A01G33 / 00 - Культивування морських водоростей
Власники патенту RU 2524993:
Товариство з обмеженою відповідальністю "КІВІ Енерджі" (RU)
Плавучий біореактор включає щонайменше один встановлений на поверхні водойми герметичний контейнер з м'якого світлопроникний полімерного матеріалу з трубопроводами з запірною арматурою для завантаження вихідних сировинних компонентів, розвантаження мікроводоростей і подачі і відбору газів з контейнера. Контейнер оснащений горизонтальним каркасом у формі поверхні кругового полого циліндра, підстави якого за допомогою стрижнів з'єднані між собою по утворюючим. На одній осі з каркасом змонтований вал. Трубопроводи для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів, а також розвантаження мікроводоростей і відбору газів змонтовані в підставах каркаса контейнера. Біореактор забезпечений понтоном, шарнірно сполучених з контейнером за допомогою одноплічних важелів, змонтованих на валу контейнера з можливістю його вільного обертання і гойдання по вертикалі. Винахід дозволяє збільшити продуктивність біореактора. 1 з.п. ф-ли, 3 мул.
Найбільш перспективними вважаються пристрої, для яких не потрібні орні землі, тобто розміщуються на поверхні водного середовища.
Розробка пристрою для промислового виробництва біомаси мікроводоростей - актуальне завдання в усьому світі, оскільки з такої біомаси можна отримувати широкий спектр продукції: лікарські препарати, корми для тварин, добрива і т.п.
Однак відомий біореактор для вирощування мікроводоростей має істотні недоліки. Поверхня пластикових трубок біореактора заростає водоростями, і очищення поверхонь для підтримки їх светопропускной здатності веде до подорожчання кінцевого продукту і ускладнення конструкції. Горизонтально розташовані довгі світлопроникні трубки займають великі площі водної поверхні і змушені бути пов'язані комунікаціями із сушею, при цьому процеси перемішування рідкого середовища і газообмін в цих конструкціях біореакторів йдуть хаотично і неефективно.
Контейнер плаває по поверхні відкритої водойми, а біореактор може містити кілька з'єднаних між собою однотипних контейнерних модулів.
За рахунок виконання контейнера з оболонкою з м'якого світлопроникний полімерного матеріалу вирішується проблема здешевлення вартості біореактора і кращої освітленості всього обсягу культуральної рідини в контейнері, при цьому останній не вимагає земельних площ.
Однак цей пристрій не забезпечує рівномірного перемішування культуральної рідини з водоростями, що позначається на швидкості вирощування біомаси, пристрій також є більш дорогим, так як при заростання внутрішньої поверхні полімерного контейнера складно проводити його очищення, а також дорожчає ремонт в разі пошкодження контейнера. Крім того, обслуговування такої системи дуже складно.
Завданням винаходу є створення плавучого біореактора для вирощування мікроводоростей у відкритому водоймищі, що характеризується підвищеною продуктивністю, спрощеною конструкцією, зручністю і простотою обслуговування і в цілому меншою його вартістю.
Поставлена задача вирішується тим, що в плавучому біореакторі для вирощування мікроводоростей у відкритому водоймищі, що містить, щонайменше, один встановлений на поверхні водойми герметичний контейнер з м'якого світлопроникний полімерного матеріалу з трубопроводами з запірною арматурою для завантаження вихідних сировинних компонентів, розвантаження мікроводоростей і для подачі і відбору газів з контейнера, відповідно до винаходу контейнер забезпечений горизонтальним каркасом у формі поверхні кругового полого циліндра, підстави которог про допомогою стрижнів з'єднані між собою по утворюючим і співвісно з каркасом змонтований вал, а трубопроводи для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів і трубопроводи для розвантаження мікроводоростей і відбору газів з'єднані відповідно з протилежними підставами каркаса, при цьому біореактор забезпечений понтоном, шарнірно сполучених з контейнером за допомогою одноплічних важелів, змонтованих на валу контейнера з можливістю його вільного обертання і гойдання по вертикалі.
Вал контейнера на обох його кінцях може бути виконаний з кінцевими камерами, з яких камери на одному кінці вала з'єднані з трубопроводами для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів, а протилежні камери на іншому кінці вала - відповідно з трубопроводами для розвантаження мікроводоростей і відбору газів з контейнера. Камери вала за допомогою патрубків виконані сполученими з технологічним обсягом контейнера.
Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 схематично зображено біореактор, на фіг.2 - біореактор, вид зверху і на Фіг.3 - біореактор, вид у варіанті розташуванні патрубків в камерах вала контейнера.
Контейнер під тиском 1 біореактора містить горизонтальний каркас у формі кругового полого циліндра, поверхня якого утворена стрижнями 2, сполученими з торцевими підставами 3. Соосно з каркасом контейнера змонтований вал 4. На стрижні 2 натягнута полімерна світлопроникний плівка 5, закріплена за допомогою хомутів 6 до торцевих підставах 3 циліндра. Контейнер містить також трубопровід 7 для завантаження вихідних сировинних компонентів і трубопровід 8 подачі газів, зокрема вуглекислого газу або кисню, а також трубопровід 9 для розвантаження мікроводоростей і трубопровід 10 для відбору газу - кисню. Всі згадані трубопроводи 7, 8, 9 і 10 на вході в контейнер 1 обладнані відповідно запірними кранами 11, 12, 13 і 14. Биореактор забезпечений понтоном 15, який шарнірно зчленований з контейнером 1 за допомогою одноплічних важелів 16, також шарнірно з'єднаних з валом 4 контейнери . Важелі забезпечують контейнеру можливість його вільного обертання і гойдання по вертикалі.
