CN102061256B - 复合式培养管及其制备方法及密闭式藻类培养系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种改良的管状密闭式藻类培养系统，其特征在于，将传统管状培养系统的玻璃管或透明聚碳酸酯(PC)管，用一种具有高透光性的聚丙烯(PP)材质，经由塑料吹膜机所制成的薄膜来取代，可大幅减少传统管状培养的硬件投资成本，且保持密闭式藻类培养系统的高产率。利用本发明的薄膜培养系统其藻类细胞干重产率可达到透明PC管培养系统的1.13倍，同时使培养系统中管材的成本大幅减少至PC管培养系统的0.36％左右，使大规模的藻类密闭式培养具有商业化可行性。本发明的藻类培养系统可用来培养高含油量的微藻生产油脂，来作为生产生物柴油的原料。

Description

复合式培养管及其制备方法及密闭式藻类培养系统
技术领域
本发明是关于一种新的藻类培养系统，主要是以一种具有高透光性的热塑性塑料尤其是聚丙烯树脂，加工制成管状薄膜，来取代传统昂贵且不易加工的硬培养管材。
背景技术
藻类的培养商业化并不是一个新的领域，台湾的绿藻和螺旋藻培养作为健康食品原料已经有三十几年的历史。以往几乎所有藻类的培养工厂都是使用开放式的培养方式(Open Ponds，Race-way system)。开放式的培养方式较为粗放，对于藻类生长的各种参数(如CO2、养分、环境气候等)都不能有效的控制，易造成藻类被杂菌污染、藻类培养的风险高、空间需求大、最终藻类细胞培养浓度低等缺点，也造成能够成功商业化培养的微藻种类非常有限。据估计目前能成功商业化的微藻种类不超过10种。
所有开放式藻类培养的缺点几乎都能在密闭式培养系统(光生化反应器，Photo-Reactor)中得到改善，其中最重要的改善有三项：
1、密闭式系统被杂菌污染的风险大幅降低，和外界隔绝，几乎保持在无菌状态，当然减少杂菌生长的机会。
2、有效的利用二氧化碳等养分，二氧化碳是藻类光合作用的主要元素之一，传统的开放式培养，二氧化碳直接通入水中后自由逸散到大气中，而密闭系统则能将通入的二氧化碳保持在反应器中，直到几乎被藻类完全利用。
3、大幅提高最终微藻的培养浓度，根据Pulz，2001年的报告，一般开放式培养系统能达到的最高培养藻类浓度为0.1～0.2g(细胞干重)/L，而密闭式培养系统则可高达2～8g(细胞干重)/L，两者相差20～40倍。
既然如此，为什么大部分的藻类培养工厂都还是使用开放式培养系统，最大的问题就在于硬件投资成本。挖一个圆形池塘，加上基本的通气搅拌机械，至少可以用来培养藻类10年以上。而传统的密闭式培养系统大都由玻璃或透明塑料管为主要的培养容器，透明管的管壁厚度通常在3～5公厘，试想如果要建设10公顷面积的培养设施，要铺设多长的玻璃管或PC管。依据欧洲一家公司所提出的密闭式PC管培养系统，每公顷需要直径30公分、管壁厚度4公厘，总长度24545公尺的PC管来容纳培养微藻。10公顷则需要245公里以上的PC管。而且PC管或玻璃管，体积庞大不易运送，每段管材长度通常不超过3公尺，要将每段3公尺的管材连接到245公里，所耗费的原材料成本和人力工时将非常高，高到一个不切实际的数字。玻璃管容易在培养操作过程中打碎，PC塑料管经过长期日晒会有劣化的现象，造成密闭式培养系统常被人认为不过是学校实验室里的把戏，难以真正大量商业化。
利用微藻生产油脂，再将油脂转化成生物柴油也不是一个新想法。早在1978年开始美国政府主导了一个水生物种计划(Aquatic Species Program，ASP)，主要就是要培养藻类以生产再生能源，不过这个计划在2000年终止。因为当时油价低迷，造成用微藻转化生产的生物柴油无利可图。近两年来国际油价高涨，造成这个题目逐渐成为国际上的热门题目，欧美有超过一打的公司都急着想投入这个题目的大量化研究。要用微藻来生产能源，尺寸就是一个最关键的要素，要生产能源就一定不能是小规模。根据一些实验室的数据，一公顷的面积一年大约可生产50～100公吨的油脂。如果一年要生产50,000公吨的生物柴油，至少就需要500公顷以上的培养面积，培养产出超过100,000吨干重的微藻。这和传统的微藻培养规模有很大的差异，台湾发展30多年的微藻工业，最大藻类生产公司的产能一年也不过是500吨左右。如果采用开放式培养，所需要的培养面积会更大，如果采用密闭式培养则又会面临庞大的硬件投资成本。
