DE102014221428B4

DE102014221428B4 - New flat plate airlift reactor system

Info

Publication number: DE102014221428B4
Application number: DE102014221428.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Laug
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: DE102014221428A1

Abstract

Reaktorsystem aufweisend mindestens zwei Reaktoren, wobei ein erster und ein zweiter Reaktor jeweils mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung aufweisen, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors mit der mindestens einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors über mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung miteinander verbunden ist.Reactor system comprising at least two reactors, wherein a first and a second reactor each have at least one reaction medium return device, the at least one reaction medium return device of the first reactor being connected to the at least one reaction medium return device of the second reactor via at least one reaction medium exchange line.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktorsystem, aufweisend mindestens zwei Reaktoren, und ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen, wobei das Reaktorsystem verwendet wird.The present invention relates to a reactor system, having at least two reactors, and a method for cultivating microorganisms, using the reactor system.

Flachplatten-Airlift-Reaktoren, auch als Flat-Panel Air-Lift Photobioreaktoren, Flachplatten-Lufthebe-Reaktoren oder Air-Lift-Bioreaktoren bezeichnet, werden im Stand der Technik, beispielsweise bekannt aus WO 02/31102 A1 und WO 00/61719 , zur Kultivierung von Mikroorganismen in Reihe, hintereinander und/oder nebeneinander, aufgebaut. Jeder dieser Reaktoren bildet für sich eine eigene Einheit. Aus Kostengründen wird jeweils nur ein einziger Reaktor in einer Reihe oder einem Modul, welches aus mehreren Reihen besteht, mit einer pH-Sonde, einem Temperaturfühler und einem Füllstandsensor ausgestattet. Alle weiteren Reaktoren in dieser Reihe oder einem Modul, welches aus mehreren Reihen besteht, enthalten keinerlei Sensorik. Das heißt, der erste Reaktor in der Reihe oder in einem Modul wird als Master für alle anderen Reaktoren verwendet. Dies betrifft die pH-Regelung über die CO₂-Zugabe, die Fütterung mit Nährstoffen und den Füllstand der Reaktoren.Flat-panel airlift reactors, also referred to as flat-panel air-lift photobioreactors, flat-panel air-lift reactors or air-lift bioreactors, are known in the prior art, for example WO 02/31102 A1 and WO 00/61719 , for the cultivation of microorganisms in series, one behind the other and/or next to one another. Each of these reactors forms its own unit. For cost reasons, only a single reactor in a row or a module consisting of several rows is equipped with a pH probe, a temperature sensor and a level sensor. All other reactors in this row or a module that consists of several rows do not contain any sensors. This means that the first reactor in the series or in a module is used as the master for all other reactors. This concerns the pH control via the addition of CO ₂ , feeding with nutrients and the filling level of the reactors.

Alle drei Parameter, nämlich der pH-Wert, der Füllstand und die Fütterungszufuhr, werden für den Masterreaktor optimal eingestellt.All three parameters, namely the pH value, the filling level and the feeding supply, are optimally adjusted for the master reactor.

Als Begasungsmembran wird meist ein Silikonschlauch verwendet, der über die gesamte Länge in einer Linie perforiert ist. Die Perforation fällt von Silikonschlauch zu Silikonschlauch unterschiedlich aus, was sich im Blasenbild wiederspiegelt. Somit ist auch die über den Silikonschlauch bewerkstelligte CO₂-Versorgung, welche für die pH-Wert-Regelung verantwortlich ist, unterschiedlich. Das hat zur Folge, dass die Kultur in den weiteren Reaktoren nicht auf den für die Kultur optimalen pH-Wert eingestellt ist. Die Folgen können unterschiedliche Wachstumsraten und der damit verbundene Nährstoffverbrauch sein. Dies kann bei gleicher Fütterungsrate aller Reaktoren eines Moduls zu einer Nährstofflimitierung oder Überdosierung und damit zu einer Wachstumslimitierung oder Wachstumshemmung in den unterschiedlichen Reaktoren führen.A silicone tube that is perforated in a line along its entire length is usually used as the gassing membrane. The perforation varies from silicone tube to silicone tube, which is reflected in the bubble pattern. The CO ₂ supply provided via the silicone tube, which is responsible for pH value regulation, is therefore also different. This means that the culture in the other reactors is not adjusted to the optimal pH value for the culture. The consequences can be different growth rates and the associated nutrient consumption. If all reactors in a module have the same feeding rate, this can lead to a nutrient limitation or overdose and thus to a growth limitation or growth inhibition in the different reactors.

Mit den aus dem Master-Reaktor gemessenen Werten werden auch alle weiteren Reaktoren gefüttert. Die Fütterung findet über eine Medienzuleitung statt. Dazu muss im Vorfeld an allen Reaktoren circa ein Viertel der Biomasse abgelassen werden, damit über ein Medium die Nährstoffe wieder zugeführt werden können, ohne dass es zu einem Überlaufen der Reaktoren kommt. Es ist dabei wichtig, die einzelnen Komponenten, wie Ammonium-, Phosphat- und Eisenionen, unabhängig in die Reaktoren einzubringen. Die Leitungen müssen immer wieder gespült werden, damit bestimmte Bestandteile des Mediums nicht im Sterilfilter auskristallisieren. Ein hoher logistischer Aufwand ist daher nötig, um einigermaßen sicherzustellen, dass die Kultur mit allen Elementen versorgt wird. Nur so kann das Ausflocken oder Auskristallisieren und damit das Verstopfen der Sterilfilter verhindert werden. Durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse in der Medienleitung kann zudem nicht sichergestellt werden, dass alle Reaktoren gleich versorgt werden. Die Folge ist eine Unter- oder Überfütterung einzelner Reaktoren.All other reactors are also fed with the values measured from the master reactor. Feeding takes place via a media supply line. To do this, around a quarter of the biomass must be drained from all reactors in advance so that the nutrients can be reintroduced via a medium without the reactors overflowing. It is important to introduce the individual components, such as ammonium, phosphate and iron ions, independently into the reactors. The lines must be rinsed again and again so that certain components of the medium do not crystallize in the sterile filter. A great deal of logistical effort is therefore necessary to ensure to some extent that the culture is supplied with all elements. This is the only way to prevent flocculation or crystallization and thus clogging of the sterile filters. Due to the different pressure conditions in the media line, it cannot be ensured that all reactors are supplied equally. The result is that individual reactors are under- or over-fed.

Durch die unterschiedliche Versorgung der Reaktoren mit CO₂ und Fütterungskomponenten kann es auch zu Schaumbildung in den einzelnen Reaktoren kommen. Dieser Schaum wird über das Abluftsystem abgeführt. Bei stärkerer Schaumbildung und Verdunstung sinkt der Füllstand einzelner Reaktoren. Dies führt dazu, dass die Grundfunktion des Reaktors nicht mehr gewährleistet ist, nämlich dass Reaktionsmediumrückführvorrichtungen innerhalb der Reaktoren nicht mehr für eine ideale Durchmischung sorgen können.Due to the different supply of CO ₂ and feeding components to the reactors, foam formation can also occur in the individual reactors. This foam is removed via the exhaust system. With increased foam formation and evaporation, the filling level of individual reactors drops. This means that the basic function of the reactor is no longer guaranteed, namely that reaction medium return devices within the reactors can no longer ensure ideal mixing.

Im Stand der Technik wird dieses Problem durch Kontrolle mit hohem Personalaufwand behoben. Diese Kontrolle umfasst Probennahme, optische Dichtebestimmung, pH-Kontrolle und die Bestimmung der Nährstoffkonzentration. Nach entsprechender Kontrolle werden gezielt Nährstoffe in die einzelnen Reaktoren über ein speziell entwickeltes Fütterungssystem auf Hard- und Softwarebasis durchgeführt. Dieses Fütterungssystem ist jedoch bei der Überführung vom Pilotmaßstab in den technischen Maßstab auf Grund der Komplexität und des Aufwandes nicht mehr realisierbar. Zudem kommt es oft vor, dass einzelne Reaktoren mit einer Spritze nachgefüttert werden müssen. Dies ist allein mit einem hohen zeitlichen Aufwand zu meistern.In the prior art, this problem is solved by checking with a high level of personnel effort. This control includes sampling, optical density determination, pH control and determination of nutrient concentration. After appropriate control, nutrients are specifically fed into the individual reactors using a specially developed hardware and software-based feeding system. However, this feeding system is no longer feasible when transferred from pilot scale to technical scale due to its complexity and effort. In addition, it often happens that individual reactors have to be refilled with a syringe. This alone requires a lot of time to master.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung insbesondere die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden, insbesondere ein Reaktorsystem mit mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung aufweisenden Einzelreaktoren bereitzustellen, wobei eine verbesserte, insbesondere optimale Kultivierung in allen einzelnen Reaktoren erfolgt, ohne dass bei allen Reaktoren die Verfahrensparameter individuell über Sensoren kontrolliert werden müssen. Insbesondere soll auch ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen bereitgestellt werden, wobei diese Mikroorganismen in jedem einzelnen Reaktor des Reaktorsystems unter verbesserten, insbesondere optimalen Kulturbedingungen kultiviert werden können.It is therefore the object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages, in particular to provide a reactor system with individual reactors having at least one reaction medium return device, with improved, in particular optimal, cultivation taking place in all individual reactors without the process parameters being individually controlled in all reactors via sensors Need to become. In particular, a method for cultivating microorganisms should also be provided, whereby these microorganisms can be cultivated in each individual reactor of the reactor system under improved, in particular optimal, culture conditions.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird insbesondere durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object of the present invention is achieved in particular by the teaching of the independent claims.

Insbesondere ist ein Reaktorsystem, aufweisend mindestens zwei Reaktoren, vorgesehen, wobei ein erster und ein zweiter Reaktor jeweils mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt mindestens eine Fallleitung, aufweisen, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumsrückführvorrichtung des ersten Reaktors mit der mindestens einen Reaktionsmediumsrückführvorrichtung des zweiten Reaktors über mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung, bevorzugt unmittelbar, miteinander verbunden ist.In particular, a reactor system comprising at least two reactors is provided, wherein a first and a second reactor each have at least one reaction medium return device, preferably at least one downcomer, wherein the at least one reaction medium return device of the first reactor communicates with the at least one reaction medium return device of the second reactor via at least one Reaction medium exchange line, preferably directly, is connected to one another.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Reaktorsystem ist, dass auf Grund des Reaktionsmediumsaustausches über die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors und der mindestens einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mittels einer Reaktionsmediumsaustauschleitung eine schnelle Durchmischung, insbesondere eine optimale Durchmischung, der Reaktoren innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne erreicht wird. Somit kann eine ungleichmäßige Versorgung in den einzelnen Reaktoren mit Nährstoffen und CO₂ schnell ausgeglichen werden. Die ungleichmäßige Versorgung führt zu unterschiedlichen Zellkonzentrationen in den Reaktoren. Dies bedingt einen unterschiedlichen Nährstoffverbrauch, einen unterschiedlichen pH-Wert und damit einen unterschiedlichen CO₂Bedarf. Die Füllstände der Reaktoren haben auf Grund der Flüssigkeitskommunikation der einzelnen Reaktoren per se den gleichen Wert. Insbesondere kann die Fütterung mit Nährstoffen, insbesondere mit Phosphor-, Stickstoff- und Spurenelementnährlösungen, über einen einzigen Reaktor erfolgen. Durch eine automatische Fütterung mit Nährstoffen und einem Spülen mit demineralisiertem Wasser zwischen der Fütterung mit unterschiedlichen Nährlösungen besteht keine Gefahr des Ausfallens oder Auskristallisierens von irgendwelchen Komponenten. Somit ist es möglich, das gesamte Reaktorsystem über einen einzelnen Reaktor zu füttern, insbesondere ohne Biomasse ablassen zu müssen. Somit können die Reaktoren, insbesondere das Reaktorsystem, insbesondere mit einer höheren Biomassekonzentration betrieben werden. Über die Reaktionsmediumaustauschleitung werden insbesondere die Zellkonzentration und die Nährstoffkonzentration in allen miteinander verbundenen Reaktoren ausgeglichen, sodass gezielt im gesamten Reaktorvolumen die Zellkonzentration und die Nährstoffkonzentration eingestellt werden können.The advantage of the reactor system according to the invention is that, due to the reaction medium exchange via the at least one reaction medium return device of the first reactor and the at least one reaction medium return device of the second reactor by means of a reaction medium exchange line, rapid mixing, in particular optimal mixing, of the reactors is achieved within a very short period of time. This means that an uneven supply of nutrients and CO ₂ in the individual reactors can be quickly compensated for. The uneven supply leads to different cell concentrations in the reactors. This requires different nutrient consumption, a different pH value and therefore a different CO ₂ requirement. The filling levels of the reactors per se have the same value due to the fluid communication between the individual reactors. In particular, feeding with nutrients, in particular with phosphorus, nitrogen and trace element nutrient solutions, can take place via a single reactor. By automatically feeding with nutrients and rinsing with demineralized water between feeding with different nutrient solutions, there is no risk of any components precipitating or crystallizing. It is therefore possible to feed the entire reactor system via a single reactor, in particular without having to drain biomass. The reactors, in particular the reactor system, can thus be operated in particular with a higher biomass concentration. In particular, the cell concentration and the nutrient concentration in all interconnected reactors are balanced via the reaction medium exchange line, so that the cell concentration and the nutrient concentration can be specifically adjusted in the entire reactor volume.

