ВЕРТИКАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БЕНТОСНЫХ И ПЛАНКТОННЫХ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ, МАКРОФИТОВ И ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к микробиологической промышленности и сельскому хозяйству и предназначена для выращивания бентосных и планктонных видов и штаммов микроводорослей, а также бентосных макроводорослей и высших водных растений используемых в качестве биоактивных добавок в питании человека, витаминных подкормок для животных и птицы и при культивировании водных беспозвоночных животных, с целью кормления рыб в рыбном хозяйстве и рыборазведении, а также в очистке вод и научных экспериментах.
Известна установка (вертикальный фотобиореактор) описанная в патенте CN 101838606 A, опубл. 22.09.2010, которая состоит из светоприемной части, освещаемой с одной или двух сторон и выполненной из светопрозрачного химически и биологически инертного материала, состоящей из параллельных каналов, причем снизу и сверху выходы из каналов соединены общими емкостями, выполненными из того же материала, в которых расположены один или несколько штуцеров для ввода добавок или отбора суспензии микроорганизмов и вывода газа из фотобиореактора, а внизу части каналов установлены порты для ввода газовой смеси, чтобы суспензия внутри фотобиореактора двигалась за счет аэролифта как вверх, так и вниз.
Недостатками указанного фотобиореактора являются: необходимость в аэролифте для обогащения газовой среды и перемешивания суспензии, а также сложность в очищении внутренних поверхностей каналов от загрязнений и обрастаний (биопленки) и отсутствием приборов контроля.
Наиболее близка к предложенной полезной модели выбранная в качестве прототипа установка для культивирования хлореллы - вертикальный фотобиореактор (патент RU 2451446), содержащая светоприемную поверхность, освещаемую с одной или двух сторон лампами и выполненную из светопрозрачного химически и биологически инертного материала. Панель составлена из параллельных каналов, снизу и сверху выходы каналов соединены общими емкостями с расположенными в них одним или несколькими штуцерами для ввода добавок или отбора суспензии фотосинтезирующих микроорганизмов и вывода газа из установки. Внизу части каналов установлены порты для ввода газовой смеси, чтобы суспензия внутри фотобиореактора двигалась за счет аэролифта как вверх, так и вниз. В общих емкостях фотобиореактора расположены один или несколько портов для датчиков, измеряющих температуру, pH и содержание растворенного кислорода в суспензии. Для очистки светоприемных поверхностей от биопленки внутри фотобиореактора располагают постоянный магнит сечением, примерно равным сечению каналов, покрытый мягким пористым химически и биологически инертным материалом и приводимый в движение внешним магнитным полем.
Недостатками прототипа являются: необходимость в аэролифте для перемешивания суспензии, что создает большой расход газовой смеси, сложный способ очистки внутренних поверхностей каналов от обрастаний (биопленки) с помощью перемещающегося магнита и невозможность выращивания водных макрофитов и высших водных растений.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание экономичной по расходу газовой смеси, удобной в эксплуатации и обслуживании установки с возможностью культивирования в ней как бентосных и планктонных микроводорослей, так и водных макрофитов и высших водных растений.
Поставленная задача достигается тем, что емкость установки для выращивания бентосных и планктонных микроводорослей, водных макрофитов и высших водных растений состоит из вертикальных светоприемных поверхностей, выполненных из светопрозрачного, химически и биологически инертного материала, освещается с одной или двух сторон лампами; имеет расположенные в нижней части установки два штуцера с вентилями, один для ввода питательной среды, стартовой порции суспензии микроводорослей и слива зрелой суспензии, другой для ввода углекислого газа; расположенные в верхней части выше уровня жидкости штуцер с вентилем для перепуска газовой среды и предохранительный клапан сброса газовой среды, также содержит датчик измерения температуры, содержания углекислого газа в газовой среде, и датчик РН; при этом емкость закреплена в устойчивом поддоне или слегка наклонена и опирается на стойки, идущие от верха задней стенки, несет сверху наружные отгибы под прямым углом к корпусу, закрыта герметичной крышкой с уплотнительной прокладкой, крепящейся к корпусу емкости струбцинами; снабжена манометром для измерения давления газовой среды и датчиком уровня углекислого газа в газовой среде; на задней стенке емкости снаружи закреплен съемный фотометрический датчик, используемый для определения плотности взмученной суспензии и уровня освещенности; внутри емкости располагаются друг над другом на определенных расстояниях проходящие по всей ее длине съемные полочки из аналогичного указанной емкости материала; данные полочки не доходят до задней стенки емкости и лежат на брусках из аналогичного корпусу емкости материала, закрепленных на передней и двух боковых стенках емкости; полочки могут иметь отверстия или петли для удобства их извлечения из корпуса установки специальным крюком; емкость в верхних частях боковых стенок имеет два противоположно расположенных ящика, открытых сверху при снятой крышке емкости, в первом установлены электромотор с демультипликатором, таймер, активный шкив и рычаг, выключающий электромотор и включающий таймер, во втором установлены пассивный шкив с механизмом регулирования его натяжения; боковые стенки емкости имеют сверху вырезы по длине ящиков для прохождения кольцевого тросика и рычага таймера; внутри корпуса емкости перемещается электромотором вдоль его задней стенки вертикальный стержень с закрепленными на нем параллельно поверхностям полочек щеточками, захватывающими всю ширину полочек и периодически очищающими от биопленки их верхние поверхности при движении вертикального стержня от одной боковой стенки до другой в прямом и обратном направлениях согласно заданной таймером периодичности работы электромотора, указанные щеточки также осуществляют перемешивание питательной среды; указанный вертикальный стержень имеет снизу и в своей верхней части закрепленные на нем и расположенные параллельно задней стенке корпуса колесные пары, предотвращающие наклоны стержня при его движении и заходящие крайними колесиками каждой пары в нижние и верхние, противоположно расположенные колесные ниши боковых стенок емкости; нижняя колесная пара проходит по дну емкости и ограждена внутренним бортиком, верхняя проходит по полочке с бортиком, закрепленной на верхней части задней стенки емкости; вертикальный стержень со щеточками перемещается кольцевым тросиком, вращаемым шкивами, при этом на вершине вертикального стержня закреплена круглая коробочка с наружной резьбой и крышкой на резьбе, в крышке имеется отверстие для прохождения поводка тросика, поводок, в свою очередь, крепится к диску, свободно вращающемуся в коробочке, шкивы для свободного прохождения поводка кольцевого тросика направлены вниз; полочки и вертикальный стержень со щеточками свободно извлекаются из установки при снятой крышке емкости.
