Установка для культивування нижчих фототрофів

Установка для культивування нижчих фототрофів, що включає фотобіореактори, систему освітлення і встановлювальну площадку, яка відрізняється тим, що установку доповнюють системою термостабілізації у вигляді жорстко з'єднаного з фотобіореактором водяного контуру і системою 3 54647 новими знаннями про процеси росту і накопичення біохімічних компонентів клітками мікроводоростей. Установка для культивування нижчих фототрофів повинна відповідати наступним вимогам: 1. Всі складові елементи системи повинні бути розроблені на основі теоретичних уявлень про кінетику росту мікроводоростей [див. Тренкеншу Р.П. Простейшие модели роста микроводорослей. 1. Периодическая культура / Р.П. Тренкеншу // Экология моря. - 2005. - №67. - С. 89-97.]. Наприклад, геометрія фотобіореактора повинна бути такою, щоб легко і досить точно можна було розраховувати найважливіші характеристики системи (фази росту, об'єм, площу освітлюваної поверхні, інтенсивність поверхневої радіації і ін.). 2. Можливість здійснення контролю над основними параметрами процесу культивування і можливість простого управління ними. 3. Універсальність блоків, що входять до складу конструкції. 4. Простота і надійність конструкції. 5. Мінімальна вартість всієї системи культивування. Поставлене завдання вирішується тим, що установку доповнюють системою термостабілізації у вигляді жорстко з'єднаного з фотобіореактором водяного контуру і системою забезпечення безперервного режиму культивування, що містить ємкості для поживного середовища, програмоване реле часу і електромагнітний клапан. Встановлювальна площадка складається з верхньої і нижньої полиць. Система освітлення, що розміщена на нижній полиці, включає горизонтальні світлові ґратки, розташовані за фотобіореактором. На верхній полиці розташовують ємкості для поживного середовища з можливістю подачі поживного середовища у фотобіореактор. Фотобіореактор плоско-паралельного типу об'ємом 3 літри, виконаний з можливістю переміщення відносно горизонтальних світлових ґраток, має дзеркальні бічні стінки і нижню грань, розташовану під кутом 25° до горизонту. Перерахована сукупність істотних ознак є достатньою для досягнення поставленого технічного завдання, таким чином, існує причиннонаслідковий зв'язок між заявленими ознаками і очікуваним технічним результатом. Авторами встановлено, що відстань від ламп освітленості до фотобіореактора складає 5-30см (див. Табл.); що мінімальний об'єм фотобіореактора, що забезпечує умовне невтручання в процеси росту, складає 3 літри. Виходячи з розміру світло 4 вих ґраток і об'єму культиватора, освітлюваний шар фотобіореактора повинен складати 5см. Для підтримки постійності освітленості фронтальні стінки фотобіореактора потрібно робити з скла, а бічні стінки - дзеркальними. Таким чином, конструктивне виконання пропонованої установки і її характеристики відповідають заданим вимогам. Корисна модель пояснюється ілюстраціями. На Фіг.1 - загальний вид установки. На Фіг.2 - фотобіореактор. Установка для культивування нижчих фототрофов складається з встановлювальної площадки 1, фотобіореакторів 2, системи освітлення, термостабілізації, газозабезпечення, а також системи забезпечення безперервного режиму культивування. Встановлювальна площадка 1 є настільною конструкцією розмірами 1000 800 500 з двома полицями. На нижній полиці розміщують фотобіореактори 2 і зливні ємкості 3 системи забезпечення безперервного режиму культивування, а також світлові ґратки 11 системи освітлення. На верхній полиці розміщують ємкості для поживного середовища 4, компресор 5, електромагнітний клапан 6. В центрі верхньої полиці виконаний отвір 7 для підведення шлангів з повітрям 8 до фотобіореактора 2 і шлангів з поживним середовищем 9 до електромагнітного клапана 6. Фотобіореактор 2 є ємкостю з скла розміром 400 200 50 (плоскопаралельний тип) з робочою товщиною 50мм, тобто виконується умова перпендикулярності вектора світлового потоку до фронтальної поверхні. Робочий об'єм реактора складає 3л. Нижня грань виконана під кутом 25 градусів з метою поліпшення перемішування суспензії. Зверху фотобіореактор закривається кришкою з скла 13, в якій виконані отвори для подачі повітря 14 і поживного середовища 15. Бічні стінки фотобіореактора виконані дзеркальними для збільшення середньої просторової опроміненості. З метою