Способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов Советский патент 1990 года по МПК C12N1/12 

Изобретение относится -к способам культивирования фотосинтезируюи;их микроорганизмов и может быть использовано в сельском хозяйстве и микробиологической промьшшенности.

Цель изЬбретения - увеличение продуктивности фотосинтезирующих микроорганизмов и кoэф ициeнтa использования облученности фотосинте- тически активной радиации (ФАР) на фотосинтез за счет поддержания рпти- мального значения плотности суспензии в фотореакторе, независимо от уровня облученности фотореактора.

На фиг. 1 изображены графики, поясняющие способ; на фиг. 2 - схема устройства для.осуществления способа.

Способ культивирования фотосицте- зирующих микроорганизмов осущест- .влягот слепуюпшм обпаяом

На входе и выходе фотореактора измеряют концентрацию растворенного в суспензии кислорода, определяют - разность концентра.ций мевду выходом фотореактора и ег о входом, т.е.

Р° Р 2выГРО,х). - разность концентраций

растворенного- кислорода между выходом и входом фотореактора;

концентрация растворённого кислорода в суспензии на выходе фотореактора;

С5

о 00

4

N

1604842

p0.j,gv - концентрация растворенно- , го кислорода в суспензии

на входе фотореактора. - Разность концентраций раствореного кислорода в суспензии между ыходом и входом фотореактора является величиной, пропорциональной нтенсивности фотосинтеза, от котоой полностью зависит количество д синтезируемой биомассы, т.е. продуктивность. Измеряют уровень облученности (Е) фотореактора датчиком облученности, например пиранометром Янишевского, имеющим электрический выход сигнала, пропорциональный уровню облученности.

Определяют коэффициент использования облученности на фотосинтез путем деления сигнала, пропорциональ- рого разности концентраций растворенного кислорода между входом и выходом фотореактора йрО, на сигнал, пропорциональный облученности Е, т.е. продуктивность:25

ЛрО

.

Определяют производную коэффициента использования облученности на фотосинтез 30

,А|0,, (A|0.,J ( -|Ч,:(: .ч:

.: Ч- t,

где.(to- t.) - промежуток времени

. , между двумя измерения- ээ

ми;.......

(). . - коэффициент использо- вания облученности

/

Е

на фотосинтез в мо мент времени t,5 .Коэффициент использования облученности на фотосинтез в мо- мент времени t.

итив суспензии и долив питательного раствора осуществляют по достижении производной коэффициента использования облученности на фотосинтез отрицательной величины, т.е.

40

.(K. :l:-L i:-lf±b.

г..

О,

dt

при t 2 t . . ,

На фиг. 1 показаны зависимости

разности концентрации растворенного

кислорода ДрОгмежду выходом и вхо дом фотореактора (величина, пропорци

э

0

,

ональная интенсивности фотосинтеза) от уровня облученности, фотореактора при плотностях т 3,5 г АСВ/л (крй- вая 1) и т2 4,75 г АСБ/л (кривая 2) , а также кривые измерения коэффициентов использования облученности на фотосинтез для плотности m 3,5 г

АСВ/л (кривая 3) и для плотности т 4,75 г АСВ/л (кривая А), построенные в относительных единицах.

Начальный уровень облученности оптимален для кривой с плотностью т- 3,5 г АСБ/л. Эта облученность соответствует максимуму кривой 3 (или точке касания прямой, проведенной из начала координат к кривой 1) и , составляет 60 Вт/м.

Когда по мере роста и деления клеток фотосинтезирующих микроорганиз-Г мов плотность суспензии возрастает до величины т2 4,75 АСБ/л, фотосинтез при том же уровне облученности понизится с рО 1 ,7 до ДрО 1,2, одновременно понизится и коэффициент использования энергии облучения на фотосинтез с 0,0285 до 0,02„ Поэтому необходимо снизить путем слива суспензии и долива питательного раствора плотность суспензии. Б случае, когда при тех же начальных условиях изменился уровень .облученности фотореактора с 60 до 100 Вт/м, тогда для получения максимального значения .коэффициента использования энергии облучения фотореактора необходимо повысить плотность суспензии до m 4,75 г АСВ/л. Достижение оптимальной плотности обеспечивают запретом на слив суспензии до тех пор, пока коэффициент использования энергии облучения на фотосинтез не пройдет свое максимальное значение, т.е. до тех пор, когда его производная не станет отрицательной. В рассматриваемом случае-при изменении уровня облученности с 60 до 100 Бт/м коэффициент использования энергии облучения на фотосинтез снизится с 0,028 до 0,019, интенсивность фотосинтеза повысится с 1,7 до 1,9. По- |сле достижения плотности 4,75 г АСВ/л коэффициент использования энергии облучения на фотосинтез увеличится до 0.023. а интенсивность фотосинтеза до 2,22. I - .

