CZ177293A3

CZ177293A3 - Method of solar cultivation of microscopic algae and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ177293A3
Application number: CZ931772A
Authority: CZ
Inventors: Jiri Ing Csc Doucha; Karel Ing Csc Livansky
Original assignee: Mikrobiologicky Ustav Avcr
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1995-05-17
Also published as: CZ279579B6

Description

Způsob solární kultivace mikroskopických, ₂ řás provádění tohoto způsobu 7

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu solární kultivace mikroskopických řas s vysokou produkční hustotou, při kterém se vede suspense řas nasycená oxidem uhličitým a obohacená potřebnými živinami po nakloněných kultivačních plochách, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Produkční kultivace řas a sinic pod širým nebem se ve světě provádí většinou v 6 8 m širokých korytech, uzavřených do elipsy (raceways ponds), v nichž se 20 30 cm tlustá vrstva anorganického živného roztoku s řasami, probublávaná oxidem uhličitým, nepřetržitě pohybuje nejčastěji pomocí lopatkových míchadel rychlostí 15 «3 30 cm.s¹ (Stangel, Bez. Drsch. Bot. Ges. Bd 83, Heft 11, 1970, 589-606).

Hlavní nedostatky tohto systému: 1; aby nedocházelo k limitaci růstu řas nedostatkem světla, nesmí jejich hustota být vyšší, než 500 mg suché hmoty na 1 1 roztoku, 2' laminární a relativně pomalý tok suspenze má za následek nedostatečné využití světla v přesvětlené horní vrstvě řas a nedostačující odstraňování v suspenzi rozpuštěného kyslíku, jehož vysoká koncentrace inhibuje fotosyntézu a zvyšuje fotorespiraci řas, ,3; účinnost sycení suspenze oxidem uhličitým je velmi nízká (nepřekračuje 3fy), 4 cirkulace suspenze probíhá ve dne i v noci a je energeticky náročná. Mimořádně náročná na spotřebu energie je i separace řas od živného roztoku při jejich sklizni.

Uvedené nedostatky odstraňuje systém, vyvinutý v Československu, u kterého řasová suspenze stéká po nakloněných plochách, rozdělených ve směru sklonu na 1& 2 m široké pásy. Kolmo na směr toku' jsou ve vzdálenosti 15 cm uloženy zešikmené přepážky, vysoké 4 cm a uchycené tak, aby mezi povrchem kultivační plochy a přepážkou byla

3/5 mm mezera. Suspenze, proudící pod i přes přepážky se intenzivně míchá, přičemž přepážky umožňují udržet na celé kultivační ploše požadovanou tloušťku vrstvy řas (5 cm). Suspenze, která steče po nakloněné ploše, se zpětným potrubím vrací pomocí výtlačného čerpadla na horní okraj spádové plochy (Šetlík et al, 1970, Algolog. Stud. 1, 111 až 164). Cirkulace probíhá během dne, v noci je suspenze přechovávána a provzdušňována v nádrži. Sycení suspenze oxidem uhličitým se provádí jeho zapravováníra do suspenze na vstupní straně čerpadla. Účinnost sycení je cca

Aby se zmenšila spotřeba energie k cirkulaci řas, byla snížena výška příčných přepážek tak, aby tloušťka vrstvy nepřekročila 3 cm. Jiná modifikace spočívala v použití plochy bez přepážek, avšak se zdrsněným nebo profilovaným povrchem, umožňuj ícím dostatečně intenzivní turbolenci řasové suspenze. Další redukce spotřeby energie se dosáhlo snížením celkového objemu suspenze, která protéká čerpadlem prodloužením plochy a jejím členěním do protilehlého směru (čs. pat. č. 276111).

Ani snížení výšky přepážek, ani použití plochy bez přepážek se však jednoznačně provozně neosvědčilo: zdrsněním plochy v bezpřepážkovém systému se zvýšila náročnost při čištění kultivační plochy , u přepážkového systému zůstává nevyřešen problém pracnosti při instalaci přepážek a údržbě povrchu, přepážkami osazeného.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob solární kultivace mikroskopických řas s vysokou produkční hustotou, přičemž se vede suspense řas nasycená oxidem uhličitým a obohacená potřebnými živinami po nakloněných kultivačních plochách za turbulentního proudění, při kterém se podle vynálezu sycení suspense oxidem uhličitým provádí mezi jednotlivými nakloněnými kultivačními plochami ve spojovacích žlabech, přičemž oxid uhličitý je uzavřen v prostoru vymezeném spojovacím žlabem a suspenzí řas přepadávající z nakloněné kultivační plochy do spojovacího žlabu. Turbulentního proudění suspense řas se dosahuje přepážkami

- 3 “Ό

na	1 cťi
·/
2	m
10 aí	20
až 6	mm
ážek	je

kruhového profilu uloženými kolmo na směr'toku suspenze řas, sc výhodu ve výšce 2 až 6 mm nad kultivační plochou. Ke zvýšení' koncentrace rozpustného oxidu uhličitého (C0₉) v rasové suspenzi tAPa.na začátku toku, lze s výhodou suspenzi sytit/feé-ž/zapravením C0₂do sacího potrubí čerpadla.

