pumpdruck. Auch ist
denkbar, dass eine Bewässerungseinheit unterhalb der Matten vorhanden ist. Der Durchmesser der Öffnungen ist 0,2 bis wenige Millimeter groß (entspricht dem Durchmesser einer Kanüle). Es muss verhindert werden, dass Algen diese Öffnungen Zuwachsen. Daher sollten sie nicht erleuchtet sein. Andererseits sollte eine Reinigungsmöglichkeit gegeben sein. Beispielsweise ist an eine kurzzeitige, turnusmäßige Druckerhöhung zu denken, durch welche die Öffnungen wieder freigedrückt werden, ohne den Biofilm zu schädigen. Die Rohre oder Schläuche sollten einen Durchmesser von wenigen Millimeter bis Centimeter haben und z.B. aus Kunststoff bestehen. Eine beidseitige Anströmung wird bevorzugt, da dabei das Medium sich in der Mitte trifft und dadurch der Druck größer ist, durch die kleinen Öffnungen zu fließen. Aufgrund der Schwerkraft läuft das Medium in den Matten nach unten und bewässert den Biofilm. In a further preferred embodiment, there is an irrigation unit, in particular in the form of a drip pipe or hose with openings transversely less than 2 cm above the upper edge of the biofilm or under the distribution mat in the upper area, and a pump, with the medium from the collecting basin being pumped through the irrigation unit is pumped. In this embodiment, the medium reaches the biofilm through an irrigation unit operated by a pump. The irrigation unit can be designed as a drip unit which is attached horizontally over the biofilm or the distribution mat or the growth mat that is not necessarily covered with vegetation at this point. So the mats should protrude so far into the housing or be offset backwards that they can be dripped from above. On the other hand, spraying the biofilm is also conceivable. However, this requires a higher pumping pressure. Also is It is conceivable that an irrigation unit is available below the mats. The diameter of the openings is 0.2 to a few millimeters (corresponds to the diameter of a cannula). It must be prevented that algae grow over these openings. Hence, they shouldn't be enlightened. On the other hand, a cleaning option should be given. For example, a brief, regular pressure increase is to be considered, through which the openings are pushed open again without damaging the biofilm. The pipes or hoses should have a diameter of a few millimeters to centimeters and consist of plastic, for example. A flow on both sides is preferred because the medium meets in the middle and the pressure is greater to flow through the small openings. Due to gravity, the medium runs down the mats and irrigates the biofilm.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist eine Auffangkante unterhalb der Bewässerungseinheit mit einem Spalt von weniger als 1 mm zum Biofilm auf der Aufwachsmatte vorhanden. Die Auffangkante aus z.B. Kunststoff ermöglicht eine bessere Verteilung bzw. ein Sammeln der einzelnen Tropfen. Es verhindert somit vor allem, dass sich Bahnen auf dem Biofilm bilden, die eine ungleichmäßige Versorgung bedeuten. Zusätzlich ermöglicht die Auffangkante eine Verschattung der Bewässerungseinheit und damit ein nicht erwünschtes Wachstum der PAM in der Bewässerungseinheit. In a further preferred embodiment, a collecting edge is provided below the irrigation unit with a gap of less than 1 mm to the biofilm on the growth mat. The collecting edge from e.g. Plastic enables better distribution or collection of the individual drops. Above all, it prevents lines from forming on the biofilm, which would mean an uneven supply. In addition, the collecting edge enables the irrigation unit to be shaded and thus undesired growth of the PAM in the irrigation unit.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist das transparente Material der Vorderwand als Glas- oder Polymethylmethacrylatscheibe ausgestaltet und eine Nut jeweils in den Seitenwänden und der Bodenwand vorhanden, in welche die Scheibe eingeschoben wird. Die Deckenwand ist abnehmbar und dient als oberer Verschluss. Um das Gehäuse zu öffnen, muss hiernach die Deckenwand abgenommen und die Scheibe nach oben herausgezogen werden. Dies ermöglicht ein einfaches Öffnen. Damit Medium nicht aus dem Auffangbecken beim Ankippen des Gehäuses herausfließt, wenn kein Steg vorhanden ist, muss die Scheibe nach unten abgedichtet sein. Dies kann z. B. durch ein Moosgummi, auf dem die Scheibe ruht und das sich an den Seiten befindet, erreicht werden. Denkbar ist auch, dass die Matten durch die Deckenwand eingeklemmt werden, so dass keine Klemmschiene oder ähnliche im oberen Bereich sichtbare Einrichtung notwendig ist. Die Nut kann unter anderem durch Anbringung eines U-Profils auf den Seitenwänden und der Bodenwand realisiert werden. In a further preferred embodiment, the transparent material of the front wall is designed as a glass or polymethyl methacrylate pane and there is a groove in each of the side walls and the bottom wall into which the pane is inserted. The ceiling wall is removable and serves as a top closure. To open the housing, the top wall must then be removed and the pane pulled upwards. This enables easy opening. So that the medium does not flow out of the collecting basin when the housing is tilted, if there is no bridge, the disc must be sealed at the bottom. This can e.g. B. can be achieved by a foam rubber on which the disc rests and which is located on the sides. It is also conceivable that the mats are clamped in by the ceiling wall so that no clamping rail or similar device visible in the upper area is necessary. The groove can be implemented, among other things, by attaching a U-profile to the side walls and the bottom wall.