Фотореактор мікроводоростей

Фотореактор мікроводоростей з ємкістю для суспензії, в робочому об'ємі якої проходить фотосинтез, пристроями для освітлення, подачі і виведення суспензії, виведення фотосинтетичного кисню, який відрізняється тим, що обладнаний основними концентраторами світла із лінзами ре 3 бочого об'єму, виконує роль верхньої частини ємкості, охвачує сектор  радіан, світло спрямоване у щілини між пакетами барабана підстилаючих поверхонь, концентратори допоміжні розміщені на доступних освічуваних прилеглих стінах, обладнані світлопроводними волоконними пучками, що з'єднують фокуси концентраторів і бокові стінки ємкості і розміщені на всій довжині барабана, між пакетами, над вхідними патрубками газу. Приведені малюнки розкривають суть винаходу. При цьому Фіг. 1 Схема фотореактора з обертовими підстилаючими поверхнями. Фіг. 2 Фотореактор, вигляд боковий. Фіг. 3 Концентратор світлового потоку з регульованими фокусними відстанями. Фіг. 4 Розміщення оптичних волокон і світловодів у допоміжному концентраторі світла. Фотореактор мікроводоростей має ємкість 1 для суспензії із маточною культурою і живильним розчином, підстилаючі поверхні, зібрані у вигляді обертового барабана 2 (Фіг. 1) з валом, підшипниками і приводним двигуном 14 (Фіг. 2). Підстилаючі поверхні у вигляді сіток зібрані у пакети з щілинами двух розмірів Фіг. 2, 3, поз. 3, 4. Підстилаючі поверхні утворюють шари суспензії, що рухаються вниз під дією сил тяжіння і обертаються, виносячи на світло нові і нові порції суспензії. Тонкі поверхневі шари знаходяться у середовищі газу і створюють робочий об'єм фотореактора, який обмежується кришкою із світлопрозорого матеріалу, наприклад, поліетиленової чи інших пластмас. Робочий об'єм освітлюється, обладнується патрубками підведення і виведення 12 газу, додатковим зрошувачем барабана 13 з контуром подачі суспензії у верхню частину барабана. Ємкість суспензії має підведення суспензії 9 і виведення 10 для щоденного оновлення суспензії. Позиція 5 (Фіг. 1) показує кришку над ємкістю 1 і барабаном 2. Ця кришка герметизує і вводить світло в робочий об'єм. Кришка мас циліндричну частину на секторі  радіан над барабаном і два напівфланці 16, які ущільнюють бокові поверхні фотореактора. Циліндрична частина кришки 5 має дві рами з решітками, що утворюють шибки і пластмасовий пружний світлопрозорий рукав 17 з вентилями і побудниками подачі наповнювача рукава. Каркасна внутрішня рама 18 призначається для пережимання рукава 17. Каркасна зовнішня рама 19 разом із рамою 18 створює пережим (вузли) на рукаві і одночасно спрямовує світло на барабан. Тому зовнішня каркасна рама має дзеркальні поверхні. На Фіг. 1 приведено поперечний перетин фоторектора. Фіг. 2 показує повздовжній перетин. Рукав займає поверхню на всій довжині фотоD D реактора L і на радіусі R  б . 2 Площа сприйняття світла D  Dб S  RL   б L. 2 Тут ΔD/2 - проміжок між барабаном і кришкою. 93329 4 Рами і вузли розміщені на середині пакетів підстилаючи сіток. Фотореактор обладнаний підсвічуючим дзеркалом 15 (Фіг. 1, 2) і зовнішніми концентраторами світлової енергії (поз 20 Фіг. 1), розміщуваними н;і прилеглих освічуваних стінах. Допоміжний концентратор виконаний так як і основний концентратор. Допоміжні концентратори установлені вертикально, орієнтовані до півдня, обладнані світловолоконними пучками 24, що розміщені у фокусі, і світодіодними світильниками 25. Пучки світлових волокон підводять світло до ємкості суспензії (Фіг. 4). Світлові діоди розміщені серповидно у фокусах лінз. Пучки виводів світловолокон розміщені по всій довжині барабана, між пакетами підстилаючих сіток і над вхідними патрубками газопідведень. Газ подається з утворенням бульбашок. Бульбашки освітлюються потоками світла. Створюється рухливий освітлювальний потік. На Фіг 1 газові вводи позначені поз. 11. Подача води поз. 9. Виведення води поз. 10. Виведення газу поз. 12. Введення світла волоконними пучками позначено поз. 7 і 8. Концентратори світла обладнані побудниками подачі води чи газу поз. 21 і вентилями поз. 22 для утворення лінз. Допоміжний концентратор позначено поз. 20. Фотореактор працює так. Живильний розчин з маточною культурою водорості заповнюють ємкість до рівня, що дорівнює D/3. Об'єм суспензії: D  D 1 V L  LD  D . 