Культиватор для вирощування нижчих рослин

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выращивания низших растений (спирулины, анабены, насток, хлореллы, браунии и др.) при комбинированном питании и использовании органических подкормок. Известны культиваторы для выращивания низших растений при комбинированном питании, содержащие собирающую емкость, установленные друг над другом сточные поверхности а виде лотков, подающий трубопровод с устройством подачи суспензии, осушитель воздуха, фильтр. В аналоге рабочий объем размещен под колпаком, в светопрозрачной оболочке, к которой присоединены воздуховоды. Рабочий объем освещается и светильниками, и природным светом [1]. Однако в аналоге толщина слоя суспензии на сточных поверхностях не регулируется подача суспензии непрерывная. В начале процесса (при малой плотности) слой суспензии просвечивается хорошо. К концу срока созревания культуры плотность суспензии увеличивается, лоток не просвечивается, возникают зоны разложения культуры. Оптимальную толщин у слоя суспензии создать невозможно. Прирост биомассы снижается. Расход энергии увеличивается. Производительность культуры снижается. Недостатки аналога частично устраняются в прототипе [2]. Известный культиватор для выращивания низших растений выполнен в виде лотков, установленных один над другим и размещенных над собирающей емкостью. Каждый лоток снабжен загрузочным и переливным устройствами и аэратором, выполненным в виде светопрозрачного колпака, под который подается газовоздушнзя смесь. Над колпаком установлены светильники. Верхний лоток и собирающая емкость соединены устройством подачи суспензии. Такое выполнение газоприемного колпака и сточных лотков устранило недостатки аналога по газовой подпитке суспензии, ввело в те хнологический процесс барботажное перемешивание. Производительность процесса повысилась. Однако появился новый недостаток -потери газа и уменьшение освещенной поверхности, обусловленные конструктивными решениями по лоткам, колпакам аэратора и расположением светильников. Световой поток при переходе через колпаки аэратора ослабляется, т. к. колпаки зарастают культурой. Для улучшения питания культуры газовоздушная смесь подается под колпаки при избыточном давлении, равном нескольким сантиметрам водяного столба. Газ выходит из объема колпаков и рассеивается в окружающем пространстве. Создаются неприемлемые условия для обслуживающего персонала, увеличивается расход углекислого газа. Эксплуатация культиватора-прототипа затруднена из-за необходимости частых остановок для замены осветительных ламп, мойки лотков и колпаков, замены культуры. При этом выявляется новый недостаток - невозможность полного слива суспензии из лотков, невозможность регулировать толщину слоя суспензии, неприспособленность прототипа к выращиванию низших растений в режиме непрерывного отбора. Прототип не приспособлен для (работы на газовых смесях с малым содержанием углекислого газа. В основу изобретения поставлена задача создать культиватор для выращивания низших растений, в котором изменением конструкции лотков и собирающей емкости увеличивается время задержания движения суспензии в лотке, регулируется слой суспензии в лотке, улучшается обогащение углекислотой суспензии и появляется возможность выращивать культур у в проточном режиме. Поставленная задача достигается тем, что культиватор для выращивания низших растений, содержащий установленные друг над другом лотки, собирающую емкость, размещенную под лотками, устройство для подачи суспензии из собирающей емкости в верхний лоток, прозрачные колпаки, соединенные воздуховодами, аэрирующее устройство и светильники, согласно изобретению прозрачные ограждающие колпаки охватывают гр уппу лотков, установленных со смещением один относительно другого и наклоном в противоположные стороны, стенка нижнего края которых выполнена с возможностью поворота вокруг оси, проходящей в плоскости лотка, связана с устройством привода и снабжена перфорированным желобом, а остальные стенки лотков совмещены с боковыми стенками прозрачных ограждающих колпаков и образуют с днищами лотков газовоздуховоды, включенные в систему подачи газовоздушной смеси, причем каждая группа лотков, образующая модуль культиватора, соединена с верхней распределительной емкостью, снабжена стоком в собирающую емкость, которая расположена ниже уровня лотков и содержит отстойник суспензии с двумя сливами, нижний из которых