一種浮萍栽培方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高蛋白浮萍栽培方法，是流動(dòng)態(tài)水培養(yǎng)方法，是將培養(yǎng)液注入培養(yǎng)池，將浮萍接種在培養(yǎng)液表面，保持培養(yǎng)池內(nèi)培養(yǎng)液呈流動(dòng)態(tài)，定期打撈收獲浮萍；培養(yǎng)液是含氮磷的污水，在培養(yǎng)池中的水力停留時(shí)間為15天～35天。為滿足高效生產(chǎn)浮萍需要，培養(yǎng)池設(shè)計(jì)為由多個(gè)子池分隔串聯(lián)而成，培養(yǎng)池前端有進(jìn)水口，后端有出水口，相鄰池子間有連接口，連接口上下交替設(shè)置，同時(shí)培養(yǎng)池中可增設(shè)生物填料。本發(fā)明提供的浮萍栽培方法能夠穩(wěn)定高效地生產(chǎn)粗蛋白含量高的浮萍，且操作簡單，成本低廉，并且不受季節(jié)限制，容易推廣應(yīng)用。并在增設(shè)生物填料條件下，同時(shí)達(dá)到高效生產(chǎn)浮萍和降低污水氨氮濃度的效果。
【專利說明】一種淳萍栽培方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水生植物培養(yǎng)領(lǐng)域，特別涉及一種高蛋白浮萍栽培方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源需求、環(huán)境壓力以及糧食安全問題的不斷加劇，人們著眼于開發(fā)和研究 新型的可替代性清潔生物能源。浮萍作為一種很常見的水生植物，由于具有生長快、易打 撈、生物質(zhì)蛋白含量高、淀粉含量高、纖維素含量低等特性，是研究和應(yīng)用最多的水生植物 之一。
[0003] 研究表明，浮萍可作為高蛋白質(zhì)飼料。與其他常用飼料的作物相比，浮萍的纖維含 量比草料作物（苜蓿和狗牙根）低，蛋白與常用的飼料（棉籽粉、大豆和豆柏）相當(dāng)，而鈣、 磷、灰分卻超過常用的飼料，因此作為動(dòng)物飼料，將會(huì)很受歡迎。更重要的是與常用的飼料 相比，浮萍的生物質(zhì)產(chǎn)量和蛋白產(chǎn)量都更高，其蛋白生產(chǎn)力是大豆的10倍以上。因此長期 以來，浮萍作為良好的飼料被廣泛用于各種魚類、禽類和畜類的飼養(yǎng)。
[0004] 而且，浮萍植物可以從農(nóng)業(yè)和城市污水中提取氮、磷污染物。污水營養(yǎng)元素（氮和 磷）的過量排放能夠?qū)е滤廴竞鸵鹚w富營養(yǎng)化等水環(huán)境問題。浮萍能夠直接吸收污 水的營養(yǎng)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化生物質(zhì)資源，同時(shí)還具有運(yùn)行成本低、操作簡單等優(yōu)勢(shì)，受到越來 越多青睞。
[0005] 此外，由于浮萍光合作用能力很強(qiáng)大，可用于生產(chǎn)生物燃料，是一種新的生物能 源；浮萍還具有良好的醫(yī)藥價(jià)值等等。
[0006] 然而，目前浮萍的生產(chǎn)多是自然條件下培養(yǎng)，操作不一、浮萍產(chǎn)量、粗蛋白含量波 動(dòng)較大、品質(zhì)難于控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種低成本的、高效生產(chǎn)高蛋白含量的浮萍栽培方法。技術(shù)方案如 下：
[0008] -種浮萍栽培方法，是流動(dòng)態(tài)水培養(yǎng)方法，是將培養(yǎng)液注入培養(yǎng)池，將浮萍接種在 培養(yǎng)液表面，保持培養(yǎng)池內(nèi)培養(yǎng)液呈流動(dòng)態(tài)，定期打撈收獲浮萍；其特征在于：所述培養(yǎng)液 是含氮磷的污水，培養(yǎng)液在培養(yǎng)池中的水力停留時(shí)間為15天?35天。
