CN101407757A - 一种水面养殖工程设施的装置及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水面养殖工程设施的装置及构建方法，主要涉及其中漂浮在水上的培养容器至少部分被能漂浮的管道构成的支架浮载于水面之上，培养容器底部至少部分被可与漂浮结构分离的绳缆为主的软性支架支撑，构成“浮管活底培养”。本发明适于在开放水面上尤其是海面上的水生生物的规模性培养，成本低，结构牢固，抗风浪，便于大面积培养容器的安装和移除，减少打桩和桩缆需要，便于整合气管和水管等管道结构于一体，在水面架设平稳紧凑的操作平台，便于实现机械化操作。

Description

一种水面养殖工程设施的装置及构建方法

技术领域

本发明涉及水面养殖技术领域，尤其涉及在开放水面，特别是海面的大规模培养单细胞藻类、大型藻类、贝类、鲍、参、海胆、蟹及鱼虾的养殖装置。

背景技术

大规模培养水生生物，如：大型藻类和单细胞藻类，用于生物质能源制造、高蛋白粮食制造、饲料、饵料、化肥、以及用于养殖高氮磷废水处理，二氧化碳减排，已经受到的广泛关注。同时由于陆地面积的限制，生物质能源和粮食饵料饲料的养殖面积需向海洋拓展。传统的养殖筏架是海洋养殖的重要工程技术装备。筏式养殖筏架主要由桩缆(锚梗)、浮梗、苗绳、浮子、沉石、桩等部分组成。其抵御风浪能力弱，难以抵抗离岸深海的水深流急，并且难于机械化操作，使目前海洋水产人工养殖主要限于手工操作，为劳动力密集型工作，难以自动化和规模化。同时，难于负载塑袋塑箱等封闭式及半封闭式结构，目前多限于负载网类结构。并很少加入通气设备。

近10年来，多种培养光合生物如微藻的生物反应器模式和开放培养模式被测试过。微藻培养有效光照深度浅，按占地面积所产生的产率很低。户外开放培养条件下，污染问题难于解决。实现户外开放水面上的微藻封闭式或半封闭式培养是降低培养成本，扩大培养面积和建立可赢利商业生产的关键。开放水面上的大面积微藻生物反应器操作存在多重困难，比如水面上安装，加水和排水，清洗，通风，调节温度，抗风浪等。目前，缺少可在开放水面上大规模应用的微藻生物反应器设计。

目前发展海洋水产养殖受到设备的局限，亟待新的工程设备以开拓生物质能源和粮食饵料饲料待解决的养殖面积。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种水面养殖水生生物的工程设施的装置及构建方法。尤其用于海面大规模水产养殖单细胞藻类、大型藻类、贝类、鲍、参、海胆、蟹及鱼虾的养殖装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种水面养殖工程设施的装置，其特征在于：它至少包括一个至少部分由管道构成的支架结构主要承载培养容器顶部；至少包括一个以绳缆为主的软性支架主要承载培养容器底部，至少包括一个固定于水底的锚桩和桩缆结构，以及由所述的支架结构承载和锚桩及桩缆结构固定的培养容器；支架结构与培养容器之间可以为活动式连接，且该装置承载培养容器底部的软性支架可与漂浮结构分离，构成“浮管活底培养”设施。

所述的由能漂浮的管道构成的支架结构，包括但不限于以PPR热熔管经热熔密封连接构成，以纤维或金属丝加强的聚氯乙烯软管构成和金属管及其混合形式构成。所述的管道支架结构之间可采用弹性连接；优选为弹性套管两侧分别套入管道支架端侧构成的可分离式弹性连接。所述的管道构成的支架结构可作为通气管道而构成气体分布器的一部分。

所述的管道支架结构之间可采用带漂浮物的绳缆连接。

所述的软性支架结构可由绳缆外套护管的方式构建；包括但不限于网式和并列条带式，可与漂浮结构分离。所述的软性支架结构上可间隔设置漂浮结构；包括但不限于泡沫塑料块和塑料球。绳缆支架结构的底部可不在同一平面高度。

