RU2571939C1 - Plant for continuous growing planktonic algae - Google Patents

Abstract

FIELD: biotechnology.

SUBSTANCE: device comprises two aquariums for the suspension, located on the frame, light fixtures, tanks for preparing the nutrient solution and for collection and storage of finished suspension, connected to the aquariums by pipelines. Two aquariums for the suspension of microalgae are mounted on the frame with the ability of changing the distance between them and are connected to each other in the lower part of the vertical walls by the pipeline to counterbalance the volume of the suspension in both aquariums. Each aquarium for the suspension has two discharge openings, one of which is made in the lower part of the side wall for discharging the finished suspension of chlorella and its removal through the pipeline to the tank for collecting and storing the suspension, and the second hole is formed in the lower plane. One of the aquariums for the suspension is made with the ability of growing the stock culture and ensuring the uniform biotechnological process. The light fixtures in each aquarium are arranged eccentrically with respect to its longitudinal axis. The light fixture located between the aquariums is mounted on a separate frame regardless of the frame and the aquariums with the possibility of free displacement and removal in transfer to sunlight. The tank for the nutrient solution is placed on a level above the aquariums, and has two holes made in the vertical side wall, the first of which is located at the level of 0.5 volume, and the second - in the bottom layer with the possibility of attachment to them of the pipelines to discharge the nutrient solution to the aquariums.

EFFECT: increased productivity of cultivation of chlorella, ease of use, and safety of operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии и конструктивному оформлению процесса культивирования одноклеточных водорослей, преимущественно планктонных, например хлореллы, и может быть использовано на предприятиях микробиологической промышленности и непосредственно в животноводческих хозяйствах для приготовления корма - суспензии хлореллы.The invention relates to biotechnology, and in particular to technology and design of the process of cultivation of unicellular algae, mainly planktonic, for example chlorella, and can be used at microbiological enterprises and directly in livestock farms for the preparation of food - suspension of chlorella.

Известны установка для выращивания хлореллы и светильник. Установка содержит систему биореакторов, которые связаны со станцией подготовки питательного раствора и с биореактором раствора углекислого газа. Светильники, установленные внутри корпуса биореакторов хлореллы, снабжены системой охлаждения. Устройства перемешивания, регулирования, мойки и дренажа размещены и подключены под системой секций биореакторов. На входе биореактор связан с емкостью готовой продукции (см. патент РФ на изобретение №2540011, опубл. 27.01. 2015).Known installation for growing chlorella and lamp. The installation contains a system of bioreactors that are associated with a station for the preparation of a nutrient solution and with a bioreactor of a carbon dioxide solution. The luminaires installed inside the housing of the Chlorella bioreactors are equipped with a cooling system. The devices of mixing, regulation, washing and drainage are located and connected under the system of sections of bioreactors. At the input, the bioreactor is associated with the capacity of the finished product (see RF patent for the invention No. 2540011, publ. 27.01. 2015).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и трудоемкость ее исполнения, а также оно характеризуется высокими энергозатратами на производство суспензии хлореллы и отличается невысокой производительностью продукции. Наиболее существенным недостатком этого устройства является необходимость иметь дополнительную установку для производства маточной культуры, которой заряжается система биореактров после каждого цикла культивирования.A disadvantage of the known device is the complexity of the design and the complexity of its implementation, and it is also characterized by high energy consumption for the production of chlorella suspension and is characterized by low productivity. The most significant drawback of this device is the need to have an additional installation for the production of uterine culture, which charges the bioreactor system after each cultivation cycle.

Известна установка для выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы, выполненная в виде аквариума из прозрачного материала, в котором вертикально установлены светильники со стационарно размещенными в них лампами, под которыми расположены вентиляторы для регулирования температуры в процессе культивирования микроводорослей (см. патент РФ на изобретение №2268923, опубл. 27.01.2006). Известное устройство имеет низкую производительность, повышенные трудозатраты, связанные с недостаточным автоматическим управлением, что приводит к необходимости ручного труда для обеспечения работоспособности установки.A known installation for growing planktonic algae, in particular chlorella, made in the form of an aquarium made of transparent material, in which fixtures are installed vertically with lamps stationary in them, under which fans are located to control the temperature during the cultivation of microalgae (see RF patent for invention No. 2268923, published January 27, 2006). The known device has low productivity, increased labor costs associated with insufficient automatic control, which leads to the need for manual labor to ensure the operability of the installation.