[0009] 上述浮萍栽培方法的技術(shù)原理在于：浮萍通過快速生長吸收培養(yǎng)液里的氮、磷，并 將其轉(zhuǎn)化成自身的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)高蛋白含量浮萍的生產(chǎn)，兼顧含氮磷的污水脫氮去鱗 的雙重功效，既環(huán)保又節(jié)約成本。本發(fā)明通過一端進(jìn)水，另一端出水的流動(dòng)水培養(yǎng)方法，增 加了上下層培養(yǎng)液的交換速率，保證水體表面氮磷隨時(shí)都能得到有效補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)高蛋 白浮萍的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。培養(yǎng)液進(jìn)出水方式可以是連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)排水或者是間歇進(jìn)水、間 歇排水。浮萍的產(chǎn)量和含蛋白量與水力停留時(shí)間有密切關(guān)系。停留時(shí)間過短，生化反應(yīng)不 充分，營養(yǎng)液中的氮磷難于得到有效利用；停留時(shí)間過長，易引起含氮磷的污水滯留、厭氧 區(qū)擴(kuò)大，浮萍產(chǎn)量得不到快速增長。本發(fā)明方法將培養(yǎng)液的水力停留時(shí)間作為關(guān)鍵工藝條 件加以控制。利用水力停留時(shí)間條件一方面調(diào)節(jié)培養(yǎng)液生化反應(yīng)進(jìn)程，另一方面調(diào)控浮萍 生長的最適營養(yǎng)因子，實(shí)現(xiàn)極低成本下的高蛋白浮萍的栽培和污水處理。
[0010] 本發(fā)明方法以含N、P污水為培養(yǎng)液，能夠在培養(yǎng)獲得高蛋白浮萍的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水 處理。在優(yōu)選條件下，培養(yǎng)液（即污水原水）N、P指標(biāo)滿足總氮（TN)濃度4mg/L?40mg/ L，總磷（TP)濃度lmg/L?6mg/L ;進(jìn)一步地，培養(yǎng)液N指標(biāo)滿足NH4+-N 3mg/L?30mg/L、 NOf-N Omg/L?10mg/L、NOf-N Omg/L?I. 8mg/L。在一定范圍內(nèi)，浮萍蛋白含量與培養(yǎng) 液中的氮含量相關(guān)，培養(yǎng)液氮含量越高，培養(yǎng)出的浮萍蛋白含量越高。
[0011] 栽培方法在培養(yǎng)期間的適宜生態(tài)因子條件為：月平均光照強(qiáng)度410 y mol/m2 ? s? 550iimol/m2 ? s，年均482iimol/m2 ? s ;月平均氣溫11°C?24°C，年均18. 8°C ;月平均水溫 12°C?23°C，年均17.4°C。光照、溫度是影響浮萍生長的重要因素，在一定范圍內(nèi)，光照強(qiáng) 度越強(qiáng)、日照時(shí)間越長，浮萍光合作用效率越高、生長越快；另外本發(fā)明優(yōu)選的浮萍生長氣 溫、水溫范圍維持在20°C左右，以利于浮萍生長。
[0012] 為同時(shí)滿足浮萍生長所需生長環(huán)境條件因子及污水凈化所需環(huán)境條件因子，培養(yǎng) 池中浮萍以100%?200%的覆蓋率接種在污水表面。一般地，每隔1天?8天打撈浮萍一 次，每次的打撈量為滿足打撈后污水表面浮萍的覆蓋率為100%?200%。理論上，打撈周 期越短生產(chǎn)效率越高，但打撈周期過短會(huì)導(dǎo)致打撈工作量增加，優(yōu)選為每隔1天?8天打撈 部分浮萍一次，同時(shí)為了使浮萍對(duì)污水中的氮磷始終具有較好的去除效果，每次浮萍的打 撈量應(yīng)滿足打撈后污水表面浮萍的覆蓋率仍為100 %?200%。
