RU2477040C2

RU2477040C2 - Plant to cultivate chlorella

Info

Publication number: RU2477040C2
Application number: RU2011119380/13A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Юрьевич Иванов; Арсен Вячеславович Мирзоян
Original assignee: Федеральное государственное предприятие Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-03-10
Also published as: RU2011119380A

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture and may be used to cultivate chlorella. The device for cultivation of chlorella comprises a reservoir, a source of light, a system of gas supply. In the device the reservoir is made of a translucent material, is tightly closed with a cover and divided into two sections by a vertical partition, which does not reach the bottom and the cover of the reservoir. In the reservoir cover there is a nozzle and a gas valve for discharge of excess gas. The system of carbon dioxide gas supply comprises a gas balloon, which is equipped with a reducer of lower pressure and is connected with the reservoir via a hose connected to the nozzle of the reservoir cover. In the ends of sections there are water pumps installed, being equipped with a suction of gases mixture. In the opposite sides of sections there are outer sources of light connected to a timer. The reservoir with sources of light is closed with a jacket from a light-reflecting material. The reservoir partition is made of the light-reflecting material.

EFFECT: reduced prime cost of chlorella cultivation.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для выращивания микроводорослей, например хлореллы, используемой в качестве витаминной подкормки для животных и птицы, создания кормовой базы при культивировании беспозвоночных водных организмов для кормления молоди рыб различных видов, а также для переработки выращенных микроводорослей в биотопливо. Известно устройство для выращивания хлореллы (заявка Японии №61-239882, МКИ С12М 1/04) (1), содержащее емкость, в которой размещена экранирующая вертикальная перегородка, которая не соприкасается с дном и крышкой емкости. Вблизи нижнего края перегородки размещены трубки с отверстиями для выпуска газа. Трубки соединены с воздушным компрессором.The present invention relates to agriculture and is intended for growing microalgae, for example, chlorella, used as a vitamin top dressing for animals and poultry, creating a food base for cultivating invertebrate aquatic organisms for feeding juvenile fish of various species, as well as for processing grown microalgae into biofuel. A device for growing chlorella is known (Japanese application No. 61-239882, MKI C12M 1/04) (1) containing a container in which a vertical screening partition is placed that does not contact the bottom and the cover of the container. Near the lower edge of the partition posted by a tube with holes for the release of gas. The tubes are connected to an air compressor.

Известное устройство в значительной степени подвержено влиянию суточных и сезонных изменений температуры и освещенности, не обеспечивает постоянной и оптимальной освещенности культуральной жидкости по всей ее толще, вследствие чего малопроизводительно и требует больших затрат на единицу выпускаемой продукции.The known device is largely affected by daily and seasonal changes in temperature and illumination, does not provide a constant and optimal illumination of the culture fluid throughout its thickness, as a result of which it is inefficient and requires large expenses per unit of output.

Наиболее близкой к предложенной установке является, выбранная в качестве прототипа, установка для проточного культивирования хлореллы (кн. «Непрерывное культивирование беспозвоночных», автор В.Е.Кокова, Издательство «Наука», Новосибирск, 1982 г. стр.92-94), содержащая две плоскопараллельные кюветы, каждая из которой состоит из светопрозрачной стенки, металлической стенки, резиновой прокладки. Между прозрачными стенками кювет помещен источник света. Кроме того, установка содержит сепаратор-пеногаситель, систему подачи воздуха и углекислого газа. Установка функционирует следующим образом. В минеральную среду Тамия вводится биомасса живых клеток хлореллы. Суспензия клеток хлореллы заливается в кюветы через верхнее отверстие не более чем на 5/6 объема установки. Затем последовательно включается сепаратор-пеногаситель, система подачи воздуха и углекислого газа, источник света. В процессе работы образуется пена, которая устремляется через трубку в пеногаситель, откуда газовая фракция уходит через вторую трубку, а жидкая возвращается в установку по третьей трубке. Ежесуточно суспезию водорослей сливают и вводят свежую питательную среду Тамия. Слитую суспензию хлореллы уплотняют на центрифуге, затем промывают и используют в качестве корма для коловраток и рачков. В установке используется метод полунепрерывного культивирования.Closest to the proposed installation is, selected as a prototype, an installation for flowing cultivation of chlorella (book. "Continuous cultivation of invertebrates", author V.E. Kokova, Publishing House "Science", Novosibirsk, 1982, pp. 92-94), containing two plane-parallel cuvettes, each of which consists of a translucent wall, a metal wall, a rubber gasket. A light source is placed between the transparent walls of the cell. In addition, the installation contains a separator-defoamer, a system for supplying air and carbon dioxide. The installation operates as follows. The biomass of living chlorella cells is introduced into the Tamiya mineral medium. The suspension of chlorella cells is poured into the cells through the upper hole for no more than 5/6 of the installation volume. Then, a defoamer separator, an air and carbon dioxide supply system, and a light source are sequentially turned on. In the process, foam forms, which rushes through the tube to the antifoam, from where the gas fraction leaves through the second tube, and the liquid returns to the unit through the third tube. Every day, a suspension of algae is drained and fresh Tamiya nutrient medium is introduced. The chlorella drained suspension is compacted in a centrifuge, then washed and used as food for rotifers and crustaceans. The installation uses the method of semi-continuous cultivation.

