RU2019565C1 - Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization - Google Patents

Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2019565C1
RU2019565C1 SU4884837A RU2019565C1 RU 2019565 C1 RU2019565 C1 RU 2019565C1 SU 4884837 A SU4884837 A SU 4884837A RU 2019565 C1 RU2019565 C1 RU 2019565C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon dioxide
microorganisms
suspension
gas
photosynthesis
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Леонидович Корбут
Original Assignee
Вадим Леонидович Корбут
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вадим Леонидович Корбут filed Critical Вадим Леонидович Корбут
Priority to SU4884837 priority Critical patent/RU2019565C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2019565C1 publication Critical patent/RU2019565C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology. SUBSTANCE: maximal value of microorganism photosynthesis in photoreactor is maintained by change of microorganism suspension saturation intensity with carbon dioxide, regulation of feeding gas consumption containing carbon dioxide. EFFECT: improved method of microorganism cultivation. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам и установкам управляемого культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве и микробиологической промышленности. The invention relates to methods and installations for the controlled cultivation of photosynthetic microorganisms that can be used in agriculture and the microbiological industry.

Известен способ и устройство культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, которые реализованы в фотореакторе, где обеспечивают повышение производительности биосинтеза фотосинтезирующих микроорганизмов путем периодического чередования световых и темновых интервалов облучения суспензии. Упомянутый аналог (прототип), помимо специального фотореактора, содержит побудитель расхода суспензии, газообменник, теплообменник и внешний источник света. A known method and device for the cultivation of photosynthetic microorganisms, which are implemented in the photoreactor, where they provide increased productivity of the biosynthesis of photosynthetic microorganisms by periodically alternating light and dark intervals of irradiation of the suspension. The mentioned analogue (prototype), in addition to a special photoreactor, contains a suspension flow inducer, a gas exchanger, a heat exchanger and an external light source.

Недостатком известного способа и устройства является то, что оно не обеспечивает получение дополнительной продукции за счет такого управления насыщением суспензии микроорганизмов углекислотой, при котором была бы достигнута максимальная интенсивность фотобиосинтеза микроорганизмов. Из физиологии растений известно, что увеличение поглощения углекислоты (интенсивность фотосинтеза) по мере возрастания концентрации растворенной углекислоты происходит до определенного предела. Однако этот предел изменяется по уровню в зависимости от внешних и внутренних факторов культивирования микроорганизмов, например, от облученности и плотности суспензии микроорганизмов. Кроме того, при излишней насыщенности суспензии углекислотой наблюдается снижение продуктивности фотобиосинтеза и подавляется деление клеток. По этим причинам необходимо изменять уровень насыщенности углекислотой в каждый момент времени так, чтобы фотобиосинтез был бы на максимальном уровне. The disadvantage of this method and device is that it does not provide additional products due to such control of saturation of a suspension of microorganisms with carbon dioxide, at which the maximum intensity of photobiosynthesis of microorganisms would be achieved. From plant physiology, it is known that an increase in carbon dioxide absorption (photosynthesis rate) with an increase in the concentration of dissolved carbon dioxide occurs to a certain limit. However, this limit varies in level depending on the external and internal factors of the cultivation of microorganisms, for example, on the irradiation and density of the suspension of microorganisms. In addition, with excessive saturation of the suspension with carbon dioxide, a decrease in the productivity of photobiosynthesis is observed and cell division is suppressed. For these reasons, it is necessary to change the level of carbon dioxide saturation at each moment in time so that photobiosynthesis is at the maximum level.