[0013] 上述浮萍培養(yǎng)方法中，為滿足高效生產(chǎn)浮萍需要，培養(yǎng)池設(shè)計(jì)為由多個(gè)子池分隔 串聯(lián)而成，培養(yǎng)池前端有進(jìn)水口，后端有出水口，相鄰池子間有連接口，為了避免向培養(yǎng)池 中排水過程中出現(xiàn)短路，該培養(yǎng)池的多個(gè)串聯(lián)子池間的連接口上下交替設(shè)置，同時(shí)培養(yǎng)池 中可增設(shè)生物填料。增設(shè)生物填料可以實(shí)現(xiàn)在不影響污水中氮轉(zhuǎn)化為高蛋白浮萍的同時(shí)， 利用填料生物膜上微生物的作用進(jìn)一步高效去除水體中的有機(jī)物和氮磷污染物，達(dá)到污水 達(dá)標(biāo)排放的目的。
[0014] 一般地，生物填料首先加工成球體和/或盤體，再進(jìn)一步將多個(gè)球體和/或盤體 的生物填料串聯(lián)成條狀生物填料，尤其如條彈性填料或條狀軟性填料。條狀生物填料下端 固定在培養(yǎng)池底，上端連接浮力材料，借助浮力材料的浮力使條狀生物填料樹立在培養(yǎng)液 中。優(yōu)化條件下，條狀生物填料頂端距離培養(yǎng)液液面IOcm?20cm，保證其有效覆蓋在水下。 為了填料在水中能夠在固定的區(qū)域內(nèi)全方位均勻分布，從而使氣、水、膜能夠充分接觸和滲 透。進(jìn)一步優(yōu)化是，條狀生物填料呈網(wǎng)格狀均勻設(shè)置在培養(yǎng)池即多個(gè)串聯(lián)的子池中。
[0015] 上述浮萍栽培方法中，浮萍優(yōu)選為綠萍Lemna Japonica 0223。采集自中國云南 省昆明市的滇池東岸，現(xiàn)保存于中國科學(xué)院成都生物研究所和美國羅格斯大學(xué)（Rutgers University)的浮萍種質(zhì)數(shù)據(jù)庫（Rutgers Duckweed Stock Cooperative, RDSC, http: // www. ruduckweed. org/)。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0017] 1.本發(fā)明提供了的高蛋白浮萍生產(chǎn)方法，浮萍干物質(zhì)產(chǎn)量（干基增長率）最大能 夠達(dá)到8. 94g/m2/d，能夠穩(wěn)定高效地生產(chǎn)浮萍。2.本發(fā)明所述方法能生產(chǎn)出年平均粗蛋白 含量高達(dá)35%的浮萍，打破了目前利用污水生產(chǎn)浮萍的粗蛋白含量低、難于控制以及氮回 收效率低的局限。3.本發(fā)明所述浮萍栽培方法操作簡單，成本低廉，并且不受季節(jié)限制，容 易推廣應(yīng)用。4.本發(fā)明所述方法在增設(shè)生物填料條件下，培養(yǎng)池中各季節(jié)出水中所有氮形 式（包括TN、NH4+-N、N(V-N和N(V-N)的濃度都低于未增設(shè)生物填料時(shí)的濃度，尤其在夏季 和秋季出水氨氮濃度能夠達(dá)到國家一級(jí)A標(biāo)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明所述方法中浮萍培養(yǎng)池的俯視圖。
[0019] 圖2為圖1浮萍培養(yǎng)池的側(cè)視圖。
[0020] 圖3為實(shí)施例一和實(shí)施例二中不同月份光照、溫度及浮萍的干物質(zhì)產(chǎn)量。
[0021] 圖4為實(shí)施例一和實(shí)施例二中污水的總氮去除率和總氮去除提高率。
[0022] 圖5為實(shí)施例一和實(shí)施例二中污水的氨氮去除率和氨氮去除提高率。
