Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме



Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме
Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме
Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме

 


Владельцы патента RU 2524993:

Общество с ограниченной ответственностью "КИВИ Энерджи" (RU)

Плавучий биореактор включает по меньшей мере один установленный на поверхности водоема герметичный контейнер из мягкого светопроницаемого полимерного материала с трубопроводами с запорной арматурой для загрузки исходных сырьевых компонентов, разгрузки микроводорослей и подачи и отбора газов из контейнера. Контейнер снабжен горизонтальным каркасом в форме поверхности кругового полого цилиндра, основания которого посредством стержней соединены между собой по образующим. На одной оси с каркасом смонтирован вал. Трубопроводы для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов, а также разгрузки микроводорослей и отбора газов смонтированы в основаниях каркаса контейнера. Биореактор снабжен понтоном, шарнирно сочлененным с контейнером посредством одноплечих рычагов, смонтированных на валу контейнера с возможностью его свободного вращения и качания по вертикали. Изобретение позволяет увеличить производительность биореактора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для производства различных видов микроводорослей. В настоящее время в качестве одного из видов эффективных экологически чистых источников органических веществ рассматривается выращивание и использование биомассы водорослей, имеющих высокое содержание белковых питательных веществ и микроэлементов.

Наиболее перспективными считаются устройства, для которых не нужны пахотные земли, то есть размещаемые на поверхности водной среды.

Разработка устройства для промышленного производства биомассы микроводорослей - актуальная задача во всем мире, поскольку из такой биомассы можно получать широкий спектр продукции: лекарственные препараты, корма для животных, удобрения и т.п.

Более перспективным для получения биомассы микроводорослей с заданными свойствами (высоким содержанием жиров и т.д.) является выращивание их в специально разработанных закрытых системах - биореакторах, в которых создаются оптимальные условия: требуемые температура и освещенность, необходимый газообмен и подвод питательных веществ. Микроводоросли обладают самым эффективным аппаратом по биоконверсии солнечной энергии и являются ее природными биоаккумуляторами. В процессе жизнедеятельности микроводоросли, потребляя углекислый газ, выделяют кислород.

Известно устройство - биореактор для выращивания пресноводных водорослей в естественных водоемах и водохранилищах. Конструктивно биореактор представляет собой плавающие в акватории моря длинные гибкие пластиковые трубки, заполняемые городскими сточными водами и рассадой водорослей (http://mimt.m/environment/metod-vvraschivaniya-biotopliva-iz-stochnvh-vod). В процессе роста водоросли в трубках очищают сточную воду и разрешают проблемы окружающей среды, поглощая вещества, содержащиеся в сточных водах, и двуокись углерода и используя для своего роста солнечную энергию. По мере роста водоросли насыщают воздух кислородом.

Однако известный биореактор для выращивания микроводорослей имеет существенные недостатки. Поверхность пластиковых трубок биореактора зарастает водорослями, и очистка поверхностей для поддержания их светопропускной способности ведет к удорожанию конечного продукта и усложнению конструкции. Горизонтально расположенные длинные светопроницаемые трубки занимают большие площади водной поверхности и вынуждены быть связаны коммуникациями с сушей, при этом процессы перемешивание жидкой среды и газообмен в этих конструкциях биореакторов идут хаотично и неэффективно.

Известен также биореактор, являющийся наиболее близким по технической сущности к разработанному устройству для выращивания водорослей, содержащий, по меньшей мере, один устанавливаемый на поверхности водоема герметичный контейнер из мягкого светопроницаемого полимерного материала с трубопроводами с запорной арматурой для загрузки исходных сырьевых компонентов, разгрузки микроводорослей и трубопроводами для подачи и отбора газов из контейнера (http://www.ted.com/talks/lang/ru/jonathan trent energy from floating algae pods.html).

Контейнер плавает по поверхности открытого водоема, а биореактор может содержать несколько соединенных между собой однотипных контейнерных модулей.