Durch die vorliegende technische Lehre ist es auch möglich, beliebig viele Reaktoren nur mit sehr geringem Aufwand dem Reaktorsystem zuzuführen oder Reaktoren aus dem Reaktorsystem zu entfernen. Somit kann mit der Kultivierung von Mikroorganismen unmittelbar gestartet werden. Ein Umpumpen von Kulturmedien ist unnötig, wodurch die Kultur auch besser vor Kontaminationen geschützt werden kann.The present technical teaching also makes it possible to add any number of reactors to the reactor system or to remove reactors from the reactor system with very little effort. This means you can start cultivating microorganisms straight away. Pumping around culture media is unnecessary, which means the culture can be better protected against contamination.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Reaktionsmediumrückführvorrichtung“ eine Vorrichtung, insbesondere eine Leitung, verstanden, mit der ein Reaktionsmedium, welches zunächst von einer Zone A innerhalb eines Reaktors zu einer dazu beabstandeten Zone B des Reaktors transportiert wurde, von der Zone B zu der Zone A zurückgeführt wird. Bevorzugt kann das Reaktionsmedium durch stationäre, kreisförmige Strömung, Walzenströmung oder mit einer Pumpe von der Zone A, welche sich im unteren Teil des Reaktors befindet, zu der Zone B, welche sich im oberen Teil des Reaktors befindet, transportiert werden. Über die Reaktionsmediumrückführvorrichtung, insbesondere die Fallleitung, strömt, bevorzugt fällt, das Reaktionsmedium von der Zone B somit wieder zu der Zone A. Die Reaktionsmediumrückführvorrichtung, insbesondere die Fallleitung, stellt bevorzugt eine geschlossene Vorrichtung, insbesondere eine geschlossene Leitung, dar, wobei das Reaktionsmedium allein über endständige Öffnungen und Reaktionsmediumaustauschsleitung(en) ein- oder austreten kann.In connection with the present invention, the term “reaction medium return device” is understood to mean a device, in particular a line, with which a reaction medium, which was initially transported from a zone A within a reactor to a zone B of the reactor spaced therefrom, from the zone B is returned to zone A. Preferably, the reaction medium can be transported by stationary, circular flow, roller flow or with a pump from zone A, which is located in the lower part of the reactor, to zone B, which is located in the upper part of the reactor. Via the reaction medium return device, in particular the downcomer, the reaction medium flows, preferably falls, from zone B and thus back to zone A. The reaction medium return device, in particular the downcomer, preferably represents a closed device, in particular a closed line, with the reaction medium alone can enter or exit via terminal openings and reaction medium exchange line(s).

Bei Airlift-Bioreaktoren erfolgt bevorzugt durch die bodenseitige Begasung und das Austreten eines Gases, bevorzugt von Luft, an der Kopfseite des Airlift-Bioreaktors eine hydrostatische Druckdifferenz, wodurch sich eine Pumpenwirkung einstellt, die einen Flüssigkeitsstrom erzeugt. Das in einem Airflift-Bioreaktor in die kopfseitige oder obere Zone fließende Reaktionsmedium wird durch die Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt die Fallleitung, wieder in die bodenseitige oder untere Zone zurückgeführt.In airlift bioreactors, a hydrostatic pressure difference preferably occurs due to the gassing at the bottom and the escape of a gas, preferably air, at the top of the airlift bioreactor, which creates a pump effect that generates a liquid flow. The reaction medium flowing into the top or upper zone in an airflift bioreactor is returned to the bottom or lower zone by the reaction medium return device, preferably the downcomer.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei allein ein einziger Reaktor der mindestens zwei Reaktoren mindestens einen Sensortyp, bevorzugt mindestens einen Sensor, aufweist.A reactor system is preferably provided, with just a single reactor of the at least two reactors having at least one type of sensor, preferably at least one sensor.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, das mindestens 10, bevorzugt mindestens 50, Reaktoren aufweist. Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, das 2 bis 50, bevorzugt 10 bis 20, Reaktoren aufweist, wobei die jeweils benachbarten Reaktoren jeweils über mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung miteinander verbunden sind.A reactor system is preferably provided which has at least 10, preferably at least 50, reactors. A reactor system is preferably provided which has 2 to 50, preferably 10 to 20, reactors, the adjacent reactors each being connected to one another via at least one reaction medium exchange line.

Bevorzugt weist maximal jeder zweite Reaktor des Reaktorsystems mindestens einen Sensor auf. Bevorzugt weist jeder dieser mindestens einen Sensortyp, bevorzugt mindestens einen Sensor aufweisenden Reaktoren mindestens zwei, bevorzugt mindestens 3, Sensortypen, bevorzugt Sensoren, auf.Preferably, a maximum of every second reactor of the reactor system has at least one sensor. Each of these preferably has at least one Sensor type, preferably at least one sensor having reactors at least two, preferably at least 3, sensor types, preferably sensors.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei der mindestens eine Sensortyp ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus pH-Wert-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Füllstandmessung und Sensor zur optischen Dichtebestimmung.A reactor system is preferably provided, wherein the at least one sensor type is selected from the group consisting of pH value sensor, temperature sensor, sensor for level measurement and sensor for optical density determination.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei mindestens eine, bevorzugt genau eine, der mindestens einen Reaktionsmediumaustauschleitung mindestens einen Sensortyp aufweist. Bevorzugt weist allein eine einzige Reaktionsmediumaustauschleitung des Reaktorsystems mindestens einen Sensortyp auf. Bevorzugt ist der mindestens eine Sensortyp der Reaktionsmediumaustauschleitung ein pH-Wert-Sensor, ein Temperatursensor oder ein Sensor zur optischen Dichtemessung. Bevorzugt weisen alleine die Reaktionsmediumaustauschleitungen des Reaktorsystems mindestens einen Sensortyp, bevorzugt mindestens einen Sensor, bestehend aus der Gruppe aus pH-Wert-Sensor, Temperatursensor und Sensor zur optischen Dichtebestimmung auf.A reactor system is preferably provided, with at least one, preferably exactly one, of the at least one reaction medium exchange line having at least one type of sensor. Preferably, a single reaction medium exchange line of the reactor system alone has at least one type of sensor. Preferably, the at least one sensor type of the reaction medium exchange line is a pH value sensor, a temperature sensor or a sensor for optical density measurement. The reaction medium exchange lines of the reactor system alone preferably have at least one type of sensor, preferably at least one sensor, consisting of the group consisting of a pH value sensor, a temperature sensor and a sensor for optical density determination.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung eine Fallleitung ist. Die Fallleitung wird auch als Downcomer bezeichnet.A reactor system is preferably provided, wherein the at least one reaction medium return device is a downcomer. The downcomer is also known as the downcomer.

Bevorzugt weisen die mindestens zwei Reaktoren mindestens zwei oder mindestens drei, bevorzugt genau zwei oder genau drei, Reaktionsmediumrückführvorrichtungen auf.The at least two reactors preferably have at least two or at least three, preferably exactly two or exactly three, reaction medium return devices.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten und des zweiten Reaktors jeweils über ein Ventil mit der Reaktionsmediumaustauschleitung, bevorzugt unmittelbar, verbunden ist. Bevorzugt weist die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt die Fallleitung, mindestens ein Ventil auf. Das Ventil teilt die Reaktionsmediumrückführvorrichtung bevorzugt in einen oberen Teil und in einen unteren Teil, wobei der obere Teil in Fließrichtung des Reaktionsmediums gesehen zuerst und anschließend der untere Teil von dem Reaktionsmedium durchströmt wird.A reactor system is preferably provided, wherein the at least one reaction medium return device of the first and second reactors is each connected to the reaction medium exchange line, preferably directly, via a valve. Preferably, the at least one reaction medium return device, preferably the downcomer, has at least one valve. The valve preferably divides the reaction medium return device into an upper part and a lower part, with the upper part, viewed in the flow direction of the reaction medium, being flowed through first and then the lower part being flowed through by the reaction medium.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors mit der mindestens einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors über mindestens zwei, bevorzugt genau zwei, Reaktionsmediumaustauschleitungen, bevorzugt unmittelbar, miteinander verbunden.In a preferred embodiment, the at least one reaction medium return device of the first reactor is connected to one another, preferably directly, with the at least one reaction medium return device of the second reactor via at least two, preferably exactly two, reaction medium exchange lines.

Bevorzugt weist die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung zwei Ventile auf, wobei die Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt die Fallleitung, in einen oberen, mittleren und unteren Teil unterteilt ist.The at least one reaction medium return device preferably has two valves, the reaction medium return device, preferably the downcomer, being divided into an upper, middle and lower part.

Bevorzugt weist die Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt die mindestens eine Fallleitung, zwei Ventile, nämlich ein erstes und ein zweites Ventil, auf. Das erste Ventil ist auch Fließrichtung des Reaktionsmediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt in der Fallleitung, vor dem zweiten Ventil angeordnet.The reaction medium return device, preferably the at least one downcomer, preferably has two valves, namely a first and a second valve. The first valve is also arranged in the flow direction of the reaction medium in the reaction medium return device, preferably in the downcomer, upstream of the second valve.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reaktionsmediumrückführvorrichtungen, insbesondere die Fallleitungen, in Fallrichtung des Reaktionsmediums angeordnet.In a preferred embodiment, the reaction medium return devices, in particular the downcomers, are arranged in the direction of fall of the reaction medium.

In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet ein Ventil einen oberen Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung entweder mit einem unteren Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung oder mit der Reaktionsmediumaustauschleitung. Dementsprechend fließt in einer Schaltstellung des Ventils das in einen erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Reaktor eingefüllte Reaktionsmedium vom oberen Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung in den unteren Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung. In einer zweiten Schaltstellung des Ventils fließt das Reaktionsmedium von dem oberen Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung in die Reaktionsmediumaustauschleitung. In einer dritten Schaltstellung des Ventils fließt das Reaktionsmedium von der Reaktionsmediumaustauschleitung in den unteren Teil der Reaktionsmediumrückführvorrichtung.In a preferred embodiment, a valve connects an upper part of the reaction medium return device either to a lower part of the reaction medium return device or to the reaction medium exchange line. Accordingly, in a switching position of the valve, the reaction medium filled into a reactor according to the invention or preferred according to the invention flows from the upper part of the reaction medium return device into the lower part of the reaction medium return device. In a second switching position of the valve, the reaction medium flows from the upper part of the reaction medium return device into the reaction medium exchange line. In a third switching position of the valve, the reaction medium flows from the reaction medium exchange line into the lower part of the reaction medium return device.

