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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
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
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
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
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)
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)
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 |
-
1990
- 1990-11-01 RU SU4884837 patent/RU2019565C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 686686, кл. A 01G 33/02, 1977. * |
Cited By (3)
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 |