CN102816700A - 一种水上围隔式浮岛养藻技术 - Google Patents

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一种水上围隔式浮岛养藻技术，在富营养化天然水体的真光层深度范围内设置一层薄膜，并将薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一个围隔浮岛；利用动力设施将真光层以下的水体直接抽入到围隔浮岛内，同时保证围隔浮岛内的隔离水体始终在真光层内；在围隔浮岛底部设置曝气装置，将空气不断输入到围隔浮岛的隔离水体内，使围隔浮岛内的隔离水体充分混合；然后对围隔浮岛的隔离水体进行消毒、杀菌，添加相应成熟培养基进行微藻培养，待其叶绿素a浓度大于1000μg/L后，对微藻水体进行收集，即达到水上微藻培养的目的。本发明能够在水面上进行低成本微藻培养，适用于我国大多数富营养水体，在城市污染河流中以及海洋中适当改进后也能应用。

Description

一种水上围隔式浮岛养藻技术
技术领域
本发明一种水上围隔式浮岛养藻技术，涉及微藻培养领域。
背景技术
近一个世纪以来，世界人口快速增长，工业飞速发展，资源消耗骤增。一方面，以石油、燃煤为代表的化石燃料过度开采，几近枯竭，能源短缺成为当今及以后社会的主要问题；另一方面，化石燃料大量消耗导致温室气体大量排放，自20世纪50年代起，CO2浓度水平和全球温度都有了明显的升高，加剧了地球温室效益，导致极端恶劣气候频发。因此，寻找可持续再生、环境友好的新型能源势在必行。
水资源短缺及水环境问题也是人类社会面临的严峻考验。随着人类社会经济活动的深入发展，大量含有氮、磷等污染物的工业废水排入水体，导致水体富营养化，引起藻类疯长、有害藻华频发，水质下降，严重威胁着人类饮水安全。太湖、巢湖、滇池以及三峡水库等湖库年年的藻类水华已经对相应区域人类活动构成严重影响。与此同时，全球40%的国家与地区面临着缺水问题，水资源的可持续利用迫在眉睫。采用水体循环利用对减少污水排放、缓解水资源短缺具有重要意义。因此，研发高效、低廉、便捷的水质深度净化技术具有显著的应用前景。 
微藻可能是人类解决上述问题的终极出路。首先，微藻油脂含量较高，某些单细胞微藻可积累相当于细胞干重20%～70%的油脂，其是单位面积菜籽产油率的80倍，是目前所知的唯一可能代替化石能源的原料。其次，微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用效率高等特点，每年固定的CO2大约占全球净光合产量的40%，能够有效吸收温室气体，缓解地球温室效应。同时，微藻生长过程中能够大量吸收水体中的氮、磷等污染物，只要能够有效采收，能够对污水进行高效净化。
但是，如何通过人工大规模培养技术，高效、低廉地获得微藻生物量是微藻开发利用的关键。现在的微藻培养技术多集中于光自养体系,包括户外开放式养殖和各种光生物反应器，主要在陆地上进行，耗水、耗地、耗能、耗设备增大了微藻培养成本，成为其规模化生产的主要颈瓶。我国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、长江流域等湖库水体富营养化极为严重，如何研发低成本微藻高效培养技术，既能降低水耗、减小动能进而缩小成本，又能净化水体，吸收二氧化碳，减少环境污染压力，具有重要的应用前景。同时，我国海洋资源丰富，如果海上低成本微藻培养技术研发成功，将为微藻人工大规模培养提供广阔的空间，意义重大。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种水上围隔式浮岛养藻技术，能够隔离一部分富营养化水体，使其始终处于真光层内充分接受光照，藻类利用天然水体高溶解性二氧化碳及高营养盐进行繁殖，进而达到微藻便捷培养、污染水体净化、减排固碳等目的，大大缩小微藻培养成本。
本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种水上围隔式浮岛养藻技术，包括以下步骤：步骤一：在富营养化天然水体的真光层深度范围内设置一层薄膜，并将薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一个围隔浮岛；步骤二：利用动力设施将真光层以下的水体直接抽入到围隔浮岛内，同时保证围隔浮岛内的隔离水体始终在真光层内；步骤三：为使围隔浮岛内的隔离水体处于混合状态，在围隔浮岛底部设置曝气装置，将空气不断输入到围隔浮岛的隔离水体内，使围隔浮岛内的隔离水体充分混合；