Известна установка (прототип) для выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы, содержащая каркас с установленной в нем емкостью, светильник, выполненный в виде стеклянной трубы с размещенными внутри лампами и вентилятором под трубой. Каждая из емкостей представлена аквариумом, выполненным в виде прямоугольного параллелепипеда из прозрачного стекла с одним отверстием на нижней плоскости для слива готовой суспензии и по меньшей мере тремя отверстиями в верхней плоскости для размещения датчиков внутри аквариума и установки трубопроводов для подачи питательной среды. Светильники расположены между аквариумами и опираются на них пластинами, закрепленными в верхней части каждого светильника. Система обслуживания автоматизирована (см. патент РФ на изобретение №2485174, опубл. 20.06.2013). Недостаток этой установки заключается в том, что она имеет невысокую производительность из-за конструктивных особенностей установки, которые не позволяют обеспечить процесс производства суспензии хлореллы в автоматическом режиме, что приводит к излишнему использованию ручного труда.A known installation (prototype) for growing planktonic algae, in particular chlorella, containing a frame with a capacity installed in it, a lamp made in the form of a glass pipe with lamps placed inside and a fan under the pipe. Each tank is represented by an aquarium made in the form of a rectangular parallelepiped of transparent glass with one hole in the lower plane for draining the finished suspension and at least three holes in the upper plane for placing sensors inside the aquarium and installing pipelines for supplying a nutrient medium. The luminaires are located between the aquariums and rest on them with plates fixed at the top of each luminaire. The service system is automated (see RF patent for the invention No. 2485174, publ. 06/20/2013). The disadvantage of this installation is that it has a low productivity due to the design features of the installation, which do not allow to ensure the production process of chlorella suspension in automatic mode, which leads to excessive use of manual labor.

Существенным недостатком этой установки является необходимость введения в аквариумы исходной маточной культуры после завершения каждого цикла культивирования, который составляет четыре дня, в то же время для получения маточной культуры необходимо иметь дополнительный аквариум с отдельным обслуживанием.A significant drawback of this installation is the need for introducing into the aquariums the original uterine culture after the completion of each cultivation cycle, which is four days, at the same time, to obtain a uterine culture, it is necessary to have an additional aquarium with separate maintenance.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности выращивания хлореллы за счет непрерывности процесса культивирования, удобства обслуживания установки и экономии энергетических ресурсов, затрачиваемых на процесс роста хлореллы, а также повышения надежности работы установки.The technical result of the invention is to increase the productivity of growing chlorella due to the continuity of the cultivation process, ease of maintenance of the installation and saving energy resources spent on the growth process of chlorella, as well as improving the reliability of the installation.

При сравнительном анализе заявленного изобретения и известного по RU 2485174, C1, 26.06.2013 в отличия можно вывести следующие существенные признаки:In a comparative analysis of the claimed invention and known according to RU 2485174, C1, 06/26/2013, in contrast, the following significant features can be derived:

- установка состоит из двух аквариумов, которые соединены между собой через отверстия в нижней части вертикальных стенок трубопроводом, снабженным краном;- the installation consists of two aquariums, which are interconnected through openings in the lower part of the vertical walls with a pipeline equipped with a tap;

- каждый аквариум имеет по два сливных отверстия, при этом одно расположено в нижней части боковой стенки и предназначено для слива суспензии хлореллы, второе расположено в нижней плоскости и предназначено для удаления донных осадков и обмывочных вод при санитарной обработке внутренних стенок аквариума;- each aquarium has two drain holes, one of which is located in the lower part of the side wall and is designed to drain the chlorella suspension, the second is located in the lower plane and is designed to remove bottom sediments and washing water during the sanitary treatment of the inner walls of the aquarium;

- аквариумы расположены на каркасе с возможностью свободного перемещения для изменения расстояния между ними, что связано с необходимостью регулирования светового потока от светильника;- aquariums are located on the frame with the possibility of free movement to change the distance between them, which is associated with the need to regulate the light flux from the lamp;

- между аквариумами расположены светильники, при этом они крепятся на отдельной раме независимо от аквариумов с возможностью их удаления при переходе на солнечное освещение;- between the aquariums there are lamps, while they are mounted on a separate frame, regardless of the aquariums, with the possibility of their removal when switching to sunlight;