Velkoobjemové produkční kultivační zařízení k provádění uvedeného způsobu se skládá z alespoň jednoho modulu sestávajícího se ze 4 8 meandroví tě členěných dílčích nakloněných kultivačních ploch (délek s výhodou 30 ft* 45 m, šířka 4 a* 6 m), které jsou vzájemně propojeny spojovacími žlaby, takže celková délka plochy, po které suspenze steka je 120v360 m. Tato dlouhá dráha toku suspenze přináší vzhledem k její šířce významné úspory energie, potřebné pro vynesení suspenze z nejnižšího místa na horní rozvodový okraj kultivační plochy.

Dílčí nakloněné kultivační plochy, rozdělené po délce na 1 cc* 2 m široké pásy, jsou osazeny na vzdálenost výhodně příčnými přepážkami kruhového profilu o průměru s výhodou 10oí 20 mm. Přepážky jsou uloženy kolmo na směr toku ve výšce 2 nad nakloněnou kultivační plochou. Fixace polohy přej provedena u jejich konců uchycením pružnými prstenci, obepínajícími každou přepážku, na vodicí lanka, se kterými tak tvoří jeden celek,

Tlouštka stěny prstence vymezuje mezeru mezi povrchem kultivační plochy a vlastní přepážkou. Suspenze řas proudí jednak mezerou pod přepážkou, jednak ji přetéká.

Uvedené uspořádání přepážek se vyznačuje jednoduchou instalací a manipulaí a snadnou údržbou plochy. Vhodně zvolený průměr přepážek a vzdálenost mezi nimi, dané sklonem (rychlostí toku) a povrchem plochy (koeficientem tření) umožňují intenzivní míchání suspenze a optimalizují střídání dob osvětlení a zatemnění jednotlivých buněk řas s následnou vysokou účinností využití světelné energie.

Způsobem podle vynálezu se zvyšuje jednotková produktivita řas cca o 2C^% a umožňuje pěstovat řasy až do vysokých sklizňových hustot 14 q í 20 g.l^-1 (140^200 g.m^-2) (viz tabulku 1, kde jsou uvedeny charakteristiky solárních kultur řas pěstovaných v tenké vrstvě známými postupy a postupem podle vynálezu).

-4Začátek kultivačního cyklu.; Konec kultivační ho č i—· 0 &

£

PJ 'Cra

<	ra	ra	rf	ra
M	ra	£	i—	c
Cl	o	i—»	0
ra··	3'	rf	C	ra
i—	3	ra.	®	ra·
ra	<	<	rt	<
3	ra,	ra	íť	ra
0	3“	ra	ra	ra
3	0	3		3
ra		ras	<c	ras
	3		ra
3	ra	3	rá	3
Φ	0	\|——	,—	ra·
N	5-*t	3	<	3
ra·	H-·	3		3
	h-	3*		3
3	£	ra	ra	ra
ra			c
		ra	ra

V.

í

PJ

ĚJs «

>r

-ΐ fil o

H·

N N

Φ 3 o ?

I &

Φ r- ω 75 01 σι c tr $

ra o

<

PJ

ΓΧ tr ra ž

ra £l ra

Ρλ τ ra φ η ιΗs ra c

ra ra ra

N ra o

'0

3^,:

S;

ra

h*	ra»	ra»
UI	01	01
'•£3	M3	'LP

1-J	OJ	r·*	V-*·
£	O		'•C
	r,J	Cí

Xárfívííiíií;'*:

Ui, ra c

ra ra ra 'Ti o

ra —> & Ji 3K ΐ O H' 3“ O 3 3 /ot

t-J		H	c-
-’	o	ra-
íX	o	ra	c*
CD		0	j-J,

ra

Γ3 i# ra

H

C”

C ú

3í ra

H ra •ra |í-jra

θ'		Ji	Γ“	W	o ^!	M	ra	3
	'·		f		'			0
ω	ω	η.ι	σι	'·'·<	Cí '			0
01	ω	LJ	ω	O	'4? ;	i ;-ra	ra	13 .,7.
		'·'	/		! •	•7U.»'	& ra·	3 ra

'1 ra ra ra

Ci ·:

Ci ra !

o ra ra ra ra n* ra ra ra· ra <

μ-, ras ra

-» iú

Γ!

V tr r1— t-l ra ra ra

B

K to ra o

<

g

O' r

rf ra

T ra ra <

ra<

g 't ra ra ^α a a

ra* l-i, l-l.

_tHra

O ík ra<

I-'· ⁱra □ n o raa^ť

V:;':'.'/': /: 7,:7,7.‘//,,'Ο'/ΤλΟχ: :',O Ο,'' ΟΟ.:. 5':/' . ' '·.'. '-...

.-,rawI^irtvsítife.ftysgitgíitww.iiímíWAÍtfíRíigíi^/U agýjůgíjiašes-Jsa,-.'

