Культиватор для выращивания хлореллы в искусственных условиях
|
Скачать 205.84 Kb.
|
|
КУЛЬТИВАТОР ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ХЛОРЕЛЛЫ В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ Цель проекта: создание энергоэффективного и автоматизированного культиватора нового поколения для выращивания хлореллы в искусственных условиях. Хлорелла – это представитель рода одноклеточных зеленых водорослей. Эту водоросль используют в животноводстве в качестве корма. Хлорелла является активным продуцентом биомассы и содержит полноценные белки, жиры, углеводы и витамины. Хлорелла входит в категорию «суперпродуктов». Среди растений, хлорелла стоит на первом месте по очень многим показателям. Так, например, в биомассе хлореллы белков составляет 40-60 %, углеводов - 30-35 %, липидов 5-10 % и до 10 % минеральных веществ [1]. Цель проекта является создание энергоэффективного и автоматизированного культиватора нового поколения для выращивания хлореллы в искусственных условиях. Применение хлореллы в различных областях деятельности человека очень широкое:
Известно, что хлорелла благодаря своим свойствам позволяет:
В условиях сложившейся политической, а как вследствие, и экономической ситуациях, появляется потребность в поднятии отечественного сельского хозяйства, именно на это и направлен наш проект. Также применение микроводоросли разрешает отказаться от широкого использования синтетических препаратов, стимуляторов и антибиотиков и ориентация животноводства на получение только экологически чистой продукции с высокими потребительскими качествами. Актуальностьпроекта (решение проблемы): в условиях сложившихся политической, а как вследствие, и экономической ситуаций, появляется потребность в поднятии отечественного сельского хозяйства. Для культивирования микроводорослей применяется специальное устройство, обычно называемое установкой или реактором. Продуктивность микроводорослей в основном зависит от типа и конструктивных особенностей этих установок. Первые открытые установки были созданы японскими исследователями. Они представляли собой круглый открытые цементированные бассейны диаметром 3-20 м с толщиной слоя суспензии водорослей 10-12 см. перемешивание суспензии осуществляется при помощи насоса, который забирает жидкость из бассейна и возвращает её обратно по трубам, которые вращает реактивная сила выбрасываемой суспензии [1]. Задачей нашего проекта является создание культиватора, который будет обеспечивать водоросли всеми необходимыми условиями для их жизни и размножения. Важнейшим параметром, который оказывает действие на процесс роста микроводорослей, является свет. И в качестве источника света в закрытых установках традиционно применяют лампы накаливания, в том числе кварцевые галогенные с отражателями, зеркальные лампы, люминесцентные. Используют также дуговые ртутные люминесцентные, ксеноновые, натриевые. По сравнению с естественными источниками света искусственные источники могут создавать большую облученность, нежели солнечный свет. В настоящее время, на рынке светотехники широкое внедрение получили светодиоды, которые обладаю рядом преимуществом перед традиционными источниками света. Благодаря светодиодам, можно точно подобрать параметры излучения – длину волны, мощность, спектр необходимые для культивирования водорослей. Современные светодиоды перекрывают весь видимый диапазон оптического спектра: от красного до фиолетового цвета. Диапазон длин волн излучения светодиодов в красной области спектра составляет от 620 до 635 нм, в оранжевой - от 610 до 620 нм, в жёлтой - от 585 до 595 нм, в зелёной - от 520 до 535 нм, в голубой - от 465 до 475 нм и в синей - от 450 до 465 нм. Таким образом, составляя комбинации из светодиодов разных цветовых групп, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне [2]. По сравнению с традиционными источниками света, светодиоды очень долговечны. Срок службы современных светодиодов 50-100 тысяч часов при условии 30% снижения светового потока. Светодиоды схемотехнически просто объединяются в последовательно - параллельные структуры, так же несложно осуществлять управление яркостью. Неочевидным плюсом является отсутствие излучения в ближнем ИК диапазоне. В силу своей твердотельной конструкции светодиоды более экологически безопасны и в отличие от люминесцентных ламп не содержат ртуть. Кроме того, светодиоды имеют максимальную светоотдачу, обладают более высоким (до 80 %) коэффициентом полезного использования электроэнергии по сравнению даже с люминесцентными лампами, КПД которых не превышает 50 %.