CS207168B1 - Zařízení pro průtokovou kultivaci autotrofnich mikroorganismů - Google Patents

Description

(54) Zařízení pro průtokovou kultivaci autotrofnich mikroorganismů

Vynález se týká zařízení pro průtokovou kultivaci autotrofnich mikroorganismů.

Dosud se průtoková kultivace autotrofnich mikroorganismů prováděla na otevřených kultivačních zařízeních plně závislých na klimatických poměrech místa, kde jsou provozovány.

Venkovní uzavřené systémy jsou ovladatelné do jisté míry vzhledem k jejich závislosti na průběhu slunečního svitu během dne a kultivační sezóny.

V uzavřeném prostoru se buď pohybuje pouze suspenze nebo suspenze s plynnou fázi nad hladinou suspenze. Tato zařízení byla realizována v několika variantách buď jako systém tvořený průhledným polyetylénovým rukávem, v němž proudila suspenze pod vrstvou plynné směsi vzduchu a CO₂, která také rukáv nadouvala, nebo jako ploché žlaby kryté průhlednou folií.

Nevýhodou otevřených kultivačních zařízení je, že základní faktory, jako je množství fotosynteticky účinného záření a teplota, pří které kultivace probíhá, se nahodile mění. Zejména pro kultivace ke speciálním účelům je tento postup nevhodný.

Dosavadní uzavřená kultivační zařízení mají sice výhodu v tom, že lze dokonale využít CO2, neboť neexistují ztráty CO₂ desorbcí do ovzduší, avšak bez přirozeného odparu volnou hladinou suspenze nastávají vážné potíže při termoregulaci řasové suspenze. U otevřených systémů tento odpař vody z povrchu odebírá většinu tepla vzniklého přeměnou dopadlého slunečního záření. Bez možnosti odparu a zařazení náhradního chlazení dosahuje teplota suspenze hodnot vyšších než 50 °C, což je pro většinu používaných kmenů teplota nepřijatelná.

Pro uzavřený systém činí investiční náklady na termoregulaci suspenze řas třetinu celkových nákladů.

Problémem je udržení trvalé průhlednosti stropní vrchní dělící stěny systému, aby nedocházelo k zeslabování dopadajícího světla na hladinu suspenze ať už vlivem ulpění částeček suspenze na stropě, např. folii skla, nebo na stěnách trubek.

Výhodou zařízení podle vynálezu je možnost cílevědomé regulace hlavních kultivačních faktorů, tj. intenzity fotosynteticky účinného záření, teploty suspenze, koncentrace suspenze, pH suspenze, koncentrace CO₂ rozpuštěného v suspenzi, koncentrace O₂ rozpuštěného v suspenzi a hydrodynamických podmínek v kultivačním žlabu, a to vše relativně nízkých pořizovacích a provozních nákladech.

Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že kultivační žlab je upraven ve sklo207168 i

hu 0,5—5 %, výtokový otvor kultivačního žlabu je propojen potrubím odváděné suspenze přes lopatkový průtokoměr se sacím vstupem odstředivého čerpadla suspenze, jehož výstup je potrubím přiváděné suspenze přes regulační šoupátko spojen s rozvodným otvorem kultivačního žlabu umístěným na jeho horním okraji. Výtokový otvor plynu umístěný ve stěně horní části kultivačního žlabu je propojen potrubím se sacím hrdlem dmychadla, jehož výstup je propojen s vtokovým otvorem plynu umístěným ve stěně dolní části kultivačního žlabu. Výtokový otvor infrafiltru je propojen potrubím přes tepelný výměník temperované vody infrafiltru a dopravní čerpadlo na vtokový otvor infrafiltru. Výstup chladícího systému dna kultivačního žlabu je propojen potrubím přes výměník chladící vody a dopravní čerpadlo chladící vody se vstupem chladícího systému dna žlabu. Kultivační prostor žlabu je propojen potrubím přes čerpadlo vzorku suspenze, fotometr, měřič rozpuštěného kyslíku v suspenzi, měřič pH suspenze a měřič rozpuštěného CO₂ v suspenzi s potrubím odváděné suspenze. Fotometr je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj a regulátor s dvojicí synchronizovaných dávkovačích čerpadel. Měřič rozpuštěného kyslíku v suspenzi je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem, měřič pH suspenze je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem a měřič rozpuštěného CO₂ suspenze vybavený infraanalyzátorem je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem. Trubicová sonda pro odběr vzorku plynu, umístěná v horní stěně kultivačního žlabu, je propojena potrubím přes infraanalyzátor CO₂ a analyzátor O₂ s přívodním otvorem vzorku plynu umístěným rovněž v horní stěně kultivačního žlabu. Infraanalyzátor CO₂ je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj a regulátor s prvním magnetickým ventilem umístěným v přívodním potrubí CO₂ do kultivačního žlabu. Analyzátor O₂ je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem. Odporový teploměr umístěný na potrubí odváděné suspenze je elektricky propojen přes jemu příslušný registrační přístroj a regulátor s dopravním čerpadlem chladící vody. Odporový teploměr tepelného výměníku je elektricky propojen přes jemu příslušný registrační přístroj a regulátor s chladícím agregátem tepelného výměníku. Zdroj kysličníku uhličitého je propojen potrubím přes redukční ventil a druhý magnetický ventil se stabilizační a zásobní nádobou na CO₂, jejíž výstup je spojen potrubím přes první magnetický ventil, přesný manostat a lopatkový plynoměr se vstupem CO₂ umístěným v horní stěně kultivačního žlabu. Vodní tlaková uzávěrka kultivačního žlabu je spojena potrubím s otvorem v dolní stěně kultivačního žlabu. Zásobník kultivačního media je potrubím spojen přes dávkovači čerpadlo s potrubím přiváděné suspenze do kultivačního žlabu. Vstup zásobníku odebrané suspenze je spojen potrubím přes dávkovači čerpadlo s potrubím odváděné suspenze. Výstup zásobníku odebrané suspenze je spojen potrubím přes zubové čerpadlo s odstředivkou.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese, který představuje funkční schéma zařízení.