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen weisen die Seitenwände und die Bodenwand eine Nut für den Einschub der Rückwand mit Biofilm und Matten darauf oder einer zur Rückwand getrennten Ebene mit Biofilm und Matten darauf auf. Diese Ausführungsformen ermöglichen den einfachen Tausch des Biofilms, wenn ein Wechsel nötig ist. Gerade der Austausch des Biofilms hat unter möglichst sterilen Bedingungen zu erfolgen. Eine unachtsame Bewegung kann des Weiteren zu einem Riss führen. Für den Benutzer ohne diese Fertigkeiten ist es einfacher nur die feste Grundlage des Biofilms zu wechseln. Diese Ausführungsformen erhöhen somit die Benutzerfreundlichkeit. Auch bei diesen Ausführungsformen bietet sich eine ablösbare Deckenwand als Verschluss an. Es ist aber auch ein Schlitz in der Deckenwand denkbar, durch den die Ebene mit Biofilm geschoben wird. In further preferred embodiments, the side walls and the bottom wall have a groove for inserting the rear wall with biofilm and mats on it or a plane separate from the rear wall with biofilm and mats thereon. These embodiments allow the biofilm to be exchanged easily if a change is necessary. Exchanging the biofilm has to take place under the most sterile conditions possible. Careless movement can also lead to a crack. For the user without these skills, it is easier to just change the solid base of the biofilm. These embodiments thus increase the user friendliness. In these embodiments, too, a detachable ceiling wall can be used as a closure. However, a slot in the ceiling wall is also conceivable through which the level with biofilm is pushed.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen weisen die Vorderseite und die Rückseite ganz oder zum Teil Rundungen auf. Insbesondere ist das Gehäuse zylinderförmig ausgestaltet. Für die Funktionalität ist es dabei wichtig, dass die Vorder- und die Rückseite dieselbe Form haben. Die rechteckige Form beruht auf der Verteilung des Mediums durch Schwerkraft. Da aber Kapillarkräfte auch seitwärts Medium in der Verteilmatte verteilen können, ist auch eine andere Form möglich. Auch ein Polygon, ein gedrehtes Viereck oder z.B. eine Raute sind neben runden Formen wie Kreisen, Ovalen o.ä. möglich. In further preferred embodiments, the front side and the rear side have all or some of the curves. In particular, the housing is designed to be cylindrical. For functionality, it is important that the front and back have the same shape. The rectangular shape is based on the distribution of the medium by gravity. However, since capillary forces can also distribute the medium sideways in the distribution mat, another shape is also possible. Also a polygon, a rotated square or e.g. a rhombus are next to round shapes such as circles, ovals, etc. possible.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Befestigung der Matten durch Nadeln, Klett, eine Klemmschiene, Sehnen und/oder auf einem Gitter. Bei vertikaler Nutzung ist eine Fixierung notwendig. Möglichst wenig sichtbar und gleichzeitig robust soll dabei die Anbringung sein. Dafür eignen sich vor allem Nadeln mit einem kleinen Kopf. Sie sollten aus rostfreiem Material (Stahl, behandeltes Eisen, Kunststoff) bestehen, möglichst transparent oder in dunkelgrüner Farbe sein. Bei
der Verwendung von Klett ist ein leichtes Ablösen möglich. Die Poren der Matten insbesondere der Aufwachsmatte ermöglichen einen guten Halt. Auf eine Verteilmatte ist, wenn der Klett dort nicht anheftet, gegebenenfalls zu verzichten. Auch die Verwendung von transparenten Sehnen hat Vorteile. Diese können zur Fixierung auf einem Gitter verwendet werden. Ebenso kann der Biofilm mit den Matten auf einem Gitter ohne Sehnen befestigt werden. Das Gitter kann an der Rückwand befestigt werden. In further preferred embodiments, the mats are attached by needles, Velcro, a clamping rail, tendons and / or on a grid. A fixation is necessary for vertical use. The attachment should be as little visible as possible and at the same time robust. Needles with a small head are particularly suitable for this. They should be made of rustproof material (steel, treated iron, plastic) and should be as transparent as possible or in a dark green color. At the use of Velcro allows easy removal. The pores of the mats, in particular the waxing mat, enable a good hold. If the Velcro does not adhere to it, you may not need a distribution mat. The use of transparent tendons also has advantages. These can be used for fixing on a grid. The biofilm with the mats can also be attached to a grid without tendons. The grid can be attached to the rear wall.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen ist ein Rahmen vor der Vorderwand vorhanden oder die Vorderwand weist eine nicht transparente Fläche auf und der Rahmen oder die nicht transparente Fläche sind mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet oder bilden solch eine. Dadurch kann die Fläche genutzt werden, um einen autarken Betrieb zu gewährleisten. Stromkabel sind zudem nicht mehr notwendig. Wie auch solarbetriebene Taschenrechner mit wenig Licht betrieben werden können, ist ein unmittelbarer Betrieb eines Verbrauchers oder das Laden einer Batterie denkbar. In further preferred embodiments, a frame is present in front of the front wall or the front wall has a non-transparent surface and the frame or the non-transparent surface are equipped with a photovoltaic system or form one. This means that the area can be used to ensure self-sufficient operation. Power cables are also no longer necessary. Just as solar-powered pocket calculators can be operated with little light, direct operation of a consumer or charging of a battery is conceivable.