RU2148635C1 - Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов - Google Patents
Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2148635C1 RU2148635C1 RU99103650A RU99103650A RU2148635C1 RU 2148635 C1 RU2148635 C1 RU 2148635C1 RU 99103650 A RU99103650 A RU 99103650A RU 99103650 A RU99103650 A RU 99103650A RU 2148635 C1 RU2148635 C1 RU 2148635C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bath
- cultivation
- mixing
- suspension
- pneumatic chamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
- Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сельскому хозяйству и микробиологической промышленности. Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов включает по меньшей мере одну культивационную ванну. Последняя снабжена светопропускающей крышкой, технологическими штуцерами, устройством перемешивания суспензий, источником освещения и термостатом. Ванна установлена на основании при помощи шарнирной опоры. Устройство перемешивания суспензии выполнено в виде пневмокамеры, размещенной под дном ванны по одну сторону с ее центром тяжести относительно шарнирной опоры. Пневмокамера подключена к компрессору и снабжена клапанами для подачи и отвода воздуха из нее. Конструкция устройства обеспечивает повышение производительности путем улучшения перемешивания суспензии. 2 ил.
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству и микробиологической промышленности и может использоваться в устройствах для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов, например зеленых водорослей и фотосинтезирующих бактерий.
Известно устройство для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов, состоящее из культивационной ванны с цилиндрическими стенками, снабженной крышкой и технологическими штуцерами, механизмом перемешивания, источником искусственного освещения суспензии, приводом механизма перемешивания и термостатом (Авт. свид. СССР N 1570678, кл. А 01 G 31/02, 1988).
В этом устройстве турбулизация суспензии осуществляется за счет взаимодействия суспензии с отбойными перегородками при ее перемешивании подвижными элементами (лопастями).
Однако при этом не обеспечивается эффективный тепломассообмен и не исключается возможность травмирования клеток культивируемых микроорганизмов, а конструкция биореактора не позволяет использовать естественное освещение.
Из известных устройств наиболее близким к заявленному является устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов, содержащее культивационную ванну, торцевые поверхности которой выполнены в форме выпуклых полуцилиндров с образующей, параллельно установленной на основании при помощи шарнирной опоры, снабженную светопропускающей крышкой и технологическими штуцерами, механизмом для перемешивания с приводом, источник освещения и термостат (Патент РФ N 2057433, кл А 01 G 31/02, 1996).
В этом биореакторе устройство перемешивания выполнено в виде кривошипно-шатунного механизма, кинематически связанного с опорой, на которой закреплена культивационная ванна с возможностью регулирования качанием относительно горизонтальной поверхности.
Однако жесткая связь ванны с кривошипно-шатунным механизмом, закрепленным на основании, обуславливает значительные ударные нагрузки на этот механизм, появление высших гармоник в профиле генерируемой волны, что ухудшает условия для образования прибойной волны и соответственно перемешивания суспензии. В результате затрудняется поступление углекислого газа к клеткам микроорганизмов и ухудшается выделение растворенного кислорода из суспензии, образующегося в процессе фотосинтеза. Возникающие при культивировании концентрации растворенного в суспензии кислорода могут достигать 40%, что приводит к ингибированию процесса фотосинтеза и снижению продуктивности.
Необходимость в процессе культивирования изменения характеристик перемешивающего устройства для различных объемов и плотностей суспензии требует использования сложных редукторов, например, вариаторного типа или использования специального, управляемого в широких пределах, привода. Все это, наряду с необходимостью использования отдельного источника сжатого воздуха для продувки культивационного объема газовоздушной смесью, обуславливает дополнительные энергетические потери. Указанные свойства ограничивают производительность биореактора и снижают его технико-экономические показатели в целом, а одноярусная схема исполнения биореактора не обеспечивает эффективного использования объема закрытых помещений.
Задача настоящего изобретения - создание высокоэффективного, простого и надежного биореактора для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов при искусственном и естественном освещении в научных и производственных целях без вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в интенсификации тепломассообмена суспензии независимо от ее объема и плотности путем устойчивого генерирования прибойной волны в области резонансных частот.
