一種水上圍隔式微藻培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圍隔式微藻培養(yǎng)裝置和方法，裝置包括環(huán)形浮床和圍隔，所述圍隔嵌于浮床內；圍隔的一邊與環(huán)形浮床的內環(huán)一邊通過連接軸連接，使得圍隔能繞連接軸旋轉，圍隔其他三邊上有連接繩，可拴在環(huán)形浮床內環(huán)對應邊上。使用上述裝置培養(yǎng)微藻的方法：首先，將該裝置放入污染水體中，讓圍隔與連接軸相對的一端自由下垂到水中，然后收緊連接繩，使得污染水體進入圍隔內。然后對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養(yǎng)基進行微藻培養(yǎng)，待培養(yǎng)5-7天、葉綠素a濃度達到1000μg/L后，對微藻水體進行收集。本發(fā)明將微藻簡易培養(yǎng)、二氧化碳吸收、水體凈化等效益相結合，顯著降低了微藻培養(yǎng)成本。
【專利說明】一種水上圍隔式微藻培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法
[0001]【技術領域】
本發(fā)明屬于微藻培養(yǎng)【技術領域】，具體涉及一種水上圍隔式微藻培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法。
[0002]【背景技術】
近一個世紀以來，世界人口快速增長，工業(yè)飛速發(fā)展，資源消耗驟增。一方面，以石油、燃煤為代表的化石燃料過度開采，幾近枯竭，能源短缺成為當今及以后社會的主要問題；另一方面，化石燃料大量消耗導致溫室氣體大量排放，自20世紀50年代起，C02濃度水平和全球溫度都有了明顯的升高，加劇了地球溫室效益，導致極端惡劣氣候頻發(fā)。因此，尋找可持續(xù)再生、環(huán)境友好的新型能源勢在必行。
[0003]水資源短缺及水環(huán)境問題也是人類社會面臨的嚴峻考驗。隨著人類社會經濟活動的深入發(fā)展，大量含有氮、磷等污染物的工業(yè)廢水排入水體，導致水體富營養(yǎng)化，引起藻類瘋長、有害藻華頻發(fā)，水質下降，嚴重威脅著人類飲水安全。太湖、巢湖、滇池以及三峽水庫等湖庫年年的藻類水華已經對相應區(qū)域人類活動構成嚴重影響。與此同時，全球40%的國家與地區(qū)面臨著缺水問題，水資源的可持續(xù)利用迫在眉睫。采用水體循環(huán)利用對減少污水排放、緩解水資源短缺具有重要意義。因此，研發(fā)高效、低廉、便捷的水質深度凈化技術具有顯著的應用前景。
[0004]微藻可能是人類解決上述問題的終極出路。首先，微藻油脂含量較高，某些單細胞微藻可積累相當于細胞干重20%~70%的油脂，其是單位面積菜籽產油率的80倍，是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。其次，微藻具有生長速率快、收獲時期短、光合利用效率高等特點，每年固定的CO2大約占全球凈光合產量的40%，能夠有效吸收溫室氣體，緩解地球溫室效應。同時，微藻生長過程中能夠大量吸收水體中的氮、磷等污染物，只要有效采收，能夠對污水進行高效凈化。
[0005]但是，如何通過人工大規(guī)模培養(yǎng)技術高效、低廉地獲得微藻生物量是微藻開發(fā)利用的關鍵?，F在的微藻培養(yǎng)技術多集中于光自養(yǎng)體系，包括戶外開放式養(yǎng)殖和各種光生物反應器，主要在陸地上進行，耗水、耗地、耗能、耗設備，增大了微藻培養(yǎng)成本，成為其規(guī)模化生產的主要頸瓶。我國大部分地表水均受到不同程度的氮、磷污染，尤其是淮河流域、長江流域等湖庫水體富營養(yǎng)化極為嚴重，如何研發(fā)低成本微藻高效培養(yǎng)技術，既能降低水耗、減小能耗進而縮小成本，又能凈化水體，吸收二氧化碳，減少環(huán)境污染壓力，具有重要的應用前景。同時，我國海洋資源豐富，如果海上低成本微藻培養(yǎng)技術研發(fā)成功，將為微藻人工大規(guī)模培養(yǎng)提供廣闊的空間，意義重大。
[0006]
【發(fā)明內容】

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種水上圍隔式微藻培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法。