[0023] 附圖中的數(shù)字標(biāo)記分別是：
[0024] 1 一進(jìn)水管、2-排水管、3-子池、4 一池壁、5-液面、6-連接口、7-池底、8-生物 填料、Hl-培養(yǎng)池高度、H2-液面高度，Ll一子池長度、Wl-培養(yǎng)池寬度

【具體實(shí)施方式】
[0025] 通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述浮萍栽培方法進(jìn)一步說明。
[0026] 實(shí)施例一
[0027] 采用本發(fā)明方法栽培浮萍。
[0028] 1、浮萍培養(yǎng)
[0029] 圖1、2分別為浮萍培養(yǎng)池的俯視圖和側(cè)視圖。如圖所示本實(shí)施例培養(yǎng)池由4個(gè)子 池3串聯(lián)而成，子池3間有連接口 6 ;進(jìn)水管1位于培養(yǎng)池前端第一個(gè)池子，培養(yǎng)池后端最 后一個(gè)池子連接排水管2。圖2中，顯示出了培養(yǎng)池的多個(gè)串聯(lián)的池子間的連接口 6上下交 替設(shè)置。本實(shí)施例一中未添加圖2中的條狀生物填料。
[0030] 浮萍培養(yǎng)池各子池3的池壁4和池底7由混泥土制成，長度LI = 6. 2m，高度Hl = I. 7m，寬度Wl = 2. 75m。通過進(jìn)水管1向培養(yǎng)池中泵入I. 5m深的農(nóng)村生活污水和農(nóng)業(yè)灌溉 廢水的混合含氮磷污水作為培養(yǎng)液。在浮萍生長的過程中向培養(yǎng)池中注入培養(yǎng)液的濃度： TN 4 ?40mg/L (平均 23. 16mg/L)、NH4+-N 3 ?30mg/L (平均 18. 12mg/L)、N(V_N 0 ?IOmg/ L (平均 4. 63mg/L)、N02 -N 0 ?I. 8mg/L (平均 0? 52mg/L)、TP 1 ?6mg/L (平均 3. 44mg/L)。 然后向污水培養(yǎng)液中接種浮萍，選用綠萍L. japonica0223,剛好將水面蓋滿時(shí)的覆蓋率認(rèn) 為是100%，經(jīng)取樣測(cè)定100%時(shí)每平米的重量大約是275g浮萍鮮重/m 2。本實(shí)施例中對(duì)各 個(gè)小子池3中接種覆蓋均為413g浮萍鮮重/m2,覆蓋率約150 %。每天從進(jìn)水管1輸入污水 4m3,同時(shí)從排水管2排出4m3經(jīng)浮萍處理后的污水（每天進(jìn)水和排水持續(xù)的時(shí)間約為2h)， 即污水在培養(yǎng)池中的水力停留時(shí)間為25天。
[0031] 浮萍生長的過程持續(xù)一年，從2012年11月7日到2013年11月7日，本實(shí)施例 的浮萍栽培地點(diǎn)位于春城昆明，昆明處于亞熱帶地區(qū)，具有較明顯的光熱優(yōu)勢(shì)，全年晴天較 多、光照時(shí)間長、溫度適中，此氣候條件適宜浮萍全年快速生長及蛋白積累。培養(yǎng)一年期間 的月平均光照強(qiáng)度410 u mol/m2 ? s?550 u mol/m2 ? s (年平均482 u mol/m2 ? s)，月平均氣 溫lit：?24°C (年平均18.8°C)，月平均水溫12°C?23°C (年平均17.4°C)。期間每隔 4天對(duì)培養(yǎng)池污水表面的浮萍進(jìn)行一次定量取樣和打撈。
[0032] 2、浮萍鮮重的測(cè)定，以確定打撈量、保證覆蓋率
[0033] 2. 1在每個(gè)子池3的污水表面均勻?qū)ΨQ地放入5個(gè)長方形框體（由外直徑為20mm 的PVC管制成），各框體內(nèi)的水面面積均為0. Im2 ;
[0034] 2. 2撈取每個(gè)子池3中5個(gè)框體內(nèi)的所有浮萍，將撈取的浮萍用洗衣機(jī)甩干（每次 甩lmin，共甩2次）后稱重即得到每個(gè)子池3中0. 5m2水面面積所含有的浮萍鮮重；