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen sind Luftzusammensetzungssensoren und andere Sensoren im oder am Gehäuse vorhanden. Luftzusammensetzungssensoren können z.B. die Luftfeuchtigkeit oder den Gehalt an COx, NOx, SOx, Ozon, flüchtigen Chemikalien oder Ammoniak bestimmen. Ein anderer Sensor kann z.B. ein Umweltsensor wie ein Temperatursensor oder ein pH- Sensor sein. Unter anderem kann die Kontrolle vorher und nachher erfolgen: Am Eingang und am Ausgang separat oder verbunden über ein gemeinsames Luftrohr. Der Strom für die Sensoren kann aus einer externen Quelle, einer integrierten Mini-PV-Anlage und/oder Batterie stammen. Es kann für die Sensorik und ggf. Steuerung der Raum auf der Rückseite unterhalb des Tank unter anderem genutzt werden. Die Messungen erfolgen zu bestimmten Zeitpunkten, um Strom zu sparen. In der Zwischenzeit befinden sich die Sensoren im Schlafmodus. Dies kann durch eine Steuerung gesteuert werden. In further preferred embodiments, air composition sensors and other sensors are present in or on the housing. Air composition sensors can e.g. determine the humidity or the content of COx, NOx, SOx, ozone, volatile chemicals or ammonia. Another sensor can e.g. be an environmental sensor such as a temperature sensor or a pH sensor. Among other things, the check can take place before and after: at the entrance and exit separately or connected via a common air pipe. The power for the sensors can come from an external source, an integrated mini-PV system and / or battery. Among other things, it can be used for sensors and, if necessary, control of the space on the back below the tank. The measurements are taken at specific times in order to save electricity. In the meantime, the sensors are in sleep mode. This can be controlled by a controller.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist eine Datenübertragung insbesondere eine Funkverbindung zum Übersenden von Daten der Sensoren an einen Empfänger vorhanden. Dadurch kann der Benutzer jederzeit einsehen wie die Luft in dem Raum zusammengesetzt ist oder andere Umweltbedingungen sind. Die Daten können an einen Server, eine Cloud oder an eine App etc. gesendet werden. Es ist auch die direkte Steuerung oder Kommunikation mit z.B. Belüftungseinrichtungen oder Sonnenschutzeinrichtungen möglich. Der Strom für die Anlage kann aus einer externen Quelle, einer integrierten Mini-PV-Anlage und/oder Batterie stammen. In a further preferred embodiment, there is data transmission, in particular a radio connection for transmitting data from the sensors to a receiver. This means that the user can see at any time how the air in the room is composed or other environmental conditions. The data can be sent to a server, a cloud or an app, etc. There is also direct control or communication with e.g. Ventilation devices or sun protection devices possible. The power for the system can come from an external source, an integrated mini-PV system and / or battery.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform wird das Gehäuse aktiv über die Luftöffnungen belüftet. Insbesondere ist dazu ein Ventilator in den Luftöffnungen vorhanden. Durch die aktive Belüftung ist ein höherer Luftdurchsatz möglich. Dazu können kleine Ventilatoren oder auch Lüfter unter anderem verwendet werden. Sie können in oder außerhalb vom Gehäuse sein. Der Strom kann aus einer externen Stromquelle oder aus einer Mini-PV-Anlage und/oder Batterie stammen. In a further preferred embodiment, the housing is actively ventilated via the air openings. In particular, a fan is provided in the air openings for this purpose. Active ventilation enables a higher air throughput. Small fans or fans, among other things, can be used for this. They can be inside or outside the case. The power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform wird Luft zur Begasung des Mediums in den Tank eingeleitet. Dadurch können effektiv Stoffe aus der durchgeleiteten Luft im Medium gelöst werden, welches wiederrum diese an den Biofilm abgibt. In a further preferred embodiment, air is introduced into the tank for gassing the medium. This means that substances can be effectively dissolved from the air that is passed through in the medium, which in turn releases them to the biofilm.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist ein Rahmen oder ein nicht transparenter Abschnitt der Vorderwand vorhanden, von dem aus Lampen von außen nicht sichtbar den Innenbereich des Gehäuses und damit den Biofilm beleuchten. Dies dient nicht nur der Versorgung des Biofilms mit Lichtenergie und Wärme, sondern hebt den Biofilm auch optisch besser hervor. Als Lampen können LEDs o.ä. verwendet werden. Die Benutzung von Schwarzlicht zur Nutzung der Biolumineszenz der PAM, die im unsichtbaren Licht absorbieren, es aber im sichtbaren Bereich wieder emittieren, ist ebenfalls möglich. Der Strom kann aus einer externen Stromquelle oder aus einer Mini- PV-Anlage und/oder Batterie stammen. In a further preferred embodiment there is a frame or a non-transparent section of the front wall, from which lamps illuminate the interior of the housing and thus the biofilm, which are not visible from the outside. This not only serves to supply the biofilm with light energy and heat, but also enhances the visual appearance of the biofilm. LEDs or the like can be used as lamps. be used. It is also possible to use black light to use the bioluminescence of PAMs, which absorb light in the invisible range but emit it again in the visible range. The power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform sind ganz oder teilweise Lampen unterhalb des Biofilms bzw. der Matten zur rückseitigen Beleuchtung vorhanden. Dies ermöglicht nicht nur die Versorgung der PAM mit Lichtenergie und Wärme, es ermöglicht auch eine optische Hervorhebung.
Insbesondere ist die Projektion von bestimmten Formen wie Logos etc. möglich. Als Lichtquelle können sparsame LEDs verwendet werden. Der Strom kann aus einer externen Stromquelle oder aus einer Mini-PV-Anlage und/oder Batterie stammen. Bei vollständiger Beleuchtung ist die Nutzung des Bioreaktors als abwischbare Tafel mit dunkler Farbe der Stifte möglich. Bei nur teilweiser Beleuchtung oder auch keiner Beleuchtung sind weiße Stifte zu verwenden. In a further preferred embodiment, lamps are wholly or partially present below the biofilm or the mats for rear illumination. This not only enables the PAM to be supplied with light energy and heat, it also enables visual highlighting. In particular, certain shapes such as logos etc. can be projected. Economical LEDs can be used as the light source. The power can come from an external power source or from a mini PV system and / or battery. When fully lit, the bioreactor can be used as a wipeable board with the dark colored pens. White pens should be used if there is only partial lighting or no lighting.