подключен к емкости устаревшей культуры, а верхний, через устройство подачи суспензии и переключатель потока суспензии, соединен с верхней распределительной емкостью или с магистралью готовой продукции. Благодаря установке в культиваторе лотков, смещенных друг относительно друга, наклоненных в противоположные стороны и с возможностью поворота стенок нижнего края лотка вокруг оси, проходящей у плоскости дна лотка, обеспечивается возможность регулирования толщины слоя суспензии в лотке путем поворота стенки нижнего края лотка. Суспензия течет полотку, перетекает через стенку нижнего края, рассекается на струи и поступает в нижний лоток. Толщина слоя определяется углом наклона поворачивающей стенки. Максимальная толщина слоя суспензии соответствует вертикальному положению стенки, т. е. углу 90°, а минимальная горизонтальному, т.е. углу 0°. Благодаря перетоку суспензии через поворачивающую стенку часть суспензии, ниже уровня стенки, задерживается в лотке. Это дает возможность периодически отключать на некоторое время подачу суспензии, уменьшая скорость движения, расход электроэнергии, травматизм культуры. Причем толщину слоя суспензии можно оставлять заданной, предварительно выбрав угол установки стенки лотка. Регулировать толщину слоя возможно и вращая стенку вокруг оси, проходящей по верхней кромке вращающейся стенки. В таком случае суспензия вытекает через щель между стенкой и днищем лотка. Чем больше щель, тем больший расход суспензии, тем меньше толщина слоя. Однако при такой регулировке нельзя задержать суспензию в лотке с заданной толщиной слоя при отключенном устройстве подачи суспензии. Кроме того, благодаря тому, что к днищу, с нижнего края, каждого из лотков прикреплен перфорированный желоб, суспензия разбивается ни капельные струи, которые при перемешивании с газовоздушной смесью хорошо обогащаются углекислотой. Благодаря тому, что в нижней части собирающей емкости расположен отстойник суспензии с двумя сливами, в нижней и верхней части, имеется возможность отделить наиболее физиологически активные клетки культуры от погибшей и устаревшей, т.е. выращивать культур у в проточном режиме. Поскольку физиологически активные клетки низших растений находятся во взвешенном состоянии, их и отбирают через слив, расположенный в верхней части. Погибшая культура оседает на дно и забирается через слив в нижней части отстойника. Устаревшие клетки низших растений и молодые ведут себя по разному. Так, например, устаревшие клетки хлореллы оседают на дно и их отбирают вместе с погибшими клетками. Устаревшие клетки некоторых штаммов спирулины всплывают вверх. Заборы суспензии на разных уровнях в отстойнике позволяют разделить суспензию и осуществить "омоложение" культуры. Аналогов отличительных признаков не найдено. Приводимые чертежи поясняют сущность изобретения. При этом: фиг.1 - общая схема модуля культиватора; фиг.2 - схема расположения лотков под колпаком; фиг.3 - светораспределитель; фиг.4 - схема расположения модулей культиватора в линию; фиг.5 - то же, по кругу; фиг.6 - то же, полукругом; фиг.7 - то же, по прямоугольнику. Предлагаемый культиватор (фиг.1) для выращивания низших растений в суспензии при газовом и жидкостном питании содержит лотки 1, размещенные друг над другом со смещением и некоторым уклоном в противоположные стороны, причем стенка 2 нижнего края каждого из лотков установлена с возможностью поворота вокруг оси 3, проходящей в плоскости дна лотка, и связана тягами с рычагом поворота 4, а торцовые концы стенки 2 нижнего края лотка гофрированным эластичным материалом, герметично соединены с боковыми стенками лотка, к днищу каждого из которых, под его нижним краем, прикреплен перфорированный желоб 6 вдоль нижнего края лотка. Лотки 1 помещены под прозрачным колпаком 7, стенки которого совмещены со стенками, кроме нижней вращающейся (поз.2), лотков 1. Длина колпака (фиг.2) больше длины лотка на величину зоны аэрации которая состоит из ширины перфорированного желоба 6 и воздушного промежутка Величина воздушного промежутка равна или больше наименьшего расстояния между соседними лотками по высоте. Ширина колпака равна ширине лотков. Культиватор также содержит собирающую емкость 8 (фиг.1), размещенную ниже уровня лотков и имеющую теплообменник 9, общий воздуховод 10 с заслонкой 11, фильтром 12 и вентилятором 13, отстойник 14 в нижней части с двумя сливами, нижний 15 из которых соединен с емкостью