УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДОЕМОВ ОТ СИНЕ-ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ИХ ПРИМЕНЕНИЕМ "АВЕРС - АКВА - ФЕРМЕР"

Полезная модель относится к экологии и сельскому хозяйству, а именно очистке водоемов от сине-зеленых водорослей, с последующим их использованием в сельском хозяйстве и других отраслях.
В летнее время, большой проблемой для водоемов любого государства являются сине-зеленые водоросли, приносящие значительный вред как пресной, так и соленой воде, уничтожая их обитателей. Сине-зеленые водоросли в значительной степени отличаются от всех остальных водорослей тем, что по своему строению они фактически являются бактериальными организмами, у которых нет настоящей цитоплазмы и оболочка ядра является одновременно оболочкой клетки. Сине-зеленые водоросли очень древние и наиболее распространенные, они обитают повсюду: в соленой и пресной воде и даже в почве, т.е. там, где есть влага. Но для того, чтобы активно развиваться нужны три главные условия: наличие питательных веществ (азота и фосфора), теплая вода (>20°С) и отсутствие турбулентности (смешивания воды при течении) - именно эти условия возникают летом практически повсюду. При благоприятных условиях сине-зеленые водоросли делятся по 2-3 раза в сутки и за 3-4 дня увеличение этой биомассы происходит в 10-12 раз, что может заполнить любой водоем в течение короткого времени. Никто из живых организмов эту биомассу не ест и не уничтожает, которые отмирают через несколько дней, оседая хлопьями на дне водоемов, которые при разложении поглощают кислород, создавая бескислородные, «мертвые» участки дна. Что приводит к замору рыбы. (Вассер С.П. с соавт. «Водоросли», Киев: Наукова дума, 1989).
Так как питательными веществами водорослей являются азот и фосфор, которых предостаточно в атмосфере, почве и воде, в связи с применением удобрений в сельском хозяйстве, в котором повсеместно используются азотные и фосфорные удобрения, а в летнее время достаточно солнечной энергии; эти факторы в полной мере обеспечивают благоприятный фотосинтез сине-зеленых водорослей и их интенсивный рост.
Из истории известно, что около 400 лет назад, испанские конкистадоры писали, что коренные жители Америки, ацтеки, выпекают из водорослей высокопитательное печенье. В 1964 г. во время одной из экспедиций бельгийских ученых-ботаников в Африку, аборигены угостили их кексами зеленовато-голубоватого цвета, испеченными из высушенных сине-зеленых водорослей, которые сделали биохимический анализ кексов, в которых оказалось, что содержание белка доходит до 70%.
12
По биологическим показателям сине-зеленые водоросли можно отнести к числу ценных видов растительного сырья. В них содержится 35-40% белка, в состав которого входит 16 аминокислот (в т.ч. 8 незаменимых), до 20% углеводов, до 3% хлорофилла, до 14% каротина, 0,8% фосфора (для сравнения в бобовых содержится не более 0,4-0,5%). Также они богаты различными витаминами и микроэлементами (например, содержание кобальта в них в 50 раз выше, чем в других растениях, употребляемых человеком в пищу, необходимый для синтеза витамина В). Из тонны сухих водорослей можно получить до 500 кг концентрата, либо значительное количество отдельных, незаменимых для человека и животных аминокислот, добавки для которых к питанию как человека, так и животных помогут решить вопрос с обеспечением природных витаминов и ферментов, а также определить пути решения продовольственной проблемы. Например, в Африке, в районе озера Чад, особенно в засушливые годы, основной белок люди получают из водорослей спирулина, готовя из водорослей лепешки, соусы и гарниры, содержащие до 60% белка. (Кольман Я. с соавт. «Наглядная биохимия» М., «МИР», 2004, С-350-379; http://www.valleyflora.ru/ 115.html)
Известно устройство для очистки водоемов, это установка интенсивно крутящихся пропеллеров, обеспечивающих итенсивную циркуляцию воды нижних слоев с верхними, которая не позволяет сине-зеленой флоре развиваться.
Недостатком данного способа является то, что что его можно применять на ограниченном пространстве (применяется на дорогих курортах Южной Германии и Австрии), мощные электродвигатели потребляют огромное количество электроэнергии.
Также известен способ очистки водоемов посредством затенения поверхности водоемов темной полиэтиленовой пленкой или специальными навесами, непропускающими свет в водную толщу, а без него водоросли не могут развиваться.