- светильники в аквариумах расположены эксцентрично относительно продольной оси, причем в правой емкости справа и в левой - слева;- the lights in the aquariums are eccentric relative to the longitudinal axis, moreover, in the right tank on the right and in the left - on the left;

- достижение оптимального освещения в начальный период культивирования осуществляется путем включения одной категории светильников: внутри аквариумов или между аквариумами; в процессе увеличения оптической плотности культуры в результате роста клеток водорослей возникает необходимость увеличить освещенность путем подключения всех светильников, что согласуется с их физиологической потребностью и способствует экономии электроэнергии;- achieving optimal lighting in the initial period of cultivation is carried out by switching on one category of lamps: inside aquariums or between aquariums; in the process of increasing the optical density of the culture as a result of the growth of algal cells, there is a need to increase the illumination by connecting all the lights, which is consistent with their physiological need and contributes to energy savings;

- емкость для приготовления питательного раствора выставлена по уровню выше аквариумов и в вертикальной боковой стенке имеет два отверстия: первое по уроню 0,5 объема, второе в придонном слое, к которым присоединены трубопроводы с кранами для слива питательной среды в аквариумы;- the capacity for the preparation of the nutrient solution is set higher than the aquariums and has two openings in the vertical side wall: the first is 0.5 volume in damage, the second in the bottom layer, to which pipelines with taps are connected to drain the nutrient medium into the aquariums;

- биотехнология культивирования хлореллы направлена на непрерывное получение продукции, при этом ежедневно сливается готовая продукция одного аквариума, а из второго через соединительный шланг суспензия перетекает в освободившийся аквариум, в результате уравновешиваются объемы в обоих емкостях, после чего в оба аквариума добавляется питательная среда и процесс культивирования повторяется. Один аквариум выполняет роль выращивания маточной культуры, но не является автономным, а встроен в единый биотехнологический процесс.- biotechnology of chlorella cultivation is aimed at continuous production, while the finished product of one aquarium is drained daily, and from the second, the suspension flows through the connecting hose into the empty aquarium, as a result, the volumes in both tanks are balanced, after which a nutrient medium and a cultivation process are added to both aquariums repeated. One aquarium plays the role of growing a uterine culture, but is not autonomous, but is integrated into a single biotechnological process.

Наличие перечисленных выше отличительных признаков в совокупности с признаками, являющимися общими для известного и заявленного технических решений, является достаточным и необходимым в достижении при реализации заявленного изобретения указанного выше технического результата.The presence of the above distinguishing features in combination with features that are common to the known and claimed technical solutions is sufficient and necessary to achieve the above technical result when implementing the claimed invention.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фигура 1 - схематичное изображение общего вида установки, фигура 2 - светильник.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 is a schematic representation of a General view of the installation, figure 2 is a lamp.

Установка для непрерывного выращивания планктонных водорослей - фигура 1 - включает размещенные на каркасе 1 аквариумы 2. Между аквариумами 2 расположены светильники 3 с установленными в них лампами 4, закрепленные на отдельной независимой от аквариума раме 10.Installation for continuous cultivation of planktonic algae - figure 1 - includes placed on the frame 1 aquariums 2. Between the aquariums 2 there are lamps 3 with lamps 4 installed in them, mounted on a separate frame 10 independent of the aquarium.

Светильники 11 установлены в аквариумах и расположены эксцентрично относительно продольной оси, причем в правой емкости справа и в левой - слева.Lamps 11 are installed in aquariums and are eccentric relative to the longitudinal axis, moreover, in the right tank on the right and in the left - on the left.

Лампы 4 (фигура 2) в светильнике 3 (фигура 1) расположены в стеклянной трубе 17 и подключены к источнику питания 18 (фигура 1). Светильник 3 снабжен вентилятором 16, установленным под стеклянной трубой 17. Нижняя часть светильника 3 крепится к раме 10 (фигура 1) для размещения светильника 3 между аквариумами 2 (фигура 1).Lamps 4 (figure 2) in the lamp 3 (figure 1) are located in a glass pipe 17 and connected to a power source 18 (figure 1). The lamp 3 is equipped with a fan 16 mounted under the glass pipe 17. The lower part of the lamp 3 is attached to the frame 10 (figure 1) to place the lamp 3 between the aquariums 2 (figure 1).

