專利名稱：一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，涉及微藻培養(yǎng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，世界人口快速增長(zhǎng)，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(guò)度開采，幾近枯竭，能源短缺成為當(dāng)今及以后社會(huì)的主要問(wèn)題；另一方面，化石燃料大量消耗導(dǎo)致溫室氣體大量排放，自20世紀(jì)50年代起，CO2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(dǎo)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(shì)在必行。水資源短缺及水環(huán)境問(wèn)題也是人類社會(huì)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，引起藻類瘋長(zhǎng)、有害藻華頻發(fā)，水質(zhì)下降，嚴(yán)重威脅著人類飲水安全。太湖、巢湖、滇池以及三峽水庫(kù)·等湖庫(kù)年年的藻類水華已經(jīng)對(duì)相應(yīng)區(qū)域人類活動(dòng)構(gòu)成嚴(yán)重影響。與此同時(shí)，全球40%的國(guó)家與地區(qū)面臨著缺水問(wèn)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(duì)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(zhì)深度凈化技術(shù)具有顯著的應(yīng)用前景。微藻可能是人類解決上述問(wèn)題的終極出路。首先，微藻油脂含量較高，某些單細(xì)胞微藻可積累相當(dāng)于細(xì)胞干重20% 70%的油脂，其是單位面積菜籽產(chǎn)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(zhǎng)速率快、收獲時(shí)期短、光合利用效率高等特點(diǎn)，每年固定的CO2大約占全球凈光合產(chǎn)量的40%，能夠有效吸收溫室氣體，緩解地球溫室效應(yīng)。同時(shí)，微藻生長(zhǎng)過(guò)程中能夠大量吸收水體中的氮、磷等污染物，只要能夠有效采收，能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行高效凈化。但是，如何通過(guò)人工大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)，高效、低廉地獲得微藻生物量是微藻開發(fā)利用的關(guān)鍵。現(xiàn)在的微藻培養(yǎng)技術(shù)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(yīng)器，主要在陸地上進(jìn)行，耗水、耗地、耗能、耗設(shè)備增大了微藻培養(yǎng)成本，成為其規(guī)?；a(chǎn)的主要頸瓶。我國(guó)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(zhǎng)江流域等湖庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化極為嚴(yán)重，如何研發(fā)低成本微藻高效培養(yǎng)技術(shù)，既能降低水耗、減小動(dòng)能進(jìn)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(yīng)用前景。同時(shí)，我國(guó)海洋資源豐富，如果海上低成本微藻培養(yǎng)技術(shù)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，能夠隔離一部分富營(yíng)養(yǎng)化水體，使其始終處于真光層內(nèi)充分接受光照，藻類利用天然水體高溶解性二氧化碳及高營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行繁殖，進(jìn)而達(dá)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。
本發(fā)明的上述目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，包括以下步驟步驟一在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體的真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜，并將薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一個(gè)圍隔浮島；步驟二 利用動(dòng)力設(shè)施將真光層以下的水體直接抽入到圍隔浮島內(nèi)，同時(shí)保證圍隔浮島內(nèi)的隔離水體始終在真光層內(nèi)；步驟三為使圍隔浮島內(nèi)的隔離水體處于混合狀態(tài)，在圍隔浮島底部設(shè)置曝氣裝置，將空氣不斷輸入到圍隔浮島的隔離水體內(nèi)，使圍隔浮島內(nèi)的隔離水體充分混合；
步驟四然后對(duì)圍隔浮島的隔離水體進(jìn)行消毒、殺菌，添加相應(yīng)成熟培養(yǎng)基進(jìn)行微藻培養(yǎng)，待其葉綠素a濃度超過(guò)一定閥值后，對(duì)微藻水體進(jìn)行收集，即達(dá)到水上微藻培養(yǎng)的目的。一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，包括以下步驟步驟一在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體的真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜，將薄膜的四周固定在支架上，支架架設(shè)在浮筒上，形成圍隔浮島；