управління режимом освітлення фотобіореактори виконані з можливістю переміщення відносно світлових ґраток 11. Система освітлення: Як джерело світла використовуються горизонтальні світлові ґратки 11, що складаються з десяти ламп денного світла. Інтенсивність поверхневої радіації можна регулювати, змінюючи відстань між лампами і фотобіореактором або встановлюючи між ними нейтральні світлофільтри. Таблиця Залежність поверхневої освітленості фотобіореактора від відстані від світлової ґратки до фотобіореактора Відстань (реактор-лампи), см Опроміненість, кЛк Освітленість, Вт/м2 5 10,5 42 Система газозабезпечення забезпечує перемішування суспензії мікроводоростей всередині фотобіореактора 2 для рівномірного розподілу 10 9,6 39 15 8 31 20 7 29 25 6 24 30 5 21 поживних речовин між клітками, а також подачу у фотобіореактор 2 вуглекислого газу і винесення кисню - побічного продукту фотосинтезу. Основ 5 ним елементом системи є акваріумний компресор 5. За допомогою гнучкого силіконового шланга 8 діаметром 5мм повітря подається безпосередньо у фотобіореактор 2 через отвір 14 в кришці. На кінці шланга закріплена скляна трубочка длиною 35см, що забезпечує подачу повітря в нижню частину фотобіореактора 2. Система термостабілізації. Фотобіореактор жорстко з'єднай з водяним контуром охолоджування 16 розмірами 400 200 10. Як теплоносій використовують водопровідну воду, яка за допомогою гнучкого шлангу підводиться до нижнього отвору 17 на водяному контурі. Верхній отвір 18 призначено для відведення теплоносія (води). Щоб уникнути утворення повітряних пробок і міхурів всередині контуру водяний струм прямує від низу до верху. Збільшення або зменшення швидкості протоки води через водяний контур дозволяє підтримувати температуру у фотобіореакторі на заданому рівні. Система для забезпечення безперервного режиму культивування забезпечує рост мікроводоростей в режимі хемостата. Для розміщення поживного середовища використовується 5-і літровий пластиковий бочонок 4. Основними елементами системи є програмоване реле часу 10 і електромагнітний клапан 6. Реле часу підключається в розетку, розташовану на листі кріплення ламп світлових ґраток. Електромагнітний клапан 6 розміщують над фотобіореактором 2. Добовий обмін у фотобіореакторі визначається ступенем відкриття клапана і частоти його спрацьовування. У максимально відкритому стані система забезпечує протоку близько 120-130мл/хвл. Для зменшення цієї величини необхідно повертати регулювальну ручку на клапані до досягнення необхідної швидкості протоку. Установка працює таким чином. Для забезпечення росту мікроводоростей в безперервному 54647 6 режимі фотобіореактори 2 заповнюються інокулятом мікроводоростей, ємкості для поживного середовища 4 заповнюють підготовленим поживним середовищем, відповідним виду культивованих водоростей. Поживне середовище через сполучений шланг 9 самопливом поступає до електромагнітного клапана 6, який знаходиться в нормально закритому стані. При включенні програмованого реле часу 10 на клапан 6 подається напруга 220В, він відкривається і поживне середовище поступає у фотобіореактор 2. Швидкість подачі поживного середовища регулюється за допомогою ручки на клапані 6, а також програмно, за допомогою тимчасового реле 10. Для забезпечення режиму періодичного культивування водоростей таймер 10 знаходиться у відключеному стані, подача поживного середовища не відбувається, тобто підтримується постійний об'єм суспензії водоростей. Пропонована установка для культивування нижчих фототрофов має ряд переваг. - забезпечує рост водоростей в накопичувальній і безперервній культурі; - забезпечує можливість контролю і управління процесом культивування; - дозволяє отримати дані про рост різних видів і штамів водоростей в однакових умовах, що важливо для порівняння їх біологічних властивостей; - забезпечує можливість коректного порівняння експериментальних даних, отриманих різними дослідниками; Таким чином, створення уніфікованої системи для культивування нижчих фототрофов дозволяє отримати нові знання про процеси росту і накопичення біохімічних компонентів клітками мікроводоростей. Відмітними особливостями даної розробки є простота, надійність конструкції і легкість заміни елементів, а також дешевизна установки. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 54647 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601