本發(fā)明屬于水生微生物培養(yǎng)收獲的工程裝備與技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新能源驅(qū)動的原位浮游生物收集裝置。

背景技術(shù)：

水生微小生物種類很多，大體上包括浮游植物、浮游動物兩大類，它們提供了水生生態(tài)系統(tǒng)最為重要的初級生產(chǎn)力與次級生產(chǎn)力。打個比方而言，水生的浮游植物、浮游動物分別相當于陸地生態(tài)系統(tǒng)的草地與牛羊，為后續(xù)各種肉食性動物提供了食物的基礎(chǔ)，例如各種魚蝦蟹貝等具有經(jīng)濟價值的水生動物都是依賴于浮游生物而生存的。那么，容易理解，如果不通過捕獲魚蝦蟹貝的方式間接利用利用水生浮游生物，而直接收獲利用水生的浮游生物，則顯然資源利用效率會提高很多。根據(jù)生態(tài)學十分之一的林德曼效率，直接進行浮游植物、浮游動物的收獲與利用，則水生生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力利用效率至少提高10至100倍。

事實上，人們早已開始進行各種浮游生物的開發(fā)與利用，最為常見的就是水生單細胞藻類的培養(yǎng)與利用。單細胞藻類也稱單胞藻，也就是只有一個細胞的水生植物，通常稱為微藻，其種類繁多，功能多樣。一些微藻可以特異合成與累積某些具有重要藥用價值、保健價值、經(jīng)濟價值的物質(zhì)，例如產(chǎn)生類胡蘿卜素、蝦青素的微藻，以及富油微藻、富集蛋白質(zhì)的微藻、螺旋藻等，從而具有很高的經(jīng)濟價值，也形成了一個很大的產(chǎn)業(yè)，關(guān)于微藻培養(yǎng)及收獲的專利技術(shù)多不勝數(shù)，有數(shù)千項之多。

常見的微藻收集方式，或者說浮游植物的收集方式，包括過濾、離心、絮凝等方法，其中過濾法易堵塞，離心法能耗較大，單獨應(yīng)用不多。已有的微藻收集方法和先進技術(shù)，往往是各種不同絮凝技術(shù)與過濾或者離心法的聯(lián)合應(yīng)用，微藻絮凝方式很多，包括添加絮凝劑、沉降、氣浮、電泳或電場作用、改變ph值等等。微藻絮凝的基本思路是，采取一定的方式迫使微藻聚集成團從而絮凝，然后加以收集利用。這些迫使微藻聚集成團的各種絮凝方式一般會對微藻造成一定程度的傷害，使其不再是自然的浮游生存方式而聚集成團，一般需要添加一定物質(zhì)，或者消耗一定的能源，多少會對微藻質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，且需要一定的經(jīng)濟成本，尚無十分完美的方式。室內(nèi)集約化的高密度微藻培養(yǎng)生產(chǎn)方式中，微藻的收集過程與培養(yǎng)生產(chǎn)過程一般是分開的，無論是否連續(xù)生產(chǎn)，一般都在微藻培養(yǎng)生產(chǎn)工藝之外，將微藻培養(yǎng)液輸送至收集裝置中另行進行微藻的收獲。前述各種技術(shù)及其聯(lián)合應(yīng)用的微藻收集專利種類繁多，具有各自不同的優(yōu)缺點。

實際上，在天然的水生生態(tài)系統(tǒng)中，各種攝食浮游生物的魚蝦蟹貝等動物即可視作為一個個的天然水生微生物收集裝置，他們不需要額外的措施及能源消耗，浮游生物食性的魚蝦蟹貝其攝食過程，即可視作為一種高效率的水生微生物收集工作。本專利即借鑒于天然水生生態(tài)系統(tǒng)中大型動物的攝食行為，采取原始的過濾方式，設(shè)計了一種創(chuàng)新性的浮游生物收集技術(shù)與裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有水生浮游生物收集技術(shù)中存在問題，提出了一種新能源驅(qū)動的原位浮游生物收集裝置，適于合各種不同類型浮游生物的收集與利用。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種新能源驅(qū)動的原位浮游生物收集裝置，包括太陽能光伏電池與風力發(fā)電系統(tǒng)、浮力支撐系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)、浮游生物抽吸與收集系統(tǒng)和錨定系統(tǒng)；其中，太陽能光伏電池與風力發(fā)電系統(tǒng)位于浮力支撐系統(tǒng)上部，分別利用晴好天氣情況下的太陽能，以及自然界中的風能，將兩種新能源驅(qū)動所提供的電力，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后儲存于電源與控制系統(tǒng)的蓄電池中，提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)；浮力系統(tǒng)由浮球及連接件組成，為整個裝置提供浮力支撐，浮力支撐系統(tǒng)與錨定系統(tǒng)連接，保持該裝置重心在水面以下豎直地漂浮在水體指定區(qū)域，且保證太陽能光伏電池與風力發(fā)電系統(tǒng)露出水面的高度在水域最高波高的1.2倍以上，不受水域風浪的侵蝕和損害，可以耐受10年一遇風浪的沖擊；電源及控制系統(tǒng)與浮游生物抽吸及收集系統(tǒng)相連，浮游生物抽吸與收集系統(tǒng)固定在浮力支撐系統(tǒng)上，設(shè)置于水面以下錨定系統(tǒng)上部，由浮游生物抽吸軸流泵與收集囊網(wǎng)通過彈性卡扣銜接而成，可以方便的進行銜接和拆卸，用于抽吸和收集目標浮游生物。