Na obrázku je kultivační žlab 1 opatřený přehrážkami 2 v kultivačním prostoru a shora zakrytý infrafiltrem 13, nad nímž je umístěn zdroj světelného záření 20. Kultivační žlab 1 je upraven ve sklonu 0,5—5 %. Výtokový otvor 44 kultivačního žlabu 1 je propojen potrubím 45 odváděné suspenze přes lopatkový průtokoměr 4 se sacím vstupem odstředivého čerpadla 5 suspenze, jehož výstup je potrubím 46 přiváděné suspenze přes regulační šoupátko 47 spojen s rozvodným otvorem 48 kultivačního žlabu 1 umístěným na jeho horním, okraji. Výtokový otvor 49 plynu umístěný na jeho horním okraji. Výtokový otvor 49 plynu umístěný ve stěně horní části kultivačního žlabu 1 je propojen potrubím se sacím hrdlem dmychadla 21 jehož výstup je propojen s vtokovým otvorem 50 plynu umístěným ve stěně dolní části kultivačního žlabu 1. Výtokový otvor 51 infrafiltru 13 je propojen potrubím přes tepelný výměník 14 temperované vody infrafiltru 13 a dopravní čerpadlo 12 na vtokový otvor 52 infrafiltru

13. Výstup 53 chladícího systému 9 dna kultivačního žlabu 1 je propojen potrubím přes výměník 10 chladící vody a dopravní čerpadlo 54 chladící vody se vstupem 55 chladícího systému 9 dna žlabu 1. Kultivační prostor žlabu 1 je propojen potrubím přes čerpadlo 35 vzorku suspenze, fotometr 36, měřič 38 rozpuštěného kyslíku v suspenzi, měřič 39 pH suspenze a měřič 42 rozpuštěného CO₂ v suspenzi s potrubím 45 odváděné suspenze. Fotometr 36 je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj 361 a regulátor 37 s dvojicí synchronizovaných dávkovačích čerpadel 16, 18. Měřič 38 rozpuštěného kyslíku v suspenzi je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem 381, měřič 39 pH suspenze je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem 391 a měřič rozpuštěného CO₂ suspenze vybavený infraanalyzátorem 30 je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem 421. Trubicová sonda 56 pro odběr vzorku plynu, umístěná v horní stěně kultivačního žlabu 1, je propojena potrubím přes infraanalyzátor CO₂ 19 a analyzátor O₂ s přívodním otvorem 57 vzorku plynu umístěným rovněž v horní stěně kultivačního žlabu 1. Infraanalyzátor CO₂ je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj 31 a regulátor 32 s prvním magnetickým ventilem 58 umístěným v přívodním potrubí CO₂ do kultivačního žlabu 1. Analyzátor 0₂ 40 je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem 41. Odporový teploměr 3 umístěný na potrubí odváděné suspenze je elektricky propojen přes jemu příslušný registrační přístroj 33 a regulátor 34 s dopravním čerpadlem 54 chladící vody. Odporový teploměr 59 tepelného výměníku 14 je elektricky propojen přes jemu příslušný regisstrační přístroj 20 a regulátor 43 s chladícím agregátem 11 tepelného výměníku 14. Zdroj 22 kysličníku uhličitého je propojen potrubím přes redukční ventil 23 a druhý magnetický ventil 60 se stabilizační a zásobní nádobou 24 na CO2, jejíž výstup je spojen potrubím přes první magnetický ventil 58 přesný manostat 26 a lopatkový plynoměr 61 se vstupem CO2 umístěným v horní stěně kultivačního žlabu 1. Vodní tlaková uzávěrka 27 kultivačního žlabu 1 je spojena potrubím s otvorem v dolní stěně kultivačního žlabu