Die Reaktionsmediumaustauschleitung ist bevorzugt jeweils senkrecht zu den beiden Reaktionsmediumrückführvorrichtungen angeordnet, welche sie miteinander, bevorzugt unmittelbar, verbindet. Alternativ bevorzugt ist die Reaktionsaustauschleitung nicht senkrecht zu den durch sie verbundenen Reaktionsmediumrückführvorrichtungen angeordnet.The reaction medium exchange line is preferably arranged perpendicular to the two reaction medium return devices, which connect them to one another, preferably directly. Alternatively, the reaction exchange line is preferably not arranged perpendicular to the reaction medium return devices connected by it.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Reaktorsystem mindestens zwei Reaktoren auf, wobei ein erster und ein zweiter Reaktor jeweils mindestens zwei Reaktionsmediumrückführvorrichtungen, bevorzugt Fallleitungen, aufweisen, wobei eine erste Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten und des zweiten Reaktors jeweils zwei Ventile aufweist, wobei das erste Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung mit dem zweiten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der anderen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist und wobei das zweite Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung mit dem ersten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der anderen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform fließt daher das Reaktionsmedium jeweils vom oberen Teil der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung über die Reaktionsmediumaustauschleitung in den unteren Teil der anderen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung.In a preferred embodiment, the reactor system has at least two reactors, with a first and a second reactor each having at least two reaction medium return devices, preferably downcomers, with a first reaction medium return device of the first and second reactors each having two valves, the first valve (in Flow direction of the medium seen in the reaction medium return device) of a first reaction medium return device with the second valve (in the flow direction of the medium in the reaction medium dium return device) of the other first reaction medium return device is connected, preferably directly, via a reaction medium exchange line and wherein the second valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a first reaction medium return device is connected to the first valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device). another first reaction medium return device is connected via a reaction medium exchange line. In this preferred embodiment, the reaction medium therefore flows from the upper part of the one first reaction medium return device via the reaction medium exchange line into the lower part of the other first reaction medium return device.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Reaktorsystem mindestens drei Reaktoren auf, wobei ein erster und ein dritter Reaktor jeweils mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung und ein dritter Reaktor mindestens zwei Reaktionsmediumrückführvorrichtungen aufweisen, wobei eine erste und eine zweite Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors und eine erste Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten und des dritten Reaktors jeweils zwei Ventile aufweist, wobei das erste Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem zweiten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist und wobei das zweite Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem ersten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist und wobei das erste Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen zweiten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem zweiten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des dritten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, mittels der Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist und wobei das zweite Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen zweiten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem ersten Ventil (in Flussrichtung des Mediums in der Reaktionsmediumrückführvorrichtung gesehen) der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des dritten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist.In a preferred embodiment, the reactor system has at least three reactors, a first and a third reactor each having at least one reaction medium return device and a third reactor at least two reaction medium return devices, a first and a second reaction medium return device of the second reactor and a first reaction medium return device of the first and second reactors The third reactor each has two valves, wherein the first valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a first reaction medium return device of the second reactor with the second valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a first reaction medium return device of the first reactor, preferably directly, via a reaction medium exchange line and wherein the second valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of the first reaction medium return device of the second reactor is connected to the first valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of the first reaction medium return device of the first Reactor, preferably directly, is connected via a reaction medium exchange line and wherein the first valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a second reaction medium return device of the second reactor with the second valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a first reaction medium return device of the third reactor, preferably directly, is connected by means of the reaction medium exchange line and wherein the second valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of a second reaction medium return device of the second reactor is connected to the first valve (seen in the flow direction of the medium in the reaction medium return device) of the one The first reaction medium return device of the third reactor is connected, preferably directly, via a reaction medium exchange line.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Reaktorsystem mindestens drei Reaktoren auf, wobei ein erster und ein dritter Reaktor jeweils mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung und ein dritter Reaktor mindestens zwei Reaktionsmediumrückführvorrichtungen aufweisen, wobei eine erste und eine zweite Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors und eine erste Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten und des dritten Reaktors jeweils ein Ventil aufweist, wobei das Ventil der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem Ventil der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist und wobei das Ventil der einen zweiten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors mit dem Ventil der einen ersten Reaktionsmediumrückführvorrichtung des dritten Reaktors, bevorzugt unmittelbar, über eine Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist.In a preferred embodiment, the reactor system has at least three reactors, a first and a third reactor each having at least one reaction medium return device and a third reactor at least two reaction medium return devices, a first and a second reaction medium return device of the second reactor and a first reaction medium return device of the first and second reactors The third reactor each has a valve, wherein the valve of a first reaction medium return device of the second reactor is connected to the valve of a first reaction medium return device of the first reactor, preferably directly, via a reaction medium exchange line and wherein the valve of a second reaction medium return device of the second reactor is connected to the valve which is connected to a first reaction medium return device of the third reactor, preferably directly, via a reaction medium exchange line.

Bevorzugt weist das Reaktionssystem mindestens eine weitere Reaktionsmediumaustauschleitung auf, welche die einzelnen Reaktoren miteinander verbindet, wobei diese Reaktoren mit ihren benachbarten Reaktoren, bevorzugt jeweils allein über eine einzige Reaktionsmediumaustauschleitung miteinander verbunden sind. Falls mehrere Reaktoren nebeneinander vorliegen und die benachbarten Reaktoren jeweils allein über eine einzige Reaktionsmediumaustauschleitung, bevorzugt unmittelbar, verbunden sind, also in Flüssigkeitsaustausch stehen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine weitere Reaktionsmediumaustauschleitung den ersten und den letzten Reaktor verbindet, sodass ein Kreislauf entsteht.The reaction system preferably has at least one further reaction medium exchange line which connects the individual reactors to one another, these reactors being connected to their neighboring reactors, preferably in each case via a single reaction medium exchange line. If there are several reactors next to each other and the neighboring reactors are each connected, preferably directly, via a single reaction medium exchange line, i.e. are in liquid exchange, it is preferably provided that a further reaction medium exchange line connects the first and the last reactor, so that a circuit is created.

Bevorzugt kann das Reaktorsystem erste Reaktoren aufweisen, wobei deren Reaktionsmediumrückführvorrichtungen jeweils mit mindestens zwei, bevorzugt genau zwei, Reaktionsmediumaustauschsleitungen miteinander verbunden sind und zweite Reaktoren, deren Reaktionsmediumrückführvorrichtungen jeweils mit genau einer Reaktionsmediumaustauschleitung miteinander verbunden sind.Preferably, the reactor system can have first reactors, whose reaction medium return devices are each connected to one another with at least two, preferably exactly two, reaction medium exchange lines, and second reactors, whose reaction medium return devices are each connected to one another with exactly one reaction medium exchange line.

Bevorzugt ist die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung gekühlt, bevorzugt mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet.The at least one reaction medium return device is preferably cooled, preferably equipped with a cooling device.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung von einer mit Wasser oder einem Kühlmittel befüllbare Kühlleitung ummantelt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlleitung im Wesentlichen konzentrisch, bevorzugt konzentrisch, um die Reaktionsmediumaustauschleitung angeordnet. Dementsprechend ist in radialer Richtung gesehen der Abstand der äußeren Wand der Reaktionsmediumaustauschleitung zu der inneren Wand der Kühlleitung im Wesentlichen, bevorzugt exakt, gleich groß. Die Ummantelung der Reaktionsmediumaustauschleitung mit der Kühlleitung liegt zumindest bereichsweise, bevorzugt über den gesamten Bereich der Reaktionsmediumaustauschleitung, vor.It is preferably provided that the at least one reaction medium exchange line is filled with water or a coolant Cooling line is covered. In this preferred embodiment, the cooling line is arranged essentially concentrically, preferably concentrically, around the reaction medium exchange line. Accordingly, viewed in the radial direction, the distance between the outer wall of the reaction medium exchange line and the inner wall of the cooling line is essentially, preferably exactly, the same size. The jacketing of the reaction medium exchange line with the cooling line is present at least in some areas, preferably over the entire area of the reaction medium exchange line.

Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist für die Kühlung des Reaktionssystems, insbesondere des Reaktionsmediums, eine Sprinklervorrichtung oder ein gekühltes oder temperiertes Wasserbad vorgesehen, in das die Reaktoren zumindest teilweise eingetaucht werden.Alternatively or additionally preferably, a sprinkler device or a cooled or tempered water bath into which the reactors are at least partially immersed is provided for cooling the reaction system, in particular the reaction medium.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens zwei Reaktoren Photobioreaktoren, bevorzugt Flachplatten-Airlift-Reaktoren, auch als Flachplatten-Lufthebe-Reaktoren oder Airlift-Bioreaktoren bezeichnet, sind.A reactor system is preferably provided, wherein the at least two reactors are photobioreactors, preferably flat plate airlift reactors, also referred to as flat plate airlift reactors or airlift bioreactors.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens zwei Reaktoren jeweils zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für ein Nährstoffmedium aufweisen. Bevorzugt weist allein ein einziger Reaktor des Reaktorsystems zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für ein Nährstoffmedium auf. Bevorzugt weist ein sensorfreier Reaktor, das heißt ein Reaktor, der keine Sensoren aufweist, zusätzlich den mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für ein Nährstoffmedium auf. Insbesondere bevorzugt weist allein der mindestens einen Sensortyp, bevorzugt der mindestens einen Sensor aufweisende Reaktor, zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für ein Nährstoffmedium auf.A reactor system is preferably provided, with the at least two reactors each additionally having at least one, preferably exactly one, inlet for a nutrient medium. Preferably, a single reactor of the reactor system additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for a nutrient medium. A sensor-free reactor, that is to say a reactor that does not have any sensors, preferably additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for a nutrient medium. Particularly preferably, the at least one sensor type alone, preferably the reactor having at least one sensor, additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for a nutrient medium.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens zwei Reaktoren jeweils zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für Gase, auch als Gaseinlass bezeichnet, aufweisen. Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei alle Reaktoren des Reaktorsystems jeweils zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für Gase, auch als Gaseinlass bezeichnet, aufweisen.A reactor system is preferably provided, with the at least two reactors each additionally having at least one, preferably exactly one, inlet for gases, also referred to as a gas inlet. A reactor system is preferably provided, with all reactors of the reactor system each additionally having at least one, preferably exactly one, inlet for gases, also referred to as a gas inlet.

Bevorzugt ist der mindestens eine, besonders genau eine, Einlass für Gase eine Begasungsmembran, bevorzugt ein Silikonschlauch, der über seine gesamte Länge, bevorzugt in einer Linie angeordnet, perforiert ist.Preferably, the at least one, particularly one, inlet for gases is a gassing membrane, preferably a silicone tube, which is perforated over its entire length, preferably arranged in a line.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei die mindestens zwei Reaktoren jeweils zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten aufweisen. Bevorzugt weist allein ein einziger Reaktor des Reaktorsystems zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten auf. Bevorzugt weist allein der mindestens einen Sensortyp, bevorzugt mindestens einen Sensor aufweisende Reaktor, zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten auf. Bevorzugt weist ein sensorfreier Reaktor, das heißt ein Reaktor, der keine Sensoren aufweist, zusätzlich den mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten auf.A reactor system is preferably provided, with the at least two reactors each additionally having at least one, preferably exactly one, inlet for the supply of further components. Preferably, a single reactor of the reactor system additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for the supply of further components. Preferably, the reactor alone, which has at least one type of sensor, preferably at least one sensor, additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for the supply of further components. A sensor-free reactor, that is to say a reactor that does not have any sensors, preferably additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for supplying further components.

Bevorzugt ist ein Reaktorsystem vorgesehen, wobei alle Reaktoren mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für ein Nährstoffmedium und mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für Gase aufweisen. Bevorzugt weist dieses Reaktorsystems zusätzlich einen einzigen mindestens einen Sensortyp, bevorzugt mindestens einen Sensor aufweisenden Reaktor auf, welcher zusätzlich mindestens einen, bevorzugt genau einen, Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten aufweist.A reactor system is preferably provided, with all reactors having at least one, preferably exactly one, inlet for a nutrient medium and at least one, preferably exactly one, inlet for gases. This reactor system preferably additionally has a single reactor having at least one sensor type, preferably at least one sensor, which additionally has at least one, preferably exactly one, inlet for the supply of further components.

Diese weiteren Komponenten, bevorzugt Stickstoffquellen, bevorzugt NH₄ ⁺-Ionen, Harnstoff, Nitrat oder ein Gemisch davon, Fe²⁺-, Fe³⁺- und PO₄ ^3--Ionen oder Verbindungen, werden über den Einlass für ein Nährstoffmedium den Reaktoren zugeführt. Das Auskristallisieren von Nährstoffen in den Leitungen zur Nährstoffmedienzufuhr wird durch Spülen der Leitungen mit Wasser, bevorzugt demineralisiertem Wasser, zwischen den jeweiligen Nährstoffmedienzufuhren verhindert.These further components, preferably nitrogen sources, preferably NH ₄ ⁺ ions, urea, nitrate or a mixture thereof, Fe ²⁺ , Fe ³⁺ and PO ₄ ^3- ions or compounds, are supplied to the reactors via the inlet for a nutrient medium supplied. The crystallization of nutrients in the lines for supplying nutrient media is prevented by flushing the lines with water, preferably demineralized water, between the respective nutrient media supplies.

Bevorzugt weist ein jeder Reaktor einen Auslass am oberen Ende des Reaktors auf, um dort bevorzugt Abluft austreten zu lassen.Each reactor preferably has an outlet at the upper end of the reactor in order to allow exhaust air to escape there.

Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Reaktorsystems, wobei die mindestens zwei Reaktoren des Reaktorsystems zumindest teilweise mit einem Zellen oder Mikroorganismen enthaltenden Kulturmedium gefüllt sind, und
b) Kultivieren der Zellen und/oder Mikroorganismen unter geeigneten Kulturbedingungen.