Кроме того, конструктивные особенности светодиодных систем позволяют размещать источники света внутри суспензии микроводорослей, что позволяет лучше утилизировать энергию излучения [3]. Поэтому мы поставилиперед собой задачу использовать для нашего культиватора светодиодный источник излучения. Прежде всего, необходимо провести ряд экспериментов, которые позволят определить спектр чувствительности хлореллы, а также подобрать спектр облучения, при котором прирост концентрации хлореллы в суспензии будет максимальным. Но необходимо учитывать, что быстрый рост при монохроматичном излучении может повлиять на качественные характеристики микроводоросли. Форма культиватора является также важной частью проекта, т.к. это решит проблему потерь излучения, которая существует в применяемых культиваторах на сегодняшний день. Был произведен анализ формы реактора микроводорослей ФБР-150, которую предлагает предприятие ООО НПК "ДЕЛО" [4]. Была проведена реконструкция ФБР-150 в программе DiaLUX, которая наглядно демонстрирует потери в углах культиватора. Наш проект предполагает выбор наиболее подходящей формы для обеспечения наименьших потерь излучения, а так же для наилучшего обеспечения микроводорослей всеми необходимыми условиями. При увеличении концентрации хлореллы в суспензии неизбежно будет уменьшаться коэффициент пропускания излучения. Планируется также учесть этот фактор в проекте во время моделирования геометрических характеристик резервуара для культиватора. Более того, в проекте имеет место автоматизация. Прогнозируется создать культиватор с постоянным контролем необходимых параметров для роста водорослей. На рисунке 1 можно увидеть примерную модель аквариума.  Рисунок 1. Цилиндрический аквариум Реактор будет иметь датчики фиксации данных,блок управления и устройства для поддержания необходимых параметров. Первыми будут являться датчики
Второй обязательный элемент – блок управления (БУ), который состоит из нескольких блоков микросхем. Последней составляющей будут исполнительные органы культиватора, такие как Помимо вышеуказанных элементов культиватора существует вспомогательный – выпускной клапан, служащий для контроля давления внутри реактора. Создание модели автоматической системы даст возможность отладить каналы связи устройств, а в будущем облегчить эксплуатацию культиватора. План реализации проекта, смотреть таблицу 1, состоит из нескольких этапов: Таблица 1. План реализации проекта
Мы ожидаем, что наш новый фото-биоректор позволит максимально автоматизировать выращивание микроводорослей, а так же устранить все имеющиеся недостатки применяемых на сегодня культиваторов. Скорость получения и качество готового продукта должны выйти на новый уровень и, в то же самое время, сократиться затраты на электроэнергию и работу обслуживающего персонала. Нашими партнёрами действующими и предполагаемыми являются (см. таблицу 2): Таблица 2. Партнеры проекта
На сегодня существует необходимость в ресурсах таких как: 1. Кадровые
2. Информационные