发明内容
本发明的一主要目的在于提供一种用于密闭式藻类培养系统的新颖复合式培养管。
本发明的另一目的在于提供一种包含新颖复合式培养管的密闭式藻类培养系统。
本发明的又一目的在于提供一种用于密闭式藻类培养系统的新颖复合式培养管的制备方法。
为了达成上述发明目的依照本发明内容所完成的一种用于密闭式藻类培养系统的复合式培养管，包含n个硬的U形管；及n+1根互相平行的透光塑料薄膜管，其中n为正整数，第1根透光塑料薄膜管具有一入口端及第n+1根透光塑料薄膜管具有一出口端，其中除了该入口端及出口端外，每一根透光塑料薄膜管的两端与和其相邻的透光塑料薄膜管的两端以该U形管流体相通的且密封的连接，于是一被导入该入口端的流体仅能由该出口端流出该复合式培养管。
较佳的，该透光塑料薄膜管具有一介于0.01～0.5mm的薄膜厚度，及对波长400nm的光具有大于80％的透光率。
较佳的，该透光塑料薄膜管具有一介于0.1～0.2mm的薄膜厚度，及对波长400nm的光具有大于85％的透光率。
较佳的，该透光塑料薄膜管以聚丙烯为主要成分制成。更佳的，该聚丙烯为二轴拉伸聚丙烯及含有其重量0.1～3％的成核剂。
较佳的，该透光塑料薄膜管以含90～99重量％丙烯单体及1～10重量％的乙烯、丁烯或己烯单体的无规共聚物为主要成分制成。更佳的，该无规共聚物系选自丹麦Borealis公司所制造的型号为Borclear RB707CF和BorclearRB709CF，以及日本三菱化学公司所制造的型号为WFX4T中的一种。
较佳的，该聚丙烯及该无规共聚物含有其重量0.1～3％的UV吸收剂。
较佳的，该聚丙烯及无规共聚物含有其重量0.1～3％的抗氧化剂。
较佳的，该透光塑料薄膜管具有0.1～0.5m的管径。
本发明亦提供一种密闭式藻类培养系统，包含前述本发明的复合式培养管；一进料槽；一循环管路；一循环泵，其中该循环管路将该复合式培养管的入口端及出口端流体相通的且密封的连接至该进料槽，及该循环泵被设置于该循环管路上，于是位于该进料槽内的培养液受该循环泵的驱动循环流经该复合式培养管，该循环管路及该进料槽。
较佳的，本发明的密闭式藻类培养系统进一步包含一过滤系统及一排出管路，其中该排出管路流体相通的且密封的将该过滤系统连接至该循环管路，于是在培养完毕时，经由该排出管路将培养液导至该过滤系统，将该培养液中的藻类过滤截留在该过滤系统内而让培养液的液体排出。
本发明亦提供一种制备复合式培养管的方法，包含下列步骤：准备n个硬的U形管；从一卷透光塑料薄膜管分割出n+1根等长的透光塑料薄膜管，其中n为正整数；将该n+1根透光塑料薄膜管互相平行、等距的且对齐的置于地面上；将第i根透光塑料薄膜管的远程与第i+1根透光塑料薄膜管的远程以第i个U形管流体相通的且密封的连接；将第i+1根透光塑料薄膜管的近端与第i+2根透光塑料薄膜管的近端以第i+1个U形管流体相通的且密封的连接，其中i＝1，2，3，…n。
实施方式
本发明揭示了一套可以长期使用、价格便宜、加工容易、且具有接近玻璃的透光率的塑料薄膜管，以用于藻类大规模培养。对于生物柴油产业的发展，至目前为止以藻类取代粮食作为料源似乎是唯一可避免因排挤效应造成粮食短缺的问题。
要寻找一种容易利用吹膜机加工的透明塑料材质，是本发明是否能成功的关键部份，本发明提出的这种新颖藻类培养塑料薄膜管的材料必须具备几个条件：良好的机械强度、像玻璃一样的高透光率、良好的耐候性能够长期忍受太阳光的照射、而且还要容易利用传统吹膜机加工。