In particular, the object of the present invention is achieved by a method for cultivating cells and/or microorganisms, the method comprising the following steps:

a) Providing a reactor system according to the invention or preferred according to the invention, wherein the at least two reactors of the reactor system are at least partially filled with a culture medium containing cells or microorganisms, and
b) Cultivating the cells and/or microorganisms under suitable culture conditions.

Bevorzugt sind die mindestens zwei Reaktoren des Reaktorsystems derart mit dem Kulturmedium gefüllt, dass während des Verfahrens Kulturmedium durch die Reaktionsmediumrückführvorrichtungen, bevorzugt die Fallleitungen, strömt.Preferably, the at least two reactors of the reactor system are filled with the culture medium in such a way that culture medium flows through the reaction medium return devices, preferably the downcomers, during the process.

Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Kultivierung unter Gaseintrag, bevorzugt unter kontinuierlicher Zufuhr von Luft stattfindet. Bevorzugt wird der Luft CO₂ zugemischt. Bevorzugt ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Kultivierung unter Kühlung, bevorzugt auf 10°C bis 40°C, stattfindet.A method is preferably provided in which the cultivation takes place with the introduction of gas, preferably with the continuous supply of air. CO ₂ is preferably mixed into the air. A method is preferably provided in which the cultivation takes place with cooling, preferably at 10 ° C to 40 ° C.

Bevorzugt werden unter dem Begriff „Mikroorganismen“ Bakterien, Pilze, Hefe und/oder Algen verstanden. Die Zellen sind bevorzugt pflanzliche Zellen, bevorzugt Mikroalgen oder Cyanobakterien.The term “microorganisms” is preferably understood to mean bacteria, fungi, yeast and/or algae. The cells are preferably plant cells, preferably microalgae or cyanobacteria.

Bevorzugt sind die eingesetzten Mikroorganismen phototrophe Mikroorganismen.The microorganisms used are preferably phototrophic microorganisms.

Der Flachplatten-Airlift-Photobiorektor, auch als Airlift-Bioreaktor bezeichnet, weist bevorzugt einen turmförmigen Reaktorkessel auf, wobei durch Eintrag von Luft ein Flüssigkeitsumlauf innerhalb einer konstruktiv festgelegten Schlaufe erzeugt wird. Der Airlift-Bioreaktor wird bodenseitig begast. Durch die aufsteigenden Gasblasen ergibt sich eine hydrostatische Druckdifferenz, wodurch sich eine Pumpwirkung einstellt. Auf Grund der hydrostatischen Druckdifferenz und der räumlichen Ausgestaltung, insbesondere auf Grund der in dem Airlift-Bioreaktor vorhandenen Strömungsleitelemente, ergibt sich eine Walzenströmung. Bevorzugt wird die Durchmischung des Reaktormediums allein durch die Belüftung hervorgerufen. Damit ist bei dieser Airlift-Bioreaktor-Bauform bevorzugt eine gute Durchmischung und ein hoher Gas-Flüssigkeits-Austausch bei geringem Energieeintrag erzielbar.The flat plate airlift photobiorector, also referred to as an airlift bioreactor, preferably has a tower-shaped reactor vessel, with the introduction of air creating a circulation of liquid within a structurally defined loop. The airlift bioreactor is gassed at the bottom. The rising gas bubbles create a hydrostatic pressure difference, which creates a pumping effect. Due to the hydrostatic pressure difference and the spatial configuration, in particular due to the flow guide elements present in the airlift bioreactor, a roller flow results. The mixing of the reactor medium is preferably caused solely by ventilation. With this airlift bioreactor design, good mixing and a high gas-liquid exchange can be achieved with low energy input.

Da zur Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen eine Lichteinstrahlung hoher Intensität, insbesondere auch in die Tiefe des Airlift-Bioreaktors, notwendig ist, weisen die Airlift-Bioreaktoren vorzugsweise ein großes Oberflächen-Volumen-Verhältnis auf und erfordern daher einen relativ hohen Materialeinsatz.Since high-intensity light irradiation is necessary to cultivate phototrophic microorganisms, especially into the depth of the airlift bioreactor, the airlift bioreactors preferably have a large surface-to-volume ratio and therefore require a relatively high use of materials.

Der erfindungsgemäß bevorzugte Airlift-Bioreaktor, insbesondere des Reaktorsystems, weist bevorzugt ein Gehäuse auf, das aus lichtdurchlässigem Material gebildet ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise länger als breit ausgebildet und kann vorzugsweise in Längsrichtung, zum Beispiel von Gasblasen, durchströmt werden. Die Gasblasen, vorzugsweise Luftblasen, werden durch Gaseintrag in eine Flüssigkeit erzeugt, die in dem Airlift-Bioreaktor enthalten sein kann. In dem Gehäuse ist eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet, die mindestens zwei Strömungsleitelemente umfasst, die quer zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Als Strömungsleitelemente sind bevorzugt flächige Gebilde, die das Gehäuse in Unterkammern unterteilen, die miteinander in Verbindung, bevorzugt in Flüssigkeitskontakt, stehen. Die Strömungsleitelemente dienen dazu, die Strömung auf einem bestimmten Strömungsweg durch das Gehäuse des Airlift-Bioreaktors zu leiten.The airlift bioreactor preferred according to the invention, in particular the reactor system, preferably has a housing that is made of translucent material. The housing is preferably longer than it is wide and can preferably be flowed through in the longitudinal direction, for example by gas bubbles. The gas bubbles, preferably air bubbles, are generated by introducing gas into a liquid that can be contained in the airlift bioreactor. A flow guide device is arranged in the housing, which comprises at least two flow guide elements which are arranged transversely to the flow direction. The flow guide elements are preferably flat structures which divide the housing into subchambers which are in communication with one another, preferably in liquid contact. The flow guide elements serve to guide the flow along a specific flow path through the housing of the airlift bioreactor.

Vorzugsweise sind die Strömungsleitelemente so ausgebildet und in dem Gehäuse angeordnet, dass sich zwischen den Strömungsleitelementen in dem Gehäuse für die Gasblasen ein im Wesentlichen mäanderförmiger Strömungsweg ergibt. Die sich bewegenden Gasblasen versetzen die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungsleitelementen befindliche Flüssigkeit in eine walzenförmige Bewegung. Durch die Anordnung der Strömungsleitelemente wird erreicht, dass sich der Drehsinn der walzenförmigen Bewegung von Unterkammer zu Unterkammer umkehrt. Das führt zu der Ausbildung einer Walzenströmung und einer guten Durchmischung der in dem Airlift-Bioreaktor enthaltenen Zellen und/oder Mikroorganismen.The flow guide elements are preferably designed and arranged in the housing in such a way that a substantially meandering flow path results between the flow guide elements in the housing for the gas bubbles. The moving gas bubbles cause the liquid located between two successive flow guide elements to move in a roller-like manner. The arrangement of the flow guide elements ensures that the direction of rotation of the roller-shaped movement is reversed from lower chamber to lower chamber. This leads to the formation of a roller flow and good mixing of the cells and/or microorganisms contained in the airlift bioreactor.

Vorteilhafterweise sind die Strömungsleitelemente so ausgebildet und in dem Gehäuse angeordnet, dass sie den durchströmten Querschnitt jeweils auf einen Spalt begrenzen. Die von den Strömungsleitelementen begrenzten Spalte sind alternierend an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses angeordnet. Im Betrieb ist in dem Airlift-Bioreaktor eine Flüssigkeit enthalten, in die Gas eingetragen wird. Die aufgrund des Gaseintrags gebildeten Gasblasen führen beim Durchströmen der Spalte zur Ausbildung einer walzenförmigen Strömung in den von den Spalten im Gehäuse gebildeten Unterkammern.The flow guide elements are advantageously designed and arranged in the housing in such a way that they each limit the cross section through which the flow passes to a gap. The gaps delimited by the flow guide elements are arranged alternately on opposite side walls of the housing. During operation, the airlift bioreactor contains a liquid into which gas is introduced. The gas bubbles formed due to the gas entry lead to the formation of a roller-shaped flow in the sub-chambers formed by the gaps in the housing as they flow through the gaps.

Vorzugsweise sind die Strömungsleitelemente durch mindestens ein Tragelement miteinander verbunden. Durch das Tragelement werden die Strömungsleitelemente in ihrer Lage relativ zueinander und in dem Gehäuse fixiert. Bei dem Tragelement kann es sich zum Beispiel um einen in Strömungsrichtung verlaufenden schmalen Steg handeln, der die Strömung in dem Gehäuse nicht beeinflusst. Die Strömungsleitelemente können auch an dem Gehäuse befestigt oder einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein.The flow guide elements are preferably connected to one another by at least one support element. The support element fixes the position of the flow guide elements relative to one another and in the housing. The support element can, for example, be a narrow web that runs in the direction of flow and does not influence the flow in the housing. The flow guide elements can also be attached to the housing or formed in one piece with the housing.

Vorzugsweise umfasst das Gehäuse zwei, insbesondere baugleiche Grundkörper jeweils mit einer lichten Tiefe T₃ gleich der halben lichten Tiefe T des Airlift-Bioreaktors, wobei der Grundkörper wannenförmig aus einem Bodenteil und vier auf dem Bodenteil angeordneten, eine lichte Tiefe T₁ aufweisenden Seitenteilen aufgebaut ist. Der Grundkörper besteht aus einem lichtdurchlässigen Material und die baugleichen Grundkörper sind deckungsgleich aufeinander angeordnet. Im Inneren der baugleichen Grundkörper ist die Strömungsleiteinrichtung angeordnet. Der Airlift-Bioreaktor ist unter anderem aufgrund dieser Merkmale, insbesondere durch seine Ausgestaltung aus zwei bauidentischen Grundkörpern, in einfacher Weise sowie schnell, kostengünstig und zuverlässig herstellbar. Bei der Strömungsleiteinrichtung kann es sich um ein separates Bauteil handeln. Die Strömungsleiteinrichtung kann aber auch einstückig mit den Grundkörpern ausgebildet sein.The housing preferably comprises two, in particular identical, base bodies, each with a clear depth T ₃ equal to half the clear depth T of the airlift bioreactor, the base body being constructed in the shape of a trough from a base part and four side parts arranged on the base part and having a clear depth T ₁ . The reason The body consists of a translucent material and the identical base bodies are arranged congruently on top of each other. The flow guide device is arranged inside the identical base body. The airlift bioreactor can be produced easily, quickly, cost-effectively and reliably, among other things, due to these features, in particular due to its design from two identical base bodies. The flow guide device can be a separate component. The flow guide device can also be designed in one piece with the base bodies.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung mindestens eine Strömungsleitvorrichtung, vorzugsweise mehrere Strömungsleitvorrichtungen, umfasst, durch das beziehungsweise die zwei als Längsseitenteile bezeichnete Seitenteile, die parallel gegenüberliegend im rechten Winkel zu der Strömungsleitvorrichtung beziehungsweise den Strömungsleitvorrichtungen angeordnet sind, so miteinander verbunden sind, dass in dem wannenförmigen Grundkörper mehrere auf der von dem zugehörigen Bodenteil abgewandten Seite offene Kammern gebildet werden, wobei die mindestens eine Strömungsleitvorrichtung, eine Strömungsleitvorrichtungstiefe T₂ kleiner als die oder gleich der lichten Tiefe T des Reaktors und größer als die halbe lichte Tiefe T des Reaktors aufweist, wobei die Distanzen D zwischen den einzelnen Strömungsleitvorrichtungen gleich sind und die Distanz D₁ zwischen einem als erstes Querseitenteil bezeichneten Seitenteil und einer darauf folgenden Strömungsleitvorrichtung beziehungsweise der unmittelbar benachbarten Strömungsleitvorrichtung dieses Grundkörpers ungleich der Distanz D₂ zwischen einem als zweites Querseitenteil bezeichneten Seitenteil und einer darauf folgenden Strömungsleitvorrichtung beziehungsweise der unmittelbar benachbarten Strömungsleitvorrichtung dieses Grundkörpers oder einem ganzzeiligen vielfachen davon ist, wobei die baugleichen Grundkörper mit ihren Kammeröffnungen gegenüberliegend so aufeinander angeordnet sind, dass die Distanz D₂ über der ersten Distanz D₁ aufliegt. Durch die Integration der Strömungsleiteinrichtung in die Grundkörper wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Airlift-Bioreaktors erheblich vereinfacht.A special embodiment of the invention is characterized in that the flow guide device comprises at least one flow guide device, preferably a plurality of flow guide devices, through which the two side parts, referred to as longitudinal side parts, which are arranged parallel and opposite at right angles to the flow guide device or flow guide devices, are connected to one another are that in the trough-shaped base body several open chambers are formed on the side facing away from the associated base part, the at least one flow guide device, a flow guide device depth T ₂ being smaller than or equal to the clear depth T of the reactor and greater than half the clear depth T of the reactor, wherein the distances D between the individual flow guide devices are the same and the distance D ₁ between a side part referred to as the first transverse side part and a subsequent flow guide device or the immediately adjacent flow guide device of this base body is not equal to the distance D ₂ between a side part referred to as the second transverse side part and a subsequent flow guide device or the immediately adjacent flow guide device of this base body or a full-line multiple thereof, the identical base bodies with their chamber openings being arranged opposite one another in such a way that the distance D ₂ lies above the first distance D ₁ . By integrating the flow guide device into the base body, the production of the airlift bioreactor according to the invention is considerably simplified.