Цель достигается тем, что интенсивность насыщения углекислотой суспензии изменяют регулированием расхода подаваемого в суспензию обогащенного углекислотой воздуха (обычно топочные газы, содержащие до 12% углекислоты) или чистой углекислоты в таком количестве, чтобы обеспечивался максимальный уровень интенсивности фотосинтеза микроорганизмов. Для этого осуществляют следующие действия:
- устанавливают расход газовоздушной смеси (ГВС) обогащенного углекислотой воздуха, равной F1;
- измеряют интенсивность фотосинтеза по скорости выделения кислорода микроорганизмами при расходе ГВС F1;
- устанавливают расход газовоздушной смеси (ГВС) обогащенного углекислотой воздуха, равной F2;
- измеряют интенсивность фотосинтеза по скорости выделения кислорода микроорганизмами при расходе ГВС F2;
- определяют частную производную интенсивности фотосинтеза по расходу подаваемой газовоздушной среды (ГВС):
∂Ф/ ∂F=(ФF2-ФF1)/(Ft2-Ft1), где ФF2 - интенсивность фотосинтеза при расходе ГВС, равным F2 в момент времени t2;
ФF1 - интенсивность фотосинтеза при расходе ГВС, равным F1 в момент времени t1;
Ft2 - расход ГВС через газообменник в момент времени t2;
Ft1 - расход ГВС через газообменник в момент времени t1;
- увеличивают расход ГВС, если:
∂Ф/ ∂F=(ФF2-ФF1)/(Ft2-Ft1)>0
при t2> t1
- уменьшают расход ГВС, если
∂ Ф/ ∂F=(ФF2-ФF1)/(Ft2-Ft1) ≅0
при t2> t1.The goal is achieved in that the intensity of carbonation of the suspension is changed by adjusting the flow rate of air enriched in carbon dioxide (usually flue gases containing up to 12% carbon dioxide) or pure carbon dioxide in such a quantity that the maximum level of microorganism photosynthesis is provided. To do this, carry out the following actions:
- establish the flow rate of the gas-air mixture (DHW) carbon dioxide-enriched air equal to F 1 ;
- measure the intensity of photosynthesis by the rate of oxygen evolution by microorganisms at a flow rate of DHW F 1 ;
- establish the flow rate of the gas-air mixture (DHW) carbon dioxide-enriched air equal to F 2 ;
- measure the intensity of photosynthesis by the rate of oxygen evolution by microorganisms at a flow rate of DHW F 2 ;
- determine the partial derivative of the intensity of photosynthesis by the flow rate of the supplied gas-air medium (DHW):
∂Ф / ∂F = (ФF 2 -ФF 1 ) / (Ft 2 -Ft 1 ), where ФF 2 is the photosynthesis rate at the DHW flow rate equal to F 2 at time t 2 ;
ФF 1 - photosynthesis rate at a DHW flow rate equal to F 1 at time t 1 ;
Ft 2 - DHW flow through the gas exchanger at time t 2 ;
Ft 1 - DHW flow through the gas exchanger at time t 1 ;
- increase the consumption of hot water if:
∂F / ∂F = (ФF 2 -ФF 1 ) / (Ft 2 -Ft 1 )> 0
for t 2 > t 1
- reduce the consumption of hot water if
∂ Ф / ∂F = (ФF 2 -ФF 1 ) / (Ft 2 -Ft 1 ) ≅0
for t 2 > t 1 .

Следует иметь в виду, что расход F1 по отношению к расходу F2 является предыдущим по времени, и после следующего шага изменения расхода ГВС F2 становится F1.It should be borne in mind that the flow rate F 1 with respect to the flow rate F 2 is the previous one in time, and after the next step of changing the DHW flow rate F 2 becomes F 1 .

