Otočný panelový fotobioreaktor (PBR) pro intenzivní kultivaci mikrořas

0438127 - MBÚ 2015 RIV CZ cze L - Prototype, f. module
Kopecký, Jiří - Masojídek, Jiří - Sergejevova, Magda
Otočný panelový fotobioreaktor (PBR) pro intenzivní kultivaci mikrořas.
[Rotating vertical flat-plate photobioreactor (PBR) for intensive cultivation of microalgae.]
Internal code: B-MBÚ-2014-4 ; 2014
Technical parameters: Rozměry: 80*6*60 cm Pracovní objem: 25 L
Economic parameters: Uvedené řešení solárního PBR umožňuje maximální využití slunečního záření při intenzivní kultivaci fototrofních mikroorganismů za současného vyloučení fotoinhibice na počátku kultivačního cyklu. Výsledkem je zkrácení kultivačního času, což zvýší objem produkce.
R&D Projects: GA MŠMT ED2.1.00/03.0110
Institutional support: RVO:61388971
Keywords : rotating photobioreactor * photoinhibition * microalgae
Subject RIV: EE - Microbiology, Virology

V klimatických podmínkách ČR není možné především z důvodu nestálých klimatických podmínek mírného pásu tyto jednotky provozovat celoročně. Proto se používají i uzavřené systémy – fotobioreaktory (PBR) jednak z důvodu kontroly kultivačních podmínek fototrofního růstu a jednak z důvodu kontaminace pomalu rostoucích kultur mikrořas jinými mikroorganismy. Je však potřeba mít na paměti určité problémy, mezi které patří především fotoinhibice nebo účinnost využití světla v kulturách mikrořas pro produkci biomasy. Dále pak přehřátí kultury v důsledku silného slunečního záření, ke kterému dochází zejména ve PBR s vysokým poměrem povrchu k objemu. U statických kultivačních systémů není možná změna orientace a tím žádná regulace dopadajícího slunečního záření. Možností, jak regulovat dopadající sluneční záření ve fotobioreaktorech, je použití dynamického systému. Návrh řešení se týká konstrukce PBR pro intenzivní kultivaci mikrořas ve vertikálním panelu s možností otáčení kolem svislé středové osy na kruhovém podstavci. Navrhovaný fumkční vzorek může využít krokového motoru v kombinaci s časovačem (případně světelným čidlem) k nastavení orientace panelu buď k maximálnímu využití slunečního záření (kolmo) nebo k využití jen části slunečního záření nastavením jiného úhlu orientace. PBR je vybaven smyčkou z nerezové oceli připojenou na uzavřený chladící okruh a aerační smyčkou na dně PBR dodávající směs vzduchu a CO2 pro fotosyntézu a umožňující míchání suspenze. Hlavní výhody 1. Maximální využití dopadajícího slunečního záření v kulturách s vysokou hustotou buněk nastavením expozice panelu kolmo na sluneční paprsky. 2. Možnost snížit fotoinhibici fotosyntézy ve zředěných řasových kulturách snížením intenzity dopadajícího slunečního záření vhodným natočením fotobioreaktoru . 3. Regulovat teplotu kultury nejen chlazením, ale i změnou expozice fotobioreaktoru vzhledem k dopadajícímu slunečnímu záření.

In moderate climatic zone, for example ČR, open ponds can be operated for 5-6 months, because of variable environmental conditions, especially irradiance and temperature. Thus, closed systems – photobioreactors (PBR) are used for control of culture conditions of phototrophic growth and contamination of slowly-growing cultures by other microorganisms. However, it is important to keep in mind certain problems that include photoinhibition and photosynthetic efficiency in order to maximize biomass production. Furthermore, overheating of the culture due to the strong sunlight can occurs mainly in PBR with a high exposed surface to volume ratio. In static cultivation systems irradiance regulation is complicated, unless some kind of shading is used. In PBRs the way how to regulate the incident solar radiation and thus prevent overheating and photoinhibition is the use of a dynamic cultivation system. The PBR type proposed can be used in combination with a step engine and clock (resp. light sensor) timer to adjust the angle of orientation to maximize irradiance use (perpendicular) or only partial use of sun adjusting cross angle. PTB has a loop connected to a closed cooling system and aeration which enables mixing and supply of CO2 for photosynthesis. This PBR allows to regulate the intensity of the incident radiation with the following properties: 1. Maximum utilization of incident solar radiation in dense cultures by exposure panel perpendicular to the sun. 2. The possibility to reduce photoinhibition in diluted microalgal cultures by reducing the intensity of the incident solar radiation by changing of angular position of panel. 3. Temperature control by changing the angle of panel exposure to the incident sunlight.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0241607