Vorzugsweise wird vorgesehen, dass die beiden bauidentischen Grundkörper in entgegengesetzter Orientierung aufeinander gelegt und miteinander verklebt, verschweißt oder sonst wie verbunden werden. Die spezielle Geometrie der Strömungsleitvorrichtung und insbesondere ihrer Distanzen zueinander und zu den Querseitenteilen führt dazu, dass der von den beiden Grundkörpern gebildete Reaktorraum in viele verschiedene durch die Strömungsleitvorrichtungen teilweise voneinander abgetrennte Unterkammern unterteilt wird und wobei die Strömungsleitvorrichtungen jeweils abwechselnd, gesehen über die Längsachse des gebildeten Airlift-Bioreaktors, von dem einen und dem anderen Grundkörper ausgebildet sind. Die Strömungsleitvorrichtungen der beiden Grundkörper bilden alternierend einmal von einem Bodenteil ausgehend, zum Beispiel von oben, und von dem anderen Bodenteil ausgehend, zum Beispiel von unten, also Unterkammern, durch die das Reaktormedium strömen kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strömungsleitvorrichtungen in ihrer lichten Tiefe T₂ kleiner, vorzugsweise etwas kleiner oder aber auch gleich der lichten Tiefe T des Reaktors sind. In Letztgenannter Ausführungsform schließen die Strömungsleitvorrichtungen die Unterkammern also vollständig voneinander ab. Aufgrund der flexiblen Materialstruktur kann die Strömung die Strömungsleitvorrichtungen jedoch zur Seite biegen, so dass ein Flüssigkeitsstrom vom Reaktoreinlass durch die Unterkammern bis zum Reaktorauslass möglich wird. In einer weiteren Ausführungsform ist die lichte Tiefe T₂ der Strömungsleitvorrichtungen kleiner als die lichte Tiefe T des Reaktors, so dass ein Spalt verbleibt, durch den die Flüssigkeit ebenfalls, unter Bildung von Turbulenzen, durchströmen kann.It is preferably provided that the two structurally identical base bodies are placed on top of each other in opposite orientations and glued, welded or otherwise connected to one another. The special geometry of the flow guide device and in particular their distances from one another and from the transverse side parts means that the reactor space formed by the two base bodies is divided into many different sub-chambers, which are partially separated from one another by the flow guide devices, and the flow guide devices are each alternate, viewed over the longitudinal axis of the formed Airlift bioreactor, formed by one and the other base body. The flow guide devices of the two base bodies alternately form, starting from one base part, for example from above, and starting from the other base part, for example from below, i.e. subchambers through which the reactor medium can flow. It is preferably provided that the clear depth T ₂ of the flow guide devices is smaller, preferably slightly smaller or even equal to the clear depth T of the reactor. In the latter embodiment, the flow guide devices completely seal off the subchambers from one another. However, due to the flexible material structure, the flow can bend the flow guide devices to the side, allowing a liquid flow from the reactor inlet through the subchambers to the reactor outlet. In a further embodiment, the clear depth T ₂ of the flow guide devices is smaller than the clear depth T of the reactor, so that a gap remains through which the liquid can also flow, forming turbulence.

Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „wannenförmig“ ein von fünf Rechtecken begrenzter Grundkörper verstanden, der aus einem Bodenteil und vier Seitenteilen gebildet wird und bei dem die dem Bodenteil gegenüberliegende Fläche offen bleibt, das heißt nicht durch ein zweites Bodenteil abgedeckt ist. Die Ecken des Grundkörpers können hierbei entweder kantig oder abgerundet ausgebildet sein.According to the invention, the term “trough-shaped” is understood to mean a base body delimited by five rectangles, which is formed from a base part and four side parts and in which the surface opposite the base part remains open, that is, is not covered by a second base part. The corners of the base body can be either angular or rounded.

Die Strömungsleitvorrichtungen eines Grundkörpers sind in ihrer lichten Tiefe T₂ derart ausgebildet, dass sie im erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktor entweder das Bodenteil des gegenüberliegenden Grundkörpers gerade berühren oder einen Spalt zwischen Strömungsleitvorrichtungsoberkante und Bodenteil bilden, damit ein im Reaktor befindliches Medium an dieser Stelle an der Strömungsleitvorrichtung unter Bildung von Turbulenzen vorbeifließen kann. Es ist vorgesehen, dass die lichte Tiefe T₂ der Strömungsleitvorrichtungen 60, 70, 80, 90, 95, 96, 91, 98 und vorzugsweise 99% der lichten Tiefe T des Airlift-Bioreaktors aufweist. Unter der lichten Tiefe T₂ der Strömungsleitvorrichtung oder der lichten Tiefe T₁ der Seitenteile (gleich der lichten Tiefe T₃ der Grundkörper) wird die Tiefe dieser Bauteile unter Abzug der Materialdicke des Bodenteils verstanden.The flow guide devices of a base body are designed in their clear depth T ₂ in such a way that, in the airlift bioreactor preferred according to the invention, they either just touch the bottom part of the opposite base body or form a gap between the upper edge of the flow guide device and the base part, so that a medium in the reactor is at this point Flow guide device can flow past with the formation of turbulence. It is envisaged that the clear depth T ₂ of the flow guide devices 60, 70, 80, 90, 95, 96, 91, 98 and preferably 99% of the clear depth T of the airlift bioreactor. The clear depth T ₂ of the flow guide device or the clear depth T ₁ of the side parts (equal to the clear depth T ₃ of the base body) is understood to be the depth of these components minus the material thickness of the base part.

Unter der lichten Tiefe T des Airlift-Bioreaktors wird die Tiefe des Bioreaktors unter Abzug der Materialdicke der beiden Bodenteile der Grundkörper verstanden, die den Airlift-Bioreaktor konstituieren. Durch die Ausgestaltung des Airlift-Bioreaktors mit distanziert zueinander und jeweils alternierend an den Bodenteilen der beiden gegenüberliegenden Grundkörper ausgebildeten Strömungsleitvorrichtungen wird der Reaktorraum des erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktors als sogenannte Wirbelzellenkolonne ausgestaltet. Die Strömungsleitvorrichtungen dienen hierbei der Erzeugung einer turbulenten Strömung des im Airlift-Bioreaktor befindlichen Mediums in der Weise, dass sie den Strömungsquerschnitt erheblich verkleinern und somit als Drosselstelle wirken, mit der Folge einer Wirbelbildung und intensiven Durchmischung. Die erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktor eignen sich daher besonders für die Kultivierung von Zellen und/oder phototropher Organismen, wie Mikroorganismen oder Pflanzen, zum Beispiel Algen.The clear depth T of the airlift bioreactor is the depth of the bioreactor after deducting the material thickness of the two bottom parts of the base grain per understood that constitute the airlift bioreactor. By designing the airlift bioreactor with flow guide devices that are spaced apart from one another and alternating on the bottom parts of the two opposing base bodies, the reactor space of the airlift bioreactor preferred according to the invention is designed as a so-called vortex cell column. The flow guide devices serve to generate a turbulent flow of the medium in the airlift bioreactor in such a way that they significantly reduce the flow cross section and thus act as a throttle point, with the result of vortex formation and intensive mixing. The airlift bioreactors preferred according to the invention are therefore particularly suitable for the cultivation of cells and/or phototrophic organisms, such as microorganisms or plants, for example algae.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in Längsrichtung mit mindestens einer Verstärkung ausgestattet ist. Die auf den Grundkörper bezogene Längsrichtung wird durch die Anordnung der Längsseitenteile definiert. Entsprechend wird die Querrichtung durch die Anordnung der Querseitenteile des Grundkörpers festgelegt. In Querrichtung sorgen die Strömungsleitvorrichtungen für eine ausreichende Stabilität des Grundkörpers. Durch die zusätzliche Längsverstärkung wird eine ausreichende Stabilität auch in Längsrichtung des Grundkörpers gewährleistet. Dadurch wird eine unerwünschte Verformung des Airlift-Bioreaktors in Betrieb verhindert.A further special embodiment of the invention is characterized in that the base body is equipped with at least one reinforcement in the longitudinal direction. The longitudinal direction related to the base body is defined by the arrangement of the longitudinal side parts. Accordingly, the transverse direction is determined by the arrangement of the transverse side parts of the base body. In the transverse direction, the flow guide devices ensure sufficient stability of the base body. The additional longitudinal reinforcement ensures sufficient stability in the longitudinal direction of the base body. This prevents undesirable deformation of the airlift bioreactor during operation.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung von mehreren U-förmigen Unterzügen gebildet wird, die jeweils mit zwei benachbarten Strömungsleitvorrichtungen und dazwischen mit dem Bodenteil des zugehörigen Grundkörpers verbunden sind, wobei das erste und das zweite Querseitenteil ebenfalls über jeweils einen U-förmigen Unterzug mit der darauffolgenden Strömungsleitvorrichtung verbunden sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Versteifung des Grundkörpers zwischen dem ersten und dem zweiten Querseitenteil erreicht. Die U-förmigen Unterzüge sind vorzugsweise einstückig mit dem zugehörigen Grundkörper. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktors. Außerdem haben die U-förmigen Unterzüge im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Strömungsleitvorrichtung. Dadurch wird erreicht, dass die Strömung in Längsrichtung durch den erfindungsgemäßen Airlift-Bioreaktor nicht beeinträchtigt wird. Alternativ zu den einzelnen Unterzügen kann auch ein durchgehender Unterzug vorgesehen sein, der sich zwischen den beiden Querseitenteilen eines Grundkörpers erstreckt. Zusätzlich oder alternativ zu den Unterzügen können auch Verstrebungen auf der Außenseite des Grundkörpers vorgesehen sein. Darüber hinaus kann in das Material des Grundkörpers ein Matrix-Werkstoff, zum Beispiel in Form einer Fasermatte, eingebracht werde, um die Stabilität des Grundkörpers zu erhöhen. Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Strömungsleitvorrichtungen zu dem Bodenteil des zugehörigen Grundkörpers hin zunimmt. Dadurch wird die Stabilität der Strömungsleitvorrichtung bei gleichzeitiger Materialeinsparung erhöht. Außerdem wird eine einfache Entformbarkeit der Strömungsleitvorrichtung gewährleistet, wenn der Grundkörper zum Beispiel im Spritzgießverfahren hergestellt wird.A further special embodiment of the invention is characterized in that the reinforcement is formed by several U-shaped beams, each of which is connected to two adjacent flow guide devices and in between to the bottom part of the associated base body, the first and second transverse side parts also being connected via one each U-shaped beam is connected to the subsequent flow guide device. As a result, a stiffening of the base body between the first and the second transverse side part is achieved in a simple manner. The U-shaped beams are preferably in one piece with the associated base body. This simplifies the production of the airlift bioreactor preferred according to the invention. In addition, the U-shaped beams have essentially the same thickness as the flow guide device. This ensures that the flow in the longitudinal direction is not impaired by the airlift bioreactor according to the invention. As an alternative to the individual beams, a continuous beam can also be provided which extends between the two transverse side parts of a base body. In addition or as an alternative to the beams, struts can also be provided on the outside of the base body. In addition, a matrix material, for example in the form of a fiber mat, can be introduced into the material of the base body in order to increase the stability of the base body. A further special embodiment of the invention is characterized in that the wall thickness of the flow guide devices increases towards the bottom part of the associated base body. This increases the stability of the flow guide device while saving material. In addition, easy demoulding of the flow guide device is ensured if the base body is produced, for example, using an injection molding process.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Airlift-Bioreaktors sieht vor, dass das lichtdurchlässige Material, aus dem der Grundkörper besteht oder der wesentlicher Bestandteil des Grundkörpers ist, eine flexible Folie ist, vorzugsweise aus Kunststoff wie beispielsweise Polypropylen, Polystyrol oder Polyethylen. Die Verwendung eines solchen Reaktormaterials bietet erhebliche Kostenvorteile gegenüber den bisher verwendeten Materialien aus Glas oder Plexiglas. Die Verwendung einer flexiblen Folie ist insbesondere aufgrund der vorstehend genannten geometrischen Merkmale des Grundkörpers möglich. Der aus der flexiblen Folie bestehende Reaktorraum hält dadurch zum einen dem sich bildenden hydrostatischen Druck stand, zum anderen wird durch Gaseintrag an der Unterseite des Airlift-Bioreaktors eine hohe Wirbel- bzw. Walzenausbildung in der Strömung des Reaktormediums gewährleistet, was die Voraussetzung für das Erzielen einer hohen Photosyntheseaktivität ist.An advantageous embodiment of the airlift bioreactor according to the invention provides that the translucent material from which the base body consists or which is an essential part of the base body is a flexible film, preferably made of plastic such as polypropylene, polystyrene or polyethylene. The use of such a reactor material offers significant cost advantages compared to the previously used materials made of glass or Plexiglas. The use of a flexible film is possible in particular due to the above-mentioned geometric features of the base body. On the one hand, the reactor space consisting of the flexible film withstands the hydrostatic pressure that develops, and on the other hand, gas entry on the underside of the airlift bioreactor ensures a high level of vortex or roller formation in the flow of the reactor medium, which is the prerequisite for achieving this a high photosynthetic activity.