所述的浮游生物抽吸軸流泵，由變頻電機驅(qū)動，其功率大小可調(diào)，由蓄電池提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)；浮游生物抽吸軸流泵的進口端沿水流吸入方向口徑逐漸變小，且進口端始終朝向自然水流的來向，以節(jié)約能耗，提高浮游生物的收集效果。

所述的浮游生物抽吸軸流泵內(nèi)設(shè)置流速感應(yīng)器和報警裝置；軸流泵的初始抽吸水流流速設(shè)定為擬收集的浮游生物最大平均逃逸游動速度的1.2倍以上；當收集囊網(wǎng)過濾收集到一定量的目標浮游生物，使過濾囊網(wǎng)發(fā)生一定的堵塞，致使軸流泵的抽吸水流流速降低至擬收集的浮游生物最大平均逃逸游動速度以下時，報警裝置發(fā)出警報提醒，以便更換收集囊網(wǎng)。

進一步地，所述的收集囊網(wǎng)，其網(wǎng)孔大小，小于擬收集的目標浮游生物平均大小的0.8倍。

進一步地，收集囊網(wǎng)為口小腹大的布袋形狀，其網(wǎng)口為不可發(fā)生形變剛性圓圈，收集囊網(wǎng)的雙面結(jié)構(gòu)一樣，以便雙面使用。

進一步地，所述浮游生物抽吸軸流泵的出口端外周設(shè)置環(huán)形凹槽，凹槽外側(cè)均勻布置放射狀彈性卡扣，彈性方向向外，握緊或松開這一圈彈性卡扣，能夠令軸流泵出口端環(huán)形凹槽的直徑減小或恢復原狀，以便安裝或者拆卸收集囊網(wǎng)。

進一步地，軸流泵出口端環(huán)形凹槽與浮游生物收集囊網(wǎng)的剛性圓圈網(wǎng)口能夠密切套合銜接。浮游生物抽吸軸流泵出水端環(huán)形凹槽后面的彈性卡扣恢復方向向外，自然狀態(tài)下呈現(xiàn)放射狀的喇叭口形狀，當握緊這一圈彈性卡扣后，可迫使環(huán)形凹槽直徑略小于浮游生物收集囊網(wǎng)網(wǎng)口的直徑，從而可以順利將收集囊網(wǎng)的剛性圈網(wǎng)口套入環(huán)形凹槽中，松開這一圈彈性卡扣，其恢復彈性即自然撐開浮游生物收集囊網(wǎng)，且環(huán)形凹槽的直徑略微增大，從而將其剛性圈網(wǎng)口卡死在環(huán)形凹槽中，完成其銜接動作，其結(jié)合過程如說明書附圖圖3所示。同理，握緊軸流泵出水端的一圈彈性卡扣時，也可以順利地將浮游生物收集囊網(wǎng)取下來。也就是說，本發(fā)明裝置的浮游生物抽吸軸流泵與收集囊網(wǎng)可以很方便地進行密切結(jié)合與順利拆卸。

本裝置的錨定系統(tǒng)包括配重、錨鏈、底錨所組成，配重用于調(diào)節(jié)整體裝置的重心位置及漂浮性能，使整體裝置具有不倒翁性質(zhì)，保持太陽能光伏電池與風力發(fā)電系統(tǒng)一直浮出水面其保持豎直狀態(tài)，通過錨鏈錨系在底錨上，可以抵御所使用水域風浪和水流的沖擊，能夠抵抗10年一遇風浪的沖擊。

