CN106675997A - 一种底栖硅藻培养装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新的底栖硅藻培养的装置和方法，可以在培养环境可控的条件下，充分利用水体空间，进行底栖硅藻的立体高密度培养。所述培养装置水体利用率高，可充分利用光合CO2，培养获得的微藻生物量大。
Description
技术领域
本发明属于微藻生物技术领域，具体涉及一种底栖硅藻高密度连续培养装置及其方法。
背景技术
硅藻含有丰富的营养物质，在水产养殖业中，底栖硅藻一方面可以作为鲍、海胆、海参等名贵海洋经济浮游幼体附着、变态的重要诱导物；另一方面也是经济动物附着后幼体生长所必需的重要饵料，因此底栖硅藻的质量和密度是海产经济动物育苗成功的关键因素之一，也影响苗种的生长速率和存活率。
底栖硅藻需要附着在一定载体上生长，目前国内外养殖业普遍采用的底栖硅藻培养和应用模式是以波纹板为载体进行底栖硅藻培养，浮游幼体和稚海胆附着在波纹板上摄食和变态生长。采用波纹板培养底栖硅藻，波纹板置于水体底部，生产系统占地面积大，水体利用率低；光照、营养盐等受到很大限制，易受天气影响，人为控制困难，难以保持较适宜的温度与光照；光能及CO2利用率不高，无法实现高密度的培养；培养过程中受到原生动物及杂菌的污染。这些因素都将导致硅藻培养密度偏低，很难适合和满足动物幼体的附着和生长需要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种新的底栖硅藻培养的装置和方法，可以在培养环境可控的条件下，充分利用水体空间，进行底栖硅藻的立体高密度培养。所述培养装置水体利用率高，可充分利用光合CO2，培养获得的微藻生物量大。
为达到上述发明目的，本发明的技术方案如下所述。
一种底栖硅藻培养用装置，包括养殖器100、养殖培养系统、循环调节系统，
养殖培养系统包括载体膜1、透明外管2、光源3、通气管4、第一张紧轮5、第二张紧轮11、导轮15，
载体膜1为透明或半透明薄膜，用作底栖硅藻附着载体；养殖器100内水平方向设置多层若干所述透明外管2，均匀分布于养殖水体中，所述透明外管2两端密封固定于所述养殖器100内壁，所述透明外管2内设置有光源3；
第一张紧轮5置于所述养殖器100水面外部上端，第二张紧轮11位于所述养殖器100底部，载体膜1从第一张紧轮5上方绕过后上下绕行穿过同层透明外管2，并且所述载体膜1连续，最后绕行第二张紧轮11后从所述养殖器100水面伸出与所述第一张紧轮5上方的载体膜1连接，同时所述载体膜1通过安装于所述透明外管2两端的导轮15安装固定，所述第一张紧轮5、第二张紧轮11的设置用于所述载体膜1适度张紧，避免其卷缩缠绕变形；
每一层载体膜1下方安装若干通气管4，并且所述通气管4上制有若干顺序排列的排气孔。
其中，为进一步达到发明目的，养殖培养系统可有如下优选方案。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，为提高上下层水及气体循环，根据微藻培养条件，可在载体膜1表面适当位置开设若干个透气孔，开孔率和孔径大小根据微藻培养工艺而定。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，如图2所示，所述导轮15靠近所述养殖器100内壁的外侧厚度大于内侧的厚度，并且所述载体膜1沿所述导轮15的内侧安装，此时所述载体膜1的宽度略短于所述透明外管2的宽度，进一步提高每层所述载体膜1的气体交换。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，所述通气管4采用多点进气，保证不同深度的水截面上气体可以均匀通入，进一步优选，气源采用空气、CO2气体或烟道气等含CO2的气体；
进一步优选，所述通气管4置于每一层载体膜1从下方绕过的透明外管2下方同时靠近下一层透明外管2处，用以延长气体在水中通过路径，提高气体利用率；根据需要，亦可在其他部位适当设置。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，所述光源3为日光灯、LED灯管或灯带的一种或任意几种，以及其他照明光源，进一步促进藻类生成的同时也可适应不同藻类生长对光源的要求；进一步优选，所述光源3的光照强度、红蓝光比例可调，光源置于透明外管2中，与水体隔离；通过上述方案，载体膜1上的藻类同时吸收上下方光源，最大程度提高光源利用率。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，所述透明外管2为透光性玻璃管或有机玻璃管。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，所述通气管4替换为气石。
