RU2524993C1 - Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме - Google Patents
Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524993C1 RU2524993C1 RU2013102110/13A RU2013102110A RU2524993C1 RU 2524993 C1 RU2524993 C1 RU 2524993C1 RU 2013102110/13 A RU2013102110/13 A RU 2013102110/13A RU 2013102110 A RU2013102110 A RU 2013102110A RU 2524993 C1 RU2524993 C1 RU 2524993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- shaft
- microalgae
- bioreactor
- gases
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (2)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102110/13A RU2524993C1 (ru) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102110/13A RU2524993C1 (ru) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013102110A RU2013102110A (ru) | 2014-07-27 |
RU2524993C1 true RU2524993C1 (ru) | 2014-08-10 |
Family
ID=51264576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013102110/13A RU2524993C1 (ru) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2524993C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU168056U1 (ru) * | 2016-06-24 | 2017-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") | Установка для выращивания микроводорослей |
WO2017051334A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | Aljadix Ag | Apparatus and process for sea surface microalgae cultivation |
RU2616778C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-04-18 | Викторий Данилович Девяткин | Способ и устройство для выращивания рассады под давлением девяткина в.д. |
RU2632949C1 (ru) * | 2016-07-08 | 2017-10-11 | Аркадий Геннадьевич Тятькин | Устройство для выращивания растений на открытых водоемах |
RU2649346C1 (ru) * | 2017-03-03 | 2018-04-02 | Викторий Данилович Девяткин | Реликтовый инкубатор-барокамера - устройство и способ применения |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU377030A1 (ru) * | 1971-01-27 | 1974-02-25 | Установка для культивирования водорослей | |
WO2008105649A1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-09-04 | Kaurah Jagjit Singh | Growing algae in a body of water contained in an open or closed container that floats on another larger body of water |
GB2471492A (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-05 | Questor Group Ltd C | Floating cultivation device for algae |
-
2013
- 2013-01-17 RU RU2013102110/13A patent/RU2524993C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU377030A1 (ru) * | 1971-01-27 | 1974-02-25 | Установка для культивирования водорослей | |
WO2008105649A1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-09-04 | Kaurah Jagjit Singh | Growing algae in a body of water contained in an open or closed container that floats on another larger body of water |
GB2471492A (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-05 | Questor Group Ltd C | Floating cultivation device for algae |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017051334A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | Aljadix Ag | Apparatus and process for sea surface microalgae cultivation |
RU2616778C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-04-18 | Викторий Данилович Девяткин | Способ и устройство для выращивания рассады под давлением девяткина в.д. |
RU168056U1 (ru) * | 2016-06-24 | 2017-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ИГУ") | Установка для выращивания микроводорослей |
RU2632949C1 (ru) * | 2016-07-08 | 2017-10-11 | Аркадий Геннадьевич Тятькин | Устройство для выращивания растений на открытых водоемах |
RU2649346C1 (ru) * | 2017-03-03 | 2018-04-02 | Викторий Данилович Девяткин | Реликтовый инкубатор-барокамера - устройство и способ применения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013102110A (ru) | 2014-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8409845B2 (en) | Algae bioreactor using submerged enclosures with semi-permeable membranes | |
RU2760011C1 (ru) | Биоэкологическое микроэнергетическое устройство плавучего острова и способ очистки водоемов со сточными и пахучими водами с его использованием | |
KR101464350B1 (ko) | 광생물 반응기 | |
RU2524993C1 (ru) | Плавучий биореактор для выращивания микроводорослей в открытом водоеме | |
US9181520B2 (en) | Photobioreactor for mass-culturing marine microalgae using semi-permeable membrane | |
Zhu et al. | Progress on the development of floating photobioreactor for microalgae cultivation and its application potential | |
RU2678129C2 (ru) | Фотобиореактор для биосеквестрации co2 с иммобилизованной биомассой водорослей или цианобактерий | |
WO2012087741A2 (en) | Algae bioreactor, system and process | |
CN205420364U (zh) | 微藻培养***、腔体式光生物反应器 | |
CN105331517A (zh) | 微藻培养***、腔体式光生物反应器及微藻培养方法 | |
Khor et al. | Microalgae cultivation in offshore floating photobioreactor: State-of-the-art, opportunities and challenges | |
EP2540814A1 (en) | Photobioreactor for the continuous culture of microalgae and a modular system comprising said photobioreactors | |
KR101155095B1 (ko) | 미세조류의 배양 및 수확 장치 | |
CN102517218B (zh) | 一种海面养殖微藻的方法 | |
JP2012065603A (ja) | 微生物の培養システム及び微生物の培養方法 | |
CN203976779U (zh) | 光合细菌现场培养装置 | |
CN201420080Y (zh) | 一种封闭式微藻产业光合作用培殖装置 | |
CN209052675U (zh) | 一种微藻活性细胞营养修复液高效生产设备 | |
CN111073794B (zh) | 一种气体驱动的微藻培养藻液循环装置及使用方法 | |
Khor et al. | Hydrodynamic sloshing of microalgae in membrane type photobioreactor | |
CN205990281U (zh) | 一种多功能的水质净化*** | |
CN114088883B (zh) | 一种海洋储碳技术实验装置及方法 | |
JP2004081157A (ja) | 光合成微生物の培養方法と培養装置 | |
CN102491518B (zh) | 一种微生物发生***装置及其污水生物净化方法 | |
US20230030365A1 (en) | Buoyant photobioreactor arrangement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170118 |