Příklady provedení vvnálezu

Na výkresu je schematicky znázorněn modul zařízení podle vynálezu. Modul sestává ze šesti meandrovítě členěných dílčích nakloněných kultivačních ploch la-f. které jsou vzájemně propojeny spojovacími žlaby 2, ve kterých jsou uloženy prostředky pro přívod oxidu uhličitého (neznázorněno). Tyto prostředky jsou s výhodou tvořeny perforovanými trubicemi z plastických hmot. K dosažení turbulentního proudění suspenze řas j sou nakloněné kultivační plochy opatřeny přepážkami 3 kruhového profilu uloženými kolmo na směr toku ve výšce 2 až 6 mm nad nakloněnou kultivační plochou i. Fixace polohy přepážek 3 může být provedena uchycením poblíž okrajů pružnými prstenci, obepínajícími každou přepážku, na vodící lanka. Přepážky3 jsou od sebe vzdáleny s výhodou 1 až 2 m.

Čerpadlo 4 vytlačuje suspenzi řas z nádrže 5 do rozvodného žlabu 6., ze kterého vytéká suspenze na nakloněnou kultivační plochu la, po níž stéká do spojovacího žlabu 2, kde se suspenze sytí oxidem uhličitým a který suspenzi nakloněnou kultivační plochu lb, která protilehle skloněná. Postup se opakuje kultivační plochu l_f» ^ze které stéká suspenze do nádrže 5 a celý pochod se nepřetržitě opakuje.

převádí na další je vůči předešlé až na nakloněnou

Příklad

Ke kultivaci se použije vhodný produkční kmen chlorokokálních řas rodu Chlorella nebo Scenedesmus, předpěstovaný způsobem, popsaným v čs. patentu č. 276119. Vlastní kultivace na plochách solárních jednotek se provádí v anorganickém živném roztoku buď semikontinuálně^nebo formou fed-bach kultivace. V prvém případě se pěstovaná kultura nechá dorůst až do sklizňové hustoty 14 16

-i Potom g suché hmoty řas.1 živného roztoku. /Poté/ se sklidí takové množství biomasy, aby se kultivační hustota suspenze řas snížila na hustotu [9 10).1^-1. V rozmezí uvedených hustot se postup kultivace a sklizně periodicky opakují. Po každé sklizni se

provede analytický rozbor živného roztoku a spotřebované živiny se doplní. V případě jednorázového režimu se kultura nechá dorůst až do hustoty 14 20 g.l^-1, přičemž se denně sleduje obsah základních anorganických živin, které se průběžně doplňují na potřebnou hodnotu. Po dosažení uvedené . hodnoty se veškerá suspenze řas sklidí a uvedené hodnoty se zpracuje. Cca 10% sklizené biomasy se použije jako inokulum k novému kultivačnímu cyklu.

Průmyslová využitelnost

Způsob podle vynálezu lze využít k velkoplošné solární kultivaci mikroskopických řas pod širým nebem.

Claims

PATENTOVÉ

1. Způsob solární kultivace mikroskopických řas s vysokou produkční hustotou, při kterém se vede suspenze řas nasycená oxidem uhličitým a obohacená potřebnými živinami po nakloněných „kultivačních plochách za turbulentního proudění, , že syceni suspenze oxidem uhličitým se provádí mezi jednotlivými nakloněnými kultivačními plochami ve spojovacích žlabech, přičemž oxid uhličitý je uzavřen v prostoru vymezeném spojovacím žlabem a suspenzí řas přepadávající z nakloněné kultivační plochy do spojovacího žlabu, a turbulentního proudění suspenze řas se dosahuje přepážkami kruhového profilu uloženými kolmo na směr toku suspenze řas.

4.

í . / provádění způsobu podle b/Vuyy yy u KJ I C ! £ <Z nakloněnými plochami a čerpadlem^ vjyfflr^ajc/e&éf , ze se skládá

Zařízení k tvorene z

alespoň jednoho modulu sestávajícího až^^^meandrovi z, meandrovite -^VKtěre členěných dílčích nakloněných kultivačních plocr jsou vzájemně propojeny spojovacími žlaby (2), v nichž jsou uloženy prostředky pro přívod 93cjdu uhličitého, a nakloněné lky pro privoa 9x1a 1 <y,4á, 711 iyV-Tsou opatřeny kultivační plochýv^šóu ' ópáfreííy*' přepážkami (3) kruhového profilu uloženými kolmo na směr toku,

Zařízení podle 2. vk).

U j 1 c / s <2 , že prostředky pro přívod oxidu uhličitého jsou tvořeny perforovanými trubicemi.

i , / 'uyy y<y U J ! ^f 3 <Z

Zařízení podle/¹^/^'^ 2 a 3^, , ž& přepážky (3) kruhového profilu , jsou uloženy na nakloněné kultivační ploše (1) ~ ; a jsou fixovány u okrajů, například uchycením pružnými prstenci, obepínajícími každou přepážku, na vodicí lanka.