关于塑料材质的透光度，最主要因素是材质的结晶性。非结晶性的塑料，例如PC、EVA、PMMA、PVC、PET、和EVA通常具有良好的透光度。而结晶性的塑料，例如PP、LDPE和HDPE则透光度较差。为了追求高透光度，材料通常会选择非结晶性的材质。在非结晶性的材质中，PVC和EVA可以很容易的利用吹膜机加工成微藻培养用的塑料薄膜管，但是EVA的材质太软，机械强度和表面抗刮特性不能满足需求。PVC则有严重的环保隐忧和容易因为阳光照射而变脆、变得不透明。PC、PMMA和PET则因为熔点太高和熔体流动性差而无法用吹膜机加工成塑料薄膜管。在尝试过一般用的泛用塑料材质都不能满足新一代微藻培养膜管的需求。本案发明人尝试寻找一些特殊的光学塑料材料，在许多次的加工实验中，我们发现有些光学塑料材料，在各方面都非常符合需求，例如环状烯烃共聚合物Cyclic Olefin Copolymer(COC)，但是新的光学塑料材料价钱昂贵，不能解决成本太高的问题。
一般来说聚丙烯由于具有良好的机械性能、无毒、相对密度低、耐热、耐化学药品、价格低廉、容易加工成型等特点，是一种相当适合的材质。但是聚丙烯是属于结晶性的塑料，在通常的生产条件下获得的球晶体积大，结晶不完善，在球晶的接口有很大的光散射，造成制品的透光性下降，为了满足藻类培养塑料管膜对透光性的要求，需对聚丙烯进行透光性改良。高透光性的聚丙烯与之前测试过的透明塑料材料相比，具有透光度佳、光泽度优异，单位重量低、价格低廉，及综合机械性质好，可回收及有较高的热变形温度(一般大于110℃)，使其相当适合用于藻类培养塑料管膜的应用。
目前，已工业化的高透光性聚丙烯生产技术主要有3种：(1)在聚丙烯中加入透明成核剂；(2)利用Z-N催化剂生产无规共聚型聚丙烯；(3)采用茂金属催化剂生产高透光性聚丙烯。这三种技术又可以互相结合进一步提高聚丙烯材质的透光性，其中最重要的就是采用无规共聚型的聚丙烯作为塑料薄膜管的材料。
无规共聚型聚丙烯(Polypropylene Random Copolymer，PP-R)是属于聚丙烯的一种，是由丙烯和少量共聚单体，主要是乙烯或丁烯和己烯单体，通常少量共聚单体占整体的1～7％，其余都是丙烯单体，在一定温度、压力和特定催化剂的作用下无规共聚合而产生。结构上的特点使PP-R拥有传统聚丙烯所没有的特性，在聚合物结构链上，少量的共聚单体无规则的插在丙烯分子中间，破坏了聚丙烯的连续结构，将阻碍聚合物分子的排列结构，从而降低整体材质的结晶度，大幅提高聚丙烯的透光性。
由于PP-R具有均衡的力学性能和良好的综合性能，国际上已有厂商开发出新一代的PP-R。由各厂家提供的特性数据中，丹麦的Borealis公司推出的PP-R型号Borclear RB707CF和Borclear RB709CF以及日本三菱化学推出的型号WFX4T，特别适合本发明所揭露的微藻培养塑料薄膜管的制造需求，这些型号的PP-R都具有以下特性：
1、优良的机械强度，PP-R的一些机械性质大致与PMMA及PC相当，明显优于LDPE和EVA，能够有足够的机械强度支撑微藻培养的循环水压。
2、优良的耐热性，PP-R的耐热性与PC相当，在耐热性这方面优于PMMA、LDPE和PVC，使得PP-R可以直接用高热杀菌，适用于微藻培养系统。
3、优良的光学性质，PP-R为无定形，且不含明显的发色团。因此，PP-R为透明度高且无色的材料。PP-R在可见光范围的透光率相当高，已达85％以上，略低于PMMA及PC，但已经比LDPE和传统PP高出很多，足够能够让微藻生长所需的可见光穿透，以加速光合作用的进行。
4、优良的耐化学品性与耐久性，PP-R为一种聚烯烃，其耐化学品性约略与传统PP类似。一般而言，聚烯烃具有良好的耐化学品性和耐久性，可以承受微藻培养系统中可能遭遇到的酸碱水溶液，并能维持长期使用的材质稳定度。
