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):
近一個世紀(jì)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(dāng)今及以后社會的主要問題;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在必行。水資源短缺及水環(huán)境問題也是人類社會面臨的嚴(yán)峻考驗。隨著人類社會經(jīng)濟(jì)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(dǎo)致水體富營養(yǎng)化,引起藻類瘋長、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·等湖庫年年的藻類水華已經(jīng)對相應(yīng)區(qū)域人類活動構(gòu)成嚴(yán)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(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(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,微藻生長過程中能夠大量吸收水體中的氮、磷等污染物,只要能夠有效采收,能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行高效凈化。但是,如何通過人工大規(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?,F(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)模化生產(chǎn)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(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,我國海洋資源豐富,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這樣的技術(shù)方案來實現(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,形成一個圍隔浮島;步驟二 利用動力設(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濃度超過一定閥值后,對微藻水體進(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養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi),水泵進(jìn)水口設(shè)過濾·
網(wǎng),
步驟三利用空壓機將空氣通過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,水泵通過水管將真光層以下的富營養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi),所述支架設(shè)有空壓機,空壓機連接氣管,空壓機將空氣通過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),適用于我國大多數(shù)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(dāng)改進(jìn)后也能應(yīng)用。該技術(shù)將微藻簡易培養(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)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
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,形成一個環(huán)形的圍隔浮島O利用動力設(shè)施將真光層以下的富營養(yǎng)鹽水體直接抽入到圍隔浮島內(nèi),因真光層內(nèi)水體浮游植物和動物濃度相對較高,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。實施例
如圖I所示,臨界層理論認(rèn)為,在營養(yǎng)鹽充足的情況下,藻類初級生產(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)致的藻類初級生產(chǎn)力損耗則沿水深方向為一定值;藻類凈生產(chǎn)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(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潛力,凈生產(chǎn)力累加值在光補償深度處達(dá)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(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(rèn)為混合層內(nèi)藻類垂向分布均勻。這樣,混合層、真光層、臨界層三層的相對關(guān)系,決定了水柱中藻類增長潛勢。即當(dāng)混合層在臨界層以下時,水柱中藻類凈生產(chǎn)力累加值小于零,浮游植物生長受到限制,水華消失;當(dāng)混合層居于真光層與臨界層之間時,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,水柱中藻類凈生產(chǎn)力達(dá)到最大,浮游植物瘋長。因此,只要保證水體混合層深度始終在真光層以內(nèi),并提供充足的營養(yǎng)鹽,限制浮游動物,就能使藻類迅速增長。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養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi),水泵4進(jìn)水口設(shè)過濾網(wǎng)7,防止浮游動物進(jìn)入圍隔浮島,保證圍隔浮島內(nèi)外水位持平。對圍隔浮島內(nèi)水體進(jìn)行消毒、殺菌,投放相應(yīng)培養(yǎng)基。利用空壓機5將空氣通過氣管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,形成一個圍隔浮島; 步驟二 利用動力設(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濃度超過一定閥值后,對微藻水體進(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養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi),水泵(4)進(jìn)水口設(shè)過濾網(wǎng)(7), 步驟三利用空壓機(5)將空氣通過氣管(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 )通過水管將真光層以下的富營養(yǎng)水體抽入到圍隔浮島內(nèi),所述支架(3)設(shè)有空壓機(5),空壓機(5)連接氣管(6),空壓機(5)將空氣通過氣管(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,形成一個圍隔浮島;利用動力設(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),適用于我國大多數(shù)富營養(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C12R1/89GK102816700SQ201210288600
公開日2012年12月12日 申請日期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 申請人:三峽大學(xué)