步驟二 利用水泵將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi)，水泵進(jìn)水口設(shè)過(guò)濾·
網(wǎng)，
步驟三利用空壓機(jī)將空氣通過(guò)氣管輸入到圍隔浮島的底部并釋放，確保圍隔浮島內(nèi)水體處于混合狀態(tài)；步驟四對(duì)圍隔浮島內(nèi)水體進(jìn)行消毒、殺菌，投放相應(yīng)培養(yǎng)基，讓水體在圍隔浮島內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)；待圍隔內(nèi)水體葉綠素a濃度大于1000 μ g/L之后，對(duì)藻類進(jìn)行收集并處理。一種水上圍隔式浮島，包括位于水體真光層的薄膜，薄膜四周固定在支架上，支架安裝在浮筒上，構(gòu)成圍隔浮島。所述支架設(shè)有水泵，水泵連接水管，水泵通過(guò)水管將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi)，所述支架設(shè)有空壓機(jī)，空壓機(jī)連接氣管，空壓機(jī)將空氣通過(guò)氣管輸入到圍隔浮島內(nèi)底部并釋放。所述水泵連接水管，水管的進(jìn)水口位置設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。本發(fā)明一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，能夠在水面上進(jìn)行低成本微藻培養(yǎng)，適用于我國(guó)大多數(shù)富營(yíng)養(yǎng)水體，尤其是三峽水庫(kù)、太湖、滇池等水域，在城市污染河流中以及海洋中適當(dāng)改進(jìn)后也能應(yīng)用。該技術(shù)將微藻簡(jiǎn)易培養(yǎng)、二氧化碳吸收、水體凈化等效益相結(jié)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(shí)節(jié)約土地，為微藻在淡水、海水等廣闊水域范圍內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模發(fā)展提供了有力技術(shù)支撐。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
圖I本發(fā)明原理的臨界層理論示意圖。圖2是本發(fā)明水上圍隔式浮島結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，依據(jù)臨界層理論，在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜，并將薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一個(gè)環(huán)形的圍隔浮島O利用動(dòng)力設(shè)施將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)鹽水體直接抽入到圍隔浮島內(nèi)，因真光層內(nèi)水體浮游植物和動(dòng)物濃度相對(duì)較高，盡量保證抽取真光層以下的水體。即保證了圍隔浮島內(nèi)隔離水體始終在真光層內(nèi)。為使圍隔浮島內(nèi)水體處于混合狀態(tài)，在圍隔浮島底部設(shè)置曝氣裝置，將空氣不斷輸入到圍隔浮島水體內(nèi)，促使圍隔浮島內(nèi)水體充分混合。這樣圍隔浮島內(nèi)水體就能充分均勻地接受光照。然后對(duì)圍隔浮島水體進(jìn)行消毒、殺菌，添加相應(yīng)成熟培養(yǎng)基進(jìn)行微藻培養(yǎng)，待培養(yǎng)5-7天、葉綠素a濃度達(dá)到1000 μ g/L后，對(duì)微藻水體進(jìn)行收集，即達(dá)到水上低成本微藻培養(yǎng)的目的。實(shí)施例
如圖I所示，臨界層理論認(rèn)為，在營(yíng)養(yǎng)鹽充足的情況下，藻類初級(jí)生產(chǎn)力與光合有效輻射成線性關(guān)系，而因呼吸作用、捕食、沉降等導(dǎo)致的藻類初級(jí)生產(chǎn)力損耗則沿水深方向?yàn)橐欢ㄖ?；藻類凈生產(chǎn)力為零點(diǎn)的深度稱為光補(bǔ)償深度，光補(bǔ)償深度以上至水面稱為真光層；自表面沿水深往下進(jìn)行凈生產(chǎn)力累加，凈生產(chǎn)力累加值反映了水柱中藻類增長(zhǎng)潛力，凈生產(chǎn)力累加值在光補(bǔ)償深度處達(dá)到最大，自光補(bǔ)償深度以下逐漸減小，也存在一零值點(diǎn)，該點(diǎn) 水深即為臨界層深度，臨界層深度以下，凈生產(chǎn)力累加值小于零。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(jié)構(gòu)，靠近水面一層水體受光照、風(fēng)擾動(dòng)等影響，水體垂向摻混強(qiáng)烈，稱為混合層，因藻類密度與水體密度差別較小，認(rèn)為混合層內(nèi)藻類垂向分布均勻。這樣，混合層、真光層、臨界層三層的相對(duì)關(guān)系，決定了水柱中藻類增長(zhǎng)潛勢(shì)。即當(dāng)混合層在臨界層以下時(shí)，水柱中藻類凈生產(chǎn)力累加值小于零，浮游植物生長(zhǎng)受到限制，水華消失；當(dāng)混合層居于真光層與臨界層之間時(shí)，水柱中藻類凈生產(chǎn)力較小，藻類增殖較慢；當(dāng)混合層小于等于真光層時(shí)，水柱中藻類凈生產(chǎn)力達(dá)到最大，浮游植物瘋長(zhǎng)。因此，只要保證水體混合層深度始終在真光層以內(nèi)，并提供充足的營(yíng)養(yǎng)鹽，限制浮游動(dòng)物，就能使藻類迅速增長(zhǎng)。如圖2所示，一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，確定水體真光層深度及水深；在真光層內(nèi)一定水深處鋪設(shè)薄膜1，如聚乙烯膜，將薄膜I的四周固定在支架3上，支架3架設(shè)在浮筒2上，構(gòu)成圍隔浮島。