In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen ist der Bioreaktor im Decken- oder Bodenbereich eines Raumes angebracht, wobei im Bodenbereich die Vorderwand verstärkt ist. Bei Anbringung im Deckenbereich wird der Biofilm z.B. über eine nur wenig Medium durchlassende, hydrophobe Membran versorgt, über der das Medium sich befindet. Dabei ist sicherzustellen, dass möglichst kein Medium auf die Scheibe tropft. Mit einer Pumpe kann Medium zur Decke über eine Leitung befördert werden, wobei eine automatische Versorgung bei niedrigem Füllstand bevorzugt wird. Alternativ ist auch die Nutzung von Regenwasser, welches sich auf dem Dach gesammelt hat, denkbar. Bei Anbringung im Bodenbereich diffundiert das Medium z.B. von unten durch die Matten zum Biofilm oder er wird von oben durch ein Sprühverfahren o.ä. befeuchtet. Der Tank wird durch eine nach oben zeigende Öffnung bzw. Verbindung nachgefüllt. Es ist eine stabile Scheibe mit ggf. Verstärkungen zu nutzen. Vorteil dieser Ausführungsformen ist die Nutzung von Bereichen, die sonst nicht oder nur wenig genutzt werden. Insbesondere kann ein von hinten oder vorne beleuchteter Bioreaktor als Lampe genutzt werden. In further preferred embodiments, the bioreactor is mounted in the ceiling or floor area of a room, the front wall being reinforced in the floor area. When attached in the ceiling area, the biofilm is e.g. supplied via a hydrophobic membrane which only allows a little medium to pass through and over which the medium is located. It must be ensured that as little medium as possible drips onto the pane. A pump can be used to convey medium to the ceiling via a pipe, with automatic supply being preferred when the fill level is low. Alternatively, the use of rainwater that has collected on the roof is also conceivable. When installed in the floor area, the medium diffuses e.g. from below through the mats to the biofilm or it is applied from above by a spray process or the like. moisturizes. The tank is refilled through an opening or connection pointing upwards. A stable pane with reinforcements if necessary is to be used. The advantage of these embodiments is the use of areas that are otherwise not or only rarely used. In particular, a bioreactor illuminated from the back or the front can be used as a lamp.
Im Stand der Technik sind nur wenig Verfahren bekannt, die zur Luftreinigung durch PAM verwendet werden. In JPFI11226351A wird aktiv verschmutzte Luft Algen zugeführt. Die in einem Medium wachsenden Algen werden in der Folge energieaufwendig für die Nutzung als Nahrungsmittel abgeerntet. In EP3368650A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, um Luftschadstoffe aus der Luft zu entfernen. Dabei wird ein Mikrofluidikchip verwendet, der einen Fluidströmungspfad in Fluidverbindung mit einer Oberfläche, die einen phototrophen Organismus umfasst, beinhaltet. Luft wird mit dieser Oberfläche in Kontakt gebracht und der Luftschadstoff entfernt. Auch bei dieser Lösung handelt es sich um Flüssigsysteme, deren Nutzung durch Biofilmbildung beeinträchtigt werden kann oder die Algen entfernt werden müssen. Die derzeit vorhandenen, mechanischen Lösungen sind auf einzelne Schadstoffe ausgerichtet und verbrauchen Energie. Few methods are known in the prior art which are used for air purification by PAM. In JPFI11226351A, actively polluted air is fed to algae. The algae growing in a medium are then harvested, which is energy-intensive, for use as food. EP3368650A1 provides a method and an apparatus for removing air pollutants from the air. A microfluidic chip is used here, which contains a fluid flow path in fluid connection with a surface which comprises a phototrophic organism. Air is brought into contact with this surface and the air pollutant is removed. This solution is also a liquid system, the use of which can be impaired by biofilm formation or the algae must be removed. The mechanical solutions currently available are geared towards individual pollutants and consume energy.
Aufgabe der vorgestellten Erfindung ist, eine Lösung für eine effiziente und insbesondere wartungsarme Luftreinigung zu finden. Mit dem hier vorgestellten Verfahren kann eine größere Zahl an Schadstoffen energie- und wartungsarm aufgenommen werden. Die Aufgabe wird durch Anspruch 21 gelöst. The object of the present invention is to find a solution for efficient and, in particular, low-maintenance air cleaning. With the method presented here, a large number of pollutants can be absorbed with little energy and little maintenance. The object is achieved by claim 21.
