УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Полезная модель относится к биотехнологии и микробиологической промышленности, в частности к установкам для выращивания микроводорослей, например хлореллы.
Известна установка для выращивания микроводорослей, содержащая последовательно соединенные между собой культиватор с источниками света и теплообменником, побудитель расхода суспензии клеток микроводорослей и инкубационные емкости (Авт.св. СССР №1083944, кл. A01G 31/02? 1982 г.).
В указанной установке в инкубационные емкости попеременно сливается суспензия клеток микроводорослей, прошедших световую стадию генерационного цикла развития клеток. В этих емкостях проходит темновая стадия генерационного цикла развития клеток (подготовка клеток к делению, деление клеток). Наличие нескольких инкубационных емкостей значительно удорожает установку.
Известна установка для выращивания микроводорослей, содержащая соединенные между собой газообменник, побудитель расхода суспензии клеток и светоприемник в виде змеевика.
В указанной установке вся масса клеток микроводорослей, в том числе клетки, находящиеся на световой стадии генерационного цикла развития клеток, и клетки, находящиеся на темновой стадии генерационного цикла, непрерывно находятся на свету при температуре, оптимальной для световой стадии (Авт.св. СССР №656592,кл A01G 33/02, 1976 г.).
Недостатком этой установки является низкая производительность выращивания микроводорослей и низкие фотоэнергетические характеристики процесса, такие, как эффективность использования световой энергии (КПД фотосинтеза), ухудшение условий для прохождения темновой стадии генерационного цикла развития клеток.
Задача полезной модели - увеличение скорости выращивания микроводорослей.
Поставленная задача решается за счет совмещения освещения и перемешивания суспензии в емкости фотобиореактора с помощью вращающихся световых лопастей консольного типа и дополнительного светового лотка.
Сущность полезной модели заключается в том, что в используемой установке для выращивания микроводорослей используют одну емкость - фотобиореактор. Темновые фазы (фотопериод «ночь») достигаются простым автоматическим выключением света. А для увеличения скорости выращивания микроводорослей используют дополнительный световой лоток.
Полезная модель поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен вид сверху установки для выращивания микроводорослей и позициями обозначены:
- 1 емкость фотобиореактоа,
- 2 вращающиеся световые лопасти консольного типа, являющиеся одновременно мешалками,
- 3 - вводной патрубок электроактивированной воды и питательной среды,
- 4 - насос,
- 5 - дополнительный световой лоток,
На фиг. 2 изображен вид сбоку емкости фотобиореактора и позициями обозначены:
- 6 - крышка фотобиореактора
- 7 - барбататор углекислотной воздушной смеси,
- 8 - баллон с CO2,
- 9 - РН контроллер,
- 10 - датчик РН контроллера,
- 11 - воздушный компрессор,
- 12 - отверстие для ввода инокулянта,
- 13 - отверстие для датчика температуры,
- 14 - клапан выхода излишков кислорода и углекислого газа,
- 15 - привод вращающихся световых лопастей консольного типа,
- 16 - ось вращающихся световых лопастей консольного типа,
- 17 - кран для слива суспензии.
На фиг. 3 показан дополнительный световой лоток и позициями обозначены:
- 18 - корпус дополнительного светового лотка,
- 19 - крышка дополнительного светового лотка,
- 20 - накопитель,
- 21 - рассекатель,
- 22 - регулятор рассекателя,
- 23 - освещаемое поле с отражателем.
На фиг. 4 показана крышка дополнительного светового лотка и позициями обозначены:
- 24 - осветители микроводорослей.
Установка для выращивания микроводорослей состоит из емкости фотобиореактора 1 (фиг. 1) из прозрачного монолитного поликорбоната с скругленными углами, помещенных внутри нее световых лопастей консольного типа 2 (фиг. 1), вводного патрубка для подачи электроактивированной воды и питательной среды 3 (фиг. 1), насоса 4 (фиг. 1), и дополнительного светового лотка 5 (фиг. 1).
На крышке емкости фотобиореактора 6 (фиг. 12) размещены барбататор 7 (фиг. 2) для ввода углекислотной воздушной смеси, причем CO2 подают из баллона 8 с CO2 (фиг. 2) через РН контроллер 9 (фиг. 2) с датчиком РН контроллера 10 (фиг. 2).
Для улучшения работы барбататора к нему присоединен воздушный компрессор 11 (фиг. 2).
Кроме того на крышке 6 емкости фотобиореактора (фиг. 2) имеется отверстие для ввода инокулянта 12 (фиг. 2), отверстие для датчика температуры 13 (фиг.2)), клапана 14 (фиг. 2) выхода излишков O2 и CO2.
Внутри емкости фотобиореактора 1 (фиг. 2) световые лопасти консольного типа 2 (фиг. 2), являющиеся одновременно мешалками, закреплены через привод 15 (фиг. 2) на оси 16 (фиг. 2).