所述的培养容器与支架结构之间、支架结构自身之间、以及相邻的培养容器之间的连接方式，可以为活动式连接；所述的活动式连接包括但不限于套环连接，套管连接和框管连接，及其混合形式；其活动方向包括垂直方向和平行方向。

所述的培养容器和软性支架结构的材质包括但不限于纤维或金属丝加强的聚氯乙烯和聚乙烯。

所述的管道支架可构建高架栏杆结构以防浪和通风。

本发明采用管道支架支持培养容器，浮力较普通筏架结构大为增加，而且承载培养容器底部的浮绳结构自带漂浮物，绳缆支架结构的底部可不在同一平面高度，辅助培养容器底部维持形状，便于浮载大面积培养容器于水面上；软性支架一侧可与漂浮结构分离，便于培养容器的安装和移除；并采用垂直活动式连接结构使支架结构可浮起塑箱等沉重结构，而使支架结构基本不负载培养容器内容物的重量，相邻不同培养容器的沉浮互不影响，也不影响浮管支架在水面的平衡，构成“浮管活底培养”，能够负载塑箱塑袋等非网类结构，便于浮载大面积培养容器于水面上，可以用于培养单细胞藻类，易于实现混养。传统筏式养殖因浮力小，难以承载养殖单细胞藻类所需的大面积封闭式结构。

管道结构易于定型，便于整合气管和水管于一体，便于在水面架设平稳的操作平台，便于实现机械化操作。管道结构价格低廉，质地轻，耐用防腐，同时具有一定弹性，抗风浪。管道结构本身可以浮于水上，无须浮子，简约结构。同时，管道支架结构因易于定型，故不像浮绳筏架结构必需密集打多个桩，节省了桩和桩缆的需要，便利安装操作和移位。绳管结合形式和弹性连接加强缓冲，减少了硬性转角结构，增强了抗风浪能力，减少折损。

在所述承载培养容器底部的浮绳结构自带漂浮物，及垂直活动式连接的条件下，漂浮管道基本小负载培养容器内容物的重量，其重量主要由所处水体来负载，极大增加了管道支架的负载能力。培养容器上下沉浮运动不影响所在漂浮管道支架的沉浮，也不影响在同一管道支架内的其他培养容器的沉浮运动。当加水时，所述的培养容器因收水压下沉，底部向下移动；当排出内容物时，所述的培养容器底部因浮力作用而上升；沉浮运动互不影响，使同一支架结构内可以容纳多个培养容器，便于分隔培养，构成“浮管活底培养”，以进行水面上的水产养殖。所述的运动可采用自动化机械化控制装置，便于规模性操作。从而便利多个培养容器在开放水面上的安装，加水，采收和排水引流，以及清洗操作。

可通过管道作为气体分布装置通入气体，尤其是用于藻类养殖的二氧化碳气体，以驱动培养液充分流动形成循环，促使培养物交替接受光照，形成光暗循环，并促进表面高温水体与深部的低温水体混合，调节温度，以及促进二氧化碳吸收。也可在动物类水产养殖中通入氧气。

本发明适于开放水面上的水生生物养殖，便于利用湖面和海面面积进行大规模机械化养殖，成本低，抗风浪，易操作，易实现机械化操作，减少桩和桩缆需要，减少饵料流失，便于实现混养，就近提供饵料和清洁高氮磷废水。潜在用途还在于饵料生产，饲料生产，渔业生产，粮食生产，生物质能源制造，工业废气二氧化碳捕获，高氮磷重金属废水处理等以及控制水体成分的水产养殖。