Недостатком данного способа является то, что данным способом можно очистить лишь очень маленькие водоемы, что, в свою очередь, не даст возможность водоплавающей птице полноценно использовать такие водоемы.
2
3
Существуют также механические и химические способы борьбы с сине-зелеными водорослями. Это прежде всего всевозможные фильтры, но они способны очистить небольшое количество воды для потребителя методом механической фильтрации, которые быстро «забиваются» самими же водорослями. Также можно очищать водоемы от сине-зеленых водорослей химическим способом, с применением пироксида кальция, обеспечивающим подщелачивание воды и выделение атомарного кислорода, который уничтожает бактерии и сине-зеленые водоросли, так, например, было очищено Женевское озеро. Недостатком данного способа является то, что для эффективной очистки воды необходимо до 100 грамм CaO на 1 м, а при высокой его стоимости это становится просто нереально. Применение иных химических средств, приводит к сильному загрязнению воды. Например, для больших аквариумов применяется пенициллин концентрацией 10000 ед. на литр воды, плюс 3% борная кислота 30 мл на 100 литров воды, при этом необходимо удаление рыб, что просто невозможно в открытых водоемах, (www.fishga.ru/vodor.html).
В настоящее время не существует устройств для очистки воды от сине-зеленых водорослей в промышленных масштабах, которые можно было бы рассматривать в качестве ближайшего аналога.
А в качестве прототипа, по применению сине-зеленых водорослей, может быть рассмотрен способ использования сине-зеленых водорослей учеными из индийского НИИ ботаники, которые в течение 6 недель скармливали цыплятам породы белый леггорн одинаковый по питательности корм, но с различным содержанием арахисового жмыха и синих водорослей.
При включении в комбикорм 16,6% сухой массы спирулины, вместо 24% арахисового хмыха, привес цыпленка за время опыта повысился с 173 г до 193 г, а расход корма на килограмм привеса уменьшился, (http://www.valleyflora.ru/115.html).
Недостатком данного способа является то, что спирулины были выращены для лабораторных нужд в сточных водах и были собраны сачком, а также не получил дальнейшего развития.
Все перечисленные средства и способы относятся к локальной очистке водоемов от сине-зеленых водорослей, с большими экономическими затратами. В настоящее время не существует эффективных промышленных способов по очистке водоемов с последующим использованием водорослей в медицинской и пищевой промышленности, сельском хозяйстве и иных отраслях.
Техническая задача, предполагаемой полезной модели, состоит в создании устройства по очистке различных видов водоемов от сине-зеленых водорослей с последующим их применением для нужд человека.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности очистки различных видов водоемов от сине-зеленых водорослей, их переработкой и применением для нужд человека.
Указанный технический результат достигается тем, в устройстве для очистке водоемов от сине-зеленых водорослей с последующим их применением, включающее центрифугу, с боковыми отверстиями не более 0.1 мм по всей площади, крепящегося спицами к валу со стопорным кольцом и шестерней или шкивом, для ременной передачи, съемным металлическим днищем с уплотнителем, скобами для крепления его к центрифуге, скорость вращения которой не более 1000 об/мин., большого металлического цилиндра, с соразмерным отверстием внизу по внешнему диаметру центрифуги, с внутренним желобом, отверстием с патрубком для отвода очищенной воды, двух металлических пластин, с выбранными полуокружностями, равными, при сложении, диаметру вала и двумя выемками на концах, для крепления скобами к большому металлическому цилиндру и штуцером, для крепления рукава, для подачи водно-водорослевой смеси, стоек, обеспечивающих устойчивость устройства, поддона с бортиками и прямоугольным отверстием, для установки ленточного транспортера, металлического сушильного шкафа, с блоком управления, нижним отверстием, для принудительной подачи теплого воздуха, верхних боковых отверстий, для выхода влажного воздуха, металлической решетчатой платформы, для установки металлического тонкостенного поддона, монохроматических излучателей синего, зеленого и красного спектров, при этом излучатели имеют различную длину волны в одном спектре, включающиеся поочередно через запрограммированный промежуток времени, а металлический поддон имеет меньшую площадь, чем основание сушильной камеры, обеспечивая подогрев поддона и удаление влажного воздуха из сушильной камеры, при этом поддон жестко крепится, посредством резьбовых соединений, металлическим прутом к одной из стоек устройства, обеспечивая при этом передачу вибрации, для равномерной сушки водорослей. Причем блок управления сушильного шкафа обеспечивает поочередное включение излучателей различных спектров, показывает в окне дисплея степень влажности водорослей, посредством датчика влажности, установленного на верхней крышке сушильного шкафа, отключает работу шкафа, по достижению заданных показателей влажности внутри шкафа, работу которого обеспечивает запрограммированный микроконтроллер.