За счет выполнения контейнера с оболочкой из мягкого светопроницаемого полимерного материала решается проблема удешевления стоимости биореактора и лучшей освещенности всего объема культуральной жидкости в контейнере, при этом последний не требует земельных площадей.

Однако это устройство не обеспечивает равномерного перемешивания культуральной жидкости с водорослями, что сказывается на скорости выращивания биомассы, устройство также является более дорогим, так как при зарастании внутренней поверхности полимерного контейнера сложно проводить его очистку, а также удорожается ремонт в случае повреждения контейнера. Кроме того, обслуживание такой системы очень трудоемко.

Задачей изобретения является создание плавучего биореактора для выращивания микроводорослей в открытом водоеме, характеризующегося повышенной производительностью, упрощенной конструкцией, удобством и простотой обслуживания и в целом меньшей его стоимостью.

Поставленная задача решается тем, что в плавучем биореакторе для выращивания микроводорослей в открытом водоеме, содержащем, по меньшей мере, один установленный на поверхности водоема герметичный контейнер из мягкого светопроницаемого полимерного материала с трубопроводами с запорной арматурой для загрузки исходных сырьевых компонентов, разгрузки микроводорослей и для подачи и отбора газов из контейнера, согласно изобретению контейнер снабжен горизонтальным каркасом в форме поверхности кругового полого цилиндра, основания которого посредством стержней соединены между собой по образующим и соосно с каркасом смонтирован вал, а трубопроводы для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов и трубопроводы для разгрузки микроводорослей и отбора газов соединены соответственно с противолежащими основаниями каркаса, при этом биореактор снабжен понтоном, шарнирно сочлененным с контейнером посредством одноплечих рычагов, смонтированных на валу контейнера с возможностью его свободного вращения и качания по вертикали.

Вал контейнера на обоих его концах может быть выполнен с концевыми камерами, из которых камеры на одном конце вала соединены с трубопроводами для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов, а противолежащие камеры на другом конце вала - соответственно с трубопроводами для разгрузки микроводорослей и отбора газов из контейнера. Камеры вала посредством патрубков выполнены сообщающимися с технологическим объемом контейнера.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен биореактор, на фиг.2 - биореактор, вид сверху и на фиг.3 - биореактор, вид в варианте расположении патрубков в камерах вала контейнера.

Герметичный контейнер 1 биореактора содержит горизонтальный каркас в форме кругового полого цилиндра, поверхность которого образована стержнями 2, сопряженными с торцевыми основаниями 3. Соосно с каркасом контейнера смонтирован вал 4. На стержни 2 натянута полимерная светопроницаемая пленка 5, закрепленная посредством хомутов 6 к торцевым основаниям 3 цилиндра. Контейнер содержит также трубопровод 7 для загрузки исходных сырьевых компонентов и трубопровод 8 подачи газов, в частности углекислого газа или кислорода, а также трубопровод 9 для разгрузки микроводорослей и трубопровод 10 для отбора газа - кислорода. Все упомянутые трубопроводы 7, 8, 9 и 10 на входе в контейнер 1 оборудованы соответственно запорными кранами 11, 12, 13 и 14. Биореактор снабжен понтоном 15, который шарнирно сочленен с контейнером 1 посредством одноплечих рычагов 16, также шарнирно соединенных с валом 4 контейнера. Рычаги обеспечивают контейнеру возможность его свободного вращения и качания по вертикали.

Трубопроводы 7, 8, 9 и 10 могут быть смонтированы и соединены с внутренним объемом контейнера через вал 4. В последнем случае вал выполнен с концевыми камерами 17 и 18 на каждом из его концов. Камеры 17 и 18 соединены с трубопроводами 7 и 8 соответственно для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов. Противолежащие камеры 17 и 18 соединены соответственно с трубопроводами 9 и 10 для разгрузки микроводорослей и отбора газов из контейнера.