[0035] 2. 3計(jì)算浮萍的生產(chǎn)量：根據(jù)第2步求得每個(gè)子池3中每Im2水面浮萍的鮮重，則 每個(gè)子池3中浮萍的凈生產(chǎn)量（g/m 2)=(取樣計(jì)算的每Im2水面浮萍的鮮重一初始接種時(shí) 每Im2水面浮萍的鮮重）X每個(gè)子池3水面面積。四個(gè)子池3的定量取樣及稱重等處理過 程是獨(dú)立進(jìn)行的，先算每個(gè)子池的產(chǎn)量，最終培養(yǎng)池的浮萍產(chǎn)量是四個(gè)子池產(chǎn)量的平均值。
[0036] 根據(jù)第3步計(jì)算所得每個(gè)子池3的浮萍鮮重生產(chǎn)量打撈浮萍，使打撈后浮萍在污 水表面的覆蓋率與初始接種時(shí)的覆蓋率保持一致。
[0037] 3、浮萍干重的測(cè)定
[0038] 3. 1將從上述各長方形筐內(nèi)取出并用洗衣機(jī)甩干的浮萍（2. 2中），置于60°C的烘 箱中干燥至恒重，將所得干浮萍稱重，測(cè)定到每次取樣浮萍的干重；
[0039] 3. 2計(jì)算出全部浮萍的干物質(zhì)產(chǎn)量：浮萍干物質(zhì)產(chǎn)量（g/m2 ?(!) = (取樣時(shí)浮萍的 干重一上次取樣時(shí)浮萍的干重）/取樣水面面積/培養(yǎng)時(shí)間；
[0040] 實(shí)施例中，計(jì)算浮萍的干物質(zhì)產(chǎn)量的結(jié)果見表1、圖3。4、浮萍粗蛋白含量的測(cè)定
[0041] 4. 1采用FOSS KJ2200凱氏定氮儀測(cè)定，具體為：稱取Ig干燥的浮萍粉末（3. 1 中），倒入凱氏燒瓶內(nèi)，加入0. 4?0. 5g硫酸銅與硫酸鉀的混合物（硫酸銅與硫酸鉀的質(zhì)量 比為1:15)以及12mL濃硫酸，于400°C消化3h得到消解液。然后按照FOSS KJ2200凱氏定 氮儀的標(biāo)準(zhǔn)操作程序自動(dòng)測(cè)定消解液中的凱氏氮含量（K/0。
[0042] 4. 2根據(jù)粗蛋白含量計(jì)算公式計(jì)算浮萍粗蛋白含量：浮萍粗蛋白含量= KjN X 6. 25。
[0043] 實(shí)施例中，浮萍的粗蛋白含量結(jié)果見表2。
[0044] 另外可以計(jì)算出污水培養(yǎng)液中由浮萍吸收作用的氮回收速率（g/m2/d)=浮萍凱 氏氮百分含量X浮萍干物質(zhì)產(chǎn)量。浮萍對(duì)氮的回收速率結(jié)果見表4。
[0045] 5、污水培養(yǎng)液中氮去除率、氮去除速率測(cè)定
[0046] 5. 1每隔1天測(cè)定一次各污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水中氮的濃度，每隔1天測(cè)定一次系統(tǒng) 出水中氮的濃度（見表3);
[0047] 5. 2計(jì)算污水培養(yǎng)液中氮去除率和去除速率：
[0048] 污水培養(yǎng)液氮去除率（％) =(進(jìn)水的氮濃度一出水的氮濃度）/進(jìn)水的氮濃 度 X 100% ;
[0049] 污水培養(yǎng)液的氮去除速率（g/m2/d)=(進(jìn)水濃度一出水濃度）X每天進(jìn)水量/表 面積。
[0050] 計(jì)算的污水氮去除率的結(jié)果見圖4?5中柱形所示；污水氮去除速率的結(jié)果見表 4。
[0051] 本實(shí)施例中，水體中的NH4+-N、N02_-N、N0 3_-N和TP濃度通過多功能水質(zhì)分析儀 PhotoLab 6100 (WTW，德國）測(cè)定，TN = NH4+-N+N(V-N+N(V-N，所用試劑為默克公司（Merck Corp，德國）的配套試劑，按照配套試劑的說明書進(jìn)行操作。水溫、氣溫和光照強(qiáng)度的測(cè)定 采用實(shí)時(shí)在線檢測(cè)儀ZDR-2W14(杭州澤大儀器，中國），設(shè)定為每IOmin自動(dòng)記錄一次。
