Фотореактор для культивирования микроводорослей Советский патент 1979 года по МПК A01G33/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для культивирования микроводорослей, например, хлореллы, а также других фотосинтезирующих организмов. Известно устройство для выращивания микроводорослей, содержащее герметичную емкость йасос, мешалку и внещние источники света 1 . Недостатком такого устройства является низ кая производительность культивирования из-за того,что суспензия миктюводорослей находится под постоянным освещением тогда как наибо-лее благоприятный режим иыращивашм заключается в чередовании световых и темновых интервалов освещения. Наиболее близким рещением из известных является реактор для культивирования микроводорослей, содержащий герметичную емкость, выполненную в виде горизонтально расположенных, соединенных между собой и параллельных стеклянных трубок. Суспензия перекачивается при помощи насоса 2. Недостатком этого реактора также является низкая прюизводительность культивирования, так как суспензия находится под постоянным освещением. Целью изобретения является повышение производительности путем периодического чередования световых и темновых интервалов освещения суспензии мик1Х водорослей. Это достигается тем, что емкость выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, две противоположные стороны которого являются светопрозрачными, и разделенного внутри параллельными перегородками на отдельные полости, соединенные одна с другой через зазоры, образованные торцами перегородок и светопрозрачными стенками, причем каждая перегородка образует зазор только одним из своих торцов, а зазоры, образованные близлежащими перегородками, противоположны один другому. На фиг. 1 изображен фотореактор с контуром Щ1ркуляциисуспензии, общий вид; на фиг. 2 - схема протекания суспензии внутрь фотореактора. Фотореактор состоит из емкости 1, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда, две противоположные стенки 2 и J которого являются светопрозрачными. Внутри емкость 1 разделена на отдельные полости параллельными перегородками 4, которые соединяются между собой через зазоры 5, образованные торцами перегородок 4 и светопрозрачными стенками 2 и 3. Каждая перегородка 4 образует зазор только орлим из своих торцов, при этом зазоры 5, образованные близлежащими перегородками 4, противоположны один другому.

Суспензия поступает в емкость 1 по напорному трубопроводу 6 от насоса 7, и пройдя лабиринты емкости снова поступает в насос 7 по всасывающему трубопроводу 8 через холодильник 9 и газообменник 10. Напротив светопрозрачтгых стенок 2 и 3 емкости 1 установлены источники света 11, которые облучают протекающую по зазорам 5 суспензию.

Наибольшая производительность фотореактора будет обеспечена при условии соблюдения следующих соотношений:

(1)

Н iie.(2)

h }п1

1 у .hdE . п - )

где Н - paccTOHiQie между прозрачными стенками емкости (глубина емкости), м; h - велигшна зазора между поперечной перегородкой и прозрачной стенкой емкости, м; d - толщина поперечного слоя сзспензии

(расстояние между пeperopoдкa ш), м Е - цшрина фотореактора, м; Q - производительность насоса, м /час; С - концентрация клеток в суспензии,

кл/м7 удельный коэффициент поглощения

клеток,

оптимальная интенсивность поглощения света средней клеткой, определяемая экспериментально в жидкой суспензии, в обычных плоских камерах и соответствующая максимальному КПД фотобиосинтеза клетки, вт/кл; tp- оптимальная длительность светового периода при прерывистом освеидении клетки, сек; . .

Р - удельная мощн ть источников света на одну освещаемую поверхность, вт/м2; |цр- КПД генерации ФАР источниками

света.

Расчет фотореактора сводится к следующему.

Например, требуется реактор с производительностью г/м сутки. При этом предполагается использовать штамм Chlorella vu - garis St. ЛАРГ-3, имеющий следующие биофИ зические характеристики: а М0 см2/кл; Jrn 10 5т/клетку; Р 0,1 (КПД фотобиосиьтеза) ; Q 6,15 ВТ-час/г (калорийность биомассы

Отработана технология культивирования при концентрации клеток С ббб-Ш кл/мл (коррекция среды, рН и т.д.).

Определяем необходимую удельную мощностьисточников света:

2-24T|qj

52а-6,-15

Чи -Т --6«вт/ма (4)

10 Определяем необходимую рабочую поверхностную концентрацию клеток (Cg)

n - -P-7uc i-in

15 - 2-&66 . .„го

i5S2.10 л/м2и552-1Лл1т2.:: (5)

10-10 Определяем глубину реактора (Н)

Н.

(6)

2 СП СБбЬ-Юб

При вычислении глубины световой зоны h примем ее такой, чтобы световой слой имёп лр 25 эффициент пропускания 1%, т.е. 0 Отсюда I

0.3см. {)

h

оС-с М0 666 -10S

Определим необходимый коэффициент усиления фотосинтеза клетки, в прерывистом освещеНИИ (k):

для прямоугольного t-r t-Q Н , профиля поворота в

(8)

2h реакторе

для 1щлиндрического профиля повороU- t-rта в реакторе(9)

k -JO-42

Р.-7

гГ Т:з Ь,7

ц а-з

t, - время пребьшания клетки в темновом

объеме.

По данным (Prillips N., Myers 3 . 1954. Growth rate of chlorella in flashing light Plant Physiology. V. 29, n. 2 Рабинович E, Фотосинтез, M., 1959, т. 3) коэффи1шент усилеьшя 4-6 разрешен при t 410 сек.

Определяем необходимую производительность насоса по неравенству

I у

/10)

gi -5tT -°- При этом Е 7 см, d 0,5 см (исходя из габаритов имеющихся прозрачных пластин), тогда

д °- - „°;1-0,52.Ю мУсек 4- Ш

0,52 бм VCCK 1,Й6 . По неравенству 10

1, 2,92 мЗ/ QC,

Исходя из имеющегося насоса с определенной производительностью можно вычислить

d и е

Формула изобретения

Фотореактор для культивирования микроводорослей, содержащий герметичную емкость, насос и внешние источники света, отличающийся тем, что, с целью повыщения

производительности путем периодического чередования световых и темновых интервалов освещения суспензии микроводороспей, емкость выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, две противоположные стороны которого являются светопрозрачными, и разделенного внутри параллельными перегородками на отдельные полости, соединенные одна с через зазоры, образованные торцами перегородок и светопрозрачными стенками, причем каждая перегородка образует зазор только одним из своих торцов, а зазоры, образованные близлежащими перегородками, противоположны один другому.

Источники.информации принятые во внимание при экспертизе

1.Сальникова М. Я. Хлорелла - новый вид корма. - М., Колос, 1977.

2.Управляемое культивирование микроводорослей. - М., Наука, 1964, с. 6 (прототип).

Т

гвсВода

.1

г

свет Фиг2