Емкость для приготовления питательного раствора 6 выставлена по уровню выше аквариумов 2 и в вертикальной боковой стенке имеет одно отверстие по уровню 0,5 объема 12 и второе в нижней плоскости емкости, к которым присоединены трубопроводы 5 для слива питательного раствора в аквариумы.The tank for preparing the nutrient solution 6 is set a level higher than the aquariums 2 and in the vertical side wall has one hole at the level of 0.5 of the volume 12 and the second in the lower plane of the tank, to which are connected pipelines 5 for draining the nutrient solution into the aquariums.

Аквариумы 2 соединены между собой через отверстия в нижней части вертикальных стенок трубопроводом с краном 8.Aquariums 2 are interconnected through openings in the lower part of the vertical walls by a pipeline with a crane 8.

Аквариумы 2 имеют по два сливных отверстия, при этом одно расположено в нижней части боковой стенки 13 и предназначено для слива суспензии хлореллы, второе расположено в нижней плоскости 14 и предназначено для удаления донных осадков и обмывочных вод при санитарной обработке внутренних стенок аквариума.Aquariums 2 have two drainage holes, one of which is located in the lower part of the side wall 13 and is designed to drain the chlorella suspension, the second is located in the lower plane 14 and is designed to remove bottom sediments and washing water during sanitary treatment of the inner walls of the aquarium.

Готовая суспензия по трубопроводу 7 насосом 15 перекачивается в емкость 9.The finished suspension through the pipeline 7 by the pump 15 is pumped into the tank 9.

Установка работает следующим образом. Исходным материалом, маточной культурой хлореллы, заливают один аквариум. Открывают кран трубопровода, соединяющий аквариумы, и уравновешивают в емкостях суспензию. Питательный раствор, содержащий необходимые компоненты, вводят сначала в один аквариум с помощью верхнего трубопровода и затем заполняют второй через трубопровод в нижней части емкости. Оптическая плотность в заправленных таким образом аквариумах составляет от 1,1 до 1,2 D (440).Installation works as follows. The source material, the uterine culture of chlorella, is poured into one aquarium. The pipeline valve connecting the aquariums is opened and the suspension is balanced in the tanks. The nutrient solution containing the necessary components is first introduced into one aquarium using the upper pipe and then the second is filled through a pipe in the lower part of the tank. The optical density in aquariums refueled in this way ranges from 1.1 to 1.2 D (440).

Достижение оптимального освещения осуществляется путем рационального использования светильников. Например, на начальной стадии культивирования, когда через всю толщу суспензии проходит свет, достаточно включить светильник, расположенный между аквариумами, или светильники, которые установлены в аквариумах, а по мере возрастания оптической плотности в процессе роста клеток освещенность необходимо увеличить, и тогда включаются все светильники установки. Такое освещение культуры соответствует физиологическим потребностям клеток, так как мощность света увеличивается с увеличением размера клеток. Таким образом, освещение лампами составляет 10-12 часов в сутки. При использовании солнечного света процесс культивирования длится в течение светового дня. За счет такого режима освещения достигается значительная экономия электроэнергии.Achieving optimal lighting is achieved through the rational use of fixtures. For example, at the initial stage of cultivation, when light passes through the entire thickness of the suspension, it is enough to turn on the lamp located between the aquariums or the lamps installed in the aquariums, and as the optical density increases during cell growth, the illumination must be increased, and then all the lamps turn on installation. Such illumination of the culture corresponds to the physiological needs of the cells, since the power of light increases with increasing cell size. Thus, lighting with lamps is 10-12 hours a day. When using sunlight, the cultivation process lasts during daylight hours. Due to this lighting mode, significant energy savings are achieved.

В процессе выращивания водорослей в аквариумах как при искусственном, так и при естественном освещении в дневное время поддерживается оптимальная для культуры температура от 28 до 30°C, в ночное - от 23 до 25°C.In the process of growing algae in aquariums, both under artificial and natural light, the optimum temperature for the crop is maintained from 28 to 30 ° C in the daytime and from 23 to 25 ° C at night.