[0052] 表1實(shí)施例一和實(shí)施例二中的各月份浮萍干物質(zhì)產(chǎn)量比較

【權(quán)利要求】
1. 一種浮萍栽培方法，是流動(dòng)態(tài)水培養(yǎng)方法，將培養(yǎng)液注入培養(yǎng)池，將浮萍接種在培養(yǎng) 液表面，保持培養(yǎng)池內(nèi)培養(yǎng)液呈流動(dòng)態(tài)，定期打撈收獲浮萍；其特征在于：所述培養(yǎng)液是含 氮磷的污水，培養(yǎng)液在培養(yǎng)池中的水力停留時(shí)間為15天?35天。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述培養(yǎng)液總氮濃度4mg/L? 40mg/L，總磷濃度 lmg/L ?6mg/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述培養(yǎng)液NH4+-N 3mg/L? 30mg/L、N03 -N Omg/L ?10mg/L、N02 -N Omg/L ?1. 8mg/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述栽培方法在培養(yǎng)期間的月 平均光照強(qiáng)度410 μ mol/m2 *s?550 μ mol/m2 *s年均482 μ mol/m2 *s ;月平均氣溫11°C? 24°C，年均18. 8°C ;月平均水溫12°C?23°C，年均17. 4°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮萍栽培方法，其特征在于：浮萍以100%?200%的覆蓋率 接種在培養(yǎng)液表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的浮萍栽培方法，其特征在于：每隔1天?8天打撈浮萍一次， 每次打撈量為滿足打撈后培養(yǎng)液表面浮萍的覆蓋率為100 %?200%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6任一所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述培養(yǎng)池是由多個(gè) 子池（3)組成的串聯(lián)池，培養(yǎng)池前端有進(jìn)水口（1)，后端有出水口（2)，相鄰子池（3)的連接 口（6)上下交替設(shè)置；所述培養(yǎng)池中增設(shè)生物填料（8)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述生物填料（8)是條狀，由球 體和/或盤體串聯(lián)組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述條狀生物填料呈網(wǎng)絡(luò)狀布 置在培養(yǎng)池中，下端固定在培養(yǎng)池底，上端連接浮力材料，所述浮力材料浮在培養(yǎng)液液面之 上，條狀生物填料頂端距離培養(yǎng)液液面l〇cm?20cm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、7、8、9任一所述的浮萍栽培方法，其特征在于：所述浮萍 是綠萍 Lemna.Japonica 0223。
【文檔編號(hào)】A01G31/00GK104255415SQ201410505275
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】趙海, 方揚(yáng), 靳艷玲, 趙永貴 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院成都生物研究所