1. Zásobník 15 kultivačního media je potrubím spojen přes dávkovači čerpadlo 16 s potrubím 46 přiváděné suspenze do kultivačního žlabu 1. Vstup zásobníku 17 odebrané suspenze je spojen potrubím přes dávkovači čerpadlo 18 s potrubím 45 odváděné suspenze. Výstup zásobníku 17 odebrané suspenze je spojen potrubím přes zubové čerpadlo 7 s odstředivkou 8.

Skloněným kultivačním žlabem 1 přes přehrážky 2 protéká suspenze autotrofních mikroorganizmů. Shora je ozařovaná zdrojem 28 fotosyntentického záření přes infrafiltr 13. Výtokovým otvorem 44 kultivačního žlabu 1 protéká potrubím 45 suspenze přes lopatkový průtokoměr 4 do odstředivého čerpadla 5, které ji vytlačuje přes regulační šoupátko 47 do rozvodného otvoru 48, jímž je rovnoměrně rozvedena na celou šíři dna kultivačního žlabu 1. Toto dno je temperováno chladícím systémem 9, jehož voda je temperována chladícím agregátem 11 výměníku 10 chladící' vody. Tepelná složka záření, a to 80 %—90 % elektrického příkonu zdroje světelného záření 28, je zachycována infrafiltrem 13, jehož proudící voda je temperována dvojím způsobem, a to jednak odparem ze svého volného povrchu a jednak pomocí chladícího agregátu 29 v tepelném výměníku 14. Směs plynů nad protékající suspenzí je protiproudně hnaná a homogenizovaná pomocí dmychadla 21. čerpadlo 35 vzorku suspenze odebírá kontinuálně suspenzi z kultivačního žlabu 1 a dopravuje ji přes fotometr 36, měřič 38 rozpuštěného kyslíku v suspenzi, měřič 39 pH suspenze a měřič 42 rozpuštěného CO2 v suspenzi zpět do potrubí 45 odváděné suspenze. Všechny tyto měřiče provádějí měření příslušných veličin, jejichž hodnoty jsou registrovány v jim . příslušných registračních přístrojích 361, 381, 391, 421. V případě veličin koncentrace a teploty suspenze se provádí jejich regulace prostřednictvím příslušných regulátorů 37, 34. Vzorek plynů z kultivačního žlabu 1 je analyzován infraanalyzátorem 19 CO2 a analyzátorem 40 O₂, přičemž jimi naměřené veličiny koncentrace CO2 ve směsi plynů a koncentrace O2 ve směsi plynů jsou registrovány registračními přístroji 31, 41. Koncentrace O2 je pomocí regulátoru 32 a pomocí prvního magnetického ventilu 58 udržovaná na požadované hodnotě. Teplota vody intrafiltru 13 je měřena v tepelném výměníku 14 odporovým teploměrem 59, zapisovaná registračním přístrojem 20 a pomocí regulátoru 43 je udržovaná na požadované teplotě. Průtok suspenze je měřen lopatkovým průtokoměrem 4. Kysličník uhličitý CO2 jako základní surovina pro kultivaci autotrofních mikroorganismů je dodáván ze zdroje 22 kysličníku uhličitého přes redukční ventil 23 a druhý magnetický ventil 60 ovládaný manostatem 25 do stabilizační a zásobní nádoby 24 a přes první magnetický ventil 58 ovládaný regulátorem 32 a přes přesný manostat 26 a lopatkový plynoměr 61 do prostoru nad suspenzi v kultivačním žlabu 1. Vyprodukovaná suspenze autotrofních mikroorganismů v zásobníku 17 odebrané suspenze je periodicky dodávána pomocí zubového čerpadla 7 do odstředivky 8, která provádí separaci buněk autotrofních mikroorganismů z kultivačního media. Vodní tlaková uzávěrka 27 chrání těleso kultivačního žlabu 1 před nahodilými změnami tlaku v jeho vnitřním prostoru.