[0007]臨界層理論認為，在營養(yǎng)鹽充足的情況下，藻類初級生產力與光合有效輻射成線性關系，而因呼吸作用、捕食、沉降等導致的藻類初級生產力損耗則沿水深方向為一定值；藻類凈生產力為零點的深度稱為光補償深度，光補償深度以上至水面稱為真光層；自表面沿水深往下進行凈生產力累加，凈生產力累加值反映了水柱中藻類增長潛力，凈生產力累加值在光補償深度處達到最大，自光補償深度以下逐漸減小，也存在一零值點，該點水深即為臨界層深度，臨界層深度以下，凈生產力累加值小于零。
[0008]此外，水體因溫度、鹽度、泥沙濃度等影響，具有一定的水體垂向分層結構，靠近水面一層水體受光照、風擾動等影響，水體垂向摻混強烈，稱為混合層，因藻類密度與水體密度差別較小，認為混合層內藻類垂向分布均勻。這樣，混合層、真光層、臨界層三層的相對關系，決定了水柱中藻類增長潛勢。即:當混合層在臨界層以下時，水柱中藻類凈生產力累加值小于零，浮游植物生長受到限制，水華消失；當混合層居于真光層與臨界層之間時，水柱中藻類凈生產力較小，藻類增殖較慢；當混合層小于等于真光層時，水柱中藻類凈生產力達到最大，浮游植物瘋長。因此，只要保證水體始終在真光層以內，并提供充足的營養(yǎng)鹽，限制浮游動物，就能使藻類迅速增長。
[0009]本發(fā)明提供能夠在污染水上進行微藻培養(yǎng)的簡易方法和裝置。本發(fā)明能夠利用人力將污染水體收集到圍隔內進行微藻培養(yǎng)，使藻類利用天然水體(例如三峽水庫)高溶解性二氧化碳及高營養(yǎng)鹽進行繁殖，進而達到微藻便捷培養(yǎng)、污染水體凈化、減排固碳等目的，大大縮小微藻培養(yǎng)成本。
[0010]本發(fā)明提供的圍隔式微藻培養(yǎng)裝置，包括環(huán)形浮床和圍隔，所述環(huán)形浮床包括由角鋼焊接成的環(huán)形鋼架，環(huán)形鋼架包括內環(huán)和外環(huán)，環(huán)形鋼架下架設浮筒，環(huán)形鋼架上鋪設面板；所述圍隔包括由角鋼焊接的0.5 m高環(huán)狀支架，在支架上鋪設12絲厚聚乙烯薄膜，即形成圍隔，所述圍隔嵌于環(huán)形鋼架內環(huán)內；圍隔的一邊與環(huán)形鋼架內環(huán)的一邊通過連接軸連接，使得圍隔能繞連接軸旋轉，圍隔其他三邊上有連接繩，可拴在環(huán)形鋼架內環(huán)對應邊上。
[0011]環(huán)形鋼架內環(huán)上除有連接軸的另外三邊上有拴繩扣，連接繩拴在栓繩扣上。
[0012]所述環(huán)形鋼架的內環(huán)和 外環(huán)可以為方形。
[0013]本發(fā)明還提供使用上述裝置培養(yǎng)微藻的方法。
[0014]首先，將該裝置放入污染水體中，打開所有連接繩，讓圍隔與連接軸相對的一端自由下垂到水中，然后收緊連接繩，待圍隔四邊與環(huán)形鋼架內環(huán)四邊重合后栓緊連接繩，使得污染水體進入圍隔內。
[0015]然后對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養(yǎng)基進行微藻培養(yǎng)，待培養(yǎng)5-7天、葉綠素a濃度達到1000 μ g/L后，對微藻水體進行收集。
[0016]通過以上的裝置和方法，即達到水上低成本微藻培養(yǎng)的目的。
[0017]本發(fā)明提供的水上圍隔式簡易浮島養(yǎng)藻技術，能夠在水面上進行低成本微藻培養(yǎng)，適用于我國大多數富營養(yǎng)水體，尤其是三峽水庫、太湖、滇池等水域，在城市污染河流中以及海洋中適當改進后也能應用。該技術將微藻簡易培養(yǎng)、二氧化碳吸收、水體凈化等效益相結合,顯著降低了微藻培養(yǎng)成本，拓展了微藻培養(yǎng)附加效益，同時節(jié)約土地，為微藻在淡水、海水等廣闊水域范圍內進行大規(guī)模發(fā)展提供了有力技術支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]圖1是圍隔式養(yǎng)藻裝置結構示意圖；
圖2是環(huán)形浮床中環(huán)形鋼架示意圖；
圖3是環(huán)形浮床中面板和浮筒示意圖；圖4是圍隔結構不意圖；
其中，1-環(huán)形浮床，2-圍隔，3-連接軸，4-連接繩，5-環(huán)形鋼架，6-浮筒，7-面板，8-支架，9-薄膜。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的圍隔式微藻培養(yǎng)裝置，如圖1所示，包括環(huán)形浮床I和圍隔2。
[0021]所述環(huán)形浮床I包括由角鋼焊接成的環(huán)形鋼架5，環(huán)形鋼架5包括內環(huán)和外環(huán)，環(huán)形鋼架5下架設浮筒6，環(huán)形鋼架5上鋪設面板7 ;所述圍隔2包括由角鋼焊接的0.5 m高環(huán)狀支架8，在支架8上鋪設12絲厚聚乙烯薄膜9，即形成圍隔2，所述圍隔2嵌于環(huán)形鋼架5的內環(huán)內；圍隔2的一邊與環(huán)形鋼架5內環(huán)的一邊通過連接軸3連接，使得圍隔2能繞連接軸3旋轉，圍隔2其他三邊上有連接繩4，可拴在環(huán)形鋼架5內環(huán)對應邊上。
