一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法
2023-07-11 23:13:26
一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法
【專利摘要】本發明涉及一種圍隔式微藻培養裝置和方法，裝置包括環形浮床和圍隔，所述圍隔嵌於浮床內；圍隔的一邊與環形浮床的內環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，可拴在環形浮床內環對應邊上。使用上述裝置培養微藻的方法：首先，將該裝置放入汙染水體中，讓圍隔與連接軸相對的一端自由下垂到水中，然後收緊連接繩，使得汙染水體進入圍隔內。然後對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養基進行微藻培養，待培養5-7天、葉綠素a濃度達到1000μg/L後，對微藻水體進行收集。本發明將微藻簡易培養、二氧化碳吸收、水體淨化等效益相結合，顯著降低了微藻培養成本。
【專利說明】一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法
[0001]【技術領域】
本發明屬於微藻培養【技術領域】，具體涉及一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法。
[0002]【背景技術】
近一個世紀以來，世界人口快速增長，工業飛速發展，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採，幾近枯竭，能源短缺成為當今及以後社會的主要問題；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。因此，尋找可持續再生、環境友好的新型能源勢在必行。
[0003]水資源短缺及水環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展，大量含有氮、磷等汙染物的工業廢水排入水體，導致水體富營養化，引起藻類瘋長、有害藻華頻發，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域人類活動構成嚴重影響。與此同時，全球40%的國家與地區面臨著缺水問題，水資源的可持續利用迫在眉睫。採用水體循環利用對減少汙水排放、緩解水資源短缺具有重要意義。因此，研發高效、低廉、便捷的水質深度淨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於細胞乾重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、收穫時期短、光合利用效率高等特點，每年固定的CO2大約佔全球淨光合產量的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、磷等汙染物，只要有效採收，能夠對汙水進行高效淨化。
[0005]但是，如何通過人工大規模培養技術高效、低廉地獲得微藻生物量是微藻開發利用的關鍵。現在的微藻培養技術多集中於光自養體系，包括戶外開放式養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，增大了微藻培養成本，成為其規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、磷汙染，尤其是淮河流域、長江流域等湖庫水體富營養化極為嚴重，如何研發低成本微藻高效培養技術，既能降低水耗、減小能耗進而縮小成本，又能淨化水體，吸收二氧化碳，減少環境汙染壓力，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技術研發成功，將為微藻人工大規模培養提供廣闊的空間，意義重大。
[0006]
【發明內容】
本發明所要解決的技術問題是提供一種水上圍隔式微藻培養裝置和培養方法。
[0007]臨界層理論認為，在營養鹽充足的情況下，藻類初級生產力與光合有效輻射成線性關係，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；藻類淨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淨生產力累加，淨生產力累加值反映了水柱中藻類增長潛力，淨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，淨生產力累加值小於零。
[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係，決定了水柱中藻類增長潛勢。即:當混合層在臨界層以下時，水柱中藻類淨生產力累加值小於零，浮遊植物生長受到限制，水華消失；當混合層居於真光層與臨界層之間時，水柱中藻類淨生產力較小，藻類增殖較慢；當混合層小於等於真光層時，水柱中藻類淨生產力達到最大，浮遊植物瘋長。因此，只要保證水體始終在真光層以內，並提供充足的營養鹽，限制浮遊動物，就能使藻類迅速增長。
[0009]本發明提供能夠在汙染水上進行微藻培養的簡易方法和裝置。本發明能夠利用人力將汙染水體收集到圍隔內進行微藻培養，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鹽進行繁殖，進而達到微藻便捷培養、汙染水體淨化、減排固碳等目的，大大縮小微藻培養成本。
[0010]本發明提供的圍隔式微藻培養裝置，包括環形浮床和圍隔，所述環形浮床包括由角鋼焊接成的環形鋼架，環形鋼架包括內環和外環，環形鋼架下架設浮筒，環形鋼架上鋪設面板；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，所述圍隔嵌於環形鋼架內環內；圍隔的一邊與環形鋼架內環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，可拴在環形鋼架內環對應邊上。
