CN110343605B - 一种生态浮床光生物反应器及微藻培养和水体净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生态浮床光生物反应器及微藻培养和水体净化方法，反应器包括支撑框体、设置在支撑框体中的吸水海绵体和设置在支撑框体四周的四周漂浮体，支撑框体的底部设置有透水孔，吸水海绵体顶面上设置有藻体贴壁膜，支撑框体顶口设置有罩在吸水海绵体上方的透明透气盖罩，支撑框体底部连接有固定锚链，当所述的生态浮床光生物反应器放置在水中时，吸水海绵体上部露在水上，吸水海绵体的下部浸入在水中。微藻培养和水体净化方法采用前述反应器。本发明利用微藻在自然水体尤其是富营养化水体中的氮磷等营养物质快速生长繁殖，进而取得微藻培养、减少水资源消耗、水体净化、大幅度降低微藻养殖成本的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种微藻培养和水体净化的反应器，本发明还涉及一种微藻培养和水体净化方法。
背景技术
微藻是一类在自然界中分布广泛、营养丰富、营光自养生长的微型生物，通过微藻细胞的生长可生产蛋白质、油脂、多糖及色素等高附加值物质，在食品、医药、生物燃料、水产养殖等领域具有很好的开发前景。
自然界中并没有直接可以被人们大量收集的微藻，必须通过人工培养的方式，采用光生物器等形式加以条件控制，才能获取一定的微藻生物量。广义上的光生物反应器包括开放跑道池和封闭光生物反应器两种形式。开放跑道池投资低、结构简单，但其微藻产率低、培养条件不易控制，并且非常容易因为空气、管道、操作过程等带入原生动物、杂藻等而造成生物污染，导致培养过程失败。封闭式光生物反应器包括平板式、垂直柱式、螺旋管道式等多种形式，其封闭式的构造更好地保证了培养条件的控制、生物污染的防治，因此封闭式光生物反应器的微藻产率相对较高。
但无论开放跑道池还是封闭光生物反应器对微藻的培养均是以大量外源水的注入为前提的。微藻在水体中进行悬浮生长，当到其生长阶段后期必须从水中进行分离采收，然后更换反应器中的水体，重新接种才能进行下一轮的微藻培养。因此，以上述培养方式进行微藻培养需要耗费大量水资源。研究显示生产1吨重的微藻干物质需要近2000吨水。同时，微藻从水中的分离采收过程是一个大量耗能、成本增加的阶段，此阶段耗能约占整个微藻培养过程总耗能的1/3。另外，微藻收获后水体中残留的氮磷营养盐排入自然水体中，会加重自然水体的氮磷浓度负担，从而成为富营养化水体，引发一系列生态环境问题。
综上，传统的开放跑道池与封闭光生物反应器微藻培养模式，存在着耗水量大、采收成过高、易导致水体富营养化等问题。因此，如何克服上述弊端，构建一种耗水量小、采收成本低、环境友好的新型光生物反应器及使用模式，成为有效开发微藻资源的关键技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种能够直接在自然水体上培养微藻的生态浮床光生物反应器，本发明还提供一种利用前述反应器进行微藻培养和水体净化方法。
为了解决上述技术问题，本发明生态浮床光生物反应器，包括支撑框体、设置在支撑框体中的吸水海绵体和设置在支撑框体四周的四周漂浮体，支撑框体的底部设置有透水孔，吸水海绵体顶面上设置有藻体贴壁膜，支撑框体顶口设置有罩在吸水海绵体上方的透明透气盖罩，支撑框体底部连接有固定锚链，当所述的生态浮床光生物反应器放置在水中时，吸水海绵体上部露在水上，吸水海绵体的下部浸入在水中。
所述的透明透气盖罩包括内外两层罩体，外层罩体的侧壁上密布有透气孔，内层罩体的顶壁上密布有透气孔，两层罩体之间有间隙。透明透气盖罩既能形成较好的透气性，又使得雨水不会落到藻体贴壁膜上。
为了便于取放透明透气盖罩，所述外层罩体和内层罩体通过支撑件连接成一体。
为了便于在水底固定，所述的固定锚链连接有配重。
为了既能固定吸水海绵体又能使吸水海绵体更好的吸水，所述的支撑框体包括框状的四周支撑框架和网状的底部支撑架，底部支撑架与四周支撑框架的底部固定连接，固定锚链与底部支撑架的底面的中部连接，吸水海绵体设置在四周支撑框架的框孔中并压在底部支撑架上。
为了便于调节四周漂浮体的位置，以便根据需要调节吸水海绵体的入水深度，所述的四周支撑框架的顶部安装有支撑环板，透明透气盖罩罩在支撑环板上，所述的四周漂浮体为密度小于水的密度的浮板，浮板中间设置有孔，四周支撑框架插在浮板的孔中，四周支撑和浮板之间设置有调节装置，调节装置包括支撑块和调节杆，支撑块固定在浮板的孔壁上，调节杆与支撑块转动且不能上下移动连接，调节杆的上端与支撑环板螺纹连接，调节杆的下端低于浮板的底面。
为了防止透明透气盖罩平移，所述浮板高出支撑环板。
为了简化结构，所述的四周漂浮体为密度小于水的密度的浮板，浮板中间设置有孔，四周支撑框架插在浮板的孔中，四周支撑框架与浮板卡紧。