Это достигается тем, что в предложенном устройстве для культивирования автотрофных микроорганизмов, включающем по меньшей мере одну культивационную ванну с дном, снабженную светопропускающей крышкой, технологическими штуцерами, устройством перемешивания суспензии, источником освещения и термостатом и установленную на основании при помощи шарнирной опоры, устройство перемешивания суспензии выполнено в виде пневмокамеры, подключенной к компрессору и снабженной клапанами для подачи и отбора воздуха из нее, при этом пневмокамера размещена под дном ванны по одну сторону с ее центром тяжести относительно шарнирной опоры.
На фиг. 1 представлена схема устройства для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов. На фиг.2 представлена схема устройства в многоярусном исполнении.
Устройство для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов содержит культивационную ванну 1, закрытую светопропускающей крышкой 2 с помощью уплотнения 3. Источник освещения 4, например искусственного света, размещен над крышкой 2. Термостат 5 выполнен в виде изолированных от внутреннего объема ванны полостей, оборудованных штуцерами 6 для подвода охлаждающей жидкости. В стенках и дне культивационной ванны установлены штуцеры 7 для залива и слива жидкостей (питательных сред, суспензии и т.п.), подачи и отбора газовоздушной смеси 8, для ввода датчиков 9 контроля параметров культивирования. Культивационная ванна установлена на основании при помощи шарнирной опоры 10. Устройство перемешивания выполнено в виде пневмокамеры 11 из эластичного, газонепроницаемого материала. На основании установлены датчики положения 12 ванны, например, бесконтактного типа, для управления электромагнитными клапанами 13 и 14. Пневмокамера 11 соединена трубопроводами с компрессором 15 и ресивером 16 для сбора воздуха и удаления его из пневмокамеры, на которых установлены вентили 17.
На чертеже (фиг. 2) также представлена схема многоярусного устройства для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов с описанным выше перемешивающим устройством, в котором кинематитическая связь между вегетационными ваннами осуществляется с помощью штанг 18 с шарнирами 19 на концах. Освещение суспензии в вегетационных ваннах осуществляется от искусственных источников света 4.
Устройство для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов работает следующим образом. В культивационную ванну 1 через штуцер 7 заливают питательную среду и инокулят, например, микроводорослей (хлореллы, спирулины и т. п.). К штуцерам 6 подводят охлаждающую жидкость, которая, протекая через термостат 5, поддерживает необходимую температуру суспензии путем теплообмена с дном культивационной ванны 1. Подвод газовоздушной смеси и отвод выделяемого в процессе фотосинтеза кислорода осуществляют через штуцеры 8. Работу перемешивающего предложенного устройства осуществляют от компрессора 15. При нагнетании воздуха в пневмокамеру 11 (электромагнитный клапан 13 открыт, а электромагнитный клапан 14 закрыт) край ванны 1, противоположный шарнирной опоре 10, поднимается на заданную величину выше горизонтального положения ванны. При стравливании воздуха из пневмокамеры 11 (электромагнитный клапан 13 закрыт, а электромагнитный клапан 14 открыт) за счет веса культивационной ванны с суспензией этот же край ванны опускается до заданного уровня ниже горизонтального положения ванны. В дальнейшем цикл работы перемешивающего устройства повторяется. При этом стравливаемый из пневмокамеры 11 воздух смешивают в ресивере 16 с газом, например CO2, и подают в культивационную ванну. Величину амплитуды колебания ванны относительно ее горизонтального положения контролируют датчиками конечного положения 12, которые осуществляют управление электромагнитными клапанами наддува 13 и сброса 14 воздуха из пневмокамеры 11. Частоту колебания ванны 1 задают с помощью двух вентилей 17, регулирующих соответственно скорость наддува и стравливания воздуха из пневмокамеры 11.
Работа перемешивающего многоярусного устройства для культивирования фототрофных микроорганизмов аналогична заявляемому, а синхронное колебание всех культивационных ванн обеспечивают кинематическим параллелограммом, образованным штангами 18 и шарнирными опорами 19 ванн.