На чертеже показана установка реализующая способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов. Она состоит из контура циркуляции суспензии, в который входят: фотореактор 1, измерительная камера 2 устройства измерения интенсивности фотосинтеза, в которое входят газоанализаторы концентраций кислорода 3 и 4, датчики концентраций растворенного в суспензии кислорода на входе в фотореактор 5 и на выходе измерительной камеры 6, далее расположен газообменник 7, в который через управляемый вентиль 8 подается газовоздушная смесь с повышенной концентрацией углекислоты (или чистая углекислота). Расход ГВС измеряют расходомером 9. В случае подачи чистой углекислоты она может подаваться непосредственно на вход фотореактора. После газообменника расположен побудитель расхода суспензии 10, теплообменник 11 и расходомер суспензии 12. На входе воздуха в измерительную камеру 2 установлен расходомер 13. Фотореактор облучается внешним источником света 14. Выходы датчиков растворенного кислорода 5 и 6, выходы газоанализаторов 3 и 4 и выходы расходомеров 9, 12, 13 соединены со входами управляющего вычислительного устройства 15, а выход управляющего вычислительного устройства соединен со входом управляемого вентиля 8. The drawing shows the installation that implements the method of cultivation of photosynthetic microorganisms. It consists of a suspension circulation circuit, which includes: a photoreactor 1, a measuring chamber 2 of a photosynthesis intensity measuring device, which includes gas analyzers of oxygen concentrations 3 and 4, concentration sensors of oxygen dissolved in the suspension at the inlet of the photoreactor 5 and at the output of the measuring chamber 6, Further, there is a gas exchanger 7, into which a gas-air mixture with an increased concentration of carbon dioxide (or pure carbon dioxide) is supplied through a controlled valve 8. The d.h.w. flow rate is measured by a flowmeter 9. In the case of supplying pure carbon dioxide, it can be fed directly to the input of the photoreactor. After the gas exchanger, a slurry flow inducer 10, a heat exchanger 11 and a suspension flow meter 12 are located. A flow meter 13 is installed at the air inlet to the measuring chamber 2. The photoreactor is irradiated with an external light source 14. The outputs of the dissolved oxygen sensors 5 and 6, the outputs of the gas analyzers 3 and 4, and the outputs of the flow meters 9 , 12, 13 are connected to the inputs of the control computing device 15, and the output of the control computing device is connected to the input of the controlled valve 8.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Суспензия побудителем расхода суспензии 10 подается в теплообменник 11, где доводится до нужной температуры и подается в фотореактор 1. Расход суспензии измеряют расходомером 12. На входе фотореактора датчиком 5 и на выходе измерительной камеры 2 датчиком 6 измеряют концентрации растворенного кислорода, сигналы датчиков растворенного кислорода поступают в управляющее вычислительное устройство 15. Суспензия из фотореактора 1 поступает в измерительную камеру 2, в которой выделившийся в результате фотосинтеза из суспензии газообразный кислород попадает в газоприемную часть измерительной камеры, через которую с постоянным расходом продувается атмосферный воздух, расход которого измеряют расходомером 13. На входе и выходе газоприемной части измерительной камеры газоанализаторами 3 и 4 измеряют концентрации кислорода, сигналы газоанализаторов подаются в управляющее вычислительное устройство 15. Из измерительной камеры 2 суспензия подается в газообменник 7 для насыщения углекислотой до необходимой концентрации. Необходимая концентрация углекислоты в суспензии устанавливается в соответствии с вышеописанными действиями способа изменения расхода ГВС (воздуха, обогащенного углекислотой или чистой углекислотой), подаваемого в газообменник. При этом его расход измеряют расходомером 9, а изменение расхода ГВС осуществляют с помощью управляемого вентиля 8, который управляется управляющим вычислительным устройством 15 в зависимости от интенсивности фотосинтеза микроорганизмов. Suspension is stimulated by the flow rate of the suspension 10 is fed to the heat exchanger 11, where it is brought to the desired temperature and fed to the photoreactor 1. The suspension flow rate is measured by the flow meter 12. At the inlet of the photoreactor with the sensor 5 and at the output of the measuring chamber 2 with the sensor 6, the concentration of dissolved oxygen is measured, the signals of the sensors of dissolved oxygen are received to the control computing device 15. The suspension from the photoreactor 1 enters the measuring chamber 2, in which gaseous oxygen released as a result of photosynthesis from the suspension d enters the gas receiving part of the measuring chamber, through which atmospheric air is blown at a constant flow rate, the flow rate of which is measured by the flow meter 13. At the inlet and outlet of the gas receiving part of the measuring chamber, oxygen concentrations are measured by gas analyzers 3 and 4, the signals of the gas analyzers are fed to the control computing device 15. From the measuring Chambers 2, the suspension is fed into the gas exchanger 7 to saturate with carbon dioxide to the desired concentration. The required concentration of carbon dioxide in the suspension is set in accordance with the above steps of the method for changing the flow of hot water (air enriched with carbon dioxide or pure carbon dioxide) supplied to the gas exchanger. At the same time, its flow rate is measured by a flowmeter 9, and a change in the DHW flow rate is carried out using a controlled valve 8, which is controlled by a control computing device 15 depending on the intensity of photosynthesis of microorganisms.