Vynálezu je možno s výhodou využít zejména pro ekonomicky výhodnou kultivaci autotrofních mikroorganismů k inokulačním účelům a nebo jako kultivačního zařízení určeného k produkci speciálních látek pomocí autotrofních mikroorganismů.

Je výhodné též jako modelovací zařízení pro vývoj venkovních kultivačních zařízení.

'(','Ýi

Zařízení pro průtokovou kultivaci autotrofních mikroorganismů obsahující kultivační žlab opatřený přehrážkami v kultivačním prostoru a shora zakrytý infrafiltrem, dopravní čerpadlo suspenze a zdroj světelného záření vyznačený tím, že kultivační žlab (1) je upraven ve sklonu 0,5—5 %, výtokový otvor (44) kultivačního žlabu (1) je propojen potrubím (45) odváděné suspenze přes lopatkový průtokoměr (4) se sacím vstupem odstředivého čerpadla (5) suspenze, jehož výstup je potrubím (46) přiváděné suspenze přes regulační šoupátko (47) spojen s rozvodným

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU otvorem (48) kultivačního žlabu (1) umístěným na jeho horním okraji, výtokový otvor (49) plynu umístěný ve stěně horní části kultivačního žlabu (1) je propojen potrubím se sacím hrdlem dmychadla (21) jehož výstup je propojen s vtokovým otvorem (50) plynu umístěným ve stěně dolní části kultivačního žlabu (1), výtokový otvor (51) infrafiltru (13) je propojen potrubím přes tepelný výměník (14) temperované vody infrafiltru (13) a dopravní čerpadlo (12) na vtokový otvor (52) infrafiltru (13), výstup (53) chladícího systému (9) dna kultivačního žlabu (1) je propojen potrubím přes výměník (10) chladící vody a dopravní čerpadlo (54) chladící vody se vstupem (55) chladícího systému (9) dna žlabu (1), kultivační prostor žlabu (1) je propojen potrubím přes čerpadlo (35) vzorku suspenze, fotometr (36), měřič (38) rozpuštěného kyslíku v suspenzi, měřič (39) pH suspenze a měřič (42) rozpuštěného CO2 v suspenzi s potrubím (45) odváděné suspenze, fotometr (36) je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj (361) a regulátor (37) s dvojicí synchronizovaných dávkovačích čerpadel (16, 18), měřič (38) rozpuštěného kyslíku v suspenzi je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem (381), měřič (39) pH suspenze je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem (391) a měřič rozpuštěného CO2 suspenze vybavený infraanalyzátorem (30) je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem (421), trubicová sonda (56) pro odběr vzorku plynu, umístěná v horní stěně kultivačního žlabu (1), je propojena potrubím přes infraanalyzátor CO₂ (19) a analyzátor (40) O₂ s přívodním otvorem (57) vzorku plynu umístěným rovněž v horní stěně kultivačního žlabu (1), infraanalyzátor CO2 je elektricky spojen přes jemu příslušný registrační přístroj (31) a regulátor (32) s prvním magnetickým ventilem (58) umístěným v přívodním potrubí CO2 do kultivačního žlabu (I) , analyzátor Ó₂ (40) je elektricky propojen s jemu příslušným registračním přístrojem (41), odporový teploměr (3) umístěný na potrubí odváděné suspenze je elektricky propojen přes jemu příslušný registrační přístroj (33) a regulátor (34) s dopravním čerpadlem (54) chladící vody, odporový teploměr (59) tepelného výměníku (14) je elektricky propojen přes jemu příslušný registrační přístroj (20) a regulátor (43) s chladícím agregátem (II) tepelného výměníku (14), zdroj (22) kysličníku uhličitého je propojen potrubím přes redukční ventil (23) a druhý magnetický ventil (60) se stabilizační a zásobní nádobou (24) na CO₂, jejíž výstup je spojen potrubím přes první magnetický ventil (58), přesný manostat (26) a lopatkový plynoměr (61) se vstupem CO₂ umístěným v horní stěně kultivačního žlabu (1), vodní tlaková uzávěrka (27) kultivačního žlabu (1) je spojena potrubím s otvorem v dolní stěně kultivačního žlabu (1), zásobník (15) kultivačního media je potrubím spojen přes dávkovači čerpadlo (16) s potrubím (46) přiváděné suspenze do kultivačního žlabu (1), vstup zásobníku (17) odebrané suspenze je spojen potrubím přes dávkovači čerpadlo (18) s potrubím (45) odváděné suspenze, výstup zásobníku (17) odebrané suspenze je spojen potrubím přes zubové čerpadlo (7) a odstředivkou (8).