Zur Erzielung einer angemessenen Steifigkeit ist es vorteilhaft, wenn in bevorzugter Ausführung die Wandstärke der Seitenteile des Grundkörpers größer als die Wandstärke der Strömungsleitvorrichtung des Grundkörpers ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Airlift-Bioreaktors ist ferner, dass seine beiden Grundkörper an den zum Bodenteil beabstandeten Kanten der Seitenteile einen im Wesentlichen rechtwinklig nach außen abstehenden Rand oder Kragen aufweisen. Dadurch ergibt sich ein gesicherter und definierter Anlagekontakt, an dem die beiden Grundkörper miteinander beispielsweise mittels Klebung oder mittels Ultraschall miteinander verbindbar sind. Eine vergrößerte Kontaktfläche erhöht ferner die Biegesteifigkeit des Airlift-Bioreaktors.To achieve appropriate rigidity, it is advantageous if, in a preferred embodiment, the wall thickness of the side parts of the base body is greater than the wall thickness of the flow guide device of the base body. An advantageous embodiment of the airlift bioreactor is also that its two base bodies have an edge or collar that projects outwardly at a substantially right angle to the edges of the side parts that are spaced from the base part. This results in a secure and defined contact contact on which the two base bodies can be connected to one another, for example by means of adhesive bonding or ultrasound. An increased contact area also increases the flexural rigidity of the airlift bioreactor.

Nach einer Weiterbildung des Airlift-Bioreaktors ist vorgesehen, dass der von beiden Grundkörpern gebildete Reaktorraum eine Oberflächenvergrößerung größer als eine geradflächige umhüllende Fläche seines Volumens aufweist. Eine solche Oberflächenvergrößerung wird bereits durch das Vorhandensein der Strömungsleitvorrichtung hervorgerufen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Reaktoroberfläche mäanderförmig oder sinusförmig auszubilden. Möglich ist aber auch, dass zur Oberflächenvergrößerung die Umhüllende des Airlift-Bioreaktors Fortsätze und/oder Wölbungen aufweist. Die Oberflächenvergrößerung führt zu einer besseren räumlichen Verteilung des Lichts über den Reaktorquerschnitt und damit zu einer Optimierung der Lichtintensität im gesamten Airlift-Bioreaktor. Die Maßnahmen zur Oberflächenvergrößerung wirken zusätzlich turbolenzerhöhend auf die Strömungsführung des Reaktormediums. Wie bereits vorstehend erwähnt ist eine turbulente Strömungsführung mit Wirbel- beziehungsweise Walzenausbildung anzustreben, da dadurch die einstrahlende Lichtmenge und infolgedessen die Photosyntheseaktivität erhöht werden kann. Um eine maximale Photosyntheseaktivität zu erreichen, ist beispielsweise eine Lichteinstrahlfrequenz von mindestens einem Hertz zu ermöglichen („Flashing-Light-Effekt“).According to a further development of the airlift bioreactor, it is provided that the reactor space formed by both base bodies has a surface area larger than a straight enveloping surface of its volume. Such an increase in surface area is already being achieved caused by the presence of the flow guide device. It is also possible to design the reactor surface in a meandering or sinusoidal shape. However, it is also possible for the envelope of the airlift bioreactor to have extensions and/or bulges to increase the surface area. The increase in surface area leads to a better spatial distribution of light across the reactor cross section and thus to an optimization of the light intensity in the entire airlift bioreactor. The measures to increase the surface area also have an additional turbulence-increasing effect on the flow of the reactor medium. As already mentioned above, a turbulent flow with vortex or roller formation should be aimed for, as this can increase the amount of light irradiating and, as a result, the photosynthesis activity. In order to achieve maximum photosynthesis activity, a light irradiation frequency of at least one Hertz must be enabled (“flashing light effect”).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Airlift-Bioreaktors ist, dass dieser Elemente aufweist, die Licht von außen in den Reaktorraum leiten, um die Energiedichte im Reaktorraum zu erhöhen. Dies geschieht beispielsweise durch sogenannte Wellenlängenschieber. Durch Wellenlängenschieber wird der durch phototrophe Mikroorganismen nicht absorbierbare Anteil des Lichtes so konvertiert, dass ein möglichst großer Lichtanteil oder die Gesamtheit der Strahlung in jenes Frequenzband verschoben werden kann, das von dem Photozentrum des eingesetzten phototrophen Mikroorganismus absorbierbar ist. Somit wird die holometrische Strahlungsdichte spezifisch so erhöht, dass pro Reaktorvolumen gegenüber mit Normallicht bestrahlten Airlift-Bioreaktoren die Produktivität wesentlich erhöht wird. Eine Wellenlängenverschiebung kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass eine wellenlängenverschiebende Substanz als Anstrich auf der Innenseite oder Außenseite der Reaktorwand aufgetragen wird. Ebenso ist eine Wellenlängenverschiebung durch Stäbe, Platten, Fasern oder Partikel im Reaktorraum möglich.A further advantageous embodiment of the airlift bioreactor is that it has elements that direct light from outside into the reactor space in order to increase the energy density in the reactor space. This is done, for example, by so-called wavelength shifters. The proportion of light that cannot be absorbed by phototrophic microorganisms is converted by wavelength shifters in such a way that the largest possible proportion of light or the entirety of the radiation can be shifted into the frequency band that can be absorbed by the photocenter of the phototrophic microorganism used. Thus, the holometric radiation density is specifically increased in such a way that productivity is significantly increased per reactor volume compared to airlift bioreactors irradiated with normal light. A wavelength shift can be achieved, for example, by applying a wavelength-shifting substance as a paint to the inside or outside of the reactor wall. A wavelength shift by rods, plates, fibers or particles in the reactor space is also possible.

Der erfindungsgemäße Bioreaktor wird vorzugsweise so aufgestellt, dass die Längsseitenteile der beiden den Bioreaktor bildenden Grundkörper vertikal angeordnet sind. Bei dieser Anordnung des Bioreaktors ist jeweils ein Querseitenteil der beiden Grundkörper nach unten und jeweils ein Querseitenteil nach oben gewandt. Vorzugsweise ist in einem der beiden nach unten gewandten Querseitenteile ein Gaseinlass vorgesehen. Durch den Gaseinlass kann Gas in das Reaktormedium eingetragen werden. Das Gas bildet in dem Reaktormedium Blasen, die nach oben steigen. Bei dem Gas handelt es sich zum Beispiel um Luft, die an einem Gasauslass austreten kann, der in einem der nach oben gewandten Querseitenteile der beiden Grundkörper vorgesehen sein kann. Durch den Gaseintrag in den erfindungsgemäßen Airlift-Bioreaktor kommt es zur Ausbildung einer walzenförmigen, turbulenten Strömung in den Unterkammern des Bioreaktors. Das als Antrieb verwendete Gas wird vorzugsweise mit CO₂ angereichert, um das Wachstum der im Airlift-Bioreaktor enthaltenen Mikroorganismen zu beschleunigen. Eine Begrenzung des Wachstums kann dadurch erfolgen, dass der Lichteinfall in den Airlift-Bioreaktor limitiert wird.The bioreactor according to the invention is preferably set up in such a way that the longitudinal side parts of the two base bodies forming the bioreactor are arranged vertically. In this arrangement of the bioreactor, one transverse side part of the two base bodies faces downwards and one transverse side part faces upwards. A gas inlet is preferably provided in one of the two downward-facing transverse side parts. Gas can be introduced into the reactor medium through the gas inlet. The gas forms bubbles in the reactor medium that rise to the top. The gas is, for example, air that can exit at a gas outlet, which can be provided in one of the upward-facing transverse side parts of the two base bodies. The gas entry into the airlift bioreactor according to the invention results in the formation of a roller-shaped, turbulent flow in the lower chambers of the bioreactor. The gas used as propulsion is preferably enriched with CO ₂ in order to accelerate the growth of the microorganisms contained in the airlift bioreactor. Growth can be limited by limiting the incidence of light into the airlift bioreactor.

Bevorzugt ist ein Airlift-Bioreaktor, welcher einen Reaktorraum aufweist, der eine Oberflächenvergrößerung größer als die geradflächige umhüllende Fläche eines Volumens besitzt.An airlift bioreactor is preferred which has a reactor space which has a surface area larger than the straight enveloping surface of a volume.

Diese Oberflächenvergrößerung führt zu einer besseren räumlichen Verteilung des Lichts über den Reaktorquerschnitt und damit zu einer Optimierung der Lichtintensität im gesamten Airlift-Bioreaktor im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Photobioreaktoren.This increase in surface area leads to a better spatial distribution of light across the reactor cross section and thus to an optimization of the light intensity in the entire airlift bioreactor compared to photobioreactors known from the prior art.

Der erfindungsgemäß bevorzugte Airlift-Bioreaktor weist eine gegenüber den vorgenannten bekannten Reaktorgeometrien eine Oberflächenvergrößerung auf. Bevorzugt ist eine mäanderförmige und eine sinusförmige Reaktoroberfläche. Alternativ bevorzugt ist eine Reaktorgeometrie mit lichtdurchlässigen Stegen und/oder nach innen stehenden Glasfortsätzen.The airlift bioreactor preferred according to the invention has an increased surface area compared to the aforementioned known reactor geometries. A meandering and a sinusoidal reactor surface is preferred. Alternatively, a reactor geometry with translucent webs and/or inwardly extending glass extensions is preferred.

Bei dem erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktor sind prinzipiell sämtliche Reaktorraumgeometrien verwendbar, die eine gegenüber der geradflächig Umhüllenden (Quadrat oder Rechteck im Querschnitt) eine Oberflächenvergrößerung aufweisen.In the airlift bioreactor preferred according to the invention, in principle all reactor space geometries can be used which have an increase in surface area compared to the straight surface envelope (square or rectangle in cross section).

Der Reaktorraum des erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktors besteht aus einem lichtdurchlässigen Material, vorzugsweise aus Glas oder Plexiglas.The reactor space of the airlift bioreactor preferred according to the invention consists of a translucent material, preferably glass or Plexiglas.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die oberflächenvergrößernde Geometrie des Reaktorraums durch ein Glasrohr realisiert, in dessen Innenraum Glasfortsätze ragen. Diese Glasfortsätze sind auf der Innenoberfläche alternierend senkrecht und schräg angebracht.According to a further embodiment of the invention, the surface-enlarging geometry of the reactor space is realized by a glass tube, into the interior of which glass extensions protrude. These glass extensions are attached to the inner surface alternately vertically and obliquely.

Gleichzeitig wird durch die Glasfortsätze die Turbulenz in der Flüssigphase erhöht. Anstelle von Glas kann auch ein anderes lichtdurchlässiges Material, wie z.B. Plexiglas, verwendet werden.At the same time, the glass extensions increase the turbulence in the liquid phase. Instead of glass, another translucent material, such as Plexiglas, can also be used.

