MD4372C1 - Instalaţie pentru cultivarea microalgelor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la instalaţiile pentru cultivarea continuă a microalgelor cu posibilitatea utilizării biomasei proteice crescute pentru hrana animalelor.Instalaţia pentru cultivarea microalgelor conţine un rezervor (2), în interiorul căruia sunt amplasate un schimbător de căldură (8), blocuri de lămpi de tip LED (7) şi un corp cilindric (10) cu un spaţiu (17) deschis în partea de sus. În interiorul corpului (10) este fixat un filtru (11) conic în formă de arc cu fante cu bază oarbă (12), de care este fixată o tijă (13) verticală, unită cu un vibrator electric (14). Printr-o bază (15) trece un tub, unit cu un traductor (25) de presiune hidraulică cu contacte electrice. Partea de jos a corpului (10) este executată conică şi este unită, printr-o conductă (18) cu un ventil (19), cu o pompă (20) cu un by-pass (21). Conducta (18) este unită printr-o conductă de evacuare (22) a biomasei cu un ventil (23), cu un bloc de centrifugă (24) cu autocurăţire. Instalaţia mai conţine un compresor (1) pentru admisia amestecului de gaze-aer cu conţinut sporit de bioxid de carbon, unit cu un barbotor (9), amplasat în partea de jos a rezervorului (2). Instalaţia conţine, de asemenea, un aparat de comandă (26), legat cu vibratorul electric (14), ventilul (19), pompa (20), ventilul (23), centrifuga (24) şi traductorul (25).

Description

Invenţia se referă la instalaţiile pentru cultivarea continuă a microalgelor cu posibilitatea utilizării biomasei proteice crescute pentru hrana animalelor.

Este cunoscută instalaţia pentru creşterea microalgelor, care include un corp cu un rezervor pentru suspensia de microalge, confecţionat din material transparent. În interiorul rezervorului sunt amplasate lămpi luminescente şi un ventilator în înveliş de sticlă. Instalaţia mai include un compresor de aer pentru admisia bioxidului de carbon [1].

Dezavantajul instalaţiei constă în faptul că aceasta nu este productivă, nu asigură îngroşarea biomasei de microalge pentru evacuarea şi reutilizarea acesteia.

Cea mai apropiată soluţie este instalaţia pentru cultivarea microalgelor, care include rezervoare cu racorduri şi ventile, o sursă de lumină, un rezervor pentru mediul nutritiv şi o pompă. Instalaţia este dotată cu un sistem de rezervoare deschise amplasate unul deasupra altuia şi care comunică între ele, deasupra acestora fiind amplasate lămpi luminescente, agitatoare cu palete şi pereţi de separare verticali [2].

Dezavantajele instalaţiei constau în productivitatea redusă, imposibilitatea îngroşării şi deshidratării suspensiei de microalge pentru utilizarea acesteia, caracterul sezonier de funcţionare, deoarece aceasta nu poate fi utilizată în perioada rece a anului.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în posibilitatea de exploatare a instalaţiei anul împrejur, majorarea eficacităţii procesului de creştere şi asigurarea condiţiilor de utilizare a microalgelor datorită evacuării acestora în formă de pastă sau de masă deshidratată.

Invenţia înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un rezervor, în interiorul căruia sunt amplasate un schimbător de căldură, blocuri de lămpi de tip LED şi un corp cilindric cu un spaţiu deschis în partea de sus. În interiorul corpului este fixat un filtru conic în formă de arc cu fante cu bază oarbă, de care este fixată o tijă verticală, unită cu un vibrator electric. Printr-o bază trece un tub, unit cu un traductor de presiune hidraulică cu contacte electrice. Partea de jos a corpului este executată conică şi este unită, printr-o conductă cu un ventil, cu o pompă cu un by-pass. Conducta este unită printr-o conductă de evacuare a biomasei cu un ventil, cu un bloc de centrifugă cu autocurăţire. Instalaţia mai conţine un compresor pentru admisia amestecului de gaze-aer cu conţinut sporit de bioxid de carbon, unit cu un barbotor, amplasat în partea de jos a rezervorului. Instalaţia conţine, de asemenea, un aparat de comandă, legat cu vibratorul electric, ventilele, pompa, centrifuga şi traductorul.

În calitate de lămpi de tip LED pot fi utilizate lămpi cu flux de lumină albă de 1000…2000 lm sau de tipul 5G LED GROW cu lumina roşie cu λ=660 nm şi lumina albastră cu λ=470 nm pentru deconectarea şi conectarea lor consecutivă în timpul zilei şi nopţii. Filtrul poate fi executat din sârmă de oţel cu grosimea de 1…3 mm.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în posibilitatea de exploatare a instalaţiei anul împrejur, majorarea eficacităţii procesului de creştere şi asigurarea condiţiilor de utilizare a microalgelor datorită evacuării acestora în formă de pastă sau masă deshidratată.