附图说明

图1是本发明简化的自顶侧视简化的漂浮支架结构，在水面上的效果示意图(未装培养容器)；

图2是本发明简化的自顶侧视简化的漂浮支架结构承载袋式培养容器的效果示意图；

图3是本发明简化的自顶侧视简化的漂浮支架结构承载培养容器的效果示意图，示意软性支架的一侧与主要载重漂浮结构分离后，袋式培养容器底部失去维持形状的支撑而下坠；

图4是本发明简化的自顶侧视简化的“活底”软性支架结构的效果示意图(未装培养容器)；

图5是本发明简化的管道支架以弹性套管连接侧面观看的效果示意图，(未装培养容器)；

图6是本发明简化的管道支架以弹性套管连接顶侧面观看的效果示意图；

图7是本发明简化的绳管间隔式侧面观看的效果示意图；

图8是本发明简化的自顶侧视简化的漂浮支架结构承载网式培养容器的效果示意图；

图9是本发明简化的采用套环式的活动连接的效果示意图，(未装培养容器)；

图10是本发明简化的单个塑箱式培养容器采用套环式的活动连接支架结构的效果示意图；

图11是本发明简化的塑箱式培养容器采用套环式的活动连接支架结构的效果示意图，(并联三个塑箱式培养容器均呈加水后状态)；

图12是本发明简化的塑箱式培养容器采用套环式的活动连接支架结构的效果示意图，(并联三个塑箱式培养容器，其中左右两个培养容器呈加水后状态，中间一个为排水后状态)；

图13是本发明简化的管式培养容器以细管套入粗管的套管活动式连接支架结构的效果示意图。

图中：1“浮管”管道支架，2“活底”软性支架，3浮子，4浮缆，5桩，6桩缆，7桩缆，8培养容器，9固定檐，10固定孔，11弹性套管，12套环，13粗套管，14细套管，15水平框。

具体实施方式

本发明是一种水面养殖水生生物的工程设施的装置及构建方法。尤其用于水面大规模养殖藻类、贝类、鲍、参、海胆、蟹及鱼虾的养殖装置。

本发明至少包括一个至少部分由管道构成的支架结构主要承载培养容器顶部；至少包括一个以绳缆为主的软性支架主要承载培养容器底部，至少包括一个固定于水底的锚桩和桩缆结构，以及由所述的支架结构承载和锚桩及桩缆结构固定的培养容器；构成“浮管活底培养”设施。

本发明至少包括一个管道支架1以固定方式或活动方式连接培养容器8，管道构成的支架结构可由塑管密封连接构成的管道构成以及金属管道；优选为以PPR热熔管和以纤维或金属丝加强的聚氯乙烯软管作为主要承重漂浮管道；浮管支架可同时用于气体分布器的供气管道。并便于连接固定其他管道结构，便于在水面架设平稳的操作平台。

培养容器的顶部和底部衬接辅助结构以维持培养容器形状；辅助结构包括网和板；顶部辅助结构可呈弧顶型。承载培养容器底部的“活底”软性浮绳结构可自带漂浮物浮子，包括但不限于网式和并列条带式，绳缆支架结构的底部可不在同一平面高度，辅助培养容器底部维持形状，便于浮载大面积培养容器于水面上；软性支架一侧可与漂浮结构分离，便于培养容器的安装和移除。

采用软式培养容器时，为辅助彻底排出内容物，可利用软性支架一侧与漂浮结构分离后，采用水平方向风箱式折叠培养容器以清空便于彻底引流。软性支架部分可采用绳缆外套管结构，优选为纤维加强聚氯乙烯绳缆外套金属丝加强聚氯乙烯软管。

培养容器8与支架1之间，以及支架结构1本身连接的方式，以及相邻容器8之间，可采用活动式连接，使培养容器8可沿支架结构滑动，支架结构本身之间也可以活动；活动式连接的形式包括套环连接，套管连接和框管连接等；套环连接是将培养容器经绳索4吊于套环12上，该套环12可沿管道支架平行滑动。“活底”软式支架支撑培养容器底部，经绳索构成的套环活动式套于管道支架上，活动方向包括垂直和平行。此活动可以采用自动控制装置进行控制。

套管连接包括细套管14套入粗套管13的套管形式；细套管14套入粗套管13的套管形式，是将培养容器固定于细套管14构成的垂直支架底部，粗套管13固定于漂浮管道支架1上，垂直支架以细套管14套入粗套管13的形式，沿竖直套管13的上下方向滑动。