[0011]環形鋼架內環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]所述環形鋼架的內環和 外環可以為方形。
[0013]本發明還提供使用上述裝置培養微藻的方法。
[0014]首先，將該裝置放入汙染水體中，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，然後收緊連接繩，待圍隔四邊與環形鋼架內環四邊重合後栓緊連接繩，使得汙染水體進入圍隔內。
[0015]然後對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養基進行微藻培養，待培養5-7天、葉綠素a濃度達到1000 μ g/L後，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的目的。
[0017]本發明提供的水上圍隔式簡易浮島養藻技術，能夠在水面上進行低成本微藻培養，適用於我國大多數富營養水體，尤其是三峽水庫、太湖、滇池等水域，在城市汙染河流中以及海洋中適當改進後也能應用。該技術將微藻簡易培養、二氧化碳吸收、水體淨化等效益相結合,顯著降低了微藻培養成本，拓展了微藻培養附加效益，同時節約土地，為微藻在淡水、海水等廣闊水域範圍內進行大規模發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】對本發明作進一步說明。
[0019]圖1是圍隔式養藻裝置結構示意圖；
圖2是環形浮床中環形鋼架示意圖；
圖3是環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-環形浮床，2-圍隔，3-連接軸，4-連接繩，5-環形鋼架，6-浮筒，7-面板，8-支架，9-薄膜。
【具體實施方式】
[0020]本發明的圍隔式微藻培養裝置，如圖1所示，包括環形浮床I和圍隔2。
[0021]所述環形浮床I包括由角鋼焊接成的環形鋼架5，環形鋼架5包括內環和外環，環形鋼架5下架設浮筒6，環形鋼架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嵌於環形鋼架5的內環內；圍隔2的一邊與環形鋼架5內環的一邊通過連接軸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，可拴在環形鋼架5內環對應邊上。
[0022]其中環形浮床I是圍隔式浮島支撐結構，由環形鋼架5、面板7及浮筒6組成。其中環形鋼架5是由角鋼焊接而成的正方形環狀結構，外環邊長為10 m，內環邊長為9 m，如圖2所示。環形鋼架5上方鋪設由竹夾板裁製成的面板7，厚度為0.02 m，環形鋼架5下方均勻固接浮筒6。浮筒6由上漆油柱狀油桶製成，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架，邊長為8.95 m，略小於環形鋼架5內環邊長，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的鋼管裁製，並均勻固定在環形鋼架5的內環一邊邊緣上，另一端由Φ 15的鋼筋焊接而成，並均勻固定在對應的圍隔支架8 —邊上。拴繩扣由Φ10的鋼筋裁剪並焊接而成，為半環狀口件，並均勻固定在環形鋼架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，將本發明裝置放入需淨化的水體中；使其處於漂浮狀
態；
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與水面成約處於60°角後，用力收緊連接繩至圍隔2與環形浮床I平行，這樣，富營養水體即被圍隔2隔離在環形浮床I內，保證該水體能夠始終在真光層以內。
[0026]然後對隔離水體進行滅菌、殺蟲等處理，添加適當微藻培養基進行培養，經5-7日培養使水體葉綠素a濃度達到1000 μ g/L後，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裝置，其特徵在於，包括環形浮床(I)和圍隔(2)，所述環形浮床(I)包括由角鋼焊接成的環形鋼架(5)，環形鋼架(5)包括內環和外環，環形鋼架(5)下架設浮筒(6)，環形鋼架(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)嵌於環形鋼架(5)的內環內；圍隔(2)的一邊與環形鋼架(5)內環的一邊通過連接軸(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)，可拴在環形鋼架(5)內環對應邊上。
2.根據權利要求1所述的微藻培養裝置，其特徵在於，環形鋼架(5)內環上除有連接軸(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所述的微藻培養裝置，其特徵在於，所述環形鋼架(5)的內環和外環為方形。
4.使用權利要求1所述裝置培養微藻的方法，其特徵在於， 首先，將權利要求1所述的裝置放入汙染水體中，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，然後收緊連接繩，待圍隔四邊與環形鋼架內環四邊重合後栓緊連接繩，使得汙染水體進入圍隔內； 然後對圍隔內水體進行消毒、殺蟲，添加培養基進行微藻培養，待培養5-7天、葉綠素a濃度達到1000 μ g/L後，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 優先權日:2014年3月12日
【發明者】楊正健, 劉德富, 盧凡, 萬端極, 張佳磊, 紀道斌, 崔玉潔 申請人:湖北工業大學