Через трубопровод 7 загружают исходные сырьевые компоненты, поступающие в технологический объем контейнера по патрубку 19, а разгрузку микроводорослей осуществляют по трубопроводу 9, соединенному с патрубком 20. В другом варианте изобретения камеры 17 вала 4 сообщаются с технологическим объемом контейнера посредством патрубков 19 и 20, а камеры 18 - посредством выпускных отверстий 21.

В цилиндрический объем контейнера 1, образованный торцевыми основаниями 3 и наружной прозрачной пленкой 5, через трубопровод 7 заливают морскую воду с растворенными в ней питательными веществами. Затем через этот же трубопровод 7 в контейнер загружают рассаду водорослей.

В процессе выращивания количество водорослей увеличивается не менее чем в 1000 раз. При размножении водоросли потребляют растворенные в морской воде питательные вещества и углекислый газ из воздуха, выделяя в воду продукты жизнедеятельности. По мере роста водорослей снижается рН питательной среды в контейнере, и рост водорослей замедляется. При достижении рН минимально возможного значения в воду вводят углекислый газ через трубопровод 8. Углекислый газ повышает рН среды, и рост водорослей продолжается.

Во время размножения водоросли выделяют кислород. Высокая концентрация кислорода в газовой среде контейнера не только отрицательно влияет на процесс увеличения биомассы водорослей, но может привести последних к гибели. Для восстановления необходимой газовой среды в контейнере биореактора избыток воздуха, обогащенного кислородом, удаляют через трубопровод 10, а в объем контейнера подают воздух через трубопровод 8 для подачи углекислого газа. Когда концентрация водорослей достигает расчетной, их удаляют через трубопровод 9. Подача углекислого газа, питательной среды, отбор газов и выращенных водорослей из биореактора производятся при остановке вращения контейнера, когда патрубки 19 и 20 находятся нижнем положении.

Контейнер сочленяют посредством поворотных рычагов 16 с понтоном 15, плавающем в море, и опускают на поверхность водоема, удерживая понтон на якорях. Волнение водной поверхности в зоне приливного течения, вектор которого направлен перпендикулярно продольной оси биореактора, вращает контейнер и заставляет его совершать вертикальные колебания, способствуя активному перемешиванию в нем жидкой питательной среды, что благотворно влияет на рост микроводорослей.

Для облегчения вращения корпуса контейнера 1 в рычагах 16 нагрузка от него на воду снижается противовесами 22.

Изолированность технологического объема контейнера от воды водоема позволяет создавать в системе оптимальные условия выращивания биомассы водорослей. При этом использование недорогих мягких полимерных материалов - пленок на облегченном каркасе - обеспечивает максимальный доступ солнечного света, необходимого для эффективного фотосинтеза, упрощает эксплуатацию биореактора, а простая замена пленки при ее зарастании водорослями снижает его стоимость в целом.

Биореактор обеспечивает возможность культивирования в промышленных масштабах любых форм фотосинтезирующих микроорганизмов.

Конструкция предложенного биореактора позволяет создавать крупнотоннажные производства биомассы микроводорослей путем соединения отдельных понтонов с биореакторами в большие группы (караваны), которые могут располагаться в акватории морей, озер, бухт океана.

1. Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме, содержащий по меньшей мере один установленный на поверхности водоема герметичный контейнер из мягкого светопроницаемого полимерного материала с трубопроводами с запорной арматурой для загрузки исходных сырьевых компонентов, разгрузки микроводорослей и для подачи и отбора газов из контейнера, отличающийся тем, что контейнер снабжен горизонтальным каркасом в форме поверхности кругового полого цилиндра, основания которого посредством стержней соединены между собой по образующим, соосно с каркасом смонтирован вал, трубопроводы для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов, а также разгрузки микроводорослей и отбора газов смонтированы в основаниях каркаса контейнера, при этом биореактор снабжен понтоном, шарнирно сочлененным с контейнером посредством одноплечих рычагов, смонтированных на валу контейнера с возможностью его свободного вращения и качания по вертикали.