In dem Verfahren strömt hiernach in dem zuvor beschriebenen Bioreaktor verunreinigte Luft durch die Luftöffnungen in das Gehäuse ein und es werden Schadstoffe von dem stationären, phototrophen Biofilm, der mit Medium aus einem Tank über Öffnungen oder einer Bewässerungseinheit versorgt wird, aufgenommen. Die nun mehr gereinigte Luft verlässt das Gehäuse durch die Luftöffnungen wieder. Die Aufnahme wird durch die feuchte, große Oberfläche auf dem Biofilm begünstigt, die kurze Diffusionswege bietet. PAM nehmen ihre Nährstoffe nicht aus der Erde auf und sind daher auf die Aufnahme von Nährstoffen aus der Luft angewiesen. Diese werden intrazellular für den Erhaltungsstoffwechsel genutzt. Die Erfinder haben bereits gezeigt, dass nicht nur CO aufgenommen wird, sondern auch NO in Form von Nitrat, welches sich im Medium bildet und von den PAM für die Regeneration der Photosysteme gebraucht wird. In the process, contaminated air then flows into the housing through the air openings in the bioreactor described above and pollutants are absorbed by the stationary, phototrophic biofilm, which is supplied with medium from a tank via openings or an irrigation unit. The now more purified air leaves the housing again through the air openings. The uptake is favored by the moist, large surface on the biofilm, which offers short diffusion paths. PAMs do not absorb their nutrients from the earth and therefore rely on the absorption of nutrients from the air. These are used intracellularly for the maintenance metabolism. The inventors have already shown that not only CO is absorbed, but also NO in the form of nitrate, which forms in the medium and is needed by the PAM for the regeneration of the photosystems.
Im Stand der Technik sind nur wenig Verfahren bekannt, bei denen Algen zur Produktion von werthaltigen Wertstoffen mittels PAM genutzt werden. In US20100297714A1 werden zu diesem Zweck phagotrophe Algen verwendet. In dem Verfahren werden Mikroorganismen produziert, die durch die phagotrophen Algen aufgefressen werden, welche wiederrum geerntet werden. Diese verschiedenen Schritte sind jedoch sehr aufwendig. Eine vergleichsweise aufwendige Ernte ist auch in US8084038B2 vorgesehen.
Aufgabe der vorgestellten Erfindung ist weiterhin eine Lösung für eine effiziente Produktion von organischen Wertstoffen mittels PAM. Für eine biobasierte Wirtschaft werden Ausgangsstoffe gesucht, die effektiv aus Luftkohlenstoff gewonnen werden können und eine Abkehr von Erdölprodukten erlauben. Die Aufgabe wird durch Anspruch 22 gelöst. In the prior art, only a few processes are known in which algae are used to produce valuable materials by means of PAM. In US20100297714A1 phagotrophic algae are used for this purpose. In the process, microorganisms are produced that are eaten by the phagotrophic algae, which in turn are harvested. However, these various steps are very complex. A comparatively complex harvest is also provided for in US8084038B2. The object of the present invention is also a solution for the efficient production of organic valuable substances by means of PAM. For a bio-based economy, raw materials are being sought that can be effectively obtained from atmospheric carbon and allow a move away from petroleum products. The object is achieved by claim 22.
In dem offenbarten Verfahren produziert der Biofilm organische Wertstoffe, die durch Abspülen von diesem getrennt und aufgefangen werden. Der Medienwechsel ist in dem Bioreaktor einfach möglich. Es ist bekannt, dass bei unterschiedlichen Medien oder Luftbedingungen unterschiedliche Stoffe sekretiert werden (Akihiro Kato et al.). In the disclosed method, the biofilm produces organic valuable substances, which are separated from it and collected by rinsing. It is easy to change media in the bioreactor. It is known that different substances are secreted in different media or air conditions (Akihiro Kato et al.).
PAM haben in ihrem Stoffwechsel Stoffe, die nur sie produzieren können. Sie scheiden kleine Moleküle wie Fettsäuren, Polysaccharide, kleine Peptide und Aminosäuren sowie Exotoxine in ihre Umgebung aus. Extrazelluläre Sekrete aus Chlorella-Algen diffundieren z.B. durch die Zellwände und gelangen in das Kulturmedium (Pratt et al.). Das Algenexsudat (Chlorellin) hatte hemmende Wirkung auf Bakterien und Algen. Fettsäuren werden durch Chlorella ebenfalls sekretiert (Dellagreca et al.). Die Ausscheidung einer Reihe von Aminosäuren ist mit dem Lichtzyklus der Algen-Photosynthese synchronisiert (Chang et al.). Bell und Mitchel beobachteten, dass Bakterien der Gattung Spirillum zu Algenexsudaten aus dem Diatomeenalgen-Skeletonema angezogen wurden (Bell et al.). Toxische Algensekrete einschließlich Domosäure oder Brevetoxine treten bei schädlichen Algenblüten auf und bedrohen andere Wildtierarten (Hallegraeff et al.). Andererseits sind dies komplizierte, durch chemische Synthesen nicht herstellbare Wertstoffe. Es wurde angenommen, dass Algen und Bakterien zum Schutz vor ultravioletter Strahlung Schleimstoffe freisetzen (Amsler et al.). Bei Kieselalgen enthalten die extrazellulären Schleimstoffe eine komplexe Mischung aus Proteoglykanen und sulfatierten PAM have substances in their metabolism that only they can produce. They secrete small molecules like fatty acids, polysaccharides, small peptides and amino acids as well as exotoxins into their environment. Extracellular secretions from Chlorella algae diffuse e.g. through the cell walls and get into the culture medium (Pratt et al.). The algae exudate (chlorellin) had an inhibiting effect on bacteria and algae. Fatty acids are also secreted by Chlorella (Dellagreca et al.). The excretion of a number of amino acids is synchronized with the light cycle of algae photosynthesis (Chang et al.). Bell and Mitchel observed that bacteria of the genus Spirillum were attracted to algae exudates from the diatomaceous algae skeletonema (Bell et al.). Toxic algae secretions including domo acid or brevetoxins occur in harmful algal blooms and threaten other wild animal species (Hallegraeff et al.). On the other hand, these are complicated materials that cannot be produced by chemical synthesis. It was assumed that algae and bacteria release mucilage to protect against ultraviolet radiation (Amsler et al.). In diatoms, the extracellular mucilage contains a complex mixture of proteoglycans and sulfated ones
Polysacchariden (McConville et al.). Polysaccharides (McConville et al.).
