Способ и устройство для культивирования микроводорослей с использованием фугата послеспиртовой барды Российский патент 2022 года по МПК C12N1/12 C12M1/00 A01G33/00 

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.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способу и устройству для культивирования микроводорослей хлорелла с использованием фугата послеспиртовой барды. В состав питательной среды предлагается включить жидкую фазу спиртовой барды - фугат, полученную с помощью центрифугирования спиртовой барды. После отделения фугат подается в блок охлаждения, затем в блок дозирования и блок нормирования питательной среды, затем вместе со специальной питательной средой фугат подается в фотобиореактор с суспензией штамма микроводорослей, где осуществляется их культивирование. Изобретение позволяет сократить время культивирования микроводорослей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ культивирования микроводорослей хлореллы с использованием фугата послеспиртовой барды, включающий:

- 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,

причем водородный показатель рН фугата, после введения в культуру микроводорослей, регулируют до значений 7,0-7,2.

2. Способ культивирования микроводорослей хлореллы с использованием фугата послеспиртовой барды по п.1, отличающийся тем, что в качестве штамма микроводорослей хлореллы используется следующий штамм: Chlorella vulgaris BIN.

3. Способ культивирования микроводорослей хлореллы с использованием фугата послеспиртовой барды по п.1, отличающийся тем, что в качестве питательной среды используется следующий состав:

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.

4. Устройство культивирования микроводорослей хлореллы с использованием фугата послеспиртовой барды согласно способу по пп.1-3, 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.