內(nèi)腔以引入到培養(yǎng)物容積中。在一些實施方式中，多功能導(dǎo)向葉片可包括超出引導(dǎo)流體流的功能的組合，諸如選自由熱交換、有機碳輸送、養(yǎng)分輸送、氣體輸送、人工照明和參數(shù)感測組成的組的兩個或更多個功能的組合。
[0077]在一些實施方式中，生物反應(yīng)器系統(tǒng)可包括板式或管狀熱交換器，該熱交換器布置在跑道池中的襯里底下、外壁中、中央壁中、底板中、底板下面及它們的組合。在一些實施方式中，熱交換器可包括布置在導(dǎo)向葉片內(nèi)以及跑道池中的襯里底下、外壁中、中央壁中、底板中、底板下面的熱交換器的組合。通過將熱交換器定位在導(dǎo)向葉片內(nèi)或襯里底下，浸入于水性培養(yǎng)物中、污染物可能生長在上面或附著到上面的部件的數(shù)量可最小化，由此提供培養(yǎng)微生物的更健康環(huán)境。取決于熱交換器的位置，布置在跑道池生物反應(yīng)器表面內(nèi)或下面的板式熱交換器可提供比管狀熱交換器更大的熱交換表面積。用于在熱交換器中循環(huán)以使水性培養(yǎng)物冷卻或加熱的熱交換流體可由熱交換器和流體貯存器之間的管道提供。在其它實施方式中，生物反應(yīng)器可包括布置在生物反應(yīng)器容積外側(cè)的熱交換器(例如，管和殼熱交換器)，水性培養(yǎng)物的容積循環(huán)通過該熱交換器進行熱交換。
[0078]可浸入式推進器可購自許多來源，諸如生產(chǎn)可浸入式噴射環(huán)推力混合器產(chǎn)品的Flygt品牌的Xylem(紐約10573Rye Brook第一國際大道)。可浸入式推進器的數(shù)量可由水性培養(yǎng)物的容積和開放式跑道池的直線部的長度指出，并且可包括至少I個、至少2個、至少4個、至少8個或更多個來充分混合培養(yǎng)物容積。例如，具有20，000升容積的開放式跑道池生物反應(yīng)器可使用總計兩個浸入式推進器，由布置在兩個不同位置處的單一推進器組成；并且具有500，000升容積的開放式跑道池生物反應(yīng)器可使用總計至少四個浸入式推進器，由布置在至少兩個不同位置處的至少兩個推進器組成。
[0079]在一些實施方式中，可浸入式推進器可布置在導(dǎo)向葉片的下游，位于跑道池的U形彎曲部的合適位置，諸如但不限于位于U形彎曲部退出處以及直線部的中間通道。在一些實施方式中，至少一個可浸入式推進器可在直線部的端部處布置在U形彎曲部附近，位于這一端部處直線部的長度的20%內(nèi)。例如，如果直線部為100米長，則至少一個可浸入式推進器可布置在直線部的一端部的20米內(nèi)(即，直線部的這一端部和可浸入式推進器之間的距離為20米或以下)。
[0080]在一些實施方式中，至少一個可浸入式推進器可布置成與中央壁和直線部的外壁等距。在一些實施方式中，至少一個可浸入式推進器可布置在直線部中與兩個U形彎曲部之間等距的位置處。在一些實施方式中，位于生物反應(yīng)器中的單一位置處的多個可浸入式推進器可在相同的軸向位置平行，彼此偏移，或者取決于期望的流體運動而交錯。在一些實施方式中，多個可浸入式推進器可布置在生物反應(yīng)器的相反側(cè)或相反兩端，或者沿著生物反應(yīng)器的長度間隔開。
[0081]通過將可浸入式推進器定位在U形彎曲部退出處，所產(chǎn)生的推力可在培養(yǎng)物通過直線部的直線流動中最大化，并且動量可添加到退出U形彎曲部的培養(yǎng)物流，其中由于流動方向的改變，培養(yǎng)物流的一些速度可能損失。在一些實施方式中，至少一個可浸入式推進器可由支撐結(jié)構(gòu)從上方懸置在開放式跑道池的內(nèi)容積中，與開放式跑道池的底板相距一段距離。在一些實施方式中，推進器可布置成，從跑道池的底板開始測量，距離為培養(yǎng)物容積高度的10% -50%,優(yōu)選地，從跑道池的底板開始測量，距離約為水性培養(yǎng)物容積的高度的20% -30%。例如，如果培養(yǎng)物容積高度為2米，則可浸入式推進器可定位在底板上方的0.2米-1米之間。將推進器定位到跑道池中的深度還有利于混合培養(yǎng)物，這樣培養(yǎng)池深度的底部處的微生物被周期性地循環(huán)至空氣/液體界面。