框管连接包括水平框15套竖直管14的方式；水平框15套竖直管14的方式，是将培养容器8的侧壁可分离式固定水平方向框架15作为滑轨，管道支架上并排固定竖直管14，水平框15可沿竖直管14上下活动；活动方向包括垂直和平行。

所述的支架结构可由绳管相结合的方式构建，所述的管道支架结构之间可采用带漂浮物的绳缆连接。所述的绳管结合包括但不限于外绳内管的结合和外管内绳的结合，以及绳与管间隔排列的混合形式。绳缆材质可用加强聚氯乙烯和聚乙烯等材料。

管道支架结构之间可采用弹性连接；优选为弹性套管11两侧分别套入管道支架1端侧构成的可分离式弹性连接。管道支架结构的端侧可采用闷头密封，可将闷头外沿封入管道端口内沿，或将管道端口外沿封入闷头的内沿。

管道支架结构可采用活塞式密封以缓解气体热胀冷缩，气温升高时管内气体受热膨胀，将活塞向外推；受冷时，气体收缩，将活塞向内吸入。

培养容器8的类型包括开放式，半封闭式和封闭式及其混合等形式；开放式培养容器8的构建方式包括网帘式，网箱式，网笼式，垂绳式及其混合等形式；封闭式培养容器8的构建方式包括袋式和箱式及其混合等形式；其截面形状包括但不限于三角形、螺旋形、U型、圆形、梭型、及其复合等形式。培养容器可内置海绵以减少饵料流失。

培养装置可配置水面固定装置，包括浮箱，桩5和桩缆6、绳缆4，绳缆4上套有浮子3。支架1上可加抗粘附涂层。支架结构及管道自身可呈流线型以抗风浪和引流。

培养装置包括用于保证支持培养容器8的通风口高于水面之上的装置，如高于水面的栏杆结构。培养容器8的侧部可设固定檐9上穿固定孔10，便于将培养容器固定于漂浮支架上。

培养装置还可包括通风装置；通风装置可在封闭式培养容器上，高于水面位置，间隔设置通气筛网；通气筛网可设避雨装置，以避免使通气筛网面向天空方向。

所述的培养容器可以由气体支撑其顶侧中间部分于水面之上。

培养容器顶部材质包括透光纱网，透光PVC，透光TPU和透光聚乙烯；同一支架结构内的多个培养容器可采用同一顶盖。

培养容器包含用于促进培养物通气，运动和调节培养水体温度的装置，该装置包括气体分布器；气体分布器包括气石，气嘴和气管；气体包括空气，二氧化碳，氧气及其混合形式。

支架结构和管道自身可呈流线型及梭型以抗风浪和引流。

培养装置外侧可设置防浪设施；防浪设施包括挡浪板和减浪缓冲区域。防浪设施可由管道支架构建。

培养装置可配置水质处理装置以控制水体成分，用于无污染水产养殖和辅加特殊添加剂的水产养殖。培养容器包括但并不限于培养物输入和采集管道，液体输入和排出管道，气体分布管道，传感检测控制器。培养装置可配置机械化操作系统和自动化控制系统。可配置采收船以安置通气，采收装置和检测控制系统等。

设备中培养的水生生物包括但并不限于大型藻类、单细胞藻类、贝类、鲍、参、海胆、蟹及鱼虾。

养殖可采用混养形式，比如在贝类养殖旁加大型海藻养殖，用于吸收动物类养殖的高氮磷废水；比如在贝类养殖旁加微藻养殖，用于提供饵料。

参见图1到图4，图1示意了由管道构成的支架结构主要承载培养容器顶部，承载培养容器底部的“活底”软性浮绳结构自带漂浮物，辅助培养容器底部维持形状，便于浮载大面积培养容器于水面上；软性支架一侧可与漂浮结构分离，便于培养容器的安装和移除。图2示意了所述支架上承载袋式培养容器。图3示意软性支架的一侧与主要载重漂浮结构分离后，袋式培养容器底部失去维持形状的支撑而下坠。图4示意了承载培养容器底部的“活底”软性浮绳结构，绳缆支架结构的底部不在同一平面高度。