本發(fā)明的有益效果為，通過前述五個系統(tǒng)所構(gòu)成的新能源驅(qū)動的原位浮游生物收集裝置，利用綠色新能源驅(qū)動不消耗額外的能源，適宜于各種自然水域及大面積水域中浮游生物培養(yǎng)的收集和利用，不適用于室內(nèi)集約化微藻或者微生物的收集與利用。采用本裝置進行浮游生物收集時，根據(jù)目標浮游生物的大小選擇合適網(wǎng)目的收集囊網(wǎng)，定時更換收集囊網(wǎng)，或者根據(jù)浮游生物抽吸軸流泵中流速報警器的提示更換收集囊網(wǎng)。將集滿浮游生物的收集囊網(wǎng)取下，翻轉(zhuǎn)過來，即可獲得其中收集的浮游生物，可以進行進一步的處理和利用。

本發(fā)明裝置可以在大面積水域進行陣列型布置，如說明書附圖圖2所示，用于大面積微藻或其他浮游生物生產(chǎn)利用的收集工作。陣列布置每一個裝置即相當于天然水域中的一條恒定存在魚兒，更換收集囊網(wǎng)即獲得目標浮游生物，更換一次囊網(wǎng)即相當于收獲一條魚兒，且不需要額外的能源消耗，使用簡潔方便。本發(fā)明技術(shù)還可以應(yīng)用于水域環(huán)境的治理和修復，尤其適宜于富營養(yǎng)化水體藻華的治理及預防。當水域環(huán)境富營養(yǎng)化以后很容易發(fā)生有害藻華，且很難進行治理和清除，在這樣的水域中陣列布置本發(fā)明裝置，定時更換浮游生物收集囊網(wǎng)，從而移除其中藻華暴發(fā)的微藻，可用于富營養(yǎng)化水體有害災害的應(yīng)急治理，沒有發(fā)生藻華時在富營養(yǎng)化水域中使用本發(fā)明裝置進行浮游生物的清除，則可以起到預防有害藻華暴發(fā)的作用。

附圖說明

說明書附圖是本發(fā)明的新能源驅(qū)動的原位浮游生物收集裝置。

圖1是整體裝置示意圖。

圖2是大面積的水域本發(fā)明裝置安裝應(yīng)用示意圖。

圖3是本發(fā)明裝置抽吸與過濾系統(tǒng)的拆分與安裝示意圖。

圖中：1風力發(fā)電系統(tǒng)；2太陽能光伏電池發(fā)電系統(tǒng)；3水面波浪線；4浮球支持系統(tǒng)；5電源儲蓄與控制系統(tǒng)；6浮游生物收集囊網(wǎng)；7浮游生物濾網(wǎng)安裝彈性卡扣；8水體的底部；9底錨；10配重；11抽吸系統(tǒng)中的流速感應(yīng)器。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。

本發(fā)明的新能源驅(qū)動原位浮游生物收集裝置，由水面上的太陽能光伏電池與風力發(fā)電系統(tǒng)、浮力支撐系統(tǒng)、水面下的電源及控制系統(tǒng)、浮游生物抽吸過濾系統(tǒng)、錨定系統(tǒng)五個部分所組成。風力發(fā)電系統(tǒng)1與太陽能光伏電池2利用自然界的太陽能與風力進行發(fā)電，為本裝置的蓄電池電源5提供電力供應(yīng)。風力發(fā)電系統(tǒng)1的朝向隨風向而變化，保持風機葉輪始終在迎風的方向。本裝置的核心部件是浮游生物抽吸收集系統(tǒng)，由浮游生物抽吸軸流泵與浮游生物收集囊網(wǎng)6銜接組成。浮游生物抽吸軸流泵出口端有一圈環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽后面是一圈放射狀的彈性卡扣7，握緊彈性卡扣7，可稍微減小軸流泵出口端環(huán)形凹槽的直徑，從而可以很方便地將收集囊網(wǎng)6的剛性圈網(wǎng)口卡入環(huán)形凹槽中，或者從環(huán)形凹槽中退出，從而完成浮游生物抽吸軸流泵與收集囊網(wǎng)6的銜接或者拆卸。浮游生物抽吸軸流泵朝向隨水流而變化，保持其喇叭形進口端始終朝向自然水流的來向。本裝置的配重10、浮球支持系統(tǒng)4的聯(lián)合作用，確保本裝置的重心位于整體的下部，使整體裝置漂浮于水面且保持豎直狀態(tài)，太陽能光伏電池露出水面的高度大于最大浪高的1.2倍。整體裝置通過錨鏈錨系在水體底部的固定錨上，可以抗擊10年一遇風浪的沖擊。浮游生物抽吸軸流泵中安裝有流速感應(yīng)器11，軸流泵驅(qū)動采用變頻電機其功率可以調(diào)節(jié)，浮游生物收集囊網(wǎng)6網(wǎng)目孔徑小于擬收集浮游生物的平均體長的0.8倍。