5、PP-R的加工成型性，PP-R具有优异的熔融流动性与加工成型性，其加工成型性较其它耐热性无定形聚合体为佳。如果与PC比较，PP-R显现极为突出的流动性。在280℃下，PP-R的熔融黏度较PC及PMMA为低，故有优良的加工性，特别适合用于微藻培养塑料薄膜管的直接吹膜加工。
经过初步实验后发现Borealis公司的Borclear RB709CF具有良好的热加工流动性，且0.12公厘薄膜的全光透光率可高达89％，故我们选择Borealis公司的Borclear RB709CF作为之后的实施例的塑料薄膜管的材料。
一般市面上Borealis公司的Borclear系列聚丙烯的每公斤售价大约为2.2元美金，如果用吹膜机加工成0.12公厘厚、直径30公分圆筒状薄膜，每公斤约可制造10公尺的微藻培养塑料薄膜管，平均每公尺的原料成本约0.22美金。如果是以传统的透明PC管计算，PC一公斤的价格约为2.5美金，用挤压成型的方式生产4公厘厚度、直径30公分、长度1公尺的透明圆管，光是原料价格就要11.2美金，比PP-R塑料薄膜管高出50倍以上。本发明所揭露的塑料薄膜管只需利用普通塑料袋生产所用的吹膜机，加工容易且设备普遍，而传统的大口径(30公分以上)透明PC管需要特殊的加工设备和技术，目前在台湾几乎没有厂商有能力制造，需要从国外进口大口径PC管。原料价格加上技术加工费再加上从国外进口的运费，30公分直径、4公厘管厚的透明PC管，在台湾的大量采购价格高达每公尺125美金以上。
依照国外一家公司的数据，如果要铺设一公顷的微藻培养场，需要约24.5公里长的培养管，采用透明PC管则需要约306万美金的培养管材成本，PP-R塑料薄膜管只需要5390元美金的原料成本，比照一般塑料袋的加工费用约为原料的一倍计算，采用本发明所揭露的PP-R塑料薄膜管的微藻培养管材成本约为10780元美金，两者相差280倍以上。也就是说采用本发明的塑料薄膜管来培养微藻可以将培养管材的成本降低到PC透明管的0.36％以下，这将使得大规模的密闭式微藻培养变为可能。
更重要的在于本发明所揭露的PP-R塑料薄膜管，不论在透光度、机械强度和耐久性方面都不逊于传统的PC管或玻璃管，在实际的微藻培养实验中，采用PP-R塑料薄膜管的拟球藻细胞产率为PC透明管的1.13倍，比LDPE塑料薄膜管的产率高出2.06倍。
附图说明
图1是依本发明的一较佳具体实施例所完成的一种密闭式藻类培养系统的示意图。
图2是使用三种不同材质的培养管所完成的如图1所示的密闭式藻类培养系统进行藻类培养所得到的藻类干重产率对培养天数的坐标图。
附图标记
10.塑料薄膜管        20.循环泵
30.进料槽            40.循环管路
50.U型管             60.计算机控制系统
70.排出管路          80.过滤系统
具体实施方式
实施例
采用Borealis公司生产的PP-R，型号Borclear RB709CF，添加塑料加工业界常用的抗氧化剂Ciba-Geigy公司生产型号Irganox B225添加量1500ppm。为增加PP-R塑料薄膜管的耐候性，额外再加入台湾永光化学股份有限公司的UV吸收剂Eversorb 73，添加量0.6重量％。混合均匀后以一般的塑料吹膜机，工作温度220℃～250℃，吹膜厚度控制在0.12公厘规格，塑料薄膜的宽度控制在19英时，吹制成型后不再经过任何加工程序，直接卷绕成捆状备用。加工后的塑料薄膜管，注水开始培养藻类后会被水压撑开，形成直径30公分的圆筒状培养管。
用一般吹膜级的LDPE依照业界常用的塑料袋加工条件，吹制和上述PP-R塑料薄膜管相同规格尺寸的塑料薄膜管。
另外向高雄市高成电木塑料公司订制直径30公分，厚度4mm，长度3公尺的PC透明硬质塑料管，作为藻类培养实验比较之用。