В контуре фотореактор 1 - газо- обменник 2 циркулирует суспензия,

на входе и выходе фоторёактора датчиками 3 и 4 измеряют концентрацию растворенного в суспензии кислорода Одновременно датчиком 5 измеряют уровень облученности фотореактора. Вычислительное устройство 6 определяет разность концентра1щй ЛрО между выходом и входом фотореактора (интенсивность фотосинтеза), вычисляет коэффициент использования уровня облученности на фотосинтез

Ф ДрО-г.

g -g- и определяет производную

коэффициента использования облученности на фотосинтезе

d(

4i222

E dt

и ее знак. В случае отрицательного значения производной от вычислительного устройства 6 сигнал поступает к исполнительному механизму 7, который управляет устройствами 8 и 9 соответственно слива суспензии и до- лива питательного раствора.

Пример. Выращивание фотосин- езирующих микроводорослей (спирулины) проводилось в культиваторе, состоящем из стеклотрубного фотореактора объемом 120 л с диаметром трубы 56 мм, газообменника, системы слива суспензии и долина питательного раст- вора, насоса, который обеспечивает проток суспензии через фотореактор с расходом 2 л/с. На входе и выходе фотореактора установлены датчики растворенного кислорода. Датчиком облученности измеряют уровень облученности поверхности фотореактора. При культивировании спирулины получены кривые фотосинтеза (кривые 1 и 2 для плотности щ , 3,5 г СВ/л и т 4,75 г ЛСВ/л. По этим кривым бьши вычислены кривые 3 и 4 зменения коэффициента использования энергии облучения на фотосинтез.

. 604842

10

) -

15

20

Реализация способа культивирования привела к снижению оптимального значения плотности суспензии с 3,5 до 4,75 г АСВ/л при изменении облученности с 60 до 100 Вт/м.

Таким образом, реализация предлагаемого способа культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов обеспечивает првьшение эффективности использования облученности фото- реактора за счет поддержания опти- мальной плотности суспензии в фото- реакторе, соответствующей максимуму .; коэффициента использования энергии облучения на фотосинтез в условиях изменяющейся облученности фотореактора. Поддержание оптимальной плот- ности суспензии обеспечивает максимальную отдачу биомассы в расчете на энергию облученности фотореактора при изменяющемся значении облученности фотореактора. Формула изобретения

Способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, предусматривающий измерение интенсивности фотосинтеза, слив суспензии и долив раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения продуктивности фотосинтезирующих микроорганизмов и коэффициента использования облученности фотосинтетически активной радиации на фотосинтез а за счет

35 поддержания оптимального значения плотности суспензии в фотореакторе, дополнительно непрерывно измеряют уровень облученности фотореактора, определяют коэффициент использова 0 ния облученности на фотосинтез по величине отношения фотосинтеза к уровню облученности фотореактора, производную от этого коэффициента и, знак этой производной, а долив раствора .и слив суспензии осуществляют при отрицательном значении производной.

25

30

45

р02 и pa г

Изобретение относится к способам выращивания фотосинтезирующих микроорганизмов. Цель изобретения - увеличение продуктивности фотосинтезирующих микроорганизмов и коэффициента использования облученности фотостатически активной радиации на фотосинтез за счет поддержания оптимального значения плотности суспензии в фотореакторе. Изобретение позволяет поддерживать оптимальную плотность суспензии, соответствующую максимальному коэффициенту использования облученности фотореактора на фотосинтез независимо от изменения облученности. Это достигается измерением разности концентраций растворенного кислорода в суспензии между входом и выходом фотореактора, определением значения коэффициента использования облученности на фотосинтез, определением производной коэффициента использования облученности на фотосинтез и ее знака, управлением сливом суспензии и доливом питательного раствора по достижении производной отрицательного значения. 2 ил.

Составитель Г. Иогачева Редактор Н. Яцола Техред М.Ходанич . ° Р 1 11 °1Т-Г°

Заказ 3434

Тираж 489

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113.035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2

фиг. 2

Подписное