Учитывая небольшие размеры разработанной установки, планируется применять фото-биореактор в сельском хозяйстве. Планируемый масштаб реализации разработанного проекта-на данный момент на региональном уровне. Успешно развиваясь, разработанный проект может достигнуть межрегионального уровня. Так как в данной разработке для освещения аквариума используются светодиодные светильники, затраты на электричество сократятся по сравнению с использующимися в современных фото-биореакторах галогенных и люминесцентных ламп. Так же срок службы светодиодов намного больше, чем у других ламп. Учитывая, что система фото-биореактора полностью автоматизирована, сократятся затраты персонал - для обслуживания одной или нескольких установок будет достаточно контроля одного человека. На основе вышесказанного, в сравнении с использующимися на данный момент фото-биореакторами, данная установка по кульо кулктивности фермах, т.к. т производствахапатентованными разработками, уровня. ять фото-биореактор в сельском хозяйстве.тивированию хлореллы может получить масштабное развитие не только в больших сельскохозяйственных производствах, но и на малых фермах, т.к. увеличивается продуктивность сельскохозяйственных животных при использовании суспензии хлореллы. Более того, хлорелла, являясь пробиотиком, позволяет отказаться от кормовых антибиотиков. В началемы планируем распространить установку в Томской области, целевой аудиторией могут стать предприятия производящие мясо и молочные продукты, а также яйца, эти компании представлены в таблице 3. Таблица 3. Целевая аудитория Томской области
Ценность нашего проекта для потребителей в том, что простота и надежность технологии культивирования хлореллы позволяет получать ее в условиях хозяйств, круглый год стабильно высокого качества в необходимом объеме. Для нее не применительно понятие срока хранения. Хлорелла скармливается животным в свежеприготовленном виде, что гарантирует полную сохранность в ее составе особо ценных веществ, имеющих по своей природе минимальные сроки хранения. В РФ хлореллу создают едва отдельные компании и то, по большей части, для собственных нужд. И в Иркутске имеется в нынешнее время опытно–экспериментальная агрегат по выращиванию хлореллы в ИГОО “Экологическая группа”, где по мере потенциала, вследствие неизменной нехватки средств, проводятся исследования и разрабатываются новейшие методики и технологии. Научно-производственная компания "ДЕЛО" является родоначальником внедрения инновационной биотехнологии хлореллы в животноводство. Культивирование хлореллы ведётся не стерильно, поэтому требования к используемым помещениям просты: минимальная температура в зимний период должна быть не ниже 15 градусов Цельсия, наличие водопровода и эл. питания 220 В. Для выращивания хлореллы используются: - установки серии КМК (культиватор маточной культуры) - КМК-150, представленный на рисунке 2, производительностью 50 литров суспензии в сутки; Потребляемая эл. мощность КМК-150 – 0,3 кВт/ч. Размеры установки 1,5*0,5*1,1 метра.  Рисунок 2. КМК-150 - установки серии ФБР (рисунок 3) - ФБР-150 и ФБР-250, производительностью соответственно 150 и 250 литров суспензии в сутки.  Рисунок 3. ФБР-150 Потребляемая эл. мощность ФБР-150 – 0,7 кВт/ч. Размеры установки 1,5*1,0*1,1 метра. Потребляемая эл. мощность ФБР-250 – 1,0 кВт/ч. Размеры установки 2,2*1,0*1.1 метра. Стоимость ФБР-250 – 285 тыс. рублей. Стоимость реактивов на год для ФБР-150 – 7,5 тыс. рублей, ФБР-250 – 10,5 тыс. рублей. Культиватор хлореллы КХ-60 (рисунок 4) представляет собой модульную установку с производительностью суспензии хлореллы 60 литров в сутки и плотностью клеток 50- 60 млн/мл.  Рисунок 4. КХ-60 Культиватор хлореллы КХ-60 состоит из одной емкости, двух светильников в стеклянных колпаках и сетчатой крышки [4]. Для сравнения в зарубежных фотобиореакторов закрытого типа, представлен на рисунке 5, для промышленного выращивания микроводорослей хлорелла (Chlorellavulgaris) и спирулина (Spirulinaplatensis), в качестве исходного сырья для продуктов питания и как функциональное дополнение, например, в молочных продуктах, напитках, хлебобулочных и макаронных изделиях, а также используемые в пищу и в качестве биологически активной добавки (БАД) или как биодобавки в кормах [5].  Рисунок 5. Реактор закрытого типа Более конкретно онкуренты по культивированию хлореллы представлены в таблице 4. Таблица 4. Конкурентные компании
Наш проект имеет преимущества в энергоэффективности и ресурсоэффективности в отличие от конкурентов. Учитывая, что в Томской области сельское хозяйство на высоком уровне, данный проект получит быстрое развитие и популярность среди ферм больших и малых. При этом существуют возможные риски, которые стоит учесть, они отображены в таблице 5. Таблица 5. Возможные риски