В нижней части емкости фотобиореактора 1 (фиг. 2) установлен кран слива суспензии 17 (фиг. 2) ю
К емкости фотобиореактора 1 (фиг. 1) через насос 4 (фиг. 1) присоединен дополнительный световой лоток 5 (фиг. 1) прямоугольной формы состоящий из корпуса 18 (фиг. 3) с крышкой 19 (фиг. 3) и содержит накопитель 20 (фиг. 3), рассекатель 21 (фиг. 3) с регулятором рассекателя 22 (фиг. 3) и освещаемое поле с отражателем 23 (фиг. 3).
В крышке 19 (фиг. 4) дополнительного светового лотка (фиг. 4) закреплены осветители микроводорослей 24 (фиг. 4).
Работа установки для выращивания микроводорослей, например хлореллы, происходит следующим образом.
В емкость фотобиореактор 1 (фиг. 1) через вводный патрубок 3 (фиг. 1) подают электроакивированную воду и питательную среду. Через отверстие в корпусе 12 (фиг. 2) емкости фотобиореактора вводят инокулянт микроводорослей, где с помощью световых лопастей консольного типа 2 (фиг. 2, которые вращаются с частотой 6-8 оборотов в минуту, происходит перемешивание и освещение суспензии, Одновременно в процессе выращивания микроводорослей в емкость фотобиореактора 1 фиг. 1) через РН контроллер 9 (фиг. 2) подают углекислотную воздушную смесь, которую равномерно распределяют в емкости с барбататора 7 (фиг. 2). Через отверстие в корпусе емкости фотобиореактора с помощью датчика 10 (фиг. 2) измеряют РН, значение которого регулируют подачей CO2. Через клапан 14 (фиг. 2) выводят излишки кислорода и углекислого газа. Через насос 4 (фиг. 1) часть суспензии подают в дополнительный световой лоток 5 (фиг. 1) с корпусом 18 (фиг. 3) прямоугольной формы с бортиками (на фиг. не показаны). В накопителе 20 (фиг. 3) поступающая суспензия равномерно распределяется по всей площади накопителя, затем через рассекатель 21 (фиг. 3), который служит для регулирования величины слоя от 10 мл до 0,2 мл с помощью регулятора рассекателя 22 (фиг. 3), суспензия попадает на освещаемое поле с отражателем (это может быть зеркальная поверхность) 23 (фиг. 3) где происходит ее освещение мощным потоком света, который образуют осветители микроводорослей (источники света) 24 (фиг. 4), укрепленные в крышке дополнительного светового лотка и максимально приближенные к слою суспензии (на 1-1,5 см). Такое расстояние обеспечивает довольно мощную плотность света на единицу поверхности, которую невозможно добиться в других конструкциях из-за прохождения света через стекло. Источники света могут иметь различные длины волн (красный и синий цвет). Суспензия проходит освещаемое поле с отражателем за короткое время 5-6 секунд и сливается в емкость фотобиореактора 1 (фиг. 1).
Природное явление - биологические часы или фотопериоды «день» и «ночь» используют в работе установки для увеличения скорости выращивания микроводорослей. Фотопериод «ночь» используют в полезной модели не только для прохождения темновой стадии генерационного цикла развития клеток микроводорослей - подготовка к делению клеток и само деление клеток (для этого используют фотопериод (ночь №1), но и для увеличения скорости выращивания микроводорослей во время значительного повышения количества клеток в суспензии и невозможности дальнейшего успешного воспроизводства на свету. Т.е. переход в окончании процесса на гетеротрофный способ воспроизводства микроводорослей и сохранение темпа воспроизводства в темновой стадии. Для этого используют фотопериод (ночь №2). Газообмен поддерживают в зависимости от фотопериодов. В фотопериод «день» подают в емкость - фотобиореактор углекислый газ CO2, подачу которого регулируют РН-контролером. Так как, например хлорелла, в своем воспроизводстве стремится к РН выше значения 8, то подача CO2 регулирует значение РН, которое выставляется со значением 7,0-7,5 и обеспечивает суспензию микроводорослей углеродным питанием в фотопериод «день». Выделяющийся кислород отводится через выпускной клапан. В фотопериод «ночь» в фотобиореактор подают очищенный воздух, обогащенный кислородом O2. Выделяющийся углекислый газ отводится через выпускной клапан.
Конструкция полезной модели упрощена, за счет чего происходит ее удешевление, а цикл выращивания микроводорослей сокращается на 20-24 часа.
Преимуществом предлагаемой установки перед другими установками для выращивания микроводорослей является освещение, перемешивание процесса выращивания микроводорослей в одной емкости и использование дополнительного освещения с помощью светового лотка. Это позволяет значительно увеличить производительность полезной модели, улучшить фотоэнергитические характеристики, эффективность использования световой энергии (КПД фотосинтеза) в способе выращивания микроводорослей.