[0082]從上方懸置可浸入式推進器的支撐結(jié)構(gòu)可包括聯(lián)接到生物反應(yīng)器的中央壁和外壁的支撐構(gòu)件。在一些實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)可包括以允許豎直(即，在培養(yǎng)物容積的深度上)以及水平(即，在外壁和中央壁之間)調(diào)整可浸入式推進器的位置的方式(例如，滑動以及鎖定、離散鎖定位置、摩擦配合、夾緊)聯(lián)接到一起的多個支撐構(gòu)件。通過利用可在培養(yǎng)物容積上方從支撐結(jié)構(gòu)懸置的推進器，該推進器提供了優(yōu)于固定到位使馬達位于跑道池外側(cè)的浸入式常規(guī)推進器混合器的優(yōu)點。常規(guī)推進器混合器緊固到由馬達驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸，并且在跑道池中，此軸需要平行于流動方向，這將需要此軸通過使其中一個壁穿透至連接到布置在池外側(cè)的馬達而被浸入。穿透池壁提供了泄漏的機會并且還限制了推進器定位的調(diào)整。相比穿過池壁固定到位的推進器，從止方懸置的完全可浸入式推進器可更容易地豎直以及水平調(diào)整，以最佳放在培養(yǎng)物容積中進行混合。此外，懸置的可浸入式推進器不會引入在開放式跑道池外壁中泄漏的額外機會。
[0083]可浸入式推進器可基于培養(yǎng)物容積大小和跑道池生物反應(yīng)器大小進行設(shè)計，以在跑道池生物反應(yīng)器的整個深度上充分混合培養(yǎng)物并且推進培養(yǎng)物。例如，在20，000升的池生物反應(yīng)器中，推進器可設(shè)計成產(chǎn)生25鎊的推力。在培養(yǎng)剪切敏感的微藻或藍藻過程中，可浸入式推進器可更換為不同的混合裝置，諸如槳輪。
[0084]有機碳源可由至少一個有機碳輸送裝置在生物反應(yīng)器內(nèi)的多個點處配料。在一些實施方式中，有機碳可在混合裝置(例如，推進器、槳輪、栗)的上游的位置處配料，以允許有機碳充分混合在水性培養(yǎng)物中。
[0085]在一些實施方式中，被配料的有機碳可以是乙酸。在其它實施方式中，乙酸的配料可用恒pH培養(yǎng)系統(tǒng)進行，以同時控制pH并且維持微生物生長速率。例如，在培養(yǎng)小球藻的情況下，乙酸流量可包括6.3L/分鐘的20%乙酸，以便實現(xiàn)每天6g/L的生長速率。在一些實施方式中，取決于微生物，被配料的有機碳源可以是葡萄糖、甘油或任何其它合適的有機碳源。在一些實施方式中，至少一個有機碳輸送裝置可包括布置在開放式跑道池內(nèi)的出口，所述出口被構(gòu)造成將有機碳輸送到水性培養(yǎng)物。在一些實施方式中，至少一個有機碳輸送裝置可包括布置在開放式跑道池上方的出口，所述出口被構(gòu)造成將有機碳輸送到水性培養(yǎng)物。在一些實施方式中，有機碳可被輸送穿過多功能導(dǎo)向葉片。
[0086]在一些實施方式中，諸如空氣、氧氣、二氧化碳和氮氣的氣體可通過用于確保維持期望的被溶解氣體水平的裝置被供給到生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的培養(yǎng)物，所述裝置諸如是:位于生物反應(yīng)器底部的噴灑器管、位于跑道池的內(nèi)徑和外徑的基部的噴灑器管、形成跑道池的至少一部分的底部的襯里的膜(例如，Prototype Tyvek)、微泡發(fā)生器、氧濃縮器、液體氧噴射裝置、氧飽和錐、多功能導(dǎo)向葉片和它們的組合。在一些實施方式中，諸如具有文丘里噴射裝置的蛋白質(zhì)撇渣器的泡沫分離裝置可與生物反應(yīng)器池流體連通，并且在經(jīng)由文丘里噴射裝置將空氣或氧氣循環(huán)并引入到培養(yǎng)基中期間處理水性培養(yǎng)物。在一些實施方式中，氧供給裝置可設(shè)計成維持微生物的水性培養(yǎng)物中的溶解氧含量高于3mg/L。