Durch die Erhöhung der Turbulenz wird der sogenannte „Flashing-Light-Effekt“ erzielt. Der Flashing-Light-Effekt besagt, dass für eine maximale Photosyntheseaktivität ein hohe Lichtintensität in kurzen Abständen (> 1 Hz) ausreichend ist. Dies kann durch eine turbulente Strömungsführung im Airlift-Bioreaktor erzielt werden, wodurch die Zellen in kurzen Abständen an der Reaktoroberfläche hohen Lichtintensitäten ausgesetzt sind, und deshalb in den nachfolgenden Dunkelphasen die gesammelte Lichtenergie verarbeiten können. Die Erfindung betrifft daher weiterhin einen Airlift-Bioreaktor, dessen Reaktorraum neben einer erhöhten Oberfläche Einrichtungen für eine turbulente Strömungsführung aufweist.By increasing the turbulence, the so-called “flashing light effect” is achieved. The Fla shing-light effect states that high light intensity at short intervals (> 1 Hz) is sufficient for maximum photosynthesis activity. This can be achieved by turbulent flow in the airlift bioreactor, whereby the cells are exposed to high light intensities at short intervals on the reactor surface and can therefore process the collected light energy in the subsequent dark phases. The invention therefore further relates to an airlift bioreactor, the reactor space of which, in addition to an elevated surface, has devices for turbulent flow control.

Wie bereits erwähnt, kann diese Turbulenz durch eine oberflächenvergrößernde Geometrie des Reaktorraums, insbesondere durch Glasfortsätze, die sich auf der Reaktorrauminnenwand befinden, erreicht werden. Eine turbulente Strömungsführung kann auch durch den Einbau von statischen Mischern (Strombrechern) erzielt werden. Diese Einbauten können außerdem - wie die vorgenannten Glasfortsätze - zusätzlich Licht in den Reaktor leiten. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Turbulenzen in dem erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktor besteht darin, eine Begasungsvorrichtung vorzusehen, die bei entsprechender Begasungsrate den gewünschten Effekt erzielt. Auch durch das Vorsehen von strömungsführenden Einbauten kann der Flashing-Light-Effekt verbessert werden, indem definierte Frequenzen für die Beleuchtungszeit eingestellt werden.As already mentioned, this turbulence can be achieved by increasing the surface area of the reactor chamber, in particular by glass extensions located on the inner wall of the reactor chamber. Turbulent flow can also be achieved by installing static mixers (baffles). These internals can also - like the aforementioned glass extensions - conduct additional light into the reactor. Another possibility for generating turbulence in the airlift bioreactor preferred according to the invention is to provide a gassing device which achieves the desired effect with the appropriate gassing rate. The flashing light effect can also be improved by providing flow-conducting installations by setting defined frequencies for the lighting time.

Das starke Mischen mit möglichst viel Turbulenz führt zu einer Lichtverteilung, indem die Algen zum Licht gebracht werden. Dadurch kann die Häufigkeit und die Dauer der „Beleuchtungsphasen“ definiert gesteuert werden.The strong mixing with as much turbulence as possible leads to a distribution of light by bringing the algae to light. This allows the frequency and duration of the “lighting phases” to be controlled in a defined manner.

Die Energiedichte in dem Reaktorraum des erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktors kann weiterhin durch die Verwendung sogenannter Wellenlängenschieber erhöht werden. Durch den Wellenlängenschieber wird der durch phototrophe Mikroorganismen nicht absorbierbare Anteil des Lichts so konvertiert, dass ein möglichst großer Lichtanteil oder die Gesamtheit der Strahlung in jenes Frequenzband verschoben werden kann, das von dem Photozentrum des eingesetzten phototrophen Mikroorganismus absorbierbar ist. Somit wird die holometrische Strahlungsdichte spezifisch so erhöht, dass pro Reaktorvolumen gegenüber mit Normallicht bestrahlten Bioreaktoren die Produktivität wesentlich erhöht wird.The energy density in the reactor space of the airlift bioreactor preferred according to the invention can further be increased by using so-called wavelength shifters. The wavelength shifter converts the portion of the light that cannot be absorbed by phototrophic microorganisms in such a way that the largest possible portion of light or the entirety of the radiation can be shifted into the frequency band that can be absorbed by the photocenter of the phototrophic microorganism used. The holometric radiation density is thus specifically increased in such a way that productivity is significantly increased per reactor volume compared to bioreactors irradiated with normal light.

Dabei kann der Wellenlängenschieber zwischen einem Reflektor und dem eigentlichen Reaktorraum angeordnet sein. Der Wellenlängenschieber kann aber auch zwischen der Lichtquelle und dem Reaktorraum vorgesehen werden, sodass auf den Reflektor verzichtet werden kann.The wavelength shifter can be arranged between a reflector and the actual reactor space. However, the wavelength shifter can also be provided between the light source and the reactor space, so that the reflector can be dispensed with.

Ein Verzicht auf den Reflektor ist ebenfalls möglich, wenn der Wellenlängenschieber in Form von Stäben, Platten, Fasern oder Partikeln in dem Reaktorraum vorliegt. Des Weiteren kann der Wellenlängenschieber auch als Anstrich direkt auf der Reaktorwand an der Außenseite bzw. Innenseite des Reaktorraums vorliegen.It is also possible to dispense with the reflector if the wavelength shifter is in the form of rods, plates, fibers or particles in the reactor space. Furthermore, the wavelength shifter can also be present as a paint directly on the reactor wall on the outside or inside of the reactor space.

Substanzen, die in der Lage sind, die Wellenlänge zu verschieben, sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:

E. Locci et al., „Test of a Lead-Plexipop Calorimeter Module Viewed by Wave Length Shifter Bars“, Nucl. Instrum. Methods 164, (1979), S. 97-104 ,
S.W. Han et al., „Radiation Hardness Tests of Scintillating Tile/WLS Fiber Calorimeter Modules“, Nucl. Instrum. Methods A365 (1995), S. 337-351 .

Substances that are able to shift the wavelength are known to those skilled in the art and are described, for example, in the following publications:

E. Locci et al., “Test of a Lead-Plexipop Calorimeter Module Viewed by Wave Length Shifter Bars,” Nucl. Instrument. Methods 164, (1979), pp. 97-104 ,
SW Han et al., “Radiation Hardness Tests of Scintillating Tile/WLS Fiber Calorimeter Modules,” Nucl. Instrument. Methods A365 (1995), pp. 337-351 .

Die in dem erfindungsgemäß bevorzugten Airlift-Bioreaktor eingesetzten Wellenlängenschieber umfassen vorzugsweise Fluoreszenzstoffe. Solche Fluoreszenzstoffe sind Stoffe, die nach Absorption von Licht wieder Licht abstrahlen, wobei die Energie für das abgestrahlte Licht im Wesentlichen nicht dem Wärmeinhalt des Fluoreszenzstoffes entnommen wird, sondern aus der durch das absorbierte Licht zugeführten Anregungsenergie stammt.The wavelength shifters used in the airlift bioreactor preferred according to the invention preferably include fluorescent substances. Such fluorescent substances are substances which, after absorbing light, emit light again, whereby the energy for the emitted light is essentially not taken from the heat content of the fluorescent substance, but rather comes from the excitation energy supplied by the absorbed light.

Der Fluoreszenzstoff kann in einem Träger, wie einem organischen oder anorganischen Glas, enthalten sein.The fluorescent substance may be contained in a carrier such as an organic or inorganic glass.

Beispielsweise können organische Fluoreszenzstoffe in organischen Gläsern, wie Acrylglaspolycarbonat oder -polystyrol, enthalten sein. Ionen Seltener Erden, die ebenfalls als Fluoreszenzstoffe verwendet werden können, sind vorzugsweise in anorganischen Gläsern enthalten. Auch Lösungen der Fluoreszenzstoffe in transparenten Lösungsmitteln sind als Wellenlängenschieber einsetzbar.For example, organic fluorescent substances can be contained in organic glasses, such as acrylic glass polycarbonate or polystyrene. Rare earth ions, which can also be used as fluorescent substances, are preferably contained in inorganic glasses. Solutions of fluorescent substances in transparent solvents can also be used as wavelength shifters.

Die Fluoreszenzstoffe besitzen die Eigenschaft, Licht zu absorbieren und, im Allgemeinen nach sehr kurzer Zeit (häufig nur einige nsec), wieder zu emittieren. Wichtig ist, dass diese Re-Emission des Lichts bei manchen Substanzen nahezu verlustfrei geschieht, d.h. die Fluoreszenzquantenausbeute (Zahl der emittierten Photonen durch Zahl der absorbierten Photonen) ist >90%, oft nahe 100%. Ferner ist von Bedeutung, dass das Fluoreszenzspektrum gegenüber dem Absorptionsspektrum zu längeren Wellen hin verschoben ist, d.h. ein Farbstoff wandelt UV und violettes Licht in blaues Licht um, ein anderer blaues Licht in grünes Licht usw. Durch Kombination mehrerer Farbstoffe, entweder in derselben Platte oder z.B. durch Anordnen verschieden eingefärbter Platten hintereinander kann auch in einem Schritt ein größerer Wellenlängenbereich übersprungen werden, etwa direkt blaues in rotes Licht umgewandelt werden.The fluorescent substances have the property of absorbing light and generally re-emitting it after a very short time (often only a few nsec). It is important that for some substances this re-emission of light occurs with almost no loss, ie the fluorescence quantum yield (number of photons emitted by number of photons absorbed) is >90%, often close to 100%. It is also important that the fluorescence spectrum is shifted towards longer waves compared to the absorption spectrum, ie one dye converts UV and violet light into blue light, another blue light into green light, etc. By combining several dyes, either in the same plate or, for example, by arranging differently colored plates one behind the other, a larger wavelength range can be skipped in one step, for example blue light can be converted directly into red light.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the present invention emerge from the subclaims.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren illustriert.The present invention is illustrated using the following figures.

Dabei zeigen 1 und 2 jeweils eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß bevorzugten Reaktorsystems.Show it 1 and 2 each a schematic representation of a reactor system preferred according to the invention.

1 zeigt dabei ein Reaktorsystem 100, aufweisend fünf Reaktoren F1, F2, F3, F4, F5, welche jeweils zwei Fallleitungen 1, welche auch als Downcomer bezeichnet werden, aufweisen. All diese Fallleitungen 1 weisen genau zwei Ventile 5 auf. Die linke Fallleitung des Reaktors F1 und die rechte Fallleitung des Reaktors F5 weisen insbesondere deshalb Ventile 5 auf, um so in möglichst einfacher Weise das Reaktionssystem um weitere Reaktoren zu erweitern. In dieser bevorzugten Ausgestaltung sind die Reaktoren F1 und F2, F2 und F3, F3 und F4 sowie F4 und F5 jeweils mit zwei Reaktionsmediumaustauschleitungen 3 so miteinander verbunden, dass das erste Ventil (in Flussrichtung des Mediums gesehen) der einen Fallleitung mit dem zweiten Ventil (in Flussrichtung des Mediums gesehen) der anderen Fallleitung verbunden ist. Die Pfeile 4 zeigen die Flussrichtung eines in den Reaktoren F1 bis F5 befindlichen Reaktionsmediums an. 1 shows a reactor system 100, having five reactors F1, F2, F3, F4, F5, each of which has two downcomers 1, which are also referred to as downcomers. All of these downpipes 1 have exactly two valves 5. The left downcomer of the reactor F1 and the right downcomer of the reactor F5 have valves 5 in particular in order to expand the reaction system to include further reactors in the simplest possible manner. In this preferred embodiment, the reactors F1 and F2, F2 and F3, F3 and F4 as well as F4 and F5 are each connected to one another with two reaction medium exchange lines 3 in such a way that the first valve (seen in the flow direction of the medium) of one downcomer is connected to the second valve ( seen in the flow direction of the medium) is connected to the other downpipe. The arrows 4 indicate the flow direction of a reaction medium located in the reactors F1 to F5.

Des Weiteren weist der Reaktor F3 einen Temperatursensor 311 (TIR: T = Temperatur, I = Anzeige, R = Speicherung; siehe DIN ISO 10628 ), einen pH-Sensor 312 (QIR: Q = Qualität, I = Anzeige, R = Speicherung; siehe DIN EN ISO 10628 ) und einen Drucksensor 315 (PIR: P = Druck, I = Anzeige, R = Speicherung; siehe DIN ISO 10628 ) auf.Furthermore, the reactor F3 has a temperature sensor 311 (TIR: T = temperature, I = display, R = storage; see DIN ISO 10628 ), a pH sensor 312 (QIR: Q = quality, I = display, R = storage; see DIN EN ISO 10628 ) and a pressure sensor 315 (PIR: P = pressure, I = display, R = storage; see DIN ISO 10628 ) on.

