УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Полезная модель относится к микробиологической промышленности, а именно, к технологии выращивания одноклеточных водорослей, преимущественно планктонных, а именно хлореллы.
Известна установка для выращивания микроводорослей, в частности, хлореллы, включающая размещенную на каркасе емкость для суспензии микроводорослей, в которой вертикально установлены цилиндрические стеклянные обечайки со стационарно размещенными в них лампами. Емкость снабжена вентиляторами, установленными под обечайками и служащими для подачи воздуха внутрь последних при достижении температуры суспензии, превышающей оптимальную температуру культивирования. Установка снабжена датчиком температуры суспензии, расположенным внутри емкости и связанным с ним терморегулятором, подключенным к вентиляторам (RU №2268923 С1, публ. 27.01.2006).
Недостаток этой установки заключается в низкой производительности суспензии хлореллы и невозможности получения концентрации клеток выше значения 50-60 млн. клеток в 1 мл. Конструкция установки не позволяет использовать лампы большей мощности для увеличения интенсивности светового потока как необходимого условия повышения интенсивности фотосинтеза и ограничивает возможность наращивания плотности клеток в суспензии до концентрации 50-60 млн. в 1 мл. Увеличение освещенности суспензии хлореллы за счет увеличения мощности ламп, расположенных внутри цилиндрических стеклянных обечаек установки, выше определенного значения, приводят к тому, что вентиляторы, расположенные под цилиндрическими стеклянными обечайками не обеспечивают эффективный отвод тепла излучаемого этими лампами. Это приводит к перегреву суспензии и нарушению режима культивирования. Рост плотности клеток микроводоросли в процессе культивирования приводит к уменьшению их освещенности с увеличением расстояния от источников света к стенкам емкости и образованию значительных зон затемнения. В результате клетки расположенные вблизи источников света получают чрезмерную освещенность, в то время как клетки расположенные у стенок емкости остаются неосвещенными. В установке отсутствует перемешивание суспензии в процессе культивирования, что также приводит к нежелательному увеличению эффекта неравномерности распределения светового потока между клетками водоросли и нерациональному использованию электрической энергии.
Недостатком этой установки является также отсутствие постоянной подачи углекислого газа в суспензию. Конструкция установки не позволяет обеспечить постоянную подачу углекислого газа в суспензию как необходимого условия культивирования хлореллы. По описанию работы установки следует, что насыщение углекислым газом суспензии хлореллы производится только один раз в момент запуска установки в работу: «...питательную среду, содержащую необходимые компоненты и насыщенную углекислым газом, заливают в емкость и вводят в нее суспензию хлореллы до достижения необходимой исходной плотности клеток». Одноразовый способ насыщения питательной среды углекисльм газом не способен обеспечить необходимую потребность клеток хлореллы в углекислоте при асинхронном принципе культивирования микроводоросли, т.е. в условиях постоянного освещения суспензии хлореллы источниками искусственного освещения.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении высокой интенсивности фотосинтеза водоросли за счет увеличения светового потока и достижения равномерного освещения клеток хлореллы во всем объеме емкости создании интенсивного перемешивания культуры и постоянной подачи в нее необходимого количества углекислоты, а также удобстве обслуживания установки в результате автоматической регуляции оптимального температурного режима культивирования.
Этот технический результат достигается тем, что предложена следующая конструкция установки для выращивания микроводорослей, включающая каркас, установленную в нем емкость для суспензии микроводорослей, в которой вертикально расположена, по меньшей мере, одна стеклянная обечайка с размещенными в ней лампами и установленным под ней вентилятором, служащим для подачи воздуха внутрь обечайки, внутри емкости расположен датчик температуры суспензии, связанный с охлаждающим устройством. Емкость для суспензии микроводорослей, выполнена из светопроницаемого материала и по всей площади боковых стенок емкости расположены люминесцентные лампы, установка дополнительно снабжена аквариумной помпой, обеспечивающей перемешивание суспензии, воздушным компрессором, служащим для подачи углекислого газа через распылители, закрепленные на дне емкости вокруг обечайки, и охлаждающим устройством.
В предложенной установке для выращивания хлореллы стенки емкости для суспензии микроводоросли выполнены из прозрачного материала, например, оргстекла, через которые создается дополнительное освещение клеток хлореллы со всех сторон площади боковых стенок за счет использования люминесцентных ламп, выделяющих минимум тепловой энергии. Такое расположение люминесцентных ламп позволяет равномерно распределить световую энергию по всему объему установки и одновременно избежать перегрева суспензии. Равномерность освещения клеток микроводоросли, при увеличении плотности хлореллы достигается за счет постоянного перемешивания суспензии как минимум одной аквариумной помпой, которая может крепиться на присосках на внутренней стороне стенки емкости. При этом возможность использования ламп стационарно размещенных в цилиндрических стеклянных обечайках значительно большей мощности обеспечивается за счет автоматического терморегулирования с помощью охлаждающего устройства (например, аквариумного холодильника). Углекислый газ подается в суспензию хлореллы из баллона через воздушный компрессор и распылители, закрепленные на дне емкости установки вокруг обечаек.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг.1 схематично изображен продольный разрез установки, на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1, на фиг.3-вид по В-В фиг.2.