[0087]在一些實施方式中，開放式跑道池生物反應(yīng)器可至少部分地覆蓋有阻擋至少一些光的蓋。在一些實施方式中，蓋可包括篷或溫室。在一些實施方式中，蓋可包括低輪廓蓋。在一些實施方式中，蓋可包括阻擋1%和99%之間的光透射至培養(yǎng)物的材料，諸如但不限于被動遮陽布。在一些實施方式中，蓋可包括選擇性地阻擋某些波長的光透射至培養(yǎng)物的膜。在一些實施方式中，蓋可包括半透明的光伏電池板。
[0088]在一些實施方式中，生物反應(yīng)器系統(tǒng)可包括探針或傳感器，用于測量并監(jiān)測pH、溫度、NO3、溶解氧、溶解二氧化碳、濁度、培養(yǎng)物濃度、流動速度、流量、光和感光色素或類胡蘿卜素中的至少一者。探針或傳感器可位于生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個位置，并且布置在培養(yǎng)物容積的中等深度。在一些實施方式中，通過直接將有機碳添加在可浸入式推進器的上游的位置而使用pH傳感器來控制pH?？苫谔结樆騻鞲衅魉鶞y量的值，根據(jù)需要，手動或用自動化裝備來添加NO3。
[0089]在圖1至圖4中示出了開放式跑道池生物反應(yīng)器的一個非限制性實施方式。開放式跑道池生物反應(yīng)器100包括外壁101、中央壁102、拱形導(dǎo)向葉片103、浸入式推進器104和支撐結(jié)構(gòu)105 (水平)、106 (豎直)或浸入式推進器。外壁101和中央壁102形成圖1至圖4中的生物反應(yīng)器的直線部120和U形彎曲部130的邊界。在圖1至圖4中，出于觀察目的，中央壁102被示出為框架，但在實踐中，面板被插入到框架的開放區(qū)段中，或者襯里被放置在框架上，以形成實心的壁表面。另外，圖1至圖4中的生物反應(yīng)器的外壁101被描繪為以一定角度連接的多個直段，以形成U形彎曲部130的彎曲部；但外壁101還可形成連續(xù)的曲線或弧，如圖7中所示出的。圖4示出了生物反應(yīng)器100在如圖3中標識的橫截面A處的剖視圖，其進一步顯示了浸入式推進器104，該浸入式推進器布置在生物反應(yīng)器的內(nèi)容積中，位于生物反應(yīng)器的底板115上方的一段距離處并且與外壁101和中央壁102間隔開。
[0090]圖2進一步示出了拱形導(dǎo)向葉片103的不對稱形狀，導(dǎo)向葉片的第一端140位于U形彎曲部130的起點，第二端141延伸超過U形彎曲部而進入直線部120。培養(yǎng)物在圖2的開放式跑道池生物反應(yīng)器100中的流動路徑將是逆時針的，培養(yǎng)物首先遇到導(dǎo)向葉片的第一端140，再遇到導(dǎo)向葉片的第二端141，然后當行進通過U形彎曲部130并進入直線部120時遇到浸入式推進器104。拱形導(dǎo)向葉片103在圖1和圖3中還示出為至少與中央壁102 —樣高，以允許拱形導(dǎo)向葉片103的一部分在操作時從培養(yǎng)容積突出。
[0091]供開放式跑道池生物反應(yīng)器的U形彎曲部使用的一對拱形導(dǎo)向葉片的實施方式在圖5中示出為具有內(nèi)導(dǎo)向葉片200和外導(dǎo)向葉片300。圖5中示出的兩個導(dǎo)向葉片是不對稱的，但導(dǎo)向葉片還可以是對稱的或者是對稱和不對稱的組合。導(dǎo)向葉片還可具有相同的曲率半徑或不同的曲率半徑。
[0092]在圖6的視圖中示出了結(jié)構(gòu)性地支撐拱形導(dǎo)向葉片的實施方式。拱形導(dǎo)向葉片603由緊固至外壁601和中央壁602的多個結(jié)構(gòu)化支撐構(gòu)件607支撐，以穩(wěn)定拱形導(dǎo)向葉片603并且維持由外壁601、拱形導(dǎo)向葉片603和中央壁602限定的穿過U形彎曲部的