УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ПЛАНКТОННЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
PLANT FOR CONTINUOUS GROWING PLANKTONIC ALGAE

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии и конструктивному оформлению процесса культивирования одноклеточных водорослей, преимущественно планктонных, например хлореллы, и может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности и непосредственно в животноводческих хозяйствах для приготовления корма - суспензии хлореллы.
Известны установка для выращивания хлореллы и светильник. Установка содержит систему биореакторов, которые связаны со станцией подготовки питательного раствора и с биореактором раствора углекислого газа. Светильники, установленные внутри корпуса биореакторов хлореллы, снабжены системой охлаждения. Устройства перемешивания, регулирования, мойки и дренажа размещены и подключены под системой секций биореакторов. На входе биореактор связан с емкостью готовой продукции (см. патент РФ на изобретение №2540011, опубл. 27.01. 2015).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и трудоемкость ее исполнения, а также оно характеризуется высокими энергозатратами на производство суспензии хлореллы и отличается невысокой производительностью продукции. Наиболее существенным недостатком этого устройства является необходимость иметь дополнительную установку для производства маточной культуры, которой заряжается система биореактров после каждого цикла культивирования.
Известна установка для выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы, выполненная в виде аквариума из прозрачного материала, в котором вертикально установлены светильники со стационарно размещенными в них лампами, под которыми расположены вентиляторы для регулирования температуры в процессе культивирования микроводорослей (см. патент РФ на изобретение №2268923, опубл. 27.01.2006). Известное устройство имеет низкую производительность, повышенные трудозатраты, связанные с недостаточным автоматическим управлением, что приводит к необходимости ручного труда для обеспечения работоспособности установки.
Известна установка (прототип) для выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы, содержащая каркас с установленной в нем емкостью, светильник, выполненный в виде стеклянной трубы с размещенными внутри лампами и вентилятором под трубой. Каждая из емкостей представлена аквариумом, выполненным в виде прямоугольного параллелепипеда из прозрачного стекла с одним отверстием на нижней плоскости для слива готовой суспензии и по меньшей мере тремя отверстиями в верхней плоскости для размещения датчиков внутри аквариума и установки трубопроводов для подачи питательной среды. Светильники расположены между аквариумами и опираются на них пластинами, закрепленными в верхней части каждого светильника. Система обслуживания автоматизирована (см. патент РФ на изобретение №2485174, опубл. 20.06.2013). Недостаток этой установки заключается в том, что она имеет невысокую производительность из-за конструктивных особенностей установки, которые не позволяют обеспечить процесс производства суспензии хлореллы в автоматическом режиме, что приводит к излишнему использованию ручного труда.
Существенным недостатком этой установки является необходимость введения в аквариумы исходной маточной культуры после завершения каждого цикла культивирования, который составляет четыре дня, в то же время для получения маточной культуры необходимо иметь дополнительный аквариум с отдельным обслуживанием.
Технический результат изобретения заключается в повышении производительности выращивания хлореллы за счет непрерывности процесса культивирования, удобства обслуживания установки и экономии энергетических ресурсов, затрачиваемых на процесс роста хлореллы, а также повышения надежности работы установки.
При сравнительном анализе заявленного изобретения и известного по RU 2485174, C1, 26.06.2013 в отличия можно вывести следующие существенные признаки:
- установка состоит из двух аквариумов, которые соединены между собой через отверстия в нижней части вертикальных стенок трубопроводом, снабженным краном;
- каждый аквариум имеет по два сливных отверстия, при этом одно расположено в нижней части боковой стенки и предназначено для слива суспензии хлореллы, второе расположено в нижней плоскости и предназначено для удаления донных осадков и обмывочных вод при санитарной обработке внутренних стенок аквариума;
- аквариумы расположены на каркасе с возможностью свободного перемещения для изменения расстояния между ними, что связано с необходимостью регулирования светового потока от светильника;
- между аквариумами расположены светильники, при этом они крепятся на отдельной раме независимо от аквариумов с возможностью их удаления при переходе на солнечное освещение;
- светильники в аквариумах расположены эксцентрично относительно продольной оси, причем в правой емкости справа и в левой - слева;
- достижение оптимального освещения в начальный период культивирования осуществляется путем включения одной категории светильников: внутри аквариумов или между аквариумами; в процессе увеличения оптической плотности культуры в результате роста клеток водорослей возникает необходимость увеличить освещенность путем подключения всех светильников, что согласуется с их физиологической потребностью и способствует экономии электроэнергии;
- емкость для приготовления питательного раствора выставлена по уровню выше аквариумов и в вертикальной боковой стенке имеет два отверстия: первое по уроню 0,5 объема, второе в придонном слое, к которым присоединены трубопроводы с кранами для слива питательной среды в аквариумы;
- биотехнология культивирования хлореллы направлена на непрерывное получение продукции, при этом ежедневно сливается готовая продукция одного аквариума, а из второго через соединительный шланг суспензия перетекает в освободившийся аквариум, в результате уравновешиваются объемы в обоих емкостях, после чего в оба аквариума добавляется питательная среда и процесс культивирования повторяется. Один аквариум выполняет роль выращивания маточной культуры, но не является автономным, а встроен в единый биотехнологический процесс.