Трубопроводи 7, 8, 9 і 10 можуть бути змонтовані і з'єднані з внутрішнім об'ємом контейнера через вал 4. В останньому випадку вал виконаний з кінцевими камерами 17 і 18 на кожному з його кінців. Камери 17 і 18 з'єднані з трубопроводами 7 і 8 відповідно для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів. Протилежні камери 17 і 18 з'єднані відповідно з трубопроводами 9 і 10 для розвантаження мікроводоростей і відбору газів з контейнера.
Через трубопровід 7 завантажують вихідні сировинні компоненти, що надходять в технологічний обсяг контейнера по патрубку 19, а розвантаження мікроводоростей здійснюють по трубопроводу 9, з'єднаному з патрубком 20. В іншому варіанті винаходу камери 17 вала 4 повідомляються з технологічним обсягом контейнера за допомогою патрубків 19 і 20, а камери 18 - за допомогою випускних отворів 21.
У циліндричний обсяг контейнера 1, утворений торцевими підставами 3 і зовнішньої прозорою плівкою 5, через трубопровід 7 заливають морську воду з розчиненими в ній поживними речовинами. Потім через цей же трубопровід 7 в контейнер завантажують розсаду водоростей.
В процесі вирощування кількість водоростей збільшується не менш ніж в 1000 разів. При розмноженні водорості споживають розчинені в морській воді поживні речовини і вуглекислий газ з повітря, виділяючи в воду продукти життєдіяльності. У міру зростання водоростей знижується рН живильного середовища в контейнері, і зростання водоростей сповільнюється. При досягненні рН мінімально можливого значення в воду вводять вуглекислий газ через трубопровід 8. Вуглекислий газ підвищує рН середовища, і зростання водоростей триває.
Під час розмноження водорості виділяють кисень. Висока концентрація кисню в газовому середовищі контейнера не тільки негативно впливає на процес збільшення біомаси водоростей, але може привести останніх до загибелі. Для відновлення необхідної газової середовища в контейнері біореактора надлишок повітря, збагаченого киснем, видаляють через трубопровід 10, а в обсяг контейнера подають повітря через трубопровід 8 для подачі вуглекислого газу. Коли концентрація водоростей досягає розрахункової, їх видаляють через трубопровід 9. Подача вуглекислого газу, живильного середовища, відбір газів і вирощених водоростей з біореактора виробляються при зупинці обертання контейнера, коли патрубки 19 і 20 знаходяться нижньому положенні.
Контейнер сочленяющаяся за допомогою поворотних важелів 16 з понтоном 15, плаваючому в море, і опускають на поверхню водойми, утримуючи понтон на якорях. Хвилювання водної поверхні в зоні припливної течії, вектор якого спрямований перпендикулярно поздовжньої осі біореактора, обертає контейнер і змушує його здійснювати вертикальні коливання, сприяючи активному перемішуванню в ньому рідкої живильного середовища, що благотворно впливає на зростання мікроводоростей.
Для полегшення обертання корпусу контейнера 1 в важелях 16 навантаження від нього на воду знижується противагами 22.
Ізольованість технологічного обсягу контейнера від води водойми дозволяє створювати в системі оптимальні умови вирощування біомаси водоростей. При цьому використання недорогих м'яких полімерних матеріалів - плівок на полегшеному каркасі - забезпечує максимальний доступ сонячного світла, необхідного для ефективного фотосинтезу, спрощує експлуатацію біореактора, а проста заміна плівки при її заростання водоростями знижує його вартість в цілому.
Біореактор забезпечує можливість культивування в промислових масштабах будь-яких форм фотосинтезирующих мікроорганізмів.
Конструкція запропонованого біореактора дозволяє створювати великотоннажні виробництва біомаси мікроводоростей шляхом з'єднання окремих понтонів з біореактора в великі групи (каравани), які можуть розташовуватися в акваторії морів, озер, бухт океану.
1. Плавучий біореактор для вирощування мікроводоростей у відкритому водоймищі, що містить щонайменше один встановлений на поверхні водойми герметичний контейнер з м'якого світлопроникний полімерного матеріалу з трубопроводами з запірною арматурою для завантаження вихідних сировинних компонентів, розвантаження мікроводоростей і для подачі і відбору газів з контейнера, що відрізняється тим, що контейнер забезпечений горизонтальним каркасом у формі поверхні кругового полого циліндра, підстави якого за допомогою стрижнів з'єднані між обой по утворюючим, співвісно з каркасом змонтований вал, трубопроводи для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів, а також розвантаження мікроводоростей і відбору газів змонтовані в підставах каркаса контейнера, при цьому біореактор забезпечений понтоном, шарнірно сполучених з контейнером за допомогою одноплічних важелів, змонтованих на валу контейнера з можливістю його вільного обертання і гойдання по вертикалі.
2. Плавучий контейнер по п.1, що відрізняється тим, що вал контейнера на обох його кінцях виконаний з кінцевими камерами, з яких камери на одному кінці вала з'єднані з трубопроводами для завантаження вихідних сировинних компонентів і подачі газів, а протилежні камери на іншому кінці вала - відповідно з трубопроводами для розвантаження мікроводоростей і відбору газів з контейнера, при цьому камери вала виконані сполученими з технологічним обсягом контейнера.