БИОРЕАКТОР ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Полезная модель относится к микробиологической промышленности и может использоваться для культивирования микроорганизмов, а именно, цианобактерий Prochlorococus marinus и получения из них биотоплива.
Известен биореактор, предназначенный для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с плоскими стенками и циркуляционный насос, соединенный с культивационной ванной всасывающим и нагнетательным патрубками, при этом в культивационной ванне с зазором относительно ее дна и стенок шарнирно закреплены поперечные жесткие пластины (А.с. СССР N 1347911, кл. A01G 31/02, 1985).
Недостаток названного решения невысокий уровень турбулизации суспензии, необходимой для тепломассообмена. Это ухудшает качество культивируемых микроорганизмов.
Известен также биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку снабженную приводом и средство регулирования температуры в полости культивационной ванны (А.с. СССР 1570678, кл. А01G 31/02, 1988).
Недостаток этого решения невозможность его использования в цикле производства жидкого биотоплива, по своим характеристикам близкого к нефтепродуктам.
Задача на решение которой направлена заявленная полезная модель выражается в обеспечении возможности культивирования биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в, обеспечении возможности производства биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам, пригодного для сжигания в двигателях внутреннего сгорания, котельных установках и т.п.
Поставленная задача решается тем, что биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку снабженную приводом и средство регулирования температуры в полости культивационной ванны, отличается тем, что культивационная ванна и лопастная мешалка выполнены из нержавеющей стали, источник суспензии выполнен, как средство подачи морской воды, источник посевного материала выполнен с возможностью подачи цианобактерий Prochlorococus marinus, средство регулирования температуры в полости культивационной ванны выполнено в виде водяной рубашки, размещенной на боковых стенках культивационной ванны, с возможностью поддержания в ее полости температуры до 35°С, кроме того, культивационная ванна снабжена заземлением, кроме того, верхняя часть корпуса культивационной ванны снабжена штуцером подключенным к источнику жидкого нефтепродукта, выполненного с возможность дозирования подаваемого материала.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивают решение заявленной технической задачи, а именно, обеспечивает возможность ускоренного культивирования биомассы, по своим характеристикам пригодной для использования в качестве топлива, подобного нефтепродуктам.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, на котором показан его вертикальный разрез.
На чертеже показаны культивационная ванна 1 с цилиндрическими стенками, снабженная крышкой 2, с первого по третий технологические - загрузочные патрубки, соответственно 3-5, подключенные, соответственно, к источнику суспензии 6, источнику жидкого нефтепродукта 7 и источнику посевного материала 8, технологический разгрузочный патрубок 9 для выгрузки готового продукта, лопастная мешалка 10, снабженная приводом 11, размещенным вне полости культивационной ванны 11, водяная рубашка 12, заземление 13 (средство снятия ионизации). Кроме того, на чертежах показаны смотровое стекло 14, смонтированное в крышке 2 и зачистной патрубок 15, смонтированный на дне 16 культивационной ванны 1, выполненном с наклоном к центральной его части, где размещены разгрузочный патрубок 9 и зачистной патрубок 15. Кроме того, на чертеже показаны опорные стойки 17 культивационной ванны 1.
Целесообразно, чтобы биореактор был снабжен комплектом контрольно-измерительной аппаратуры обеспечивающим автоматическое поддержание стабильной температуры, дозирования компонентов суспензии и посевного материала (на чертежах не показаны) и т.п.. Для этого могут использоваться известные приборы сходного назначения, обеспечивающие возможность измерений в агрессивной среде - подогретой морской воде в смеси с продуктами жизнедеятельности культивируемых микроорганизмов. При этом, культивационная ванна и лопастная мешалка (по крайней мере) их поверхности работающие в контакте с суспензией выполнены из нержавеющей стали. Аналогичные требования предъявляются к источнику суспензии 6 и источнику посевного материала 8, выполненным в виде герметичных емкостей подключенных к соответствующим патрубкам биореактора и снабженных средствами приема соответствующих расходных материалов (на чертежах не показаны). При использовании чистых нефтепродуктов специальные требования к материалу, используемому в конструкции источника жидкого нефтепродукта 7 не устанавливаются. При использовании в качестве нефтепродуктов водотопливных смесей и/или замазученных вод, в качестве материала в конструкции источника жидкого нефтепродукта 7 используют нержавеющую сталь.
Все патрубки подключенные к культивационной ванне ниже уровня загрузки суспензии снабжены приемными клапанами известной конструкции (на чертежах не показаны), исключающими потерю загружаемого материала.
Заявленное устройство работает следующим образом. В полость культивационной ванны 1 через патрубок 3, подключенный к источнику суспензии 6 заливают морскую воду заполняя порядка 70% ее объема (при этом, через смотровое стекло 14 ведут наблюдение за процессом, во избежание перелива). По окончанию заливки морской воды, начинают ее подогрев, для чего в полость водяной рубашки 12 подают теплоноситель - горячую воду (от подогревателя известной конструкции - на чертежах не показан). Когда вода подогревается до температуры 35°С температуру теплоносителя ограничивают температурой около 35°С, чтобы в полости культивационной ванны 1 температура была в пределах 18-35°С. При прогреве жидкости до названного предела, запускается система снятия ионизации (включается заземление культивационной ванны). Снятие ионизации позволяет повысить скорость наращивания биомассы, поскольку ионизация отрицательно влияет на рост и размножение цианобактерий, а также на продолжительность их жизни.
Затем в морскую воду (через патрубок 5, подключенный к источнику посевного материала 8) вводят посевной материал - цианобактерии Prochlorococus marinus. Объем посевного материала составляет 20-25% от рабочего объема культивационной ванны 1.
Включают в работу привод 11 лопастной мешалки 10, обеспечивающий равномерное распределение посевного материала по объему культивационной ванны 1, что позволяет повысить скорость наращивания биомассы. Далее мешалку включают периодически на 5-10 минут, через каждые 30-45 минут.
По истечении 3-4 часов в полость культивационной ванны 1 через патрубок 4, подключенный к источнику нефтепродукта 7 заливают жидкий нефтепродукт (3-5% от рабочего объема культивационной ванны 1).
Вновь включают в работу привод 11 лопастной мешалки 10, обеспечивая тщательное перемешивание в течении 20-30 минут морской воды, нефтепродукта и культивированной биомассы. Далее мешалку включают периодически на 10-15 минут, через каждые 20-30 минут.
Через сутки культивационную ванну 1 освобождают, перемещая материал из ее полости через технологический разгрузочный патрубок 9 в доводочную емкость (на чертежах не показана), где в течение 6-7 дней (в условиях периодического перемешивания) идет процесс дозревания биотоплива. По завершении названного процесса биотопливо готово к работе. При этом биотопливо представляет из себя биомассу бактерий, содержащую жидкостную примесь, включающую смесь свободного нефтепродукта с примесью суспензии. По своим рабочим характеристикам биотопливо пригодно для использования в качестве дизельного моторного топлива и котельного топлива для энергетических установок.