Фотореактор для культивирования микроводорослей

 

Союз Соеетскнх

Сотекалксттеческнк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ= 11 686686

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 27.07.77 . (21) 2511497/30 15 с присоединением,заявки М (53)M. Кл.

А 01 G 33/02 ее7ДЭРетееклВй кеиетет

СССР аа делам кзебретеееа к етлрктеб (23) Приоритет с

Опубликовано 25.09.79. Бюллетень .% 35

Дата опубликования описания 25,0979 (53) УДК 576.8.093, 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Филипповский, М. Д. Бородин, О. Л. Анисимов и Т. В. Поэднева (7I ) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт (54) ФОТОРЕАКТОР ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Изобретение относится к сельскому хозяйст- . ву, а именно к устройствам для культивирования микроводорослей, например, хлореллы, а также других фотосинтезирующих организмов.

Известно устройство для выращивания микроводорослей, содержащее герметичную емкость насос, мешалку и внешние источники света (1).

Недостатком такого устройства является низкая производительность культивирования из-за того,что суспензия микооводорослей находится под постоянным: освещением, тогда как наиболее благоприятный режим выращивания заключается в чередовании световых и темповых интервалов освещения.

Наиболее близким решением 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 производительность культивирования, так как суспензия находится под постоянным освещением. целью изобретения является повышение производительности путем периодического чередования световых и темповых интервалов освещения суспензии микроводорослей.

Это достигается тем, что емкость выполнена в виде прямоутольного параллелепипеда, две противоположные стороны которого являются светоцрозрачными, 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 циркуляции суспенэии, общий вид; на фиг. 2 — схема протекания суспензии внутрь фотореак тора.

Фотореактор состоит иэ емкости 1, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда, две противоположные стенки 2 и 3 которого являются светопроэрачными. Внутри емкость

1 разделена на отдельные полости параллельными перегородками 4, которые соединяются меж20

5 68 ду собой через зазоры 5, образованные торцами перегородок 4 и светопрозрачными стенками 2 и 3. Каждая перегородка 4 образует зазор только одним из своих торцов, при этом зазоры 5, образованные близлежащими перегородками 4, противоположны один друто: му.

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 светопрозрачных 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:

h= (1) о С

Н 7пс - (2)

h 1„, (3)

Я: Q Ф вЂ” (О,5 j

6686 4

Отработана технология культивирования при концентрации клеток С = 666 ° 10 кл/мл (коррекция среды, рН и т.д.).

Определяем необходимую удельную мощностьисточников света:

Q °

520 6,15

Р q = =666 вт/м

4S О

10 Определяем необходимую рабочую поверхностную концентрацию клеток (С )

2 Р не

3 rn

15 г ббпр <

С = =1332.10 rh/иг=1ЪЬ2 1 < 2,(5)

Я-1О

Определяем глубину реактора (Н) (6), с ь

С Н Ббб 06 С где Н вЂ” расстояние между прозрачными стен25 ками емкости (глубина емкости), м;

h — величина зазора между поперечной перегородкой и прозрачнои стенкой емкости, м;

d — толщина поперечного слоя суспензии (расстояпие между перегородками),м:

8 — ширина фотореактора, м;

Q — производительность насоса, м /час;

С вЂ” концентрация клеток в суспензии, кл/м, с — удельный коэффициент поглощения клеток, мг/кл;

J — оптимальная интенсивность поглощеЯ ния света средней клеткой, определяемая экспериментально в жидкой суспензии, в обычных плоских камерах

О 40 и соответствующая максимальному

КПД фотобиосинтеза клетки, вт/кл;

t — оптимальная длительность светового

L периода при прерывистом освещении клетки, сек;

Р— удельная мощи,. ть источников света на одну освещаемую поверхность, вт/мг; — КПД генерации ФАР источниками

iuc света.

Расчет фотореактора сводится к следующе50

Mjj.

Например, требуется реактор с производительностью G=520 г/м сутки. При этом предполагается использовать штамм Chlorella vul—

garis St. ЛАРГ-З, имеющий следующие биофи зические характеристики: 55

1,10--Ь, г/, .

J< = 10 овт/клетку;

= 0,1 (КПД фотобиосинтеза);

g = 6,15 вт час/г (калорийность биомассы

При вычислении глубины световой зоны h примем ее такой, чтобы световой слой имел ко ." Ь эффициент пропускания 1%, т.е. 10 — 10

Отсюда!

А -С

= 0Ьси, (7) Определим необходимый коэффициент усиления фотосинтеза клетки в прерывистом освещении (к): для прямоугольного т+ -с Н профиля поворота в

n t. 2h реакторе (8) для цилиндрическоt. + . i-l го профиля повороJ .h I та в реакторе (9) с — — = Ь,7

40 и 23 ) — (- — <-0,5,. (QCfE,(10) — время пребывания клетки в темновом т объеме.

По данным (Prillips N., Myers 5. 1954.

Growth rate of chlorella in flashing light

Р!апт Physiology. V. 29, и. 2 Рабинович Е, Фотосинтез, М., 1959, т. 3) коэффициент усиления 4 — 6 разрешен при t = 4 10 сек.

Определяем необходимую производительность насоса по неравенству

686686

Юпда

При этом f = 7 см. d = 0,5 см (исходя из габаритов имеющихся прозрачных пластин), тогда:

qy =O52 iO СН!СЕК=

20,3 7 05 у

Д ° (О

0,52 ди /сек= 3,8б м /час.

По неравенству 10

1ябмь/час(Q(2,92 м /час.

Исходя из имеющегося насоса с определенной производительностью можно вычислить ди6

Формула изобретения

Фотореактор для культивирования микроводорослей, содержащий герметичную емкость, насос и внешние источники света, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности путем периодического чередования световых и темновых интервалов освещения суспензии микроводорослей, 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 близлежашими перегородками, противоположны оди» другому.

Источники. информации принятые во внима-! ние при экспертизе

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

2. Управляемое культивирование микрово,цорослей. — М., Наука, 1964, с. 6 (прототип).

Редактор Д. Пинчук

Тираж 755 Подиисиое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Заказ 5578/3

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель М. Галкин

ТехРед Н Бабурка Корректор О. Билак