分别将上述方法制备的PP-R和LDPE塑料薄膜管，剪下一小块(3cm×5cm)，用分光光度计(UV-160，Hitachi)检测其全光谱的穿透率(190nm～1100nm)，对不同波长的穿透率曲线下的面积积分，可以算出不同材质的全光透光率，PP-R和LDPE材质的塑料薄膜管全光透光率分别为89.2％和63.3％。可以明显看出这二种材质在透光率上有明显的差别。而4公厘厚的透明PC管全光透光率，根据厂商数据数据大约在89％左右。
藻类培养实验系统组装示意图，如图1所示。微藻主要培养于塑料薄膜管10中，微藻和水被循环泵20推动，循环流经进料槽30和塑料薄膜管10。塑料薄膜管直径为30公分，每段塑料薄膜管长度为3公尺，第一根及最后一根塑料薄膜管用塑料转接管连接于循环管路40，以及其余的塑料薄膜管用U型管50相连，共有12支塑料薄膜管。培养管总长36公尺，培养管的总内部容积约为2.38立方公尺，进料槽的体积为1.5立方公尺。2％二氧化碳浓度的空气和其它养分于进料槽30内添加。水循环的速度控制在每小时12立方米，以确保系统内各种养分的均匀度和保持藻类能均匀悬浮在液体中。培养过程中的各种参数如酸碱值、水中二氧化碳浓度、温度、溶氧、养分等都能用计算机控制系统60监测。当培养终了，藻类和水分改而经由排出管路70流经过滤系统80，其内部的1μm的过滤器能截留藻类，而水分则直接排出该过滤系统80。干燥后秤重就可以得知总共产出多少藻类。另外在进料槽设有取样口，能够随时取出藻类培养液以供分析实验之用。
于以下实验中比较三种不同材质的微藻培养管：PP-R塑料薄膜管(膜厚0.12公厘)、LDPE塑料薄膜管(膜厚0.12公厘)和透明PC管(管壁厚4公厘)，在实际培养拟球藻上，拟球藻的细胞干重产率，是否会有所不同。
藻种：拟球藻(Nannochloropsis oculata)由农委会东港水产试验所提供
培养液：花莲海岸抽取天然海水，再加入60mg/L尿素作为氮源，搅拌溶解后经过0.45μm过滤器过滤。
空气：使用液态二氧化碳增浓的空气，二氧化碳浓度控制2％，气体混合后经过0.22μm过滤器过滤，通气量每分钟10公升。
光源：使用人工光源，光照强度500μmol/(m2s1)。
接种浓度：使用培养4天的藻类培养作为前培养，接种浓度为总体积3.88立方公尺的5％，约为200公升。前培养所需的藻类培养液需经过3次的逐级放大培养，500毫升的血清瓶种培养在培养4天后，接入10公升的透明塑料培养桶，培养4天在接入200公升的大型塑料桶，培养条件和主培养类似，只有通气量改为维持在1vvm。
藻类干重计算：培养实验共进行11天，每天从取样口取样1公升，离心后连离心管一起用烘箱80℃烘干24小时然后秤重，再扣除预先量测的离心管重，就可得知每天藻类干重增加情形。
实验一、使用透明PC管(管壁厚4公厘，直径30公分，长度3公尺，透光率89.0％)作为藻类培养管。
实验二、使用LDPE塑料薄膜管(管膜厚0.12公厘，直径30公分，长度3公尺，透光率63.3％)作为藻类培养管。
实验三、使用PP-R塑料薄膜管(管膜厚0.12公厘，直径30公分，长度3公尺，透光率89.2％)作为藻类培养管。
三组实验除了所用的藻类培养管不同，实验一的透明PC管是属于硬管，利用支架架高于地面约15公分，实验二和实验三的塑料薄膜管属于软管，平放于地上的白色帆布上。所有其它条件都完全相同，每天取样监测藻类细胞干重变化，实验结果如图2所示。在图2拟球藻细胞干重产率走势图中，可以清楚看到不同材质的藻类培养管对细胞生长有很大的影响，其中透光率较差的LDPE材质构成的培养管一开始的生长速率明显低于透光率较高的两组(PC组(菱形点)、PP-R组(三角形点))，透光率较差的LDPE实验组(四方形点)，藻类生长在培养第5天时就明显进入停滞期，藻类的生长速度明显趋缓。而透光率较高的两组则可以维持藻类的快数成长期达到第8天左右。