Недостатком известной установки является, во-первых, достаточно сложная конструкция, из-за наличия сепаратора-пеногасителя, систем непрерывной подачи воздуха и углекислого газа от внешних источников, во-вторых, недостаточно высокая производительность из-за применения метода полунепрерывного культивирования, в-третьих, неэффективные затраты энергии из-за рассеивания части света от источника освещения. Кроме того, в процессе работы необходим регулярный контроль над пеногасителями, системой освещения и герметичностью кювет.A disadvantage of the known installation is, firstly, a rather complicated design, due to the presence of a defoamer, continuous air and carbon dioxide systems from external sources, secondly, insufficiently high productivity due to the application of the method of semi-continuous cultivation, thirdly inefficient energy costs due to the dispersion of part of the light from a light source. In addition, in the process of work, regular monitoring of antifoam agents, the lighting system and the tightness of the cuvette is necessary.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности культивирования микроводоросли при упрощении конструкции устройства и снижении затрат на культивирование.The objective of the invention is to increase the productivity of cultivation of microalgae while simplifying the design of the device and reducing the cost of cultivation.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в снижении себестоимости хлореллы.The technical result from the use of the invention is to reduce the cost of chlorella.

Поставленная задача достигается тем, что в известной установке для культивирования хлореллы, содержащей емкость, источник света, систему подачи газа, согласно изобретению емкость выполнена из светопрозрачного материала, герметично закрыта крышкой, разделена на две секции вертикальной перегородкой, не доходящей до дна и крышки емкости, в которой смонтированы штуцер и газовый клапан для сброса излишков газа, система подачи углекислого газа содержит газовый баллон, который оборудован редуктором понижающего давления, и соединен с емкостью через шланг, подключенный к штуцеру крышки емкости, при этом в торцах секций установлены водяные насосы, оборудованные подсосом смеси газов, а в противоположных сторонах секций помещены внешние источники света, подключенные к таймеру времени, причем емкость с источниками света закрыта кожухом из светоотражающего материала.The problem is achieved in that in the known installation for the cultivation of chlorella containing a container, a light source, a gas supply system, according to the invention, the container is made of translucent material, hermetically closed by a lid, divided into two sections by a vertical partition that does not reach the bottom and lid of the container, in which the fitting and the gas valve are mounted to discharge excess gas, the carbon dioxide supply system contains a gas cylinder, which is equipped with a pressure reducing gear, and is connected to the tank through a hose connected to the tank lid nipple, wherein at the ends of the sections are installed water pumps, equipped with a gas mixture by suction, and in opposite sides external sections are placed light sources connected to the timer time, the container is closed with light sources of a light reflecting material casing.

Перегородка емкости выполнена из светоотражающего материала. Разделение емкости на две секции и использование таймера, подключенного к источникам освещения, для периодического переключения световых и темновых интервалов освещения суспензии хлореллы позволяет использовать метод непрерывного культивирования, что значительно повышает производительность культивирования хлореллы.The partition of the tank is made of reflective material. Dividing the container into two sections and using a timer connected to light sources to periodically switch the light and dark intervals of illumination of the chlorella suspension allows using the continuous cultivation method, which significantly increases the productivity of chlorella cultivation.

Использование водяных насосов с подсосом смеси воздуха и углекислого газа из воздушного пространства верхней части емкости позволяет производить постоянное внесение смеси газов в культивируемую суспензию хлореллы, а также ее тщательное перемешивание, не используя для этого внешних источников газа, что значительно упрощает конструкцию установки и удешевляет ее стоимость.The use of water pumps with the suction of a mixture of air and carbon dioxide from the airspace of the upper part of the tank allows for the constant introduction of a gas mixture into the cultured suspension of chlorella, as well as its thorough mixing, without using external gas sources, which greatly simplifies the design of the installation and reduces its cost .