Возможность простого и гибкого управления характеристиками перемешивающего устройства с помощью двух вентилей позволяет обеспечить эффективный тепломассообмен в зависимости от объема и плотности суспензии в устройстве для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов. В то же время, пневмокамера, помимо функции перемешивающего механизма, является и эффективным амортизатором, парируя ударные нагрузки от прибойной волны на механические узлы, соединяющие ванну с основанием. Это обуславливает практическое отсутствие высших гармоник в профиле генерируемой волны, что позволяет устойчиво работать в резонансной области, т.е. оптимизировать тепломассообмен и минимизировать энергозатраты на перемешивание суспензии. Кроме этого, использование сбрасываемого из пневмокамеры воздуха для продувки внутреннего объема реактора газовоздушной смесью исключает необходимость использования дополнительных источников сжатого воздуха. В предлагаемом решении за счет хорошей организации прибойной волны и исключения высших гармоник в ее профиле улучшается поступление углекислого газа к клеткам и выделение кислорода из суспензии. Концентрация растворенного в суспензии кислорода при культивировании не превышает 28%. За счет этого происходит повышение продуктивности культур в 1.4 раза. Многоярусная схема исполнения устройства для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов, с общим для всех культивационных ванн перемешивающим механизмом, позволяет эффективно использовать производственные площади. Устройство для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов просто по конструкции, энергоэкономично, позволяет масштабировать его без потери преимуществ.
Claims (1)
- Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов включающее по меньшей мере одну культивационную ванну с дном, снабженную светопропускающей крышкой, технологическими штуцерами, устройством перемешивания суспензии, источником освещения и термостатом и установленную на основании при помощи шарнирной опоры, отличающееся тем, что устройство перемешивания суспензии выполнено в виде пневмокамеры, подключенной к компрессору и снабженной клапанами для подачи и отвода воздуха из нее, при этом пневмокамера размещена под дном ванны по одну сторону с ее центром тяжести относительно шарнирной опоры.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99103650A RU2148635C1 (ru) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99103650A RU2148635C1 (ru) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2148635C1 true RU2148635C1 (ru) | 2000-05-10 |
Family
ID=20216298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99103650A RU2148635C1 (ru) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2148635C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586534C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов |
RU2650804C1 (ru) * | 2017-03-16 | 2018-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов |
RU2766012C2 (ru) * | 2017-02-23 | 2022-02-07 | Элгенновейшен Лтд. | Система и способ выращивания водорослей |
-
1999
- 1999-02-24 RU RU99103650A patent/RU2148635C1/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2586534C1 (ru) * | 2014-12-29 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов |
RU2766012C2 (ru) * | 2017-02-23 | 2022-02-07 | Элгенновейшен Лтд. | Система и способ выращивания водорослей |
US11629327B2 (en) | 2017-02-23 | 2023-04-18 | Vaxa Technologies Ltd | System and method for growing algae |
RU2650804C1 (ru) * | 2017-03-16 | 2018-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") | Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4952511A (en) | Photobioreactor | |
Barbosa et al. | Overcoming shear stress of microalgae cultures in sparged photobioreactors | |
CN101050419B (zh) | 一种培养微藻的生产装置及其生产方法 | |
EP3167042B1 (en) | Bioreactor with interruptible gas supply | |
CN101790936B (zh) | 蘑菇的液体菌种培养装置及蘑菇的液体菌种的培养方法 | |
CN202595126U (zh) | 一种微藻的一级培养装置 | |
EA008157B1 (ru) | Система культивирования клеток | |
CN208776732U (zh) | 一种用于微藻培养的管式光生物反应器 | |
EA009722B1 (ru) | Система для культивирования клеток | |
Muller-Feuga et al. | Comparison of artificial light photobioreactors and other production systems using Porphyridium cruentum | |
KR101103693B1 (ko) | 실린지 형상의 배양관 및 이를 이용한 세포배양기 | |
CN101899391A (zh) | 特定光谱气升式光生物反应器 | |
CN205295351U (zh) | 一种管道式微藻光生物反应器 | |
RU2148635C1 (ru) | Устройство для культивирования автотрофных микроорганизмов | |
KR200280705Y1 (ko) | 미생물 배양기 | |
CN108641909A (zh) | 一种适于兼养培养的微藻无菌培养装置及培养方法 | |
CN117126736A (zh) | 一种酶转化的生物培养装置 | |
CN2466900Y (zh) | 一种培养容器 | |
RU2057433C1 (ru) | Биореактор для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов | |
CN206799648U (zh) | 一种藻类培养及毒理试验装置 | |
CN212051395U (zh) | 一种微生物培养箱用的滤床结构 | |
RU2021349C1 (ru) | Установка для культивирования биологических объектов | |
CN218860708U (zh) | 一种浸没式光源圆柱式微藻培养收获一体化光生物反应器 | |
RU86395U1 (ru) | Биореактор для культивирования микроорганизмов | |
CN2923716Y (zh) | 自动细胞培养系统 |