参见图5，图6，示意了管道结构1用于漂浮支架的结构，加入封闭式培养容器8后，可切割水面为多个加排水互不影响的培养区域。支架侧面之间由弹性套管11连接固定，取下弹性套管11后，船可从支架之间进入。操作完毕后，套上弹性套管11以固定相邻管道的支架结构。经密封连接后，管道自浮于水面之上，并可作为气体分布器的供气管道使用。并便于连接固定进水管和排水管等其他管道结构，便于在水面架设平稳的操作平台。

参见图7，图7示意了绳管结合式漂浮支架结构：管道支架1旁侧由绳缆4加浮子3固定，管道支架之间以弹性套管11连接，取下套管11后，船可从支架之间进入。旁侧用桩缆6加浮子3固定管道支架，间隔加桩5，以减少硬角结构，抗风浪损折。

参见图8，图8示意了所述支架承载网式培养容器。

参见图9，图10，图10示意了塑箱式培养容器采用绳缆套环形式的活动连接。套环连接是将支撑培养容器底部的“活底”软式支架2经绳索吊于套环12上，该套环12可沿管道支架1平行滑动。“活底”软式支架2支撑培养容器底部，经绳索构成的套环12活动式套于管道支架上。图9示意未加培养容器的支架结构。

参见图11，图12，示意了塑箱式培养容器采用绳缆套环形式的活动连接使加排水后相邻硬质培养容器互不影响。图11中三个培养容器均呈加水后状态；图12中，左右两个培养容器呈加水后状态，其中间一个为排水后状态，示意固定在同一自浮管道支架上的相邻培养容器的加排水操作互不影响，也不会影响自浮管道支架结构在水面上的平衡。

参见图13，图13示意了细套管套入粗套管的套管活动式连接和水平框套竖管的框管活动式连接。竖直支架采用细套管14，一侧套入固定在漂浮支架上的粗套管13上，一侧套入固定在培养容器侧面的水平框15，不同培养容器沿着竖直支架14，各自随加水排水而沉浮，互不影响。培养容器侧壁固定水平方向框架作为滑轨，自浮管道支架竖直方向并排固定竖直管，水平框可沿竖直管上下滑动；不同培养容器连同水平框架，各自随加水排水而沉浮，互不影响，也不影响自浮管道的沉浮。加水时，培养容器不易翻覆。

实施例1：用绳管混合形式构建支架结构，包括“浮管”管道部分和“活底”软性支架部分。管道部分采用PPR热熔管经热熔密封连接，中间通气作为承重漂浮管道和气体分布器的一部分；间隔采用金属丝加强聚氯乙烯软管作为弹性套管连接PPR管，并用于PPR管道转角处连接。“活底”软性支架部分采用绳缆外套纤维加强聚氯乙烯管，加浮子构成条带网状结构如图4；绳缆和桩缆采用纤维加强聚氯乙烯材料，直径10～12毫米(1000-1500股)，长度约为大潮满潮时水深的2～3倍，浮子为玻璃纤维球或塑料球；桩埋人海底砂泥。管道支架侧面之间由弹性套管连接固定，取下弹性套管后，船可从支架之间进入。操作完毕后，船驶出，套上弹性套管以固定相邻的管道支架结构。在顺流方向并联排列管道支架，由带浮子，桩缆和桩的绳缆垂直联结各管道，如图7。在管道上采用绳套环固定网式培养容器，如图8。承载培养容器底部的“活底”软性浮绳结构自带漂浮物浮子，辅助培养容器底部维持形状，浮载大面积袋式培养容器于水面上；软性支架一侧可与漂浮结构分离，便于培养容器的安装和移除，如图4。利用气体分布装置通入氧气。容器内做贝类、鲍、参、海胆、蟹及鱼虾的水产养殖，不同支架中间混加大型海藻养殖以净化养殖高氮磷废水。培养装置外围设置由管道构成的栏杆用于挡浪板以防浪。