Культура достигает необходимой оптической плотности от 1,4 до 1,8 D (440) за суточный период выращивания. Биотехнология культивирования хлореллы направлена на непрерывное получение продукции, когда ежедневно сливается суспензия хлореллы из одного аквариума, а из второго через соединительный трубопровод суспензия перетекает в освободившийся аквариум, в результате уравновешиваются объемы суспензии в обоих емкостях, после чего в оба аквариума добавляется питательная среда и процесс культивирования повторяется непрерывно. Один аквариум предназначен для выращивания маточной культуры, но он не является автономным, а встроен в единый биотехнологический процесс, так как слив готовой продукции осуществляется поочередно. Один раз из левой емкости, следующий раз готовую продукцию сливают из правой емкости, и все необходимые действия повторяются, таким образом цикл культивирования хлореллы составляет один день.The culture reaches the required optical density from 1.4 to 1.8 D (440) for the daily cultivation period. Biotechnology of chlorella cultivation is aimed at continuous production, when chlorella suspension is drained daily from one aquarium, and from the second through a connecting pipe, the suspension flows into a vacant aquarium, as a result, the volume of suspension in both tanks is balanced, after which a nutrient medium and a cultivation process are added to both aquariums repeats continuously. One aquarium is intended for growing uterine culture, but it is not autonomous, but is integrated into a single biotechnological process, since the finished product is drained alternately. Once from the left tank, the next time the finished product is drained from the right tank, and all the necessary steps are repeated, so the chlorella cultivation cycle is one day.

Надежность работы установки обусловлена конструктивными особенностями, которые не нуждаются в автоматическом управлении биотехнологическим процессом, что исключает дополнительное приборное оформление, программное управление и снижает затраты энергоресурсов.The reliability of the installation is due to design features that do not need automatic control of the biotechnological process, which eliminates additional instrumentation, software control and reduces energy costs.

Предлагаемая установка для непрерывного выращивания планктонных водорослей позволяет обеспечивать высокую производительность за счет благоприятных условий светового режима и получения продукции за счет встроенного в биотехнологический процесс выращивания маточной культуры хлореллы.The proposed installation for the continuous cultivation of planktonic algae allows for high productivity due to favorable light conditions and production due to the chlorella uterine culture integrated into the biotechnological process.

Claims (1)

Установка для непрерывного выращивания планктонных водорослей, преимущественно хлореллы, содержащая расположенные на каркасе два аквариума для суспензии, размещенные в аквариумах и между ними светильники, каждый из которых выполнен в виде стеклянной трубы с размещенными в ней лампами и имеет установленный под стеклянной трубой вентилятор, причем светильники между аквариумами установлены вертикально посредством пластин в верхней части каждого светильника для крепления между аквариумами и с возможностью опоры на них, емкость для приготовления питательного раствора и емкость для сбора и хранения готовой суспензии, соединенные с аквариумами трубопроводами, причем два аквариума для суспензии микроводорослей 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 и предназначено для удаления донных осадков и обмывочных вод при санитарной обработке внутренних стенок аквариума, при этом аквариумы установлены на каркасе с возможностью изменения расстояния между ними, а 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, причем в правой емкости - справа, а в левой - слева, а 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. Installation for the continuous cultivation of planktonic algae, mainly chlorella, containing two suspension aquariums located on the frame, placed in the aquariums and between them fixtures, each of which is made in the form of a glass pipe with lamps placed in it and has a fan installed under the glass pipe, and the lamps between the aquariums are installed vertically by means of plates in the upper part of each lamp for mounting between the aquariums and with the possibility of support on them, a container for catching the nutrient solution and a container for collecting and storing the finished suspension, connected by pipelines to the aquariums, and two microalgae suspension aquariums connected to each other in the lower part of the vertical walls by a pipeline to balance the volume of the suspension in both aquariums, each suspension aquarium has two drain holes, one one of them is made in the lower part of the side wall for draining the finished suspension of chlorella and its removal through the pipeline into the container for collecting and storing the suspension, and the second hole made in the lower plane and is designed to remove bottom sediments and washing water during sanitary treatment of the inner walls of the aquarium, while the aquariums are mounted on a frame with the ability to change the distance between them, and one of the aquariums for suspension is made with the possibility of growing a uterine culture and providing a single biotechnological process , the lights in each aquarium are located eccentrically with respect to its longitudinal axis, and in the right tank - on the right, and in the left - on the left, and the lamp, placed between the aquariums, it is mounted on a separate frame regardless of the frame and aquariums with the possibility of free movement and removal when switching to sunlight, the nutrient solution tank is placed at a level above the aquariums and has two openings made in the vertical side wall, the first of which is located at 0.5 volume, and the second - in the bottom layer with the possibility of attaching pipelines to them to drain the nutrient solution into the aquariums.

Images