本發(fā)明并不意味著被示意圖及說明書所局限，在沒有脫離本發(fā)明技術(shù)原理及其宗旨的前提下可以有所變化。在了解擬收集目標浮游生物平均體長、逃逸速度后，即可選擇網(wǎng)目孔徑在目標浮游生物平均體長0.8倍以下的收集囊網(wǎng)，調(diào)整抽吸軸流泵功率使抽吸水流流速在目標浮游生物逃逸速度的1.2倍以上，安裝本發(fā)明裝置在適宜的水域，即可進行目標浮游生物的收集利用。本發(fā)明即可用于浮游生物的收集利用，也可用于富營養(yǎng)化水域的環(huán)境治理和修復，用于清除或者預防有害藻華的暴發(fā)。有實施實例如后。

實施實例1，使用本發(fā)明裝置收集利用輪蟲。

輪蟲是水產(chǎn)養(yǎng)殖及漁業(yè)上常見和重要的餌料生物，往往供不應(yīng)求，培養(yǎng)收集存在較多的困難，而大面積自然水域中條件合適情況下可以自然繁盛密度很高的輪蟲種群。設(shè)輪蟲的平均體長為a微米，其平均最大游動速度為b厘米/秒。選擇網(wǎng)目孔徑在0.8a微米以下的篩絹制作為輪蟲的收集囊網(wǎng)，安裝在本發(fā)明裝置上，調(diào)整抽吸軸流泵的功率，使抽吸的水流速度在1.2b厘米/秒以上，將前述調(diào)整的輪蟲收集裝置陣列布放在輪蟲繁盛的池塘或者其他水域中。為保持輪蟲的活力和新鮮程度，每隔3小時更換一次輪蟲的收集囊網(wǎng)。將換下來收集有輪蟲的收集囊網(wǎng)，翻轉(zhuǎn)過來，在水產(chǎn)養(yǎng)殖或者漁業(yè)生產(chǎn)水體中清洗，譬如漁業(yè)苗種培育池或養(yǎng)殖池中清洗，即可將收集的輪蟲釋放至目標水體中，作為鮮活餌料供應(yīng)使用。如果收集的輪蟲數(shù)量過大，超過了鮮活餌料供應(yīng)的需求量，可以輪蟲收集囊網(wǎng)翻轉(zhuǎn)過來，將收集的輪蟲全部集中在一起，冷凍或者冷藏處理，在需要時再解凍作為餌料供應(yīng)使用。當輪蟲收集量十分豐富的情況下，可以將收集有輪蟲的收集囊網(wǎng)用淡水沖洗干凈，去除鹽分后，再翻轉(zhuǎn)收集囊網(wǎng)，將收集的輪蟲全部集中干燥處理，形成輪蟲的干制品，可作為飼料添加劑、誘食劑或者蛋白質(zhì)源使用。

實施實例2，使用本發(fā)明設(shè)計進行水體有害藻華或赤潮的預防和處理。

設(shè)某富營養(yǎng)化水域常見的有害藻華或者赤潮暴發(fā)種類為某種微藻，其平均大小為c微米，其平均最大運動速度為d厘米/秒。選擇網(wǎng)目孔徑為0.8c微米以下的篩絹制作為微藻收集囊網(wǎng)，安裝在本發(fā)明裝置上，調(diào)整抽吸軸流泵的功率，使抽吸的水流速度在1.2d厘米/秒以上，將前述調(diào)整的微藻收集裝置陣列布放在該富營養(yǎng)化的水域中。如果該暴發(fā)性微藻無利用價值，可以根據(jù)軸流泵中的流速感應(yīng)器報警提醒，當收集囊網(wǎng)中濾集足夠多的微藻而抽吸流速下降至d厘米/秒以下時，流速感應(yīng)器即發(fā)出報警提示，及時更換新的微藻收集囊網(wǎng)；將更換下的微藻收集囊網(wǎng)翻轉(zhuǎn)，把所收集的微藻集中起來進行無害化處置，或作為肥料使用。如果該爆發(fā)性微藻具有一定的利用價值，則根據(jù)其用途及需求，定時更換微藻收集囊網(wǎng)，收集足夠新鮮的微藻，進行脫鹽脫水，或者冷凍冷藏，或者干燥處理，以供精深加工利用。只要收集微藻的本發(fā)明裝置布放使用足夠及時，陣列數(shù)量足夠多，可以很好地壓制有害藻華或者赤潮的發(fā)生，并可以通過微藻的收集與處理，逐漸移除富營養(yǎng)化水體中的營養(yǎng)鹽，從而達到富營養(yǎng)化水域環(huán)境治理和修復的目的。