Acest rezultat se obţine datorită construcţiei instalaţiei, care este realizată în baza unei cisterne standard sau a unei capacităţi similare, care poate fi executată cu termoizolare din partea exterioară, sau poate fi exploatată într-o încăpere încălzită şi încălzită suplimentar cu ajutorul schimbătoarelor de căldură. Totodată, microflora este iluminată de lămpile LED ergonomice cu flux de lumină roşie şi albastră, care sunt optime pentru dezvoltarea microalgelor. Datorită acestui fapt, procesul de creştere a microalgelor poate decurge şi noaptea, ceea ce majorează productivitatea de obţinere a biomasei verzi. În condiţiile de fotosinteză a microalgelor de Spirulina platensis şi/sau Lemna, şi/sau Chlorella pyrenoidosa conţinutul de proteine este de 70%, ceea ce reprezintă un supliment proteic preţios pentru animale.

Eficacitatea procesului de cultivare a microalgelor se asigură prin introducerea continuă a amestecului de bioxid de carbon necesar pentru dezvoltarea microalgelor, prin crearea condiţiilor pentru un schimb de masă sporit în instalaţie şi prin dozarea în mediul apos a substanţelor nutritive. Totodată, în calitate de absorbant al bioxidului de carbon se utilizează apa, care circulă prin instalaţie, în care solubilitatea acestuia la temperatura camerei este de 1174 ml/l, şi care îmbogăţită este direcţionată la creşterea microalgelor cu transformarea biochimică concomitentă din СО2 în О2 în condiţiile fotosintezei. Astfel, 1 kg de masă de microalge generează 2 kg de oxigen (О2), care se elimină în atmosferă, diminuând şi degajarea bioxidului de carbon în atmosferă.

Prezenţa filtrului conic în formă de arc cu fante în mediul apos de microalge asigură posibilitatea evacuării continue sau periodice a microalgelor crescute prin îngroşarea şi deshidratarea lor. Această instalaţie este simplă din punct de vedere constructiv, cu un proces de filtrare eficient, cu capacitate sporită a concentratului şi cu durata ciclului de filtrare sporită. Procesul de regenerare a dispozitivului de filtrare de acest gen se asigură prin întinderea arcului şi mărirea distanţei dintre spirele acestuia, ceea ce conduce la spălarea microalgelor concentrate la trecerea în sens invers a apelor limpezite din spaţiul de deasupra filtrului. Astfel se diminuează consumul total de apă pentru spălarea filtrului şi se asigură posibilitatea dirijării procesului în regim automat.

Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă schema instalaţiei.

Instalaţia conţine compresorul 1 al amestecului de gaze-aer, rezervorul 2 cu un capac 3, un închizător hidraulic 4 cu un racord 5 pentru debitarea apei, rezervorul 6 pentru mediul nutritiv, blocuri de lămpi de tip LED 7, schimbătorul de căldură 8, barbotorul 9, corpul cilindric 10 cu filtrul 11 conic în formă de arc cu fante cu baza oarbă 12, de care este fixată tija 13 verticală unită cu vibratorul electric 14, baza 15 în formă de disc, o zonă de filtrare 16, spaţiul 17 deschis în partea de sus a corpului 10, conducta 18 cu ventilul electromagnetic 19 şi pompa 20 cu by-passul 21, conducta de evacuare 22 cu ventilul electromagnetic 23, blocul de centrifugă 24 cu autocurăţire, traductorul 25 de presiune hidraulică cu contacte electrice şi aparatul de comandă 26.

Instalaţia funcţionează în modul următor.

Prin racordul 5 se debitează apa şi cultura de microalge pânâ la nivelul stabilit şi din rezervorul 6 se dozează cantitatea prestabilită de mediu nutritiv, de exemplu uree. Apoi se conectează compresorul 1 şi în barbotorul 9 se debitează amestecul de gaze-aer, saturat cu bioxid de carbon, de exemplu, de la procesul de fermentaţie alcoolică, care asigură activitatea vitală a microalgelor, precum şi schimbul de masă în volumul instalaţiei. Concomitent, se conectează schimbătorul de căldură 8 pentru asigurarea temperaturii optime de 31…33°С în rezervorul 2, precum şi lămpile de tip LED 7. Prin aceasta se asigură creşterea rapidă a microalgelor cu productivitatea culturii de până la 8 g recalculată în biomasă uscată la 1 l de mediu. Bioxidul de carbon din amestecul de gaze-aer, debitat în barbotorul 9, se dizolvă în apă, accelerând creşterea microalgelor, iar excesul de aer se evacuează prin închizătorul hidraulic 4.