Заключительным разделом описания нашего проекта служит финансовый план. Он включает в себя описание необходимых для реализации проекта средств, расходную часть, а также оценку экономической эффективности проекта, доступную на данном этапе реализации проекта. В таблице 6 представлены инвестиционные расходы, включающие в себя все необходимые материальные и технические ресурсыдля создания прототипа установки культиватора. Таблица 6. Инвестиционныерасходы
Инвестиционные вложения в проект составляют 69 450 рублей и направлены на приобретение необходимых составляющих для создания опытного образца. Большинство позиций таблицы 6 представлены на рисунке 1. Также в инвестиционные расходы включена питательная среда, необходимая для прироста хлореллы, и маточная культура хлореллы, помещающаяся в питательную среду. Расходы на фонд оплаты труда (ФОТ), представлены в таблице 7, составляют 86 тыс. руб. в месяц при среднесписочной численности персонала 8 человек. Таблица 7. ФОТ
Текущие расходы проекта в месяц представлены в таблице 8. Таблица 8. Текущие расходы
*Расходы планируется компенсировать посредством участия ВУЗов-партнеров. По предварительным расчетам на реализацию проекта требуется 952 450 руб., с учетом работы над реализацией проекта в течении 9 месяцев и непредвиденных расходов (100 тыс. руб.). Дальнейшие планы нашего проекта состоят в следующем: 1. Получение патента 2. Создание дочерней компании НИ ТПУ 3. Выход на рынок Томска 4. Томской области. Список используемой литературы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Дисковый культиватор Легкий 16-дисковый культиватор 1bqx 5 7 применяется для измельчения комьев земли, оставшихся после вспашки, и подготовки земли для... |
|
Руководство по эксплуатации культиватор Представляем вашему вниманию инновационный вспахиватель-культиватор Mantis, призванный изменить традиции садоводства в Америке |
|
Руководство по эксплуатации культиватор Представляем вашему вниманию инновационный вспахиватель-культиватор Mantis, призванный изменить традиции садоводства в Америке |
 |
Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Культиватор Бензиновый Бензиновый культиватор представляет собой легкую машину с одной передачей для работ по рыхлению, окучиванию, нарезке грядки и уничтожению... |
|
Профессиональный стандарт ... |
|
Профессиональный стандарт ... |
|
Профессиональный стандарт ... |
|
Профессиональный стандарт ... |
|
14-44-2012 (4020132) Культиватор для сплошной обработки почвы ксп-4,2н-н Культиватор ксп-4,2н-н предназначен для сплошной, предпосевной и паровой обработки почвы с одновременным боронованием. Применяется... |
|
Минимальные условия выращивания Эустома обычно выращивается в хорошо оборудованных теплицах. Поддерживается температура от 15 0С ночью и 21-220С в дневное время.... |
|
Руководство состоит из основной части и приложения. 8 основной части... В приложении даны методы расчетов, результаты расчетов и конструкции дорожных одежд с покрытиями из искусственных камней для различного... |
|
Клинические рекомендации «Диагностика, лечение и профилактика инфекционных... Фгбу «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова», Заведующий кафедрой трансплантологии... |
|
Международная научно-техническая интернет конференция «Актуальные... Материалы Международной научно-технической Интернет конференции «Актуальные проблемы выращивания и переработки прудовой рыбы» |
|
Российской федерации Культиватор кпс-5 предназначен для предпосевной, сплошной обработки почвы и обработки паров с рабочей скоростью до 12 км/ч |
|
Российской федерации Культиватор кпс-4 предназначен для предпосевной, сплошной обработки почвы и обработки паров с рабочей скоростью до 12 км/ч |
|
12-14-2005 (1020132) Культиватора комбинированного кпэ-3,8В Культиватор комплектуется мульчирующим приспособлением, предназначенным для уничтожения сорняков, выравнивания микрорельефа поверхности... |