Установка для выращивания микроводорослей включает размещенную на каркасе 1 емкость 2 изготовленную из светопроницаемого материала. В емкости вертикально установлены стеклянные обечайки 3, в которых стационарно закреплены лампы искусственного освещения 4, подключенные к источникам питания 5. Емкость 2 снабжена вентиляторами 6, установленными под обечайками 3, которые закреплены к каркасу 1 с помощью кронштейнов 7. В местах крепления обечаек выполнены отверстия 8. Верхняя часть обечайки крепится при помощи крышки с отверстием 9 на металлической рамке 10. Термодатчик 11 закреплен на внутренней стороне емкости, погружен в суспензию хлореллы и соединен с охлаждающим устройством 20. Вентиляторы 6 работают одновременно с работой стационарно размещенных ламп 4 в вертикально установленных стеклянных обечайках 3. Верхняя лампа 4 крепится с помощью металлической трубы 13 к кронштейну 14, который закреплен на рамке 10. Нижняя лампа с помощью трубы 13 крепится к металлической пластине 15, закрепленной на каркасе 1.
С наружной стороны боковых стенок емкости 2 закреплены люминесцентные лампы 16, подключенные к источникам питания 17. Для создания направленности освещения от люминесцентных ламп в емкость с суспензией служат светоотражатели 18.
Аквариумная помпа 19 погружена в суспензию хлореллы и крепится на внутренней стороне боковой стенки емкости 2. Охлаждающее устройство 20 устанавливается отдельно от установки и подключается к ней специальными шлангами. В зависимости от конструкции охлаждающего устройства его охладительный элемент может располагаться непосредственно в суспензии хлореллы.
Углекислый газ подается из баллона 21 на воздушный компрессор 22. С выхода воздушного компрессора 22 в смеси с воздухом углекислый газ по гибким трубкам 23 подается на воздушные распылители 24, которые закреплены вокруг стеклянных обечаек 3 на дне емкости 2.
Установка работает следующим образом. Питательную среду, содержащую необходимые компоненты и насыщенную углекислым газом заливают в емкость 2 и вводят в нее суспензию хлореллы до достижения необходимой исходной плотности клеток.
Лампами, размещенными в цилиндрических стеклянных обечайках, создается необходимая начальная освещенность жидкой среды, в которой протекает культивирование микроводоросли хлореллы. В процессе культивирования происходит нарастание плотности клеток и уменьшение прозрачности культуры, в результате чего в суспензии у стенок емкости образуются постепенно увеличивающиеся зоны затемнения, что приводит к неравномерному освещению клеток и замедлению нарастания биомассы. При образовании зон затемнения включают люминесцентные лампы, расположенные по всей площади снаружи прозрачных боковых стенок емкости установки, что позволяет достичь равномерного освещения клеток хлореллы во всем объеме установки. Увеличение освещенности суспензии достигается также за счет использования более мощных ламп, расположенных в вертикально установленных цилиндрических стеклянных обечайках. Использование ламп большей мощности приводит к дополнительному нагреванию суспензии, при этом вентиляторы, установленные под обечайками и служащие для охлаждения суспензии за счет подачи воздуха внутрь последних, не обеспечивают эффективное охлаждение, что приводит к перегреву суспензии и нарушению условий культивирования. Для эффективного поддержания оптимальной температуры культивирования в установке предусмотрено использования аквариумного холодильника, автоматически поддерживающего необходимую температуру суспензии. В процессе культивирования при повышении температуры выше оптимальной, которая составляет 33°С, автоматически включается аквариумный холодильник для обеспечения терморегуляции суспензии. При достижении температуры суспензии 32,5°С охлаждающее устройство автоматически отключается. Перемешивание суспензии за счет аквариумной помпы уменьшает осаждение клеток хлореллы, обеспечивает равномерное распределение питательных элементов в культуральной среде и улучшает равномерность освещения клеток хлореллы. Углекислый газ подается в суспензию от воздушного компрессора, смешиваясь в нем с воздухом в оптимальной пропорции 1-2% и далее через воздушные распылители, расположенные на дне емкости установки.
Такое расположение люминесцентных ламп с наружной стороны светопроницаемых стенок емкости обеспечивает равномерное освещение суспензии во всем объеме установки. Дополнительное освещение клеток хлореллы обеспечивается маломощными люминесцентными лампами, исключая нежелательное нагревание суспензии. Использование ламп расположенных внутри цилиндрических стеклянных обечаек большей мощности позволяет в несколько раз увеличить освещенность суспензии. Использование аквариумного холодильника позволяет эффективно поддерживать нужный температурный диапазон в автоматическом режиме. Перемешивание суспензии за счет аквариумной помпы способствует равномерному распределению питательных элементов в культуральной среде, предотвращает оседание клеток хлореллы и улучшает равномерность освещения суспензии. Постоянная подача углекислого газа в смеси с воздухом через воздушный компрессор обеспечивает оптимальное насыщение суспензии хлореллы углекислотой. Обеспечение высокой интенсивности культивирования за счет увеличения освещенности культуры, равномерного освещения клеток во всем объеме, оптимального насыщения суспензии углекислотой и перемешивания суспензии, без увеличения объема емкости установки позволяет поднять ее производительность в два раза и достичь концентрации клеток в суспензии около 90-100 млн. клеток в 1 мл. Таким образом, количество получаемой биомассы хлореллы в данной установке за одинаковое время культивирования увеличивается в четыре раза.
Предлагаемая установка для выращивания хлореллы позволяет обеспечить высокую производительность и получаемую плотность клеток в суспензии за счет создания в ней условий более интенсивного режима культивирования, а также улучшить удобство и безопасность обслуживания установки.