Totodată, microalgele se distribuie practic uniform în mediul apos, formând o suspensie slab concentrată, care necesită îngroşarea şi deshidratarea biomasei pentru utilizarea acesteia ca hrană concentrată pentru animale.

În acest scop, pe măsura atingerii concentraţiei necesare a biomasei, se realizează îngroşarea şi deshidratarea acesteia, pentru care, cu ajutorul aparatului de comandă 26, se deschide ventilul 19 şi se conectează pompa 20, suspensia prin by-passul 21 se repompează în corpul cilindric 10 cu filtrul 11, unde soluţia apoasă se limpezeşte trecând prin fantele de spire ale arcului din filtrul 11, umplând spaţiul 17 şi ajungând în rezervorul 2. În aşa mod microalgele se îngroaşă în zona de filtrare 16 până la o anumită densitate. Prin urmare, permeabilitatea apei prin fante se micşorează, şi presiunea în zona de filtrare 16 creşte, ajungând la valoarea prestabilită, care este înregistrată de traductorul 25 de presiune hidraulică.

În această perioadă de la traductorul 25 semnalul se transmite la aparatul de comandă 26, se deconectează pompa 20, se închide ventilul 19, se deconectează vibratorul electric 14 şi concomitent se deschide ventilul 23 şi se conectează blocul de centrifugă 24. Prin urmare, la funcţionarea vibratorului electric 14 cu ajutorul tijei 13, fixată la baza oarbă 12 a filtrului 11, arcul acestuia se întinde şi apa din spaţiul 17 trece în zona de filtrare 16, spălând stratul de microalge din partea exterioară a arcului din filtrul 11 şi evacuându-l prin conducta de evacuare 22 în centrifuga 24 pentru deshidratarea biomasei.

În calitate de centrifugă 24 poate fi utilizată construcţia orizontală cu mecanism cu cuţite pentru înlăturarea continuă a sedimentului.

Pe măsura evacuării din zona de filtrare 16 a microalgelor, presiunea controlată de traductorul 25 în această zonă scade, semnalul se transmite la aparatul de comandă 26, se închide ventilul 23, se deconectează vibratorul electric 14 şi centrifuga 24, concomitent se deschide ventilul 19 şi se conectează pompa 20 şi astfel se reia fitociclul. Totodată intervalul de timp de conectare a fitociclului poate fi reglat în funcţie de viteza de creştere a biomasei, care se stabileşte experimental.

Astfel se atinge scopul prezentei invenţii.

1. RU 91338 U1 2009.06.25

2. MD 73 B1 1994.11.30

Claims (3)

1. Instalaţie pentru cultivarea microalgelor, care conţine un rezervor (2), dotat cu racorduri de admisie a apei cu cultura de microalge şi de evacuare a biomasei şi ventile, o sursă de lumină, un rezervor (6) pentru mediul nutritiv şi o pompă (20), caracterizată prin aceea că suplimentar conţine un compresor (1) pentru admisia amestecului de gaze-aer cu conţinut sporit de bioxid de carbon, unit cu un barbotor (9), amplasat în partea de jos a rezervorului (2); rezervorul (2) este executat în formă de cisternă, în interiorul lui sunt amplasate un schimbător de căldură (8), sursele de lumină, care sunt executate în formă de blocuri de lămpi de tip LED (7), şi un corp cilindric (10) cu un spaţiu (17) deschis în partea de sus, în interiorul corpului (10) este fixat prin intermediul unei baze (15) un filtru (11) conic în formă de arc cu fante cu bază oarbă (12), de care este fixată o tijă (13) verticală, unită cu un vibrator electric (14), totodată prin baza (15) trece un tub, unit cu un traductor (25) de presiune hidraulică cu contacte electrice; partea de jos a corpului (10) este executată conică şi este unită, printr-o conductă (18) cu un ventil (19), cu pompa (20) cu un by-pass (21); conducta (18) este unită printr-o conductă de evacuare (22) a biomasei cu un ventil (23), cu un bloc de centrifugă (24) cu autocurăţire; mai conţine un aparat de comandă (26), legat cu vibratorul electric (14), ventilul (19), pompa (20), ventilul (23), centrifuga (24) şi traductorul (25).

2. Instalaţie, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că în calitate de lămpi de tip LED se utilizează lămpi cu flux de lumină albă de 1000…2000 lm sau de tipul 5G LED GROW cu raportul dintre lumina roşie cu λ=660 nm şi lumina albastră cu λ=470 nm pentru deconectarea şi conectarea lor consecutivă în timpul zilei şi nopţii.

3. Instalaţie, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că filtrul (11) este executat din sârmă de oţel cu grosimea de 1…3 mm.