Возможность достижения технического результата подтверждается следующим.
Сине-зеленые водоросли наибольшую массу составляют в верхней части водоема, по-этому забор поверхностной воды (не более 40 см.), может осуществляться посредством тонкостенных рукавов, закрепленных к поплавкам, обычными насосами, мощность которых определяется емкостью центрифуги, содержащей смесь воды и водорослей, способом центрифугирования, со скоростью вращения центрифуги, не более 1000 об./мин., что в значительной степени снижает вероятность разрушения сине-зеленых водорослей, с последующим воздействием светодиодным устройством, в сушильной камере, включающим излучатели синего, зеленого и красного света, расположенных на высоте не более 50 см, от поверхности массы водорослей, толщиной которых, в поддоне, не должна превышать 5 см, в течение их вентиляции сухим теплым воздухом, без доступа прямых солнечных лучей, влажность воздуха определяется датчиком влажности, находящимся в центре сушильного шкафа.
Для равномерной сушки водорослей применяется поддон, предпочтительно, изготовленный, из тонкого листа нержавеющей стали, теплый воздух подается в отверстие в нижней части сушильного шкафа, располаженного в центре, который нагревает поддон и уносит влагу через два боковых отверстия в верхней части сушильного шкафа. Жестко закрепленный металлический прут к поддону и стойкам устройства, обеспечивает вибрацию, что тоже увеличивает скорость удаления влаги из водорослей.
Выбранный диапазон видимого света определяется следующим.
Синий свет (430-480 нм) обладает высоким бактерицидным действим, кроме того проникает в клетку за счет фотосенсибилизации ее молекул и дает дополнительную энергию клетке, обеспечивая ее метаболизм. Под влиянием зеленого (500-530 нм) и красного (660-740 нм), происходят внутреклеточные фотохимические процессы способствующие предотвращению распада аминокислот, белков и углеводов. Это обеспечивает длительное хранение сухой биомассы. (Вермель С.Б «Медицинское светоучение» М., «Издание автора», 1926, С 7-24.)
Вентеляция сухим теплым воздухом, без доступа прямых солнечных лучей, способствует быстрому высушиванию водорослей с сохранением их полезных свойств и качеств.
Вращение малого цилиндра может осуществляться маломощный электродвигателем как посредством шестеренчатой передачи, так и посредством ременной передачи.
В полезной модели, предпочтительно, используются монохроматические излучатели отечественного производства НПО «ПЛАТАН» (Россия) или их аналоги зарубежных фирм-производителей.
Размеры ленточного транспортера, по доставке водорослей из малого цилиндра в сушильную камеру, определяются из расчета объема производства водорослей в час и расстоянием до сушильного шкафа.
Общий вид устройства представлен: Фиг.1 (А - вид сбоку центрифуги в разрезе); Фиг.2 (Б - вид спереди сушильного шкафа в разрезе); Фиг.3 (В - вид устройства сверху в собранном состоянии)
Устройство состоит из центрифуги 1 с боковыми отверстиями 2 по всей площади, спиц 3 для крепления к валу 4 со стопорным кольцом 5 и шестерней или шкивом 6 на окончании, съемного металлического днища 7 с уплотнителем 8, скобами для крепления к центрифуге 9, большого металлического цилиндра 10, с соразмерным отверстием по внешнему диаметру центрифуги, внутреннего желоба 11 с отверстием и патрубком 12, для отвода очищенной воды, двух металлических пластин 13 с выбранными полуокружностями 14 по центру, равными при сложении диаметру вала, двух выемок на окончании для крепления их скобами 15 к большому металлическому цилиндру, штуцера 16 для подсоединения рукава подающего водно-водорослевую смесь в центирифугу, стоек 17, обеспечивающих устойчивость устройства, поддона с бортиками 18 и прямоугольным отверстием 19, для установки ленточного транспортера 20, металлического сушильного шкафа 21 с блоком управления 22, нижнего отверстия с фланцем 23, для принудительной подачи теплого воздуха, верхних боковых отверстий 24, для выхода влажного воздуха, металлической решетчатой платформы 25, для установки металлического тонкостенного поддона 26, монохроматических излучателей синего, зеленого и красного спектров 27, датчика влажности в сушильной камере 28, дисплея 29, отображающего уровень влажности в камере, кнопки включения 30 программы сушки, металлического прута 31 с резьбовыми соединениями на концах 32, для крепления к стойке устройства и поддону.