实施例2：自浮管道部分采用PPR热熔管经热熔密封连接，中间通气作为承重漂浮管道和气体分布器。用多个以透光塑箱作为培养容器，由管道支架结构平行并联承载架设于开放水面上，并便于连接固定其他管道结构，便于在水面架设平稳的操作平台。“活底”软性浮绳结构采用绳缆套环形式活动式连接培养容器和管道支架，并承载培养容器底部；不同培养容器连同水平框架，各自随加水排水而沉浮，互不影响，也不影响自浮管道的沉浮，如图11和图12。管道支架结构之间采用弹性套管两侧分别套入管道支架端侧构成的可分离式弹性连接。将套管取下后，船可划入支架结构内进行水上操作。透光塑箱式培养容器底部利用气体分布装置通入气体以驱动培养液交流运动和调节培养水体温度。培养装置外围设置由管道构成的栏杆挡浪板和减浪缓冲区域以防浪。并配置采收船，其上配置气泵，水泵，离心脱水干燥转化设备及可配置传感检测控制器和自动控制系统以集中控制操作。

实施例3：管道部分采用金属丝加强聚氯乙烯管中间通气作为承重漂浮管道和气体分布器。用高纤PVC软板经高频热和防渗漏多道密封连接构建顶部透光塑袋式培养容器，其底壁可采用不透光高纤PVC材料。在顺流方向并联排列管道支架，由带浮子，桩缆和桩的绳缆垂直联结各管道。在管道上采用绳套环固定网式培养容器。经管道支架结构支持架设于开放水面，间隔或两端设由PPR管道构成的栏杆高架结构用于支持长袋式培养容器两端通风口高于水面，通风纱网面经顶部不透水塑袋遮挡而形成避雨结构，避免通风纱网面朝向天空。培养容器顶部由气体支撑高于水面，以保持顶部透明性，并便于通风释氧。承载培养容器底部的“活底”软性浮绳结构自带漂浮物，辅助浮载培养容器，如图4。相邻培养容器底部互不相连，使固定在同一自浮管道支架上的相邻培养容器的加排水操作互不影响，也不会影响管道支架结构在水面上的平衡。利用气石气管等气体分布装置通入二氧化碳气体以驱动培养液交流运动，提高二氧化碳吸收率和调节培养水体温度。并配置采收船，其上配置气泵，水泵，离心脱水干燥转化设备及可配置传感检测控制器和自动控制系统以集中控制加水排水和通气操作。用于开放水面上单细胞藻类培养及其相关应用。

Claims (10)

1.一种水面养殖工程设施的装置的构建方法，其特征在于：它至少包括一个至少部分由管道构成的支架结构主要承载培养容器顶部；至少包括一个以绳缆为主的软性支架主要承载培养容器底部，至少包括一个固定于水底的锚桩和桩缆结构，以及由所述的支架结构承载和锚桩及桩缆结构固定的培养容器；构成“浮管活底培养”设施。

2.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的管道支架结构可作为通气管道而构成气体分布器的一部分。

3.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的绳缆支架结构包括但不限于可与主要载重漂浮结构分离的网式和并列条带式结构。

4.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的绳缆支架结构上可间隔设置漂浮结构。

5.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的管道支架结构，包括但不限于以PPR热熔管，纤维或金属丝加强的聚氯乙烯软管构成和以金属管道构成及其混合形式构成。

6.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的培养容器与支架结构之间、支架结构自身之间、以及相邻的培养容器之间的连接方式，可以为活动式连接，包括但不限于套环连接，套管连接和框管连接及其混合形式。

7.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的管道支架结构之间，尤其是转角部位可采用弹性连接。

8.根据权利要求4所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的绳缆支架结构的底部可不在同一平面高度。

9.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的培养容器和绳缆支架结构的材质包括但不限于纤维或金属丝加强聚氯乙烯和聚乙烯。

10.根据权利要求1所述的水面养殖工程设施装置，其特征在于：所述的管道支架可构建高架栏杆结构。

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