PAM-Sekrete können auch für die Biokraftstoffproduktion verwendet werden. So wie in der WO2016207338A1, wo sekretierte organische Stoffe wie Glykolsäure für die Biogasproduktion verwendet werden. Die Sekrete können aus der Luftschadstoffaufnahme und dem durch hohe Bestrahlung erzeugten Überflussstoffwechsel stammen. PAM secretions can also be used for biofuel production. As in WO2016207338A1, where secreted organic substances such as glycolic acid are used for biogas production. The secretions can come from the uptake of air pollutants and the excess metabolism generated by high radiation.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. Further advantages of the present invention are apparent from the detailed description and drawings.
Beschreibung der Zeichnungen: Description of the drawings:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Bioreaktors von vorne mit Vorderwand. 1 is a perspective view of a bioreactor from the front with a front wall.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Bioreaktors von vorne mit Vorderwand und eingesetztem 2 is a perspective view of a bioreactor from the front with the front wall and inserted
Biofilm. Biofilm.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Bioreaktors von hinten ohne Vorderwand mit sichtbarem Tank auf der Rückwand. 3 is a perspective view of a bioreactor from the rear without a front wall with a visible tank on the rear wall.
Fig. 4 ist ein ionenchromatografisches Diagramm mit aus Stickstoffdioxid umgewandeltem Nitrit nach 4 Minuten Retentionszeit (gemessen durch Leitfähigkeit in pS) 4 is an ion chromatographic diagram with nitrite converted from nitrogen dioxide after a retention time of 4 minutes (measured by conductivity in pS)
Fig. 5 ist ein ionenchromatografisches Diagramm mit reduziertem Gehalt an aus Stickstoffdioxid umgewandeltem Nitrit nach 4 Minuten Retentionszeit (gemessen durch Leitfähigkeit in pS) 5 is an ion chromatographic diagram with a reduced content of nitrite converted from nitrogen dioxide after a retention time of 4 minutes (measured by conductivity in pS)
Im Folgenden wird auf Fig. 1 - 3 Bezug genommen. Demnach umfasst die gewählte Ausführungsform: Reference is now made to FIGS. 1-3. Accordingly, the chosen embodiment comprises:
Einen Bioreaktor bestehend aus einem quaderförmigen, flachem, länglichen Gehäuse (1), wobei eine flache Wand (Vorderwand (2)) als Polymethylmethacrylatscheibe auf die Seitenwände (4) aufgeklebt wird. Das Gehäuse (1) weist Luftöffnungen in den kleinsten Wänden (Bodenwand (12) und Deckenwand (13)) auf, sichtbar in Fig. 1.
Fig. 2 zeigt: Ein statischer, phototropher Biofilm (5) aus filamentösen Blaualgen ist auf Vliesstoff (Aufwachsmatte (6)) aufgewachsen. Diese Schicht liegt auf einer Verteilmatte (8) als Saugvlies. Die Matten sind am oberen Ende in die Klemmschiene (17) eingeklemmt und liegen an der Rückwand (7) an. A bioreactor consisting of a rectangular, flat, elongated housing (1), a flat wall (front wall (2)) being glued onto the side walls (4) as a polymethyl methacrylate disk. The housing (1) has air openings in the smallest walls (bottom wall (12) and top wall (13)), visible in FIG. 1. Fig. 2 shows: A static, phototrophic biofilm (5) made of filamentous blue algae has grown on nonwoven fabric (growth mat (6)). This layer lies on a distribution mat (8) as an absorbent fleece. The mats are clamped in the clamping rail (17) at the upper end and lie against the rear wall (7).
Fig. 3 zeigt: An der Außenseite der Rückwand (7) ist ein flacher Tank (9) angeklebt, der über Öffnungen (10) in Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses (1) steht und eine Öffnung zum Nachfüllen (11) sowie ein Füllstandsfenster (18) hat. In den Öffnungen befinden sich Schnüre (16) in Form von Wollfäden, welche auf der Innenseite des Gehäuses (1) miteinander verbunden sind, dort an der Verteilmatte (8) anliegen und im Tank befindliches Medium aufgrund eines Verdunstungssogs zu den Matten und dem Biofilm (5) transportieren. Durch das Füllstandsfenster (18) kann der Füllstand abgelesen werden. Sobald das Medium verbraucht ist, kann bei Bedarf durch die Öffnung zum Nachfüllen (11) Medium nachgefüllt werden. Das Medium umfasst die für die Blaualgen nötigen Mineralien und Spurenelemente. Fig. 3 shows: A flat tank (9) is glued to the outside of the rear wall (7) and communicates with the interior of the housing (1) via openings (10) and an opening for refilling (11) and a fill level window (18) has. In the openings there are cords (16) in the form of wool threads, which are connected to one another on the inside of the housing (1), lie against the distribution mat (8) there and transfer medium in the tank to the mats and the biofilm due to evaporation suction ( 5) transport. The fill level can be read through the fill level window (18). As soon as the medium is used up, medium can be refilled through the opening for refilling (11) if necessary. The medium contains the minerals and trace elements necessary for the blue-green algae.