Наличие перечисленных выше отличительных признаков в совокупности с признаками, являющимися общими для известного и заявленного технических решений, является достаточным и необходимым в достижении при реализации заявленного изобретения указанного выше технического результата.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фигура 1 - схематичное изображение общего вида установки, фигура 2 - светильник.
Установка для непрерывного выращивания планктонных водорослей - фигура 1 - включает размещенные на каркасе 1 аквариумы 2. Между аквариумами 2 расположены светильники 3 с установленными в них лампами 4, закрепленные на отдельной независимой от аквариума раме 10.
Светильники 11 установлены в аквариумах и расположены эксцентрично относительно продольной оси, причем в правой емкости справа и в левой - слева.
Лампы 4 (фигура 2) в светильнике 3 (фигура 1) расположены в стеклянной трубе 17 и подключены к источнику питания 18 (фигура 1). Светильник 3 снабжен вентилятором 16, установленным под стеклянной трубой 17. Нижняя часть светильника 3 крепится к раме 10 (фигура 1) для размещения светильника 3 между аквариумами 2 (фигура 1).
Емкость для приготовления питательного раствора 6 выставлена по уровню выше аквариумов 2 и в вертикальной боковой стенке имеет одно отверстие по уровню 0,5 объема 12 и второе в нижней плоскости емкости, к которым присоединены трубопроводы 5 для слива питательного раствора в аквариумы.
Аквариумы 2 соединены между собой через отверстия в нижней части вертикальных стенок трубопроводом с краном 8.
Аквариумы 2 имеют по два сливных отверстия, при этом одно расположено в нижней части боковой стенки 13 и предназначено для слива суспензии хлореллы, второе расположено в нижней плоскости 14 и предназначено для удаления донных осадков и обмывочных вод при санитарной обработке внутренних стенок аквариума.
Готовая суспензия по трубопроводу 7 насосом 15 перекачивается в емкость 9.
Установка работает следующим образом. Исходным материалом, маточной культурой хлореллы, заливают один аквариум. Открывают кран трубопровода, соединяющий аквариумы, и уравновешивают в емкостях суспензию. Питательный раствор, содержащий необходимые компоненты, вводят сначала в один аквариум с помощью верхнего трубопровода и затем заполняют второй через трубопровод в нижней части емкости. Оптическая плотность в заправленных таким образом аквариумах составляет от 1,1 до 1,2 D (440).
Достижение оптимального освещения осуществляется путем рационального использования светильников. Например, на начальной стадии культивирования, когда через всю толщу суспензии проходит свет, достаточно включить светильник, расположенный между аквариумами, или светильники, которые установлены в аквариумах, а по мере возрастания оптической плотности в процессе роста клеток освещенность необходимо увеличить, и тогда включаются все светильники установки. Такое освещение культуры соответствует физиологическим потребностям клеток, так как мощность света увеличивается с увеличением размера клеток. Таким образом, освещение лампами составляет 10-12 часов в сутки. При использовании солнечного света процесс культивирования длится в течение светового дня. За счет такого режима освещения достигается значительная экономия электроэнергии.
В процессе выращивания водорослей в аквариумах как при искусственном, так и при естественном освещении в дневное время поддерживается оптимальная для культуры температура от 28 до 30°C, в ночное - от 23 до 25°C.
Культура достигает необходимой оптической плотности от 1,4 до 1,8 D (440) за суточный период выращивания. Биотехнология культивирования хлореллы направлена на непрерывное получение продукции, когда ежедневно сливается суспензия хлореллы из одного аквариума, а из второго через соединительный трубопровод суспензия перетекает в освободившийся аквариум, в результате уравновешиваются объемы суспензии в обоих емкостях, после чего в оба аквариума добавляется питательная среда и процесс культивирования повторяется непрерывно. Один аквариум предназначен для выращивания маточной культуры, но он не является автономным, а встроен в единый биотехнологический процесс, так как слив готовой продукции осуществляется поочередно. Один раз из левой емкости, следующий раз готовую продукцию сливают из правой емкости, и все необходимые действия повторяются, таким образом цикл культивирования хлореллы составляет один день.
Надежность работы установки обусловлена конструктивными особенностями, которые не нуждаются в автоматическом управлении биотехнологическим процессом, что исключает дополнительное приборное оформление, программное управление и снижает затраты энергоресурсов.
Предлагаемая установка для непрерывного выращивания планктонных водорослей позволяет обеспечивать высокую производительность за счет благоприятных условий светового режима и получения продукции за счет встроенного в биотехнологический процесс выращивания маточной культуры хлореллы.