步骤四：然后对围隔浮岛的隔离水体进行消毒、杀菌，添加相应成熟培养基进行微藻培养，待其叶绿素a浓度超过一定阀值后，对微藻水体进行收集，即达到水上微藻培养的目的。
一种水上围隔式浮岛养藻技术，包括以下步骤：步骤一：在富营养化天然水体的真光层深度范围内设置一层薄膜，将薄膜的四周固定在支架上，支架架设在浮筒上，形成围隔浮岛；
步骤二：利用水泵将真光层以下的富营养水体抽入到围隔浮岛内，水泵进水口设过滤网，
步骤三：利用空压机将空气通过气管输入到围隔浮岛的底部并释放，确保围隔浮岛内水体处于混合状态；步骤四：对围隔浮岛内水体进行消毒、杀菌，投放相应培养基，让水体在围隔浮岛内进行培养；待围隔内水体叶绿素a浓度大于1000μg/L之后，对藻类进行收集并处理。
一种水上围隔式浮岛，包括位于水体真光层的薄膜，薄膜四周固定在支架上，支架安装在浮筒上，构成围隔浮岛。所述支架设有水泵，水泵连接水管，水泵通过水管将真光层以下的富营养水体抽入到围隔浮岛内，所述支架设有空压机，空压机连接气管，空压机将空气通过气管输入到围隔浮岛内底部并释放。所述水泵连接水管，水管的进水口位置设有过滤网。
     本发明一种水上围隔式浮岛养藻技术，能够在水面上进行低成本微藻培养，适用于我国大多数富营养水体，尤其是三峡水库、太湖、滇池等水域，在城市污染河流中以及海洋中适当改进后也能应用。该技术将微藻简易培养、二氧化碳吸收、水体净化等效益相结合，显著降低了微藻培养成本，拓展了微藻培养附加效益，同时节约土地，为微藻在淡水、海水等广阔水域范围内进行大规模发展提供了有力技术支撑。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1本发明原理的临界层理论示意图。
图2是本发明水上围隔式浮岛结构示意图。
具体实施方式
一种水上围隔式浮岛养藻技术，依据临界层理论，在富营养化天然水体真光层深度范围内设置一层薄膜，并将薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一个环形的围隔浮岛。
利用动力设施将真光层以下的富营养盐水体直接抽入到围隔浮岛内，因真光层内水体浮游植物和动物浓度相对较高，尽量保证抽取真光层以下的水体。即保证了围隔浮岛内隔离水体始终在真光层内。
为使围隔浮岛内水体处于混合状态，在围隔浮岛底部设置曝气装置，将空气不断输入到围隔浮岛水体内，促使围隔浮岛内水体充分混合。这样围隔浮岛内水体就能充分均匀地接受光照。然后对围隔浮岛水体进行消毒、杀菌，添加相应成熟培养基进行微藻培养，待培养5-7天、叶绿素a浓度达到1000μg/L后，对微藻水体进行收集，即达到水上低成本微藻培养的目的。
实施例：
如图1所示，临界层理论认为，在营养盐充足的情况下，藻类初级生产力与光合有效辐射成线性关系，而因呼吸作用、捕食、沉降等导致的藻类初级生产力损耗则沿水深方向为一定值；藻类净生产力为零点的深度称为光补偿深度，光补偿深度以上至水面称为真光层；自表面沿水深往下进行净生产力累加，净生产力累加值反映了水柱中藻类增长潜力，净生产力累加值在光补偿深度处达到最大，自光补偿深度以下逐渐减小，也存在一零值点，该点水深即为临界层深度，临界层深度以下，净生产力累加值小于零。此外，水体因温度、盐度、泥沙浓度等影响，具有一定的水体垂向分层结构，靠近水面一层水体受光照、风扰动等影响，水体垂向掺混强烈，称为混合层，因藻类密度与水体密度差别较小，认为混合层内藻类垂向分布均匀。这样，混合层、真光层、临界层三层的相对关系，决定了水柱中藻类增长潜势。即：当混合层在临界层以下时，水柱中藻类净生产力累加值小于零，浮游植物生长受到限制，水华消失；当混合层居于真光层与临界层之间时，水柱中藻类净生产力较小，藻类增殖较慢；当混合层小于等于真光层时，水柱中藻类净生产力达到最大，浮游植物疯长。因此，只要保证水体混合层深度始终在真光层以内，并提供充足的营养盐，限制浮游动物，就能使藻类迅速增长。
如图2所示，一种水上围隔式浮岛养藻技术，确定水体真光层深度及水深；在真光层内一定水深处铺设薄膜1，如聚乙烯膜，将薄膜1的四周固定在支架3上，支架3架设在浮筒2上，构成围隔浮岛。
利用水泵4将真光层以下的富营养水体抽入到围隔浮岛内，水泵4进水口设过滤网7，防止浮游动物进入围隔浮岛，保证围隔浮岛内外水位持平。对围隔浮岛内水体进行消毒、杀菌，投放相应培养基。利用空压机5将空气通过气管6输入到围隔浮岛内底部并释放，确保围隔浮岛内水体处于混合状态。让水体在围隔浮岛内进行培养，待围隔浮岛内水体叶绿素a浓度大于1000μg/L之后，对藻类进行收集并处理，即达到水上低成本微藻培养的目的。 