为进一步达到发明目的，养殖培养系统优选方案如下，第二张紧轮11为所述透明外管2代替。
循环调节系统包括溢流口6、微藻截留器7、第一换热器8、维持器9、第二换热器10、出水管12、回流管13、循环泵14，所述出水管12分布于所述养殖器100底部，所述出水管12上均匀制有若干出水口；
所述养殖器100的液面溢出处制有溢流口6，所述溢流口6外接微藻截留器7，溢出的水流回收微藻后经过第一换热器8进入维持器9，再经过第二换热器10后，水流经循环泵14驱动依次通过回流管13、出水管12后从所述出水管12的出水口回流进入所述养殖器100。
其中，为进一步达到发明目的，循环调节系统可有如下优选方案。
为进一步达到发明目的，循环调节系统优选方案如下，每层载体膜1下方均设置出水管12。
为进一步达到发明目的，循环调节系统优选方案如下，第一换热器8和第二换热器10可使用各种类型的换热器。
为进一步达到发明目的，本发明方案优选所述载体膜1通过外置卷膜装置与外界预置载体膜卷以拉链方式或粘结方式连接，方便薄膜采收和更换，培养结束通过外置卷膜装置将所述载体膜1卷起收获，或将预置膜卷中的新载体膜1安装于水体中，进行下一轮培养。
为进一步达到发明目的，本发明方案优选所述养殖器100为养殖容器或养殖池均可。
本养殖装置可进行密闭或开放式培养。如进行密闭式培养，在液体循环系统中液体进入换热器之前需设置一气体排出口，主要用于排出水体中O2。
下述本发明方案的技术原理及使用说明。
载体膜1为底栖硅藻附着载体，载体膜1通过透明外管2在水中成多层分布，扩大了养殖面积，同时可与外界预置膜卷以拉链方式或粘结方式连接，方便载体膜1采收和更换，培养结束通过卷膜装置将培养膜卷起收获，同时将预置膜卷中的新膜安装于水体中，进行下一轮培养。为提高上下层水及气体循环，根据微藻培养条件，可在载体膜1表面适当位置开设数个小孔，开孔率和孔径大小根据微藻培养工艺而定。
第一张紧轮5、第二张紧轮11的设置用于所述载体膜1适度张紧，避免其卷缩缠绕变形。装置的简化设置，第二张紧轮11可以单独设置，也可以透明外管2代替。
光源3可采用日光灯、LED灯管或灯带，以及其他照明光源，光源3置于支撑管中，与水体隔离。通过光强调节装置可以方便调节光照强度，也可以通过调节装置调节红蓝光比例。载体膜1同时吸收上下方光源，最大程度提高光源利用率。
本发明中的气体分布采用通气管4或气石等多种方式，固定于养殖器100内壁。每层载体膜1下方均设置通气管4，置于每一层载体膜1从下方绕过的透明外管2下方，靠近下一层透明外管2，以延长气体在水中通过路径，提高气体利用率。根据需要，亦可在养殖器100的其他部位适当设置通气管4或气石。同时，通气管4采用多点进气，保证不同深度的水截面上气体可以均匀通入。气源采用空气、CO2气体或烟道气等含CO2的气体。
使用时，在液面处设溢流口6，水流溢流引出后进入微藻截留器7，收集水体中的悬浮微藻，收集的微藻可直接作为水产饵料或饲料原料。然后，水流经过第一换热器8进行温度调节，此时根据养殖水体中是否存在原生动物设定换热温度，如养殖水体无原生动物污染，水体调节至微藻培养所需要温度后，即可直接经循环泵14驱动打回养殖水体；如果养殖水体中出现原生动物，根据出现原生动物种类的不同，在第一换热器8将水体加热至杀死原生动物的温度，如加热至30-50℃，并在维持器9保温一段时间后确保杀死原生动物，然后再经第二换热器10降温至微藻培养温度，水流再经底部循环泵14驱动通过出水管12的出水口回流养殖水体。根据需要，亦可在每层载体膜1之间设置出水管12。第一换热器8和第二换热器10可使用各种类型的换热器。
下述本发明的技术创新及有益效果。
本发明将光源3置于透明外管2中，光源3在水体中均匀分布，既提高了光强，保证微藻对光的需求，又实现了光源3与水的完美隔离，光源3不需做特殊绝缘等处理，结构非常简单。同时，透明外管2及通气管4均固定于养殖器100内壁，加工安装方便。
本发明有效提高了通入气体中CO2的利用率。载体膜1将水体分成多层，每层偏下位置均有气体通入，降低了通气压强，节约通气能源。通入的气体沿载体膜1表面扩散，延长了气体在水体中运行的路径，避免气体未被微藻利用即离开水体，同时增加了微藻与气体的接触时间，有利于载体膜1上的硅藻对CO2的吸收。