2. Плавучий контейнер по п.1, отличающийся тем, что вал контейнера на обоих его концах выполнен с концевыми камерами, из которых камеры на одном конце вала соединены с трубопроводами для загрузки исходных сырьевых компонентов и подачи газов, а противолежащие камеры на другом конце вала - соответственно с трубопроводами для разгрузки микроводорослей и отбора газов из контейнера, при этом камеры вала выполнены сообщающимися с технологическим объемом контейнера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы. .

Изобретение относится к носителю для швартовной точки выращивания макроводорослей, как описано во вступительной части п.1 формулы изобретения, и устройству для подвешивания таких носителей.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для культивации хлореллы. .

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для получения как биомассы микроводорослей, так и любых продуктов их жизнедеятельности. .

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям при возведении искусственных рифов в морских и пресноводных хозяйствах. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии выращивания хлореллы. .
Изобретение относится к марикультуре, а именно к искусственному восстановлению полей ламинарии в традиционных местах ее произрастания. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии выращивания хлореллы. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству и направлено на решение проблемы повышения жизнеспособности различных видов флоры и фауны, обитающих в воде. .

Изобретение относится к биофизике и ядерной технике и предназначено для производства биологического сырья для синтеза искусственного органического топлива, кормов и гумуса.

Группа изобретений относится к области выращивания микроводорослей. Предложена установка для выращивания хлореллы и светильник для установки. Установка содержит связанную линией отвода готовой суспензии с емкостью готовой суспензии систему биореакторов хлореллы, биореактор раствора углекислого газа, связанный на выходе с биореакторами хлореллы, станцию подготовки питательного раствора, связанную на выходе с биореакторами хлореллы и биореактором раствора углекислого газа, светильники в виде электроламп, снабженные системой охлаждения, насосы и запорно-регулирующие устройства. Светильники установлены внутри корпусов биореакторов хлореллы, их система охлаждения представляет собой рубашку жидкостного охлаждения. Рубашка жидкостного охлаждения выполнена в виде дополнительного кожуха из прозрачного материала, огибающего корпус электролампы с образованием проточного канала. Вход и выход проточного канала связаны между собой через теплообменник и циркуляционный насос линией подвода и линией отвода охлаждающей жидкости. Устройства перемешивания, регулирования, мойки и дренажа размещены и подключены под системой секций биореакторов. Биореакторы хлореллы снабжены линиями отвода моющей жидкости в дренаж, при этом биореакторы хлореллы связаны на входе с емкостью готовой суспензии. Изобретения позволяют повысить удобство эксплуатации, безопасность работы, эффективность системы охлаждения светильников, производительность и качество целевого продукта, обеспечить процесс производства суспензии водоросли в автоматическом режиме. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для культивирования макрофитов с рабочими объемами с соотношением высоты к ширине не менее 1,5, имеющими поперечные профили дна в форме четвертой-шестой части сечения цилиндра, примыкающего к высоким боковым стенкам под прямым углом, и низкие стенки, выполненные из светонепроницаемого материала, оснащенные расположенными в их глубоких частях продольными перфорированными воздуховодами, патрубками для подачи и щелями для слива питательной среды, газообменниками, блоком регулирования рН с датчиками рН и набором сигнальных электродов, коммутатором, исполнительным механизмом для подачи в газообменники углекислого газа, светильниками с вертикальным набором люминесцентных ламп, вокруг которых попарно группируются рабочие объемы, которые дополнительно оснащены роторами, вращающимися на осях, закрепленных на торцевых стенках, с шестью подпружиненными, наполняемыми воздухом поворотными лопастями, выполненными из светопроницаемого материала, и вспомогательными перфорированными воздуховодами с независимым регулированием подачи воздуха. Устройство при значительном сокращении расходов углекислого газа и сжатого воздуха позволяет эффективно использовать световую энергию и, сохраняя высокую удельную производительность продукции, снизить её себестоимость.

Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли Dunaliella salina для получения биомассы с использованием квазинепрерывного режима культивирования. Культуру, выращенную на модифицированной питательной среде Тренкеншу методом накопительных культур до плотности 1,5-3 г ОР·л-1 переводят в квазинепрерывный режим культивирования. Дальнейшее выращивание осуществляют при удельной скорости протока среды около 0,3 сут-1, при круглосуточном освещении с поверхностной освещенностью 80 Вт·м-2, непрерывной продувке газовоздушной смесью со скоростью 1 л смеси·мин-1·л-1 культуры, которая содержит 3 % СО2, и температуре 26-28°С, на модифицированной питательной среде Тренкеншу. Полученная биомасса составляла около 0,5 г ОВ с 1 л культуры в сутки при относительном содержании каротиноидов в биомассе не менее 0,9 % ОВ, хлорофилла а - 2,8% ОВ и белка - 55% ОВ.

Изобретение относится к способу определения объемов и площадей поверхностей клеток диатомовых водорослей, предусматривающему отбор и фотографирование водорослей, компьютерное построение трехмерных геометрических моделей путем создания каркаса, покрываемого полигональной поверхностью, расчеты объемов и площадей водорослей по полученным моделям. При этом трехмерный каркас модели строят путем объединения трех компьютерных оцифрованных проекций панцирей диатомовых водорослей на створчатую, продольную и поперечную плоскости, причем для построения цифровых проекций применяют кубические кривые Безье, которые используют для обводки контуров клеток диатомовых, причем ключевые вершины кривых Безье размещают в морфологически значимых местах границы контура клетки, которые соответствуют наиболее возможным местам изменения формы границы в процессе развития микроводоросли, а после «обтягивания» каркаса полигональной поверхностью построенную модель соотносят с размерами исследуемого объекта и модифицируют с помощью перемещения ключевых вершин кривых Безье так, чтобы их размеры и пропорции отвечали размерам и пропорциям исследуемых клеток.

Изобретение «Применение глубинной морской воды из сероводородной зоны Черного моря в качестве среды культивирования морских водорослей» относится к марикультуре и предназначено для культивирования морских водорослей в лабораторных и промышленных условиях. Техническая сущность изобретения заключаются в применении глубинной воды Черного моря как содержащей сероводород, так и окисленной в качестве среды культивирования морских водорослей. Исследования биогенных свойств водной среды из восстановительной зоны Черного моря, выполненные авторами изобретения показали, что глубинная вода не оказывает губительного действия на черноморские планктонные водоросли в присутствии высоких исходных концентраций сероводорода. После полного окисления этого ксенобиотика черноморская глубинная вода может применяться в качестве питательной плодородной среды культивировании одноклеточных планктонных и многоклеточных бентосных водорослей в лабораторных или промышленных условиях и в марикультурных хозяйствах.
Изобретение относится к области выращивания одноклеточных фотосинтезирующих микроорганизмов. Предложен способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов в фотобиореакторе закрытого типа с рабочим объемом, содержащим культуральную жидкость. Способ включает подачу газовой смеси, содержащей углекислый газ, в рабочий объем фотобиореактора, осуществление освещения культуральной жидкости от источника искусственного света и ее перемешивание. Перед началом процесса культивирования в рабочий объем фотобиореактора в культуральную жидкость вносят гранулы люминофора с длительным послесвечением в количестве 10-30% от объема культуральной жидкости. Гранулы люминофора снабжены прозрачной наружной оболочкой из химически и биологически инертного материала. При непрерывном или периодическом отборе культуральной жидкости из рабочего объема фотобиореактора отделяют гранулы люминофора с помощью сетчатого фильтра. Изобретение обеспечивает снижение энергетических затрат на процесс культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов и увеличение производительности процесса. 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к растениеводству и животноводству. Предложенный вертикальный конвейер дроссельных растилен пищевых, пастбищных и фармацевтических растений, осетров, креветок и спирулины содержит станину с вертикальными возвратно-поступательного движения конвейером пищевых и пастбищных растений и конвейером бассейнов осетров, креветок, спирулины и аквакультур и транспортеры с аэропонными растильнями. Дроссельные растильни выполнены в идее шарнирно навешенных вертикальных лопастей на транспортеры конвейера пищевых и пастбищных растений с возможностью реализации технологии «хайпоника» и поочередной подачи стеблей и корней на кормление животным, а овощей - покупателям. Бассейны осетров, креветок и спирулины шарнирно прикреплены к транспортерам вертикального конвейера бассейнов. Станина оснащена телескопическими ковшовыми садками-манипуляторами ряски, спирулины, осетров, креветок и аквакультур, оборудованными поворотными и линейными приводами, с возможностью подачи ряски и спирулины на дроссельные растильни из любого бассейна для кормления животных и для подачи аквакормов для кормления осетров, креветок, а осетров, креветок, спирулины - покупателям. Роботизированное исполнение и конверторное снабжение энергией, удобрениями, водой и воздухом выполнено с возможностью быстрой реакции на изменения требований рынка. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и продуктивности конвейера. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области выращивания хлореллы. Предложен способ выращивания хлореллы. Способ включает помещение суспензии хлореллы в две стеклянные емкости, в которых находятся нагреватели с терморегуляторами для поддержания оптимальной температуры 28±2°C. Между емкостями расположен источник искусственного света, в качестве источника искусственного освещения используют фитолюминесцентную лампу. В емкость помещают систему из двух медных параллельно расположенных покрытых изоляционным материалом электродов, на которые подают постоянный ток высокого напряжения 10-60 кВ, для создания электростатического поля. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса выращивания хлореллы. 2 ил.