Claims (4)

1.一种水上围隔式浮岛养藻技术，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在富营养化天然水体的真光层深度范围内设置一层薄膜，并将薄膜四周固定在高出水面的浮床上，形成一个围隔浮岛；
步骤二：利用动力设施将真光层以下的水体直接抽入到围隔浮岛内，同时保证围隔浮岛内的隔离水体始终在真光层内；
步骤三：为使围隔浮岛内的隔离水体处于混合状态，在围隔浮岛底部设置曝气装置，将空气不断输入到围隔浮岛的隔离水体内，使围隔浮岛内的隔离水体充分混合；
步骤四：然后对围隔浮岛的隔离水体进行消毒、杀菌，添加相应成熟培养基进行微藻培养，待其叶绿素a浓度超过一定阀值后，对微藻水体进行收集，即达到水上微藻培养的目的。
2.一种水上围隔式浮岛养藻技术，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：在富营养化天然水体的真光层深度范围内设置一层薄膜（1），将薄膜（1）的四周固定在支架（3）上，支架（3）架设在浮筒（2）上，形成围隔浮岛；
步骤二：利用水泵（4）将真光层以下的富营养水体抽入到围隔浮岛内，水泵（4）进水口设过滤网（7），
步骤三：利用空压机（5）将空气通过气管（6）输入到围隔浮岛的底部并释放，确保围隔浮岛内水体处于混合状态；
步骤四：对围隔浮岛内水体进行消毒、杀菌，投放相应培养基，让水体在围隔浮岛内进行培养，待围隔内水体叶绿素a浓度大于1000μg/L之后，对藻类进行收集并处理。
3.一种水上围隔式浮岛，包括位于水体真光层的薄膜（1），其特征在于，薄膜（1）四周固定在支架（3)上，支架（3）安装在浮筒（2）上，构成围隔浮岛；
   所述支架（3）设有水泵（4），水泵（4）连接水管，水泵（4）通过水管将真光层以下的富营养水体抽入到围隔浮岛内，所述支架（3）设有空压机（5），空压机（5）连接气管（6），空压机（5）将空气通过气管（6）输入到围隔浮岛内底部并释放。
4.根据权利要求3所述一种水上围隔式浮岛，其特征在于，所述水泵（4）连接水管，水管的进水口位置设有过滤网（7）。
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