Способ и устройство для культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды
METHOD AND APPARATUS FOR CULTIVATING MICROALGAE USING A FUGATE OF ALCOHOL DISTILLER'S SPENT GRAINS

Область техники
Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способу и устройству для выращивания микроводорослей.
Уровень техники
В процессе производства спирта из зернового сырья образуется значительное количество отходов производства - послеспиртовой жидкой барды, которая при сбросе в стоки вызывает загрязнение окружающей среды. В то же время, барда обладает известной питательной и кормовой ценностью, поскольку именно в барде остается весь белок зерна после того, как крахмалистые компоненты переработаны на этанол. В сельском хозяйстве многих стран широко применяются продукты на основе барды, содержащие протеин, легкоперевариваемые углеводы, витамины, микро- и макроэлементы.
Из заявки WO 2010127182, опубликованной 04.11.2010, известен способ прозводства биотоплива и биодизеля с использованием барды, при этом барда представляет собой зерно из дистилляторов с растворимыми веществами (WDGS), зерно из дистилляторов с растворимыми веществами (DDGS), зерно из конденсированных дистилляторов с растворимыми веществами (CDS) или зерно из дистилляторов (DG).
Из патента РФ 2556122, опубликованного 10.07.2015, известен способ переработки послеспиртовой барды, в котором светлый фильтрат (фугат) из седикантера подают для дополнительной переработки в фотобиореактор с микроводорослями, где осуществляется наращивание биомассы микроводорослей и получение готового кормового продукта в виде суспензии микроводорослей.
Недостатками известного способа являются:
- светлый фильтрат из седикантера подают для дополнительной переработки в фотобиореактор с микроводорослями, при этом не учитывается, что температура светлого фильтрата на выходе из седикантера составляет 90°С, при которой клетки микроводорослей погибают;
- светлый фильтрат не является питательной средой, он является только дополнением к питательной среде;
- количество светлого фильтрата, подаваемого в фотобиореактор не дозировано, вследствие чего превышение дозы фильтрата вызывает гибель культуры микроводорослей;
- водородный показатель pH (мера кислотности) светлого фильтрата составляет 4,2-4,5 и после введения в культуру микроводорослей его необходимо регулировать до уровня не ниже 7,0-7,2, так как в противном случае наращивание биомассы микроводорослей не произойдет;
- при введении фугата, полученного при переработке пшеницы или других зерноматериалов (кукуруза, ячмень и др.) и их смесей с пшеницей предварительно необходимо проводить биологическую пробу на их приемлемость для использования при культивировании микроводорослей.
Сущность изобретения
Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в сокращении времени культивирования.
Более конкретно, технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в сокращении времени культивирования микроводорослей за счет использования фугата в качестве органической добавки в составе питательной среды.
Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому изобретению, способ культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды, включает:
- разделение барды на дисперсную фазу и жидкую среду (фугат),
- подачу фугата в блок охлаждения для доведения до оптимальной температуры суспензии штамма микроводорослей,
- подачу фугата в блок дозирования для введения его в количестве, которое не вызывает гибель микроводорослей,
- подачу фугата в блок нормирования питательной среды, для введения фугата в суспензию штамма микроводорослей,
- подачу суспензии штамма микроводорослей в фотобиореактор для осуществления культивирования микроводорослей и получения биомассы.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа, в качестве штамма микроводорослей используется следующий штамм: Chlorella vulgaris BIN.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа, используются планктонные штаммы микроводорослей, для культивирования которых используется питательная среда, следующего состава:
Азотно-фосфорный, раствор:
0,25 мл;
Хлорное железо, раствор:
0,15 мл;
Медно-кобальтовый, раствор:
0,010 мл;
Сернокислый калий, раствор:
0,20 мл;
Фугат послеспиртовой барды:
10 мл;
Вода водопроводная:
1000 мл.
В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа, водородный показатель рН фугата, после введения в культуру микроводорослей, регулируют до значений: 7,0-7,2.
Еще одним объектом заявленного изобретения является устройство культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды, включающее:
- блок разделения барды на дисперсную фазу и жидкую среду (фугат),
- блок охлаждения фугата до оптимальной температуры суспензии штамма микроводорослей,
- блок дозирования фугата в количестве, которое не вызывает гибель микроводорослей,
- блок нормирования фугата в качестве питательной среды в фотобиореакторе.
Описание чертежей
На фигуре 1 схематично показан способ культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды.
На фигуре 2 схематично показано устройство для культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды.
Позиции на фигуре 2:
1 - блок разделения барды, 2 - блок охлаждения, 3 - блок дозирования, 4 - блок нормирвания, 5 - фотобиореактор.
Осуществление изобретения
Способ и устройство для культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды могут быть осуществлены следующим образом.
Блок разделения барды (1) на дисперсную фазу и жидкую среду (фугат) может быть выполнен в виде декантера - горизонтальной центрифуги со шнековой выгрузкой непрерывного действия, предназначенная для механического центробежного разделения (сепарации) за счет разности плотности веществ.
Далее фугат подается в блок охлаждения (2) для его охлаждения до оптимальной температуры суспензии штамма микроводорослей. Блок охлаждения фугата до оптимальной температуры суспензии штамма микроводорослей может быть выполнен в виде теплообменника устройства, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры. Оптимальная температура выращивания зависит от типа культивируемого штамма. Штаммы подразделяются на термофильные, мезофильные и криофильные. Подбор уровня температуры должен быть осуществлен с помощью анализа природной среды обитания штамма. Оптимальная температура суспензии независимо от типа освещения от начала культивирования и до завершения должна составлять 28-30°С.
Далее фугат подается в блок дозирования (3) для дозирования его в количестве, которое не вызывает гибель микроводорослей. Блок дозирования фугата может быть выполнен в виде дозатора - диспенсера - устройства для автоматического отмеривания (дозирования) и выдачи заданного, массы или объема вещества в виде порций или постоянного расхода с установленной погрешностью. Состав питательной среды включал:
Азотно-фосфорный, раствор:
0,25 мл;
Хлорное железо, раствор:
0,15 мл;
Медно-кобальтовый, раствор:
0,010 мл;
Сернокислый калий, раствор:
0,20 мл;
Фугат послеспиртовой барды:
10 мл;
Вода водопроводная:
1000 мл.
Далее фугат подается в блок нормирования (4) питательной среды, для введения фугата в суспензию штамма микроводорослей. Питательная среда добавляется в соотношении 1:1 для образования и активации бактериально-альгологического микробиоценоза.
Далее суспензия штамма микроводорослей вместе с питательной средой подается в фотобиореактор (5) для осуществления культивирования микроводорослей. В качестве штамма микроводорослей может использоваться следующий штамм: Chlorella vulgaris BIN.
Фотобиореактор заполняется исходной суспензией микроводорослей до необходимого объема. Освещение культуры микроводорослей в фотобиореакторе осуществляется естественным образом или лампами в течение 8-10 часов. Перемешивание культуры микроводорослей в фотобиореакторе выполняется через каждые два часа культивирования. После внесения питательной среды измеряется показатель рН культуры. При показателе ниже 7,0 необходимо рН в культуре довести до 7,0-7,2. Через 10 часов культивирования определяли оптическую плотность культуры, которая достигла нормативную. Выход сухой биомассы составил 1,2 г/л. Срок культивирования составил 1 день.
Таким образом, в результате использования способа и устройства для культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды, сокращается время ее культивирования.