Установка иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1 установка, вертикальный поперечный разрез с детализацией; а) крепление крышки струбциной; б) верхняя полочка с колесиком вертикального стержня; в) нижнее колесико вертикального стержня; г) штуцер с вентилем.
Фиг. 2 установка без крышки, вид сверху.
Установка состоит из емкости 1 (Фиг. 1), крышки 2, закрепленной на емкости через уплотнители струбцинами 3, имеет полочки 4, свободно лежащие на брусках 5, прикрепленных к стенкам емкости, вертикальный стержень 6 со щеточками 7, перемещающийся с помощью закрепленных на нем колесных пар 8 и 9, причем последняя проходит по закрепленной на задней стенке полочке с бортиком; вертикальный стержень перемещается с помощью тросика 10; нижняя колесная пара 8 ограждена закрепленным параллельно задней стенке установки бортиком 11; залив питательной среды и стартовой порции микроводорослей и слив суспензии осуществляется через штуцер с вентилем 12; в верхних нишах 13 и 14 (Фиг. 2) располагаются: в первой электромотор с демультипликатором, активным шкивом 15, таймером и рычагом выключения электромотора и включения таймера, находящегося в этой же нише, во второй пассивный шкив 16 с механизмом регулирования его натяжения.
Установка работает следующим образом.
При выращивании бентосных микроводорослей в емкость 1 при герметично закрытой крышке 2 и открытом вентиле перепуска газовой среды заливаются через штуцер с вентилем 12 питательная среда и стартовая порция микроводорослей до необходимого уровня, после чего в установку подается через расположенный в нижней части штуцер с вентилем углекислый газ до его предусмотренного уровня в газовой среде, затем вентиль перепуска газовой среды закрывается и давление газовой среды доводится до необходимого значения, после чего вентиль подачи углекислого газа закрывается; далее на таймере устанавливается определенный интервал работы электромотора, перемещающего вертикальный стержень 6 со щеточками 7; если уровень освещенности установки дневным светом недостаточен, производится включение ламп, причем включение и выключение ламп может осуществляться вручную или автоматически - по показаниям фотометра; клетки бентосных (донных) микроводорослей оседают на дне корпуса установки и на полочках, где происходит их нормальный рост; включение электромотора для перемещения вертикального стержня 6 со щеточками 7 с целью взмучивания вегетирующих микроводорослей является обязательным при сливе зрелой суспензии; периодическое перемещение вертикального стержня в процессе культивирования бентосных микроводорослей необходимо для перемешивания питательной среды, а также при оценке их плотности фотометрическим способом; при понижении уровня углекислого газа в газовой среде, отмечаемого датчиком, углекислый газ подается в емкость через нижний штуцер с вентилем, при этом вентиль перепуска газовой среды должен быть открытым; после достижения требуемого уровня углекислого газа в газовой среде вентиль перепуска газовой среды закрывается, а после достижения определенного давления газовой среды внутри установки закрывается и вентиль подачи углекислого газа; по окончании процесса вегетирования, взмученная суспензия микроводорослей сливается из установки через штуцер с вентилем 12 при открытом вентиле перепуска газовой среды; если сливается вся суспензия, процесс культивирования начинается сначала, когда в остановке оставляется стартовая порция микроводорослей, в нее доливается лишь необходимый объем питательной среды.
При выращивании в установке планктонных микроводорослей полочки 4 вынимаются из корпуса установки; перемешивание питательного раствора осуществляется щеточками 7 при перемещении вертикального стержня 6, периодичность перемещения указанного вертикального стержня задается таймером.
При выращивании в установке водных макрофитов и высших водных растений они размещаются на дне и на полочках 4 снизу вверх в процессе установки полочек друг над другом; вертикальный стержень 6 с оборудованием в этом случае может быть извлечен из емкости или находиться в любом из своих крайних положений; извлечение макроводорослей и высших водных растений из установки производится в обратном порядке; для более равномерного распределения питательных веществ в водной среде в указанном случае используется слабое барботирование с помощью приоткрытого на определенное время вентиля подачи углекислого газа; при этом вентиль перепуска газовой среды также открыт; после окончания барботирования и достижении уровня углекислого газа в газовой среде необходимого значения, вентиль перепуска газовой среды закрывается; после достижения газовой среды в установке необходимого давления вентиль подачи углекислого газа также закрывается.