Die Reaktoren F1 bis F5 weisen zudem jeweils Gaszuleitungen 20, 21, 22, 23, 24 auf, mittels derer Luft eingeleitet und bevorzugt CO₂ zur Einstellung des pH-Wertes zugemischt wird. Eine FIC-Vorrichtung 113 (F = Durchfluss, I = Anzeige, C = geregelt oder gesteuert) dosiert die CO₂-Zugabe zu der Luft. In den Leitungen 20, 21, 22, 23, 24 sind jeweils zusätzlich Durchflussanzeigevorrichtungen 114, 214, 314, 414 und 514 und stromabwärts Sterilfilter 60, 61, 62, 63, 64 angeordnet. Die Sterilfilter 60, 61, 62, 63 und 64 werden dazu eingesetzt, die Luft und/oder das CO₂ zu sterilisieren. Außerdem kann aus einem Reaktionsbehälter 40 mittels einer ansteuerbaren Pumpe 710 über ein ansteuerbares Ventil 711 und einer Leitung 11 zu Zuleitungen 30, 31, 32, 33, 34 ein Kulturmedium geleitet und über die ansteuerbare Ventile 115, 215, 315, 415 und 515 dosiert zu den jeweiligen Reaktoren F1 bis F5 zugegeben werden. Zwischen der ansteuerbaren Pumpe 710 und dem ansteuerbaren Ventil 711 ist ein Sterilfilter 42 angeordnet, der das etwaige durchfließende Reaktionsmedium sterilisiert. Zudem weist der Reaktor F3 eine Zuleitung 50 auf, über die weitere Komponenten, wie demineralisiertes Wasser (VE), NH₄ ⁺, Fe²⁺ und PO₄ ^3-, eingebracht werden können. Die weiteren Komponenten werden bevorzugt in jeweils einem Vorratsbehälter 51, 52, 53, 54 bevorratet und können über ansteuerbare Ventile 611, 612, 613, 614 mittels Leitungen und einer ansteuerbaren Pumpe 610 dosiert über die Leitung 50 und das ansteuerbare Ventil 317 zu dem Reaktor F3 zugegeben werden. Diese Einheit wird auch als Fütterungsvorrichtung 6 bezeichnet. Die Fütterungsvorrichtung 6 weist auch einen Gewichtssensor 1000 (WIR: W = Gewicht, I = Anzeige, R = Speicherung; siehe DIN EN ISO 10628) auf.The reactors F1 to F5 also each have gas supply lines 20, 21, 22, 23, 24, by means of which air is introduced and preferably CO ₂ is mixed in to adjust the pH value. A FIC device 113 (F = flow, I = display, C = regulated or controlled) meters the CO ₂ addition to the air. Additional flow display devices 114, 214, 314, 414 and 514 are arranged in the lines 20, 21, 22, 23, 24 and sterile filters 60, 61, 62, 63, 64 are arranged downstream. The sterile filters 60, 61, 62, 63 and 64 are used to sterilize the air and/or the CO ₂ . In addition, a culture medium can be fed from a reaction container 40 by means of a controllable pump 710 via a controllable valve 711 and a line 11 to supply lines 30, 31, 32, 33, 34 and metered via the controllable valves 115, 215, 315, 415 and 515 are added to the respective reactors F1 to F5. A sterile filter 42 is arranged between the controllable pump 710 and the controllable valve 711, which sterilizes any reaction medium flowing through. In addition, the reactor F3 has a feed line 50 through which further components, such as demineralized water (VE), NH ₄ ⁺ , Fe ²⁺ and PO ₄ ^3- , can be introduced. The other components are preferably stored in a storage container 51, 52, 53, 54 and can be metered via controllable valves 611, 612, 613, 614 by means of lines and a controllable pump 610 via line 50 and the controllable valve 317 to the reactor F3 be added. This unit is also referred to as feeding device 6. The feeding device 6 also has a weight sensor 1000 (WIR: W = weight, I = display, R = storage; see DIN EN ISO 10628).

Die Vorrichtung gemäß 1 weist zudem einen Erntebehälter 60 auf. In diesen Erntebehälter 60 kann nach Beendigung der Kultivierung und entsprechender Stellung der Ventile 115, 215, 315, 415, 515 und des zusätzlichen Ventils 712 das in den Reaktoren F1 bis F5 befindliche Reaktionsmedium abgelassen und in dem Erntebehälter 60 aufgefangen werden.The device according to 1 also has a harvest container 60. After the cultivation has ended and the valves 115, 215, 315, 415, 515 and the additional valve 712 have been set, the reaction medium in the reactors F1 to F5 can be drained into this harvest container 60 and collected in the harvest container 60.

Zudem weist das Reaktorsystem 100 eine Sprinkleranlage 70 auf. Die Sprinkleranlage 70 umfasst einen Vorratsbehälter 71, der mit einer Flüssigkeit 72, bevorzugt Wasser 72, gefüllt ist. Der Vorratsbehälter 71 weist zudem einen Füllstandsensor 601 auf. Mittels einer ansteuerbaren Pumpe 100 und einem ansteuerbaren Ventil 602 kann mittels Düsen 101, 102, 103, 104 und 105 über eine Leitung 110 dosiert die Flüssigkeit 72 bevorzugt das Wasser 72, in die Reaktoren F1 bis F5 gesprüht werden. Durch die Versprühung und den sich auf dem Reaktionsmedium bildenden Flüssigkeitsfilm kann bevorzugt das Reaktionsmedium in den Reaktoren F1 bis F5 gekühlt werden.In addition, the reactor system 100 has a sprinkler system 70. The sprinkler system 70 includes a storage container 71 which is filled with a liquid 72, preferably water 72. The storage container 71 also has a fill level sensor 601. By means of a controllable pump 100 and a controllable valve 602, the liquid 72, preferably the water 72, can be sprayed into the reactors F1 to F5 in a metered manner via a line 110 using nozzles 101, 102, 103, 104 and 105. The reaction medium in the reactors F1 to F5 can preferably be cooled by the spraying and the liquid film that forms on the reaction medium.

2 zeigt ebenfalls eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Dementsprechend wird bei diesen Elementen auf die Figurenbeschreibung der 1 verwiesen. 2 also shows a preferred embodiment of the present invention. The same elements have the same reference numbers. Accordingly, these elements refer to the description of the figures 1 referred.

Bei diesem erfindungsgemäßen Reaktorsystem 200 ist der Reaktor F1 mit F2, F2 mit F3, F3 mit F4 und F4 mit F5 mittels genau einer Reaktionsmediumaustauschleitung 3 verbunden, wobei die Reaktionsmediumaustauschleitung 3 jeweils das erste Ventil (in Flussrichtung des Mediums gesehen) der einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des einen Reaktors mit dem ersten Ventil (in Flussrichtung des Mediums gesehen) der einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des anderen Reaktors verbindet. In dieser besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es für die optimale Durchmischung der Reaktionsmedien, bevorzugt während der Kultivierung, in den Reaktoren F1 bis F5 erforderlich, dass der Reaktor F1 mit dem Reaktor F5 über eine weitere Reaktionsmediumaustauschleitung 41 verbunden ist. Durch die weitere Reaktionsmediumrückführvorrichtung 41 (gezeigt durch die dicke schwarze Linie) wird nämlich ein Kreislauf zwischen den Reaktoren F1 bis F5 geschlossen, durch den das Medium zirkulieren kann. Die ansteuerbaren Ventile 115 und 515 müssen so geschalten sein, dass ein entsprechender Fluss des Reaktionsmediums ermöglicht wird. In einer nicht gezeigten Verfahrensweise kann Reaktionsmedium aus dem Vorratsbehälter 40 in die Reaktoren F1 bis F5 eingeleitet werden. Dazu wird - wie bereits in 1 beschrieben - über eine Leitung 11 zu einer Zuleitung zu dem Reaktor F1 (entspricht dem Abschnitt der Leitung 41, der den Reaktor F1 mit der Leitung 11 verbindet und in 1 als Zuleitung 30 bezeichnet wird) und Zuleitungen 31, 32, 33, 34 Reaktionsmedium eingeleitet. Die Ventile 115, 215, 315, 415, 515 ist so eingestellt, dass das Reaktionsmedium bis in die Reaktoren F1 bis F5 strömen kann.In this reactor system 200 according to the invention, the reactor F1 is connected to F2, F2 to F3, F3 to F4 and F4 to F5 by means of exactly one reaction medium exchange line 3, the reaction medium exchange line 3 each being the first valve (seen in the flow direction of the medium). a reaction medium return device of one reactor with the first valve (seen in the flow direction of the medium) which connects a reaction medium return device of the other reactor. In this particular embodiment of the present invention, for the optimal mixing of the reaction media, preferably during cultivation, in the reactors F1 to F5, it is necessary that the reactor F1 is connected to the reactor F5 via a further reaction medium exchange line 41. The further reaction medium return device 41 (shown by the thick black line) closes a circuit between the reactors F1 to F5, through which the medium can circulate. The controllable valves 115 and 515 must be switched in such a way that an appropriate flow of the reaction medium is possible. In a procedure not shown, reaction medium can be introduced from the storage container 40 into the reactors F1 to F5. This is done - as already in 1 described - via a line 11 to a feed line to the reactor F1 (corresponds to the section of the line 41 which connects the reactor F1 to the line 11 and in 1 is referred to as feed line 30) and feed lines 31, 32, 33, 34 reaction medium are introduced. The valves 115, 215, 315, 415, 515 are set so that the reaction medium can flow into the reactors F1 to F5.

Claims

Reaktorsystem aufweisend mindestens zwei Reaktoren, wobei ein erster und ein zweiter Reaktor jeweils mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung aufweisen, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung des ersten Reaktors mit der mindestens einen Reaktionsmediumrückführvorrichtung des zweiten Reaktors über mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung miteinander verbunden ist.Reactor system comprising at least two reactors, wherein a first and a second reactor each have at least one reaction medium return device, wherein the at least one reaction medium return device of the first reactor is connected to the at least one reaction medium return device of the second reactor via at least one reaction medium exchange line.

Reaktorsystem nach Anspruch 1, wobei allein ein einziger Reaktor der mindestens zwei Reaktoren mindestens einen Sensortyp aufweist.reactor system Claim 1 , whereby only a single reactor of the at least two reactors has at least one sensor type.

Reaktorsystem nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Sensortyp ein pH-Wert-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Füllstandmessung oder Sensor zur optischen Dichtebestimmung ist.reactor system Claim 2 , wherein the at least one sensor type is a pH value sensor, temperature sensor, sensor for level measurement or sensor for optical density determination.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mindestens einen Reaktionsmediumaustauschleitung mindestens einen Sensortyp aufweist.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein at least one of the at least one reaction medium exchange line has at least one sensor type.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumrückführvorrichtung eine Fallleitung ist.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least one reaction medium return device is a downcomer.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumsrückführvorrichtung des ersten und des zweiten Reaktors jeweils über ein Ventil mit der Reaktionsmediumaustauschleitung verbunden ist.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least one reaction medium return device of the first and second reactors is each connected to the reaction medium exchange line via a valve.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Reaktoren Flachplatten-Airlift-Reaktoren sind.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least two reactors are flat plate airlift reactors.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Reaktoren jeweils zusätzlich mindestens einen Einlass für ein Nährstoffmedium aufweisen.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least two reactors each additionally have at least one inlet for a nutrient medium.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Reaktoren jeweils zusätzlich mindestens einen Einlass für Gase aufweisen.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least two reactors each additionally have at least one inlet for gases.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens einer, bevorzugt genau einer, der mindestens zwei Reaktoren zusätzlich einen Einlass für die Zuführung weiterer Komponenten verfügt.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein at least one, preferably exactly one, of the at least two reactors additionally has an inlet for the supply of further components.

Reaktorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Reaktionsmediumaustauschleitung von einer mit Wasser oder einem Kühlmittel befüllbaren Kühlleitung zumindest teilweise ummantelt ist.Reactor system according to one of the preceding claims, wherein the at least one reaction medium exchange line is at least partially encased by a cooling line which can be filled with water or a coolant.

Verfahren zur Kultivierung von Zellen und/oder Mikroorganismen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Reaktorsystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die mindestens zwei Reaktoren des Reaktorsystems zumindest teilweise mit einem Zellen und/oder Mikroorganismen enthaltenden Kulturmedium gefüllt sind, und b) Kultivieren der Zellen und/oder Mikroorganismen unter geeigneten Kulturbedingungen.Method for cultivating cells and/or microorganisms, the method comprising the following steps: a) providing a reactor system according to one of Claims 1 until 11 , wherein the at least two reactors of the reactor system are at least partially filled with a culture medium containing cells and / or microorganisms, and b) cultivating the cells and / or microorganisms under suitable culture conditions.

Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kultivierung unter Gaseintrag, bevorzugt unter Zufuhr von CO₂, stattfindet.Procedure according to Claim 12 , whereby the cultivation takes place with the introduction of gas, preferably with the addition of CO ₂ .