3 3 Включають основний концентратор. Рукав (лінзи) заповнюють водою для переходу суспензії через лаг-період. Додаткові концентратори світла працюють у режимі світлодіодного досвічування. Здійснюється імпульсне досвічування на частоті 50 Гц. По закінченні лаг-періоду вода із лінз виводиться і замінюється повітрям. Потужність світлового потоку збільшується за допомогою додаткових зовнішніх концентраторів, які переводять у режим подачі природного світла. Підсилення обмінних процесів досягається включенням розбризкувача 13, підвищенням числа обертів барабана. Швидкість руху сіток у ємкості V=0,3-0,5 м/с. Фотореактор мікроводоростей може працювати у режимі накопичення і у проточному режимі при щоденному відбирання приросту. Фотосинтез має дві стадії: світлову і темнову. У першій стадії потрібно одержати збудження електронних оболонок і запастись живильними речовинами. У темновій стадії електрони віддають енергію на процеси росту. Ймовірність цього буде найвищою при використанні світлодіодного освітлення. Введення світлодіодного і природного освітлення в одному фотореакторі здійснено через волоконні світловведення і зовнішні концентратори світла. Це спрощує всю систему освітлення. Фотореактор мікроводоростей з світильниками - концентраторами не потребує орієнтації до сонця. Вісь барабана підстилаючих сіток орієнтована у напрямі захід - схід. На протязі дня світильники - концентратори знаходяться у зоні освітлення. Світловий 5 день продовжує досвічування. Отже фотореактор мікроводоростей забезпечує досконале розшарування, освітлення суспензії, виведення фотосинтетичного кисню, газообмін і найменші затрати на циркуляцію суспензії при фотосинтезу. Фотореактор мікроводоростей має нову систему введення світлової енергії. Вся світлова енергія, введена в фотореактор використовується корисно. Це досягнуто, концентрацією світлового потоку у щілинах між пакетами, а також направленням потоку радіально вглиб щілини, звуженням потоку. При цьому у поверхневий шар суспензії входить світло дифузійного розсіювання, а основний потік розподіляється в глибших шарах. При цьому пряме сонячне світло не шкодить поверхневому шару всього барабана, менше втрачається у віддзеркаленому потоці світла. З іншої сторони фотореактор обладнаний світлодіодним імпульсним досвічуванням, що вводиться через концентратори світла. Підстилаючі поверхні сітки виносять у робочий об'єм шар суспензії, який визначається діаметром ниток, що входять в основу і утоктканих і товщиною сіток литих. Фотореактор має зрошення у найвищій зоні робочого об'єму. Зрошення розподіляється на всі підстилаючі поверхні і порушує рівновагу поверхневих сил і сил тяжіння. На сітках утворюються вали суспензії що скачуються вниз, перемішуючи суспензію у робочому об'ємі. Шари суспензії мають відкриті поверхні для газообміну. Вуглекислий газ використовується для росту водоростей. Фотосинтетичний кисень виводиться у газове середовище і виноситься у довкілля. Фотореактор мікроводоростей може бути задіяний як основний поглинач газів у замкнутих системах вентиляції. При цьому у повітрі, що закачується у фотореактор можуть бути інші гази, аміак, 93329 6 оксиди азоту, сірко - водень, які становлять живильну базу. Живильні розчини і газове середовище у робочому об'ємі визначається видом мікроводорості. Хлорела чудово росте на настоях із гною, біомаси. Спіруліна потребує соди і чистого вуглекислого газу. Фоторектор мікроводоростей забезпечує замкнутий робочий об'єм, розшарування суспензії, відкриті поверхні на границі між рідиною і газом, регульовану дифузію і газообмін, мінімальні затрати на перекачування, повне використання сонячної енергії, імпульсне світлодіодне досвічування і звичайне досвічування лампами розжарення, накопичувальний і проточний режим. Фотореактор мікроводоростей забезпечує регулювання процесій освітлення, газообміну, тривалості робочого дня і циклу вирощування. Література 1. И. Матвеев, В. Тарасов, Л. Трусов. Эволюция биоэнергетики: время водоростей. The Chemical Journal, декабрь 2009, с. 24-29. 2. Л.М. Цоглин, Г.В. Габель, Т.Н. Фалькович, В.Е. Семененко. Фотореакторы закрытого типа для культивирования микроводорослей. Физиология растений, 1996 г., Т. 43., № 1, с. 449-53. 3. О. Пульц. Плоскостной фотореактор закрытого типа для продукции биомассы водорослей. Физиология растений, 1994 г., Т. 41, № 2, с. 202208. 4. І.О. Адаменко, О.І. Адаменко. Спосіб та фотореактор для вирощування мікроводоростей. Патент України № 57962 A01G 31/00, Бюл. № 7, 2003 р. 5. I.О. Адаменко, О.I. Адаменко. Фотореактор для вирощування мікроводоростей. Патент України № 60066 A01G 31/00, Бюл. № 9, 2003 p. 7 93329 8 9 93329 10 11 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 93329 Підписне 12 Тираж 23 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