Устройство работает следующим образом:
К центрифуге 1 внизу крепится съемное металлическое днище 7 с уплотнителем 8 скобами 9, которая устанавливается в отверстие большого металлического цилиндра 10, ниже стопорного кольца 5 устанавливаются металлические пластины 13 совмещая их так, чтобы выбранные полуокружности 14 совпали с валом 4, совмещенные пластины 13 крепятся скобами 15 к большому металлическому цилиндру 10, к штуцеру 16 подсоединяется рукав подачи водно-водорослевой смеси в центрифугу, к патрубку 12 подсоединяется рукав для возврата в водоем чистой воды, стойками 17 выставляется уровень устройства, к шестерне или шкиву 6, подсоединяется зубчатая или ременная передача от низкооборотистого двигателя, под центрифугой устанавливается поддон 18, под прямоугольным отверстием поддона устанавливается ленточный транспортер 20, к другому концу которого устанавливается сушильный шкаф 21, внутри шкафа устанавливается металлическая решетчатая платформа 25, металлический тонкостенный поддон 26, к фланцу 23 подсоединяется рукав, для подачи атмосферного теплого воздуха ротационным насосом, металлический прут 31, посредством резьбовых соединений закрепляется к стойке 17 и поддону 26. После сборки устройства, через штуцер 16 подается водно-водорослевая смесь в центифугу 1, которая запускается одновременно посредством шестеренчатой или ременной передачи через шестерню или шкив 6, под действием центробежной силы вода просачивается через боковые отверстия 2 центрифуги и ударяясь о стенки большого металлического цилиндра 10 стекает в желоб 11, а затем вытекает в водоем через отверстие с патрубком 12. По мере наполнения центрифуги 1 водорослями, отключается подача водно-водорослевой смеси, при вращающейся центрифуге 1, при отсутствии воды в желобе 11, центрифуга 1 останавливается отключением двигателя, в нижней части открываются три скобы 9 и открывается металлическое днище 7, влажные водоросли высыпаются в поддон 18, вновь скобами 9 закрепляется металлическое днище 7, включается двигатель для вращения центрифуги и подается через штуцер 16 водно-водорослевая смесь, включается ленточный транспортер 20 и влажные водоросли поступают в металлический тонкостенный поддон сушильного шкафа, которые равномерно распределяются по всему поддону, ротационным насосом, через отверстие с фланцем 23 подается теплый атмосферный воздух, который равномерно обтекая поддон нагревает его и выносит испаряющуюся воду через боковые отверстия 24 в атмосферу, одновременно с подачей теплого воздуха, нажатием кнопки включения 30 блока управления 22, включается программа поочередного включения и отключения монохроматических излучателей 27 и мониторинг влажности датчиком влажности 28 и отображением степени влажности в сушильном шкафу окне дисплея 29, при этом во время работы центрифуги 1 металлический прут 31 передает от стойки 17 металлическому поддону 26 вибрацию центрифуги, что обеспечивает постоянное движение водорослей и их быстрое и равномерное высушивание, по мере высушивания водорослей в поддоне 26 сушильного шкафа 21 до заданной величины, блок управления отключает работу монохроматических излучателей, металлический поддон 26 отсоединяется от металлического прута 31 резьбовым соединением 32 и содержимое поддона пересыпается в определенную емкость для их последующей фасовки. Свободный от сухих водорослей поддон, вновь устанавливается в сушильшый шкаф 21 и резьбовым соединением 32 прикручивается к металлическому пруту 31, для повторения описанного цикла.
Предполагаемое устройство имеет следующие преимущества:
1. Устройство простое в изготовлении, может легко транспортироваться в места его применения и быстро устанавливаться для работы, как на берегах водоемов, так и на плавающих средствах.
2. Выполняя функции по очистке водоемов от сине-зеленых водорослей, обеспечивая очистку воды для ее обитателей, устройство обеспечивает высококалорийными добавками к пище домашнего скота и птицы, а также природными минеральными удобрениями.
3. Устройство удобно в применении, как в индивидуальном использовании, так и в промышленных масштабах.
4. Использование сушеных водорослей, в качестве замены в питании домашнего скота и птицы, позволит сократить использование картофеля, зерновых и бобовых культур, что приведет к снижению себестоимости мяса, молока и яиц, а также позволит решить продовольственную проблему для населения планеты.