Durch die Öffnungen (10) in der Bodenwand (12) strömt Luft von außen ein und bewegt sich über den Biofilm (5). Der Biofilm erwärmt die Luft, die dadurch nach oben abfließt. Das Medium mit wenig Salzen läuft im Gegenstrom. Es kommt zur Aufnahme von Luftschadstoffen. Saubere Luft verlässt die Luftöffnungen (3) in der Deckenwand (13). Air flows in from the outside through the openings (10) in the bottom wall (12) and moves over the biofilm (5). The biofilm heats the air, which then flows upwards. The medium with little salts runs in countercurrent. Air pollutants are absorbed. Clean air leaves the air openings (3) in the top wall (13).
Es wurde folgende Nichtpatentliteratur zitiert: The following non-patent literature was cited:
Akihiro et al.: Removal of the product from the culture medium strongly enhances free fatty acid production by genetically engineered Synechococcus elongatus, Biotechnology for Biofuels 10, S. 141. Akihiro et al .: Removal of the product from the culture medium strongly enhances free fatty acid production by genetically engineered Synechococcus elongatus, Biotechnology for Biofuels 10, p. 141.
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Claims
1. Bioreaktor bestehend aus einem quaderförmigen, flachen, länglichen Gehäuse (1), wobei eine Wand der länglich-breiten Seite (Vorderwand (2)) mindestens zum Teil aus transparentem Material besteht und Luftöffnungen (3) in den Seitenwänden (4) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein stationärer, phototropher Biofilm (5), der auf porösem Material 1. Bioreactor consisting of a cuboid, flat, elongated housing (1), one wall of the elongated wide side (front wall (2)) consisting at least partially of transparent material and air openings (3) in the side walls (4) , characterized in that a stationary, phototrophic biofilm (5) on porous material
(Aufwachsmatte (6)) insbesondere Vliesstoff aufgewachsen ist, auf einer Schicht Flüssigkeit leicht verteilendem Material (Verteilmatte (8)), welche an der Innenseite der Rückwand (7) anliegt oder dort befestigt ist, und ein Tank (9) mit Medium zur Versorgung des Biofilms (5) an der Außenseite der Rückwand (7) oder als Ausstülpung des Gehäuses (1) vorhanden sind, wobei der Tank (9) über Öffnungen (10) in Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses (1) steht und eine Öffnung zum Nachfüllen (11) aufweist. (Growth mat (6)) in particular nonwoven fabric is grown on a layer of liquid easily distributing material (distribution mat (8)), which rests on or is attached to the inside of the rear wall (7), and a tank (9) with medium for supply of the biofilm (5) are present on the outside of the rear wall (7) or as a protuberance of the housing (1), the tank (9) being in communication with the interior of the housing (1) via openings (10) and an opening for Has refilling (11).
2. Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Luftöffnungen (3) in der Bodenwand (12) und der Deckenwand (13) vorhanden sind. 2. Bioreactor according to claim 1, characterized in that air openings (3) are present in the bottom wall (12) and the top wall (13).
3. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Luftöffnungen (3) ein Filter oder ein Gitter, welches eine minimale Maschenweite von 0,2 mm aufweist, integriert oder angeschlossen ist. 3. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that a filter or a grid, which has a minimum mesh size of 0.2 mm, is integrated or connected to the air openings (3).
4. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftöffnungen (3) insbesondere als Kanäle (14) nach innen verlängert sind oder ein Steg an der Innenseite der Bodenwand (12) vorhanden ist, so dass in beiden Fällen ein Auffangbecken (15) gebildet wird, welches insbesondere mit einem wasserabsorbierenden Material gefüllt ist. 4. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the air openings (3) in particular as channels (14) are extended inward or a web is present on the inside of the bottom wall (12) so that in both cases a collecting basin ( 15) is formed, which is filled in particular with a water-absorbing material.
5. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein schmaler Hohlraum mit insbesondere wasserabsorbierendem Material an der Rückwand (7) mit Öffnung zum Auffangbecken (15) vorhanden ist. 5. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that a narrow cavity with in particular water-absorbing material is present on the rear wall (7) with an opening to the collecting basin (15).
6. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bänder insbesondere Schnüre (16) aus wassertransportierendem Material, die über die Öffnungen (10) in derselben Größe wie die Bänder den Tank (9) mit dem Innenraum des Gehäuses (1) verbinden und dort an der Verteilmatte (8) anliegen, insbesondere im Tank (9) von oben in das Medium eintauchen, oder eine nur bei Sog das Medium durchlassende Membran in den Öffnungen (10) vorhanden ist, die mit der Verteilmatte (8) in Verbindung steht. 6. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that bands, in particular cords (16) made of water-transporting material, which connect the tank (9) to the interior of the housing (1) via the openings (10) in the same size as the bands and lie against the distribution mat (8) there, in particular immerse into the medium in the tank (9) from above, or there is a membrane in the openings (10) that only allows the medium to pass through suction and is in connection with the distribution mat (8) stands.
7. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (9) abgeflacht ist und in dem Tank (9) ein Füllstandsfenster vorhanden ist. 7. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the tank (9) is flattened and a fill level window is present in the tank (9).
8. Bioreaktor nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewässerungseinheit insbesondere in Form eines Betropfungsrohrs oder Betropfungsschlauchs mit Öffnungen quer weniger als 2 cm oberhalb der Oberkante des Biofilms (5) oder unter der 8. Bioreactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that an irrigation unit in particular in the form of a drip pipe or drip hose with openings transversely less than 2 cm above the upper edge of the biofilm (5) or below
Verteilmatte (8) im oberen Bereich und eine Pumpe vorhanden sind, wobei mittels der Pumpe vom Auffangbecken (15) Medium durch die Bewässerungseinheit gepumpt wird. Distribution mat (8) and a pump are present in the upper area, the medium being pumped through the irrigation unit from the collecting basin (15).