Герметичность емкости и проходы между секциями позволяют использовать для аэрации хлореллы смесь газов воздушного пространства емкости, обогащенную углекислотой и кислородом, выделенных при дыхании хлореллы в световых и темновых интервалах освещения. При этом нет потерь газов в атмосферу и не привлекаются внешние источники воздуха и углекислого газа. Также отпадает необходимость в пеногасителе, что упрощает конструкцию установки, а также облегчает ее обслуживание. Расположение источников света с обеих сторон каждой секции, и использование кожуха из светоотражающего материала обеспечивает равномерное распределение освещенности в объеме секций по всей толщи суспензии хлореллы, снижает потери света на рассеяние, что повышает эффективность установки, а также снижает потребление электроэнергии на единицу продукции.The tightness of the container and the passages between the sections make it possible to use a mixture of the airspace gases of the container, enriched in carbon dioxide and oxygen, released during chlorella breathing in light and dark lighting intervals for aeration of chlorella. In this case, there is no loss of gases into the atmosphere and external sources of air and carbon dioxide are not involved. There is also no need for an antifoam, which simplifies the design of the installation and also facilitates its maintenance. The location of the light sources on both sides of each section, and the use of a casing of reflective material ensures uniform distribution of illumination in the volume of the sections throughout the thickness of the chlorella suspension, reduces light scattering, which increases the efficiency of the installation, and also reduces the energy consumption per unit of production.

Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию "новизны".Comparison of the prototype with the claimed technical solution showed that the above signs are distinctive, and therefore the claimed device meets the criterion of "novelty."

На фиг.1 изображена установка для культивирования хлореллы, общий вид; на фиг.2 - то же, вид в плане.Figure 1 shows the installation for the cultivation of chlorella, a General view; figure 2 is the same plan view.