到达第11天培养终了时，三种不同材质的藻类培养管PP-R(三角形点)、PC(菱形点)和LDPE所能达到的最高细胞干重浓度分别为1.37、1.19和0.64公克/每公升。假设PP-R塑料薄膜管所培养的细胞浓度定为100％，则透明PC管和LDPE塑料薄膜管所能培养的细胞浓度分别为88.8％和48.5％。这和实验之前的设想十分接近，在高密度培养藻类时，光线是唯一限制藻类生长的重要因子，因为藻类逐渐分裂成长，藻类细胞会有互相遮蔽光线的情形，造成有越来越多的细胞得不到充足的光线以进行光合作用。如果本来穿透藻类培养设施的光线就已经不多，当然会限制了藻类细胞的生长。本实验的结果证明要提高密闭式藻类培养的藻类细胞浓度，一个强韧而具有高透光率的培养膜管是必要的，而本发明所揭露的PP-R材质所制备的塑料薄膜管是最好的选择。

Claims (10)

1.一种用于密闭式藻类培养系统的复合式培养管，由n个硬的U形管；及n+1根互相平行的平放于地上的透光塑料薄膜管所组成，其中n为正整数，第1根透光塑料薄膜管具有一入口端及第n+1根透光塑料薄膜管具有一出口端，其中除了该入口端及出口端外，每一根透光塑料薄膜管的两端与和其相邻的透光塑料薄膜管的两端以该U形管流体相通的且密封的连接，于是一被导入该入口端的流体仅能由该出口端流出该复合式培养管；
所述的透光塑料薄膜管具有一介于0.01～0.5mm的薄膜厚度，及对波长400nm的光具有大于80％的透光率；
所述的透光塑料薄膜管以聚丙烯为主要成分制成；
所述的以聚丙烯为主要成分制成的透光塑料薄膜管是以含90～99重量％丙烯单体及1～10重量％的乙烯、丁烯或己烯单体的无规共聚物为主要成分制成；
所述的透光塑料薄膜管具有0.1～0.5m的管径。
2.如权利要求1所述的复合式培养管，其中该透光塑料薄膜管具有一介于0.1～0.2mm的薄膜厚度，及对波长400nm的光具有大于85％的透光率。
3.如权利要求1所述的复合式培养管，其中该无规共聚物含有其重量0.1～3％的UV吸收剂。
4.如权利要求3所述的复合式培养管，其中该无规共聚物含有其重量0.1～3％的抗氧化剂。
5.如权利要求1所述的复合式培养管，其中该无规共聚物为二轴拉伸无规共聚物及含有其重量0.1～3％的成核剂。
6.如权利要求2所述的复合式培养管，其中该无规共聚物是选自丹麦Borealis公司所制造的型号Borclear RB707CF和Borclear RB709CF，以及日本三菱化学公司所制造的型号WFX4T中的一种。
7.如权利要求1所述的复合式培养管，其中该透光塑料薄膜管具有0.3m的管径。
8.一种利用权利要求1至7中任一项的复合式培养管的密闭式藻类培养系统，包含一进料槽；一循环管路；一循环泵，其中该循环管路将该复合式培养管的入口端及出口端流体相通的且密封的连接至该进料槽，及该循环泵被设置于该循环管路上，于是位于该进料槽内的培养液受该循环泵的驱动循环流经该复合式培养管，该循环管路及该进料槽。
9.如权利要求8所述的密闭式藻类培养系统，其进一步包含一过滤系统及一排出管路，其中该排出管路流体相通的且密封的将该过滤系统连接至该循环管路，于是在培养完毕时，经由该排出管路将培养液导至该过滤系统，将该培养液中的藻类过滤截留在该过滤系统内而让培养液的液体排出。
10.一种如权利要求1至7中任一项的复合式培养管的制备方法，包含下列步骤：准备n个硬的U形管；从一卷透光塑料薄膜管分割出n+1根等长的透光塑料薄膜管，其中n为正整数；将该n+1根透光塑料薄膜管互相平行、等距的且对齐的置于地面上；将第i根透光塑料薄膜管的远程与第i+1根透光塑料薄膜管的远程以第i个U形管流体相通的且密封的连接；将第i+1根透光塑料薄膜管的近端与第i+2根透光塑料薄膜管的近端以第i+1个U形管流体相通的且密封的连接，其中i＝1，2，3，…n。
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