9. Bioreaktor nach Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auffangkante unterhalb der quer oberhalb des Biofilms vorhandenen Bewässerungseinheit mit einem Spalt von weniger als 1 mm zum Biofilm (5) auf der Aufwachsmatte (6) vorhanden ist. 9. Bioreactor according to claim 8, characterized in that a collecting edge is present below the irrigation unit present transversely above the biofilm with a gap of less than 1 mm to the biofilm (5) on the growth mat (6).
10. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (2) als Glas- oder Polymethylmethacrylatscheibe ausgestaltet ist, eine Nut jeweils in den Seitenwänden (4) und der Bodenwand (12) vorhanden ist, in welche die Scheibe von oben eingeschoben wird, die Deckenwand (13) abnehmbar ist und als oberer Verschluss dient.
10. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the front wall (2) is designed as a glass or polymethyl methacrylate disk, a groove in each of the side walls (4) and the bottom wall (12) into which the disk is from above is inserted, the top wall (13) is removable and serves as an upper lock.
11. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (4) und die Bodenwand (12) eine Nut für den Einschub der Rückwand (7) mit Biofilm (5) und Matten darauf oder einer zur Rückwand (7) getrennten Ebene mit Biofilm (5) und Matten darauf aufweisen. 11. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the side walls (4) and the bottom wall (12) separate a groove for the insertion of the rear wall (7) with biofilm (5) and mats on it or one to the rear wall (7) Have level with biofilm (5) and mats on it.
12. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite und die Rückseite ganz oder zum Teil Rundungen aufweisen insbesondere das Gehäuse (1) zylinderförmig ausgestaltet ist. 12. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the front side and the rear side are completely or partially rounded, in particular the housing (1) is cylindrical.
13. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matten durch Nadeln, Klett, eine Klemmschiene (17), Sehnen und/oder auf einem Gitter befestigt werden. 13. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the mats are fastened by needles, Velcro, a clamping rail (17), tendons and / or on a grid.
14. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen über der Vorderwand (2) vorhanden ist oder die Vorderwand (2) eine nicht transparente Fläche aufweist und der Rahmen oder die nicht transparente Fläche mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet sind oder selbst aus solch einer bestehen. 14. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that a frame is provided over the front wall (2) or the front wall (2) has a non-transparent surface and the frame or the non-transparent surface are equipped with a photovoltaic system or are themselves made of such exist.
15. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luftzusammensetzungssensoren und andere Sensoren im oder am Gehäuse (1) zusammen mit einer Steuerungseinheit vorhanden sind. 15. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that air composition sensors and other sensors are present in or on the housing (1) together with a control unit.
16. Bioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenübertragung insbesondere eine Funkverbindung zum Übersenden von Daten der Sensoren an einen Empfänger vorhanden ist. 16. Bioreactor according to claim 15, characterized in that there is data transmission, in particular a radio link for transmitting data from the sensors to a receiver.
17. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aktiv über die Luftöffnungen (3) belüftet wird, insbesondere ein Ventilator in den Luftöffnungen (3) vorhanden ist. 17. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (1) is actively ventilated via the air openings (3), in particular a fan is present in the air openings (3).
18. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luft zur Begasung des Mediums in den Tank (9) eingeleitet wird. 18. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that air for gassing the medium is introduced into the tank (9).
19. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen über der Vorderwand (2) vorhanden ist oder die Vorderwand (2) eine nicht transparente Fläche aufweist, von denen aus Lampen von außen nicht sichtbar den Innenbereich des Gehäuses (1) beleuchten. 19. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that a frame is present over the front wall (2) or the front wall (2) has a non-transparent surface, from which lamps are not visible from the outside, the inner area of the housing (1) illuminate.
20. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die ganze oder teilweise Fläche Lampen unterhalb der Matten vorhanden sind, welche den Biofilm (5) von hinten beleuchten. 20. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that lamps are provided below the mats over the whole or in part of the surface, which lamps illuminate the biofilm (5) from behind.
21. Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Decken- oder Bodenbereich eines Raumes installiert wird, wobei im Bodenbereich die 21. Bioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that it is installed in the ceiling or floor area of a room, wherein the floor area
Vorderwand (2) verstärkt ist. Front wall (2) is reinforced.
22. Verfahren zur Luftfilterung in einem Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verunreinigte Luft durch die Luftöffnungen (3) in das Gehäuse (1) einströmt, deren Luftschadstoffe von dem stationären, phototrophen Biofilm (5), der mit Medium aus einem Tank (9) über Öffnungen (10) oder einer Bewässerungseinheit versorgt wird, 22. A method for air filtering in a bioreactor according to any one of the preceding claims, characterized in that contaminated air flows through the air openings (3) into the housing (1), the air pollutants from the stationary, phototrophic biofilm (5) with the medium a tank (9) is supplied via openings (10) or an irrigation unit,
aufgenommen werden und die nun mehr gereinigte Luft das Gehäuse (1) durch die Luftöffnungen (3) wieder verlässt. be taken up and the now more purified air leaves the housing (1) through the air openings (3).
23. Verfahren in einem Bioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biofilm (5) organische Wertstoffe produziert, die durch Abspülen von diesem getrennt und aufgefangen werden.
23. The method in a bioreactor according to any one of the preceding claims, characterized in that the biofilm (5) produces organic valuable substances, which are separated from this by rinsing and collected.
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