устаревшей культуры, а верхний 16, через устройство подачи суспензии 17 и переключатель 18 потока суспензии подключен к трубопроводу 19, связывающему собирающую емкость 8 и верхнюю распределительную емкость 20, или к магистрали сборника готовой продукции. Верхняя часть установки снабжена воздуховодом аэрирующего устройства 21 из заслонкой 22 и осушителем воздуха 23. Для массового выращивания низших растений в культиваторе рядом или над собирающей емкостью 8 (фиг.4) устанавливается несколько групп лотков, соединенные в модули 24, над которыми размещены верхние распределительные емкости 20, соединенные между собой трубопроводом 25. Верхняя распределительная емкость через трубопровод 19 с переключателем потока суспензии 18 и устройством подачи суспензии 17 связана собирающей емкостью и снабжена регулирующими выпускными отверстиями, выполненные над верхними лотками каждой из групп лотков, уплотнительной крышкой и фланцами для герметичного крепления к группам лотков. Для полного вытекания суспензии из верхней распределительной емкости при остановке устройства подачи суспензии предусмотрен сливной трубопровод 26 с запорным вентилем 27. В собирающей емкости 8 установлены перегородки 28, разделяющие группы лотков, причем нижний край перегородки.28 установлен ниже минимального уровня суспензии в собирающей емкости, но не достает дна, а сами перегородки имеют в верхней части отверстия 29 с заслонками 30. Верхние части каждой из групп лотков 24 снабжены воздуховодами аэрирующего устройства 31, 32 и 33, имеющие возможность переключателями потока воздуха 34, 35, 36 и 37 параллельного и последовательного соединения и включенные через осушитель воздуха 23 в общий воздуховод 21. Группы лотков установлены на нижней собирающей емкости с эксплуатационными промежутками 38, прикрываемыми уплотнительными крышками 39. В эксплуатационных промежутках 38 устанавливаются светильники 40 по всей высоте группы лотков, кроме того люминесцентные светильники можно разместить и в середине рабочего объема над лотками 1 под светопрозрачными колпаками 7 (на фиг. не показано). Для равномерного распределения освещения по всей длине лотка от наружных источников света предусмотрен под днищем лотка светораспределитель 41, выполненный из светоотражающего материала (фиг.3). При большом производстве культуры возможно размещение модулей культиватора как в линию (фиг.4), так и по кругу (фиг.5), полукругом (фиг.6) или прямоугольником (фиг.7). При этом в центре обычно размещают источники света 40 и оборудуют зону обслуживания установки 42. Верхние распределительные емкости 20 соединены между собой трубопроводом 25. Культиватор для выращивания низших растений работает следующим образом. В собирающую емкость 8 (фиг. 1) заливают питательный раствор и заселяют выращиваемой культурой, например спирулиной. Переключатель потока суспензии 18 устанавливают в режим перекачивания ее устройством подачи 17 по трубопроводу 19 из собирающей емкости 8 через верхнюю распределительную емкость 20 в верхний лоток 1, где суспензия протекает по лотку 1, через нижнюю стенку 2, перфорированный желоб 6 и попадает в нижний лоток и т. д. до самой нижней собирающей емкости. В перфорированном желобе 6 суспензия разделяется на капельные струи, В собирающую емкость 8 одновременно вентилятором 13 через фильтр 12, регулирующую заслонку 11 по воздуховоду 10 подается газовоздушная смесь для питания выращиваемой культуры углекислотой. Потоки воздуха из смесью CO2 и суспензии в лотках встречные. Газовоздушный поток, проходя капельные струи, созданные перфорированным желобом 6, хорошо перемешиваются с суспензией. Насыщенный паром воздух проходит по воздуховоду 21 с заслонкой 22 и попадает в осушитель воздуха 23, где воздух избавляется от избыточной влаги и направляется в общий воздуховод. Освещение выращиваемой культуры осуществляется через светопрозрачный колпак 7 как естественным светом, так и искусственным - светильниками 40, размещенными снаружи установки, или люминесцентными светильниками, размещенными внутри рабочего объема под колпаком 7 над лотками 1 (на фиг. не показано). Стабилизация температуры суспензии осуществляется теплообменником 9, по которому при понижении температуры суспензии подают теплый теплоноситель, а при повышении - холодный. Кроме того, не исключается возможность стабилизации температуры и воздухом, подаваемым для углекислотного питания культуры. В известных установках по выращиванию низших растений, в частности спирулины, предусмотрен накопительный режим выращивания, т.