本发明有效提高了微藻对光源3的利用率。通过本装置的合理设计，可最大限度提高光源3利用率。在水体中设置多层光源，保证不同深度水体中的光照强度。附着于载体膜1上的微藻可以吸收各个方向的光，有效提高了光源的利用率。
本发明有效提高了载体膜1表面微藻的附着面积。目前采用的底栖硅藻培养方式，硅藻附着于波纹板上表面生长，而本发明硅藻则可附着于载体膜1的上下表面生长。同时通过透明外管2和通气管4等的合理设计，在水浮力和通气作用下，载体膜1并非紧贴在透明外管2上，载体膜1与透明外管2之间有一定间隙，进一步增加了透明外管2下表面的利用率，并有利于气体分布和硅藻生长。
本发明中所述导轮15靠近所述养殖器100内壁的外侧厚度大于内侧的厚度，并且所述载体膜1通过所述导轮15的内侧安装，此时所述载体膜1的宽度略短于所述透明外管2的宽度，避免了每层的完全封闭，微藻未利用的气体沿载体膜1边缘上升至液面排出，保证系统内正常压力。同时，边缘上升的气体对水体中悬浮的微藻具有一定带升作用，使悬浮微藻易于通过溢流口6离开养殖水体进行收集。
本发明通过水体回流和气体导入，可以对水体起到适度的搅拌作用，保证水体中CO2和营养盐等分布均匀。
本发明通过循环调节系统调整养殖系统的温度，结构简单，方便实用，且无需特殊设备。同时，通过合理调节换热器温度，可以在调整温度的同时杀死水体中的原生动物，减少其对微藻养殖的危害。
本发明中微藻收获及使用方便。第一张紧轮5处载体膜1通过卷膜装置可与外界预置膜卷以拉链方式或粘结方式连接，培养结束通过卷膜装置将载体膜1卷起收获，同时将预置膜卷中的新膜安装于水体中，进行下一轮培养。收获的载体膜1可以通过通用方式进行微藻收集，收集清洗后的薄膜可重复使用多次。也可以将载体膜1直接放入鲍、海胆、海参等养殖池底部，供养殖生物食用，底部附着的微藻可起到改良底质的作用，一举多得。
总之，本发明有效提高了系统中光和CO2的利用率，不仅可应用于底栖硅藻培养，也适用于各类浮游微藻的培养。
附图说明
图1为一种底栖硅藻培养装置的主视图。
图2为一种底栖硅藻培养装置的左视图。
其中，1.膜，2.透明外管， 3.灯管， 4.通气管， 5.上张紧轮， 6.溢流口， 7. 微藻截留器，8. 换热器1，9. 维持器， 10.换热器2，11.下张紧轮， 12.出水管，13.回流管，14.循环泵，15.导轮。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步阐述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1
一种底栖硅藻培养用装置，包括养殖器100、养殖培养系统、循环调节系统，
养殖培养系统包括载体膜1、透明外管2、光源3、通气管4、第一张紧轮5、第二张紧轮11、导轮15，
载体膜1为透明或半透明薄膜，用作底栖硅藻附着载体；养殖器100内水平方向设置多层若干所述透明外管2，均匀分布于养殖水体中，所述透明外管2两端密封固定于所述养殖器100内壁，所述透明外管2内设置有光源3，所述光源3透过透明外管2为培养装置内的底栖硅藻提供光照；
第一张紧轮5置于所述养殖器100水面外部上端，第二张紧轮11位于所述养殖器100水底部并与所述第一张紧轮5垂直安装，载体膜1一端连接于第一张紧轮5，另一端上下绕行穿过同层所述透明外管2，并通过安装于所述透明外管2两端的导轮15安装固定，并且所述载体膜1连续，最后绕行第二张紧轮11后从所述养殖器100水面伸出再次连接于所述第一张紧轮5，所述第一张紧轮5、第二张紧轮11的设置用于所述载体膜1适度张紧，避免其卷缩缠绕变形；
通气管4置于每一层载体膜1从下方绕过的透明外管2下方同时靠近下一层透明外管2处，用以延长气体在水中通过路径，提高气体利用率，并且所述通气管4上制有若干顺序排列的排气孔；
循环调节系统包括溢流口6、微藻截留器7、第一换热器8，维持器9、第二换热器10、出水管12、回流管13、循环泵14，所述养殖器100的上部液面溢出处制有溢流口6，所述溢流口6外接微藻截留器7，溢出的水流经过第一换热器8进入维持器9，再经过第二换热器10后，水流经循环泵14驱动依次通过回流管13、出水管12后回流进入所述养殖器100；所述出水管12均匀分布于所述透明外管2下方，同时出水管12上均匀制有若干出水口。