Изобретение относится к области выращивания хлореллы. Предложена установка для выращивания хлореллы. Установка включает, по меньшей мере, две стеклянные емкости. Емкости установлены на металлическом каркасе и расположены одна над другой, снабжены нагревателем с терморегулятором и источником освещения. В качестве источника освещения используются, по меньшей мере, две фитолюминесцентные лампы, расположенные между парой емкостей, со спектром излучения в диапазоне длин волн 400-500 нм и 600-700 нм. В каждой ёмкости находится устройство для создания электростатического поля. Устройство для создания электростатического поля состоит из системы медных электродов на параллельных стенках емкостей, выполненных с возможностью регулирования их расположения и расстояния между ними. Электроды покрыты изоляционным материалом и подключены к высоковольтному источнику постоянного электрического тока, выполненного с возможностью регулирования подаваемого напряжения. Изобретение обеспечивает высокую производительность выращивания хлореллы при сохранении требуемого качества. 3 ил., 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к технологии непрерывного выращивания планктонных водорослей, преимущественно хлореллы. Установка содержит расположенные на каркасе два аквариума для суспензии, светильники, емкости для приготовления питательного раствора и для сбора и хранения готовой суспензии, соединенные с аквариумами трубопроводами. Два аквариума для суспензии микроводорослей установлены на каркасе с возможностью изменения расстояния между ними и соединены между собой в нижней части вертикальных стенок трубопроводом для уравновешивания объема суспензии в обоих аквариумах. Каждый аквариум для суспензии имеет два сливных отверстия, одно из них выполнено в нижней части боковой стенки для слива готовой суспензии хлореллы и ее отвода по трубопроводу в емкость для сбора и хранения суспензии, а второе отверстие выполнено в нижней плоскости. Один из аквариумов для суспензии выполнен с возможностью выращивания маточной культуры и обеспечением единого биотехнологического процесса. Светильники в каждом аквариуме расположены эксцентрично по отношению к продольной оси его. Светильник, размещенный между аквариумами, крепится на отдельной раме независимо от каркаса и аквариумов с возможностью свободного перемещения и съема при переходе на солнечное освещение. Емкость для питательного раствора размещена по уровню выше аквариумов и имеет выполненные в вертикальной боковой стенке два отверстия, первое из которых расположено на уровне 0,5 объема, а второе - в придонном слое с возможностью присоединения к ним трубопроводов для слива питательного раствора в аквариумы. Изобретение обеспечивает повышение производительности культивирования хлореллы, удобство эксплуатации и безопасность работы. 2 ил.
Наверх