е. установку заправляют культурой, выращивают до товарной плотности суспензии, отбирают полностью суспензию и заправляют новой культурой. Это вызвано тем, что в процессе роста часть культуры гибнет, часть стареет, а это сказывается на производительности установки. Данное предложение предусматривает проточный режим выращивания, т.е. ежесуточный отбор части суспензии с последующим доливом питательного раствора без снижения производительности культиватора. Для этого перед забором культуры открывают нижнюю стенку 2 лотка 1 и сливают всю суспензию с лотков в собирающую емкость 8. Включают устройство подачи суспензии 17, переключатель потока суспензии 18 включен на перекачивание ее в верхний лоток, и смывают остатки культуры, задержавшиеся на дне в лотках 1. После промывки лотков отключают устройство подачи суспензии 17 и дают некоторое время для отстоя суспензии, в течение которого мертвая культура садится на низ и собирается в отстойнике 14, а старая, но живая - всплывает вверх. Устройство подачи суспензии 17 включено в среднюю точку отстойника 14, где находится наиболее жизнедеятельная культура. Закрывают лотки и заполняют их суспензией. В собирающей емкости 8 остается суспензия в количестве суточного отбора, Включают переключатель потока суспензии 18 в режим подачи суспензии в емкость для готовой продукции на переработку или скармливание животным. Остаток суспензии в отстойнике 14, ниже среднего включения устройства подачи суспензии 17, отбирают в канализацию или на орошение поля. После этого доливают питательный раствор и включают установку на работу. При выращивании культуры большое значение имеет уровень освещенности суспензии, который в процессе выращивания должен быть разный. Кроме того, на протяжении цикла роста меняется плотность суспензии. Все это выдвигает требования к регулированию толщины слоя суспензии в лотке, что достигается путем поворота вокруг горизонтальной оси нижней поворачивающейся стенки 2 лотка 1. Такое решение дает возможность задерживать суспензию в лотках с заданной толщиной слоя и периодически отключать устройство подачи суспензии, повысить производительность установки. Устройство подачи суспензии не работает постоянно, а включается на небольшой промежуток времени для перемешивания суспензии. Это снижает расход электроэнергии на перекачивание суспензии и увеличивает скорость роста, Работа культиватора для массового выращивания низших растений (фиг.3) аналогична описанной. В такой установке имеется возможность включать воздуховоды аэрирующего устройства как параллельно, так и последовательно. При массовом выращивании культуры воздуховоды включаются параллельно. Для этого открывают отверстия 29 в перегородках 28, установленных в собирающей емкости 8. Открываются также переключатели потока воздуха 34, 35, 36 и 37 в верхней части групп лотков, В таком режиме работы идет активное насыщение питательного раствора углекислым газом, что в свою очередь обеспечивает интенсивное прохождение фотосинтеза, накопление биомассы. Переключатели потока воздуха 34, 35 и 36 используются для уравновешивания воздушных потоков по группам лотков путем изменения аэродинамического сопротивления воздуховодов. Режим последовательного включения воздуховодов аэрирующего устройства применяется при использовании культиватора в качестве биологического регенератора воздуха в системе вентиляции. При этом переключатели потока воздуха 34, 35 и 36 открыты, а 37 - закрыт. Отверстия 29 и перегородки 28 также перекрыты заслонками 30. Вентилирующий воздух из помещения вентилятором 13 подается в собирающую емкость 8, где он последовательно проходит все гр уппы 23 лотков. Регулирование аэродинамического сопротивления культиватора позволяет максимально использовать водорослями имеющийся углекислый газ в воздухе и обогатить его выделенным в процессе фотосинтеза кислородом. Обогащенный кислородом и очищенный от механических примесей, за счет прохождения входного фильтра 12 и капельноводяных струй под перфорированными желобами 6, воздух подается в осушитель 23 и направляется в общий воздуховод. После дальнейшей его обработки (подогрев, охлаждение, ионизация и т.п.) он пригоден для повторного использования в вентилируемом помещении. Работа культиваторов для выращивания низших растений на фиг.5, 6 и 7 аналогична описанной ранее.