Интенсивность фотосинтеза определяют с помощью управляющего вычислительного устройства 15 по формуле:
Ф=(Fc x (pO2вых-pO2вх) +
+ Fв (Cвых-Cвх))/Gc, где Ф - интенсивность фотосинтеза (лО2/лс мин)
Fc - расход суспензии через фотореактор (лс/мин);
Fв - расход воздуха через газоприемную часть измерительной камеру (лв/мин);
pO2вых - концентрация растворенного кислорода в суспензии на выходе измерительной камеры (лО2/лс);
pO2вх - концентрация растворенного кислорода в суспензии на входе фотореактора (лО2/лс);
Свых - концентрация кислорода в воздушно-кислородной среде на выходе газоприемной части измерительной камеры (лО2/лв);
Свх - концентрация кислорода в воздухе на входе газоприемной части измерительной камеры (лО2/лв);
Gс - объем суспензии в технологической линии культивирования микроводорослей (лс).The intensity of photosynthesis is determined using the control computing device 15 according to the formula:
Ф = (F c x (pO 2 out-pO 2 in) +
+ F in (C out -C in )) / G c , where Ф is the intensity of photosynthesis (lO 2 / l s min)
F c - flow rate of the suspension through the photoreactor (l s / min);
F in - air flow rate through the gas inlet portion of the measuring chamber (liters / min);
pO 2 out - the concentration of dissolved oxygen in the suspension at the outlet of the measuring chamber (lO 2 / l s );
pO 2 in - concentration of dissolved oxygen in suspension at the inlet of the photoreactor (lO 2 / l s );
With o - the concentration of oxygen in the air-oxygen medium at the outlet of the gas receiving part of the measuring chamber (lO 2 / l in );
With I - the concentration of oxygen in the air at the inlet of the gas receiving part of the measuring chamber (lO 2 / l in );
G with - the volume of the suspension in the technological line of cultivation of microalgae (l s ).

П р и м е р. Культивированиe фотосинтезирующих микроорганизмов. PRI me R. The cultivation of photosynthetic microorganisms.

При выращивании Chlortlla vulgaris штамм ЛАРГ-3 в культиваторе микроводорослей в газообменник 7 подается воздух, обогащенный углекислотой с концентрацией СО2=2 об.%. При температуре 39оС, концентрации суспензии хлореллы 2 г. АСВ/лс, постоянной дозе слива 0,4 лс/лс и изменяющемся расходе обогащенного СО2 в воздухе были получены следующие результаты.When growing Chlortlla vulgaris strain LARG-3 in a microalgae cultivator, air enriched in carbon dioxide with a concentration of CO 2 = 2 vol.% Is supplied to the gas exchanger 7. At a temperature of 39 ° C, the concentration of a suspension of 2 g of chlorella DIA / L with constant dose of 0.4 liter with draining / l and changing a flow rate of enriched CO 2 in air The following results were obtained.

При шаге квантования расхода воздуха, обогащенного углекислотой в 10 лв/лс оптимальный расход 90 лв/лс, колебания расхода в пределах 80-100 лв/лс. При уменьшении шага квантования точность поддержания оптимума будет возрастать. При движении точки оптимума под действием физиологических и внешних факторов, влияющих на продуктивность фотосинтеза, будет изменяться расход воздуха в соответствии с положением оптимальной точки.When the quantization step airflow, enriched with carbon dioxide at 10 liters / l with optimum flow rate 90 l / l, flow oscillations within 80-100 l / l. With a decrease in the quantization step, the accuracy of maintaining the optimum will increase. When the optimum point moves under the influence of physiological and external factors affecting the productivity of photosynthesis, the air flow will change in accordance with the position of the optimal point.

Claims (2)

1. Способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, включающий насыщение углекислым газом суспензии фотосинтезирующих микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности фотосинтеза микроорганизмов, поддерживают максимальное значение интенсивности фотосинтеза микроорганизмов путем изменения интенсивности насыщения суспензии микроорганизмов углекислотой, регулированием расхода подаваемого газа, содержащего углекислоту. 1. A method of cultivating photosynthetic microorganisms, comprising saturation of a suspension of photosynthetic microorganisms with carbon dioxide, characterized in that, in order to increase the productivity of photosynthesis of microorganisms, the maximum value of the intensity of photosynthesis of microorganisms is maintained by changing the intensity of saturation of the suspension of microorganisms with carbon dioxide, controlling the flow rate of the supplied gas containing carbon dioxide. 2. Установка для культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, включающая фотореактор, теплообменник, газообменник, побудитель расхода суспензии и внешний источник света, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки, она дополнительно оснащена устройством для измерения фотосинтеза, включающего два датчика растворенного кислорода, два газоанализатора концентрации кислорода и измерительную камеру, регулирующим устройством подачи обогащенного углекислотой газа и управляющим вычислительным устройством, причем выходы датчиков растворенного кислорода и выходы газоанализаторов концентрации кислорода соединены с входами управляющего вычислительного устройства, а выход последнего соединен с регулирующим устройством подачи обогащенного углекислотой газа. 2. Installation for the cultivation of photosynthetic microorganisms, including a photoreactor, heat exchanger, gas exchanger, suspension flow stimulator and an external light source, characterized in that, in order to increase the productivity of the installation, it is additionally equipped with a device for measuring photosynthesis, including two dissolved oxygen sensors, two gas analyzers oxygen concentration and a measuring chamber, a regulating device for supplying carbon dioxide-enriched gas and a control computing device, moreover, the outputs of the sensors of dissolved oxygen and the outputs of gas analyzers of oxygen concentration are connected to the inputs of the control computing device, and the output of the latter is connected to a control device for supplying carbon dioxide-enriched gas.
SU4884837 1990-11-01 1990-11-01 Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization RU2019565C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4884837 RU2019565C1 (en) 1990-11-01 1990-11-01 Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4884837 RU2019565C1 (en) 1990-11-01 1990-11-01 Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2019565C1 true RU2019565C1 (en) 1994-09-15

Family

ID=21546552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4884837 RU2019565C1 (en) 1990-11-01 1990-11-01 Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2019565C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053394A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Bioreactor and method for cultivating photosynthesising microorganisms using said bioreactor
MD20160048A2 (en) * 2016-04-26 2017-12-31 Государственный Университет Молд0 Process for cultivating microalgae

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 686686, кл. A 01G 33/02, 1977. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053394A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Bioreactor and method for cultivating photosynthesising microorganisms using said bioreactor
RU2471863C2 (en) * 2008-11-05 2013-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Bioreactor and method of culturing photosynthesising microorganisms using said bioreactor
MD20160048A2 (en) * 2016-04-26 2017-12-31 Государственный Университет Молд0 Process for cultivating microalgae

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiang et al. Productivity and photosynthetic efficiency of Spirulina platensis as affected by light intensity, algal density and rate of mixing in a flat plate photobioreactor
ATE173500T1 (en) METHOD FOR CONTROLLING MICROBE GROWTH PROCESS
NO986176L (en) Method for regulating Haematococcus spp. Growth process
EP0306466A2 (en) Method and means for the production of a micro-organism cell mass
RU2019565C1 (en) Method of cultivation of photosynthesizing microorganisms, and a device for its realization
JPH07246086A (en) Method for culturing photosynthetic microalgae
WO2008040365A1 (en) Method and system for fed-batch cultivation of hydrogen-oxidizing bacteria
Ishizaki et al. Analysis of the carbon dioxide inhibition by means of dissolved carbon dioxide controlled culture
RU2019564C1 (en) Method for cultivating photosynthesizing microorganisms and apparatus for carrying out same
Pipes Carbon dioxide-limited growth of Chlorella in continuous culture
SU1157049A1 (en) Method of automatic control of anaerobic process of alcoholic fermentation
SU890375A1 (en) Method of automatic control of aerobic mictroorganisms growth
SU810801A1 (en) Method of automatic control of microorganism culturing process
JPS5942884A (en) Method and apparatus for cultivation under aeration and agitation
SU1346676A1 (en) Method of automatic control for process of yeast cultivation
SU1390243A1 (en) Method of checking and regulating aerobic fermentation processes
SU1685990A2 (en) Method of automatic control of microorganism growth process
SU1062262A1 (en) Method for automatically controlling culturing of microorganisms
SU966673A1 (en) Method and apparatus for automatic control of continuous growing of microorganisms in bioreactor
SU522228A1 (en) The system of automatic control of the process of continuous cultivation of microorganisms
CN114045220B (en) Method for culturing microalgae by using deep-color biogas slurry
RU2126053C1 (en) Method and installation for cultivation of photosynthesizing microorganisms
JPS57144978A (en) Method and apparatus for controlling cultivation of micro-organism
SU1684341A2 (en) Method of automatic control of microorganism growth process
SU1011687A1 (en) Method for automatically controlling culturing of microorganisms

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051102