利用水泵4將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi)，水泵4進(jìn)水口設(shè)過(guò)濾網(wǎng)7，防止浮游動(dòng)物進(jìn)入圍隔浮島，保證圍隔浮島內(nèi)外水位持平。對(duì)圍隔浮島內(nèi)水體進(jìn)行消毒、殺菌，投放相應(yīng)培養(yǎng)基。利用空壓機(jī)5將空氣通過(guò)氣管6輸入到圍隔浮島內(nèi)底部并釋放，確保圍隔浮島內(nèi)水體處于混合狀態(tài)。讓水體在圍隔浮島內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，待圍隔浮島內(nèi)水體葉綠素a濃度大于1000 μ g/L之后，對(duì)藻類進(jìn)行收集并處理，即達(dá)到水上低成本微藻培養(yǎng)的目的。
權(quán)利要求
1.一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，其特征在于包括以下步驟步驟一在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體的真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜，并將薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一個(gè)圍隔浮島； 步驟二 利用動(dòng)力設(shè)施將真光層以下的水體直接抽入到圍隔浮島內(nèi)，同時(shí)保證圍隔浮島內(nèi)的隔離水體始終在真光層內(nèi)； 步驟三為使圍隔浮島內(nèi)的隔離水體處于混合狀態(tài)，在圍隔浮島底部設(shè)置曝氣裝置，將空氣不斷輸入到圍隔浮島的隔離水體內(nèi)，使圍隔浮島內(nèi)的隔離水體充分混合； 步驟四然后對(duì)圍隔浮島的隔離水體進(jìn)行消毒、殺菌，添加相應(yīng)成熟培養(yǎng)基進(jìn)行微藻培養(yǎng)，待其葉綠素a濃度超過(guò)一定閥值后，對(duì)微藻水體進(jìn)行收集，即達(dá)到水上微藻培養(yǎng)的目的。
2.—種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，其特征在于包括以下步驟 步驟一在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體的真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜(1)，將薄膜(I)的四周固定在支架(3)上，支架(3)架設(shè)在浮筒(2)上，形成圍隔浮島； 步驟二 利用水泵(4)將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi)，水泵(4)進(jìn)水口設(shè)過(guò)濾網(wǎng)(7)， 步驟三利用空壓機(jī)(5)將空氣通過(guò)氣管(6)輸入到圍隔浮島的底部并釋放，確保圍隔浮島內(nèi)水體處于混合狀態(tài)； 步驟四對(duì)圍隔浮島內(nèi)水體進(jìn)行消毒、殺菌，投放相應(yīng)培養(yǎng)基，讓水體在圍隔浮島內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，待圍隔內(nèi)水體葉綠素a濃度大于1000 μ g/L之后，對(duì)藻類進(jìn)行收集并處理。
3.—種水上圍隔式浮島，包括位于水體真光層的薄膜(1)，其特征在于，薄膜(I)四周固定在支架(3)上，支架(3)安裝在浮筒(2)上，構(gòu)成圍隔浮島； 所述支架(3 )設(shè)有水泵(4 )，水泵(4 )連接水管，水泵(4 )通過(guò)水管將真光層以下的富營(yíng)養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi)，所述支架(3)設(shè)有空壓機(jī)(5)，空壓機(jī)(5)連接氣管(6)，空壓機(jī)(5)將空氣通過(guò)氣管(6)輸入到圍隔浮島內(nèi)底部并釋放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種水上圍隔式浮島，其特征在于，所述水泵(4)連接水管，水管的進(jìn)水口位置設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)(7)。
全文摘要
一種水上圍隔式浮島養(yǎng)藻技術(shù)，在富營(yíng)養(yǎng)化天然水體的真光層深度范圍內(nèi)設(shè)置一層薄膜，并將薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一個(gè)圍隔浮島；利用動(dòng)力設(shè)施將真光層以下的水體直接抽入到圍隔浮島內(nèi)，同時(shí)保證圍隔浮島內(nèi)的隔離水體始終在真光層內(nèi)；在圍隔浮島底部設(shè)置曝氣裝置，將空氣不斷輸入到圍隔浮島的隔離水體內(nèi)，使圍隔浮島內(nèi)的隔離水體充分混合；然后對(duì)圍隔浮島的隔離水體進(jìn)行消毒、殺菌，添加相應(yīng)成熟培養(yǎng)基進(jìn)行微藻培養(yǎng)，待其葉綠素a濃度大于1000μg/L后，對(duì)微藻水體進(jìn)行收集，即達(dá)到水上微藻培養(yǎng)的目的。本發(fā)明能夠在水面上進(jìn)行低成本微藻培養(yǎng)，適用于我國(guó)大多數(shù)富營(yíng)養(yǎng)水體，在城市污染河流中以及海洋中適當(dāng)改進(jìn)后也能應(yīng)用。
文檔編號(hào)C12R1/89GK102816700SQ201210288600
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者劉德富, 楊正健, 紀(jì)道斌, 黃鈺鈴, 王從鋒, 宋林旭 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)