本例中，所述光源3的光照强度可调，所述光源3为LED灯管；载体膜1与外界预置膜卷以拉链方式或粘结方式连接，方便薄膜采收和更换；载体膜1表面均匀制有若干个小孔；所述透明外管2为有机玻璃管；所述导轮15靠近所述养殖器100内壁的外侧厚度大于内侧的厚度，并且所述载体膜1通过所述导轮15的内侧安装，此时所述载体膜1的宽度略短于所述透明外管2的宽度，进一步提高每层所述载体膜1的气体交换；所述通气管4采用多点进气，保证不同深度的水截面上气体可以均匀通入，气源采用空气；每层载体膜1下方均设置回流口13。
运行时，水流若溢流引出后进入微藻截留器7收集水体中的悬浮微藻，收集的微藻可直接作为水产饵料或饲料原料。然后，水流经过第一换热器8进行温度调节，此时根据养殖水体中是否存在原生动物设定换热温度，如养殖水体无原生动物污染，水体调节至微藻培养所需要温度后，即可直接经循环泵14驱动打回养殖水体；如果养殖水体中出现原生动物，根据出现原生动物种类的不同，在第一换热器8将水体加热至杀死原生动物的温度，如30-50℃，并在维持器9保温一段时间后确保杀死原生动物，然后再经第二换热器10降温至微藻培养温度，水流再经底部循环泵14驱动通过出水管12的出水口回流养殖水体。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种底栖硅藻培养用装置，包括养殖器100，
其特征在于还包括养殖培养系统和循环调节系统，
养殖培养系统包括载体膜1、透明外管2、光源3、通气管4、第一张紧轮5、第二张紧轮11、导轮15，
载体膜1为透明或半透明薄膜，用作底栖硅藻附着载体；养殖器100内水平方向设置多层若干所述透明外管2，均匀分布于养殖水体中，所述透明外管2内置光源3并且两端密封固定于所述养殖器100内壁；
第一张紧轮5置于所述养殖器100水面外部上端，第二张紧轮11位于所述养殖器100底部，载体膜1从第一张紧轮5上方绕过后上下绕行穿过同层透明外管2，并且所述载体膜1连续，最后绕行第二张紧轮11后从所述养殖器100水面伸出与所述第一张紧轮5上方的载体膜1连接，同时所述载体膜1通过安装于所述透明外管2两端的导轮15安装固定，所述第一张紧轮5、第二张紧轮11的设置用于所述载体膜1适度张紧，避免其卷缩缠绕变形；
每一层载体膜1下方安装若干通气管4，并且所述通气管4上制有若干顺序排列的排气孔；
循环调节系统包括溢流口6、微藻截留器7、第一换热器8、维持器9、第二换热器10、出水管12、回流管13、循环泵14，所述出水管12分布于所述养殖器100底部，所述出水管12上均匀制有若干出水口；
所述养殖器100的液面溢出处制有溢流口6，所述溢流口6外接微藻截留器7，溢出的水流回收微藻后经过第一换热器8进入维持器9，再经过第二换热器10后，水流经循环泵14驱动依次通过回流管13、出水管12后从所述出水管12的出水口回流进入所述养殖器100。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述载体膜1表面制有若干透气孔。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述导轮15靠近所述养殖器100内壁外侧的厚度大于所述导轮15内侧的厚度，并且所述载体膜1沿所述导轮15的内侧安装。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述通气管4多点进气，气源采用空气、CO2气体或烟道气。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述通气管4置于每一层载体膜1从下方绕过的透明外管2下方同时靠近下一层透明外管2处。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述光源3为日光灯、LED灯管或灯带的一种或任意几种；并且所述光源3的光照强度可调，红蓝光比例可调。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述透明外管2为透光性玻璃管或有机玻璃管。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述通气管4替换为气石。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于每层载体膜1下方均设置出水管12。
10.根据任一权利要求1-9所述的装置，其特征在于所述载体膜1通过外置卷膜装置与外界预置载体膜卷以拉链方式或粘结方式连接。
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