[0022]其中環(huán)形浮床I是圍隔式浮島支撐結構，由環(huán)形鋼架5、面板7及浮筒6組成。其中環(huán)形鋼架5是由角鋼焊接而成的正方形環(huán)狀結構，外環(huán)邊長為10 m，內環(huán)邊長為9 m，如圖2所示。環(huán)形鋼架5上方鋪設由竹夾板裁制成的面板7，厚度為0.02 m，環(huán)形鋼架5下方均勻固接浮筒6。浮筒6由上漆油柱狀油桶制成，浮筒長為1.0 m，地面直徑為0.5 m，如圖3所示。
[0023]圍隔2是圍隔式浮島集水及微藻培養(yǎng)設備，由支架8及薄膜9組成。支架8是由鋼材焊接而成正方形環(huán)架，邊長為8.95 m，略小于環(huán)形鋼架5內環(huán)邊長，支架高為0.5 m。將厚度為12絲的透明聚乙烯薄膜裁剪成變長為12 m的正方形薄膜，將薄膜四邊與支架8四邊固定，即形成圍隔2,如圖4所示。
[0024]連接軸3 —端由Φ20的鋼管裁制，并均勻固定在環(huán)形鋼架5的內環(huán)一邊邊緣上，另一端由Φ 15的鋼筋焊接而成，并均勻固定在對應的圍隔支架8 —邊上。拴繩扣由Φ10的鋼筋裁剪并焊接而成，為半環(huán)狀口件，并均勻固定在環(huán)形鋼架5的另外三邊上。連接繩為Φ8尼龍繩，長10 m，一端均勻栓接在與拴繩扣對應的圍隔支架8上，另一端栓接在拴繩扣上。
[0025]水上圍隔簡易奍藻方法如下:
栓接所有連接繩，固定圍隔2，將本發(fā)明裝置放入需凈化的水體中；使其處于漂浮狀
態(tài)；
解開連接繩，讓圍隔2在自重條件下自由下降，待圍隔支架8與水面成約處于60°角后，用力收緊連接繩至圍隔2與環(huán)形浮床I平行，這樣，富營養(yǎng)水體即被圍隔2隔離在環(huán)形浮床I內，保證該水體能夠始終在真光層以內。
[0026]然后對隔離水體進行滅菌、殺蟲等處理，添加適當微藻培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，經5-7日培養(yǎng)使水體葉綠素a濃度達到1000 μ g/L后，即可進行微藻收集及處理。
【權利要求】
1.一種圍隔式微藻培養(yǎng)裝置，其特征在于，包括環(huán)形浮床(I)和圍隔(2)，所述環(huán)形浮床(I)包括由角鋼焊接成的環(huán)形鋼架(5)，環(huán)形鋼架(5)包括內環(huán)和外環(huán)，環(huán)形鋼架(5)下架設浮筒(6)，環(huán)形鋼架(5)上鋪設面板(7);所述圍隔(2)包括由角鋼焊接的0.5 m高環(huán)狀支架(8)，在支架(8)上鋪設12絲厚聚乙烯薄膜(9)，即形成圍隔(2)，所述圍隔(2)嵌于環(huán)形鋼架(5)的內環(huán)內；圍隔(2)的一邊與環(huán)形鋼架(5)內環(huán)的一邊通過連接軸(3)連接，使得圍隔⑵能繞連接軸⑶旋轉，圍隔⑵其他三邊上有連接繩(4)，可拴在環(huán)形鋼架(5)內環(huán)對應邊上。
2.根據權利要求1所述的微藻培養(yǎng)裝置，其特征在于，環(huán)形鋼架(5)內環(huán)上除有連接軸(3)的另外三邊上有拴繩扣，連接繩(4)拴在栓繩扣上。
3.根據權利要求1所述的微藻培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述環(huán)形鋼架(5)的內環(huán)和外環(huán)為方形。
4.使用權利要求1所述裝置培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于， 首先，將權利要求1所述的裝置放入污染水體中，打開所有連接繩，讓圍隔與連接軸相對的一端自由下垂到水中，然后收緊連接繩，待圍隔四邊與環(huán)形鋼架內環(huán)四邊重合后栓緊連接繩，使得污染水體進入圍隔內； 然后對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養(yǎng)基進行微藻培養(yǎng)，待培養(yǎng)5-7天、葉綠素a濃度達到1000 μ g/L后，對微藻水體進行收集。
【文檔編號】C12R1/89GK103805501SQ201410089172
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2014年3月12日
【發(fā)明者】楊正健, 劉德富, 盧凡, 萬端極, 張佳磊, 紀道斌, 崔玉潔 申請人:湖北工業(yè)大學