Способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

09) (И) (51) 5 С 12 Л 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К A BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (? 1) 4 2948 74/30-13 (2?.) 06.08.87 (46) 07.! 1.90, Еюп. ¹- 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательс кий 6 и от ехнич ес кий институт (72) В.Л. Корбут (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1395666, кл . С 12 N 1/ 12, 1986 . (54) СНОСОВ КУЛЬТИВИРОВАШИ ФОТОСИНТЕМП УЮЩИХ МИКРООРГАПИЗИОВ (57) Изобретение относится к способам выращивания фотосинтезирующих микроорганиэл ов. Цель изобретения увеличение гродуктивности фотосинте-, зируюших микроорганизмов и коэффициента использования облученности фотостатически активной радиации на фотосинтез за счет поддержания оптиИзобретение относится к способам культивирования фотосинтеэирующих микроорганизмов и мажет быть использовано в сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

Цель изобретения — увеличение продуктивности фотосинтеэирующих микроорганизмов и коэф.".ициента использования облученности фотосинтетически активной радиации (ФАР) на фотосинтез эа счет поддержания pIITH 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.

2 мального значения плотности суспенэии в фотореакторе. Изобретение позволяет поддерживать оптимальную плотность суспензии, соответствующую мак" симальному коэффициенту использования облученности фотореактора на фотосинтез независимо от изменения облученности. Это достигается измерением разности концентраций растворенного кислорода в сусгензии между входом и выходом фотореактора, определением значения коэффициента использования облученности на фотосинтез, определением производной коэффициента использования облученности на фотосинтез и ее знака, управлением сливом суспенэии и доливом питательного раствора при достижении производной отрицательного значения.

2 ил.

Способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов осуществляют слепчюшим образом.

На входе и выходе фотореактора измеряют концентрацию растворенного в суспензии кислорода, определяют .. разность концентрадий между выходом фотореактора и его вхоцом, т.е. где p pOz — разность концентраций растворенного кислорода. между выходом и входом фотор еактора; рО,„ — концентрация растворенного кислорода в суспензии на выходе фотореактора;

T(AE0 2), (ЬцО ) (я Й ) (Яф,)

dt где. (t — t ) .— промежуток времени

Я. между двумя измерения-35 ми р О

Е ъ коэффициент использования облученности на фотосинтез в мо- 40 мент времени t.

†.коэффициент использования облученности на фотосинтез в момент времени t>. " 5 лив суснензии и долив питатель- ного раствора осуществляют по достижении производной коэффициента использования облученности на фотосинтез

i0 отрицательной величины, т. е. (LP I.) t (KP X)

ЧЯ

1 К„) Е Z r. 1

О, dt tz, при t>y,.

На фиг. 1 показаны зависимости разности концентрации растворенного кислорода $ рО между выходом и входом фотореактора (величина, пропорци3

160484 рО „— концентрация растворенно1 .Ъ ro кислорода в суспензии на входе фотореактора.

Разность концентраций растворен-"

5 ного кислорода в суспензии между выходом и входом фотореактора является величиной, пропорциональной интенсивности фотосинтеза, от которой полностью зависит количество синтезируемой биомассы, т.е. продуктивность. Измеряют уровень облученности (Е) фотореактора датчиком облученности, например пиранометром

Янишевского, имеющим электрическии выход сигнала, пропорциональный уровню облученности.

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

Е

Определяют производную коэффициента использования облученности на фотосинтез ональная интенсивности фотосинтеза) от уровня облученности. фотореактора при плотностях тп = 3,5 r ACB/л (кривая 1) и гп = 4, 75 г АСВ/л (кривая 2), а также кривые измерения коэффициентов использования облученности на фотосинтез для плотности m = 3,5 r

ACB/ë (кривая 3) и для плотности m =

= 4,75 г АСВ/л (кривая 4), построенные в относительных единицах.

Начальный уровень облученности оптимален для кривой с плотностью и ( — 3,5 г АСВ/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 тп = 4,75 ACB/л, фотосинтез при том же уровне облученности понизится с АрО = 1,7 до рО

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. В 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 т = 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 облученпости 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 ° После достижения плотности 4,75 r

АСВ/л коэффициент использования энергии облучения на фотосинтез увеличится до 0,023. а интенсивность фотосинтеза до 2,22.

В контуре фотореактор 1 — газообменник 2 циркулирует суспензия, 160 на входе и выходе фотореактора датчиками 3 и 4 измеряют концентрацию растворенного в суспензии кислорода.

Одновременно датчиком 5 измеряют уровень облученности фотореактора.

Вычислительное устройство 6 определяет разность концентраций рО между выходом и входом фотореактора (интенсивность фотосинтеза), вычисляет коэффициент использования уровня облученности на фотосинтез

Ф Ь РО

Е Е и определяет производную коэффициента использования облученности на фотосинтезе д (), (АЯ2)

Е Е

c1t с1 С и ее знак, В случае отрицательного значения производной от вычислительного устройства 6 сигнал пос тупа ет к исполнительному механизму 7, который управляет устройствами 8 и 9 соответственно слива суспензии и долива питательного раствора.

Пример . Выращивание фотосинтезирующих микроводорослей (спирулины) проводилось в культиваторе, состоящем из стеклотрубного фотореактора объемом 120 л с диаметром трубы

56 мм, газообменника, системы слива суспензии и долива 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 m < = 3,5 г

АСВ/л и m = 4,75 г АСВ/л. По этим кривым были вычислены кривые 3 и 4 изменения коэффициента использования энергии облУчения на фотосинтез.

4842

Реализация способа культивирования привела к снижению оптимального зна- чения плотности суспензии с 3,5 до

У

4 75 г АСВ/л при изменении облученности с 60 до 100 Вт/м .

Таким образом, реализация предлагаемого способа культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов обеспечивает повышение эффективности использования облученности фотореактора за счет поддержания опти- . мальной плотности суспензии в фотореакторе, соответствующей максимуму коэффициента использования энергии облучения на фотосинтез в условиях изменяющейся облученности фотореактора. Поддержание оптимальной плотности суспензии обеспечивает макси20 мальную отдачу биомассы в расчете на энергию облученности фотореактора при изменяющемся значении облученности фотореактора.

Формула и зобр ет ения

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 использова4 ния облученности на фотосинтез по величине отношения фотосинтеза к уровню облученности фотореактора, производную от этого коэффициента и знак этой производной, а долив раст45 вора и caHa cycneHsHH осуществляют при отрицательном значении производной.

1604842

Д Р02

3,0

2,0

D,5 100

Фиг 1

Составитель Г, Вогачева

Техред М.Ходанич . Корректор pi.Осауленко редактор Н. Яцола

Заказ 3434 Тираж 489 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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