Установка содержит емкость 1, выполненную из светопрозрачного материала, разделенную на две секции 2 вертикальной перегородкой 3 таким образом, что она не соприкасается с дном и крышкой емкости 1. Перегородка 3 выполнена из светоотражающего материала. Емкость 1 герметично закрыта крышкой 4. Крышка 4 оборудована сбросным газовым клапаном 5, предназначенным для сброса излишков углекислоты после предпусковой ее подачи или в процессе работы установки, а также штуцером 6, к которому подключается шланг 7 от газового баллона 8 с углекислотой. Газовый баллон 8 оборудован редуктором 9 для понижения давления вводимого газа. В торцах секций 2 смонтированы водяные насосы 10, дополнительно оборудованные регулируемым подсосом 11 смеси газов. Забор смеси газов осуществляется из воздушного пространства над суспензией хлореллы. Вне емкости 1 с двух противоположных сторон каждой секции 2 помещены источники света 12, связанные с таймером 13 времени, который один раз в сутки производит переключение комплектов источников света 12. На емкость 1 с источниками света 12 надет кожух 14 из светоотражающего материала, например алюминиевой фольги, для концентрации света в секциях 2 и препятствия рассеивания его за пределы установки. Установка снабжена водонагревателем с терморегулятором для создания оптимальной температуры в емкости. В качестве водяных насосов 10, оборудованных подсосом воздуха, можно использовать аквариумные компрессоры со снятыми механическими фильтрами. Водонагревателем может служить аквариумный нагреватель с встроенным контактным терморегулятором необходимой мощности. Источники света 12 представляют собой лампы дневного света.The installation contains a container 1 made of translucent material, divided into two sections 2 by a vertical partition 3 so that it does not touch the bottom and the lid of the container 1. The partition 3 is made of reflective material. The container 1 is hermetically closed by a cover 4. The cover 4 is equipped with a gas vent valve 5, designed to discharge excess carbon dioxide after its pre-start supply or during installation, as well as a fitting 6, to which a hose 7 from a gas cylinder 8 with carbon dioxide is connected. The gas cylinder 8 is equipped with a gearbox 9 to lower the pressure of the introduced gas. At the ends of the sections 2, water pumps 10 are mounted, additionally equipped with an adjustable suction 11 of the gas mixture. The mixture of gases is taken from the airspace over a suspension of chlorella. Outside of the container 1, from two opposite sides of each section 2 there are placed light sources 12 connected to a timer 13, which switches the sets of light sources 12 once a day. A container 14 of reflective material, for example, aluminum foil, is put on the container 1 with light sources 12 , for the concentration of light in sections 2 and obstacles to scattering it outside the installation. The unit is equipped with a water heater with a temperature controller to create the optimum temperature in the tank. As water pumps 10, equipped with air suction, you can use aquarium compressors with removed mechanical filters. An aquarium heater with a built-in contact thermostat of the required power can serve as a water heater. Light sources 12 are fluorescent lamps.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Секции 2 емкости 1 на 1/4 заполняют раствором микроудобрений, и до половины объема заполняют хлореллой. На водонагревателе устанавливают требуемые значения температуры. Включают водяные насосы 10 с подсосом 11 смеси газов из воздушного пространства над границей суспензии хлореллы. Емкость 1 герметично закрывают крышкой 4. Из газового баллона 8 в верхнюю часть емкости 1 вносится стартовая порция углекислоты. С помощью водяных насосов происходит тщательное перемешивание хлореллы с углекислым газом и воздухом, поступившими из верхней части емкости 1. Излишки углекислого газа выводятся сбросным газовым клапаном 5. Емкость 1 с источниками света 12 закрывают кожухом 14. Включают таймер 13, который подключает источники света 12 одной из секций 2. В освещенной секции 2 происходит перемешивание хлореллы с выделением кислорода, а в неосвещенной секции 2 происходит перемешивание хлореллы с выделением углекислоты. Выделенные газы поступают в верхнюю часть емкости 1, где перемешиваются и подсосом воздуха поступают в культивируемую суспензию хлореллы, насыщая ее смесью газов. По истечении времени, установленного на таймере 13, таймер 13 отключает источники света 12 секции 2 и включает источники света 12 во второй секции 2. Поднимают кожух 14. Крышку 4 емкости 1 открывают и 0,5-0,7 объема хлореллы извлекается из емкости 1. Вводится свежий раствор микроудобрений. Крышку 4 герметично закрывают. Установка вновь закрывается кожухом 14. Таким образом, обеспечивается процесс непрерывного культивирования хлореллы.Sections 2 of container 1 by 1/4 are filled with micronutrient solution, and up to half the volume is filled with chlorella. The required temperature values are set on the water heater. Water pumps 10 are included with a suction 11 of a mixture of gases from the airspace above the boundary of the chlorella suspension. The container 1 is hermetically sealed with a cover 4. From the gas cylinder 8, the starting portion of carbon dioxide is introduced into the upper part of the container 1. With the help of water pumps, chlorella is thoroughly mixed with carbon dioxide and air coming from the upper part of the tank 1. Excess carbon dioxide is discharged by a waste gas valve 5. The tank 1 with light sources 12 is closed by a casing 14. The timer 13 is turned on, which connects the light sources 12 to one from sections 2. In illuminated section 2, chlorella is mixed with evolution of oxygen, and in unlit section 2, chlorella is mixed with evolution of carbon dioxide. The emitted gases enter the upper part of the tank 1, where they are mixed and suction of air enter the cultured suspension of chlorella, saturating it with a mixture of gases. After the time set on the timer 13, the timer 13 turns off the light sources 12 of section 2 and turns on the light sources 12 in the second section 2. Raise the casing 14. The cover 4 of the tank 1 is opened and 0.5-0.7 volume of chlorella is removed from the tank 1 A fresh micronutrient solution is introduced. Cover 4 is sealed. The installation is again closed by a casing 14. Thus, the process of continuous cultivation of chlorella is ensured.

Предлагаемая установка имеет простую конструкцию, в которой используются общедоступные, стандартные комплектующие. Запуск установки и поддержание непрерывного и нормального процесса культивирования требуют соблюдения несложных операций по обслуживанию и контролю. Равномерное распределение освещения в объеме устройства без внешних потерь и создание для культуры непрерывного чередования режима дня и ночи в любое время года и суток с одновременным поддержанием оптимальной температуры и постоянным насыщением смесью газов для развития микроводорослей значительно повышает эффективность и производительность установки.The proposed installation has a simple design, which uses publicly available, standard components. Starting the plant and maintaining a continuous and normal cultivation process requires simple maintenance and monitoring operations. The uniform distribution of lighting in the device’s volume without external losses and the creation of a continuous alternation of day and night modes for the culture at any time of the year or day, while maintaining the optimum temperature and constant saturation of the gas mixture for the development of microalgae, significantly increase the efficiency and productivity of the installation.

Claims

1. Installation for the cultivation of chlorella containing a container, a light source, a gas supply system, characterized in that the container is made of translucent material, hermetically closed by a lid, divided into two sections by a vertical partition that does not reach the bottom and lid of the container in which the fitting is mounted and a gas valve for venting excess gas, the carbon dioxide supply system comprises a gas cylinder that is equipped with a pressure reducing gear and connected to the tank via a hose connected to the tank cap fitting, at the same time, water pumps equipped with suction of the gas mixture are installed at the ends of the sections, and external light sources connected to a time timer are placed on the opposite sides of the sections, and the container with light sources is closed by a casing of reflective material.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the partition of the tank is made of reflective material.