一种微藻培养和水体净化方法，采用前述任何一项所述的生态浮床光生物反应器，将生态浮床光生物反应器放置在待水体净化的水域中，将固定锚链固定于水底，使生态浮床光生物反应器稳定漂浮于水面之上，将微藻接种于藻体贴壁膜之上，盖好透明透气盖罩，且保证吸水海绵体下部浸入在水中，吸水海绵体上部露在水上，微藻在自然状态下在生态浮床光生物反应器中培养。
本发明的有益效果是：
1、本发明生态浮床光生物反应器能够长期漂浮固定于自然水体表面，可利用自然水体培养高附加值微藻，解决了微藻培养过程中水资源消耗量过大的问题，可大幅度降低微藻培养成本。
2、本发明微藻吸附于贴壁膜表面，不直接进入水体中，解决了微藻从水体分离采收过程中耗能过大的问题，降低了微藻养殖成本。
3、本发明涉及的生态浮床光生物反应器可放置于富营养化水体中，通过微藻的生长繁殖，吸收富营养化水体中的氮磷等营养物质，可降低水体富营养化水平，达到水体净化的目的。本发明可培养的微藻包括淡水和咸水微藻，如小球藻、雨生红球藻、雪藻、硅藻等。本发明微藻培养和水体净化方法利用微藻在自然水体尤其是富营养化水体中的氮磷等营养物质快速生长繁殖，进而取得微藻培养、减少水资源消耗、水体净化、大幅度降低微藻养殖成本的有益效果。
附图说明
图1是本发明生态浮床光生物反应器外部结构示意图；
图2是本发明生态浮床光生物反应器纵向剖视结构示意图；
图3是图2的A局部放大图；
图4是图1的俯视图；
图中：1、透明透气盖罩，1-1、透气孔，1-2、外层罩体，1-3、内层罩体，2、四周漂浮体，3、调节装置，3-1、调节杆，3-2、支撑块，4、支撑框体，4-1、底部支撑架，4-2、四周支撑框架，4-3、支撑环板，5、固定锚链，6、配重，7、吸水海绵体，8、藻体贴壁膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1－4所示的生态浮床光生物反应器，它包括支撑框体4、设置在支撑框体4中的吸水海绵体7和设置在支撑框体4四周的四周漂浮体2，支撑框体4包括框状的四周支撑框架4-2和网状的底部支撑架4-1，底部支撑架4-1与四周支撑框架4-2的底部固定连接，固定锚链5与底部支撑架4-1的底面的中部连接，吸水海绵体7设置在四周支撑框架4-2的框孔中并压在底部支撑架4-2上。
吸水海绵体7顶面上设置有藻体贴壁膜8，藻体贴壁膜8采用现有的用于培养微藻的膜状材料，支撑框体4顶口设置有罩在吸水海绵体7上方的透明透气盖罩1，透明透气盖罩1包括内外两层罩体，外层罩体1-2的侧壁上密布有透气孔1-1，内层罩体1-3的顶壁上密布有透气孔1-1，两层罩体之间有间隙。两层罩体之间最好采用支撑件连接成一体，使得两层罩体便于一起取放。
支撑框体4底部连接有固定锚链5，固定锚链5的下端可连接在水底的固定物上，或者直接在固定锚链5的下端设置配重6。利用配重6的重力将固定锚链5的下端固定在水底。
当所述的生态浮床光生物反应器放置在水中时，吸水海绵体上部露在水上，吸水海绵体的下部浸入在水中。
如图2所示，四周支撑框架4-2的顶部安装有支撑环板4-3，透明透气盖罩1罩在支撑环板4-3上，同时使透明透气盖罩1与支撑环板4-3接触紧密，保证透明透气盖罩1不发生平移，可利用四周漂浮体2高出支撑环板4-3来限制透明透气盖罩1平移。四周漂浮体2为密度小于水的密度的浮板，浮板中间设置有孔，四周支撑框架4-2插在浮板的孔中，四周支撑框架4-2和浮板之间设置有调节装置3，调节装置3包括支撑块3-2和调节杆3-1，支撑块3-2固定在浮板2的孔壁上，调节杆3-1与支撑块3-2转动且不能上下移动连接，具体连接方式可采用轴承连接，或者是在支撑块3-2中设置上贯通的孔，调节杆3-1转动插接在孔中，调节杆3-1位于支撑块3-2的上下两侧均设置有限位卡块。调节杆3-1的上端与支撑环板4-3螺纹连接，调节杆3-1的下端低于浮板的底面。四周支撑框架4-2和浮板还可以采用固定连接，比如采用四周支撑框架4-2与浮板卡紧，即浮板的孔的孔壁紧压着四周支撑框架4-2的外侧壁。
采用前述生态浮床光生物反应器的微藻培养和水体净化方法，将生态浮床光生物反应器放置在待水体净化的水域中，将固定锚链5固定于水底，使生态浮床光生物反应器稳定漂浮于水面之上，即不会随水流漂走，将微藻接种于藻体贴壁膜8之上，盖好透明透气盖罩1，且保证吸水海绵体7下部浸入在水中，吸水海绵体7上部露在水上，微藻在自然状态下在生态浮床光生物反应器中培养。
以下为采用图1-4所示生态浮床光生物反应器和前述微藻培养和水体净化方法的效果实例：吸水海绵体7的长度和宽度均为100cm，厚度为15cm。透明透气盖罩1的内层罩体1-3的长度和宽度与吸水海绵体2相同。在水深1.5m的水塘之中，并使吸水海绵体7有10cm的深度没于水面之下，露于水面之上的部分会由于毛细作用而保持湿润状态。将小球藻接种于藻体贴壁膜8之上，盖好透明透气盖罩1后，即可在自然状态下进行小球藻培养。山东地区，水温20℃，小球藻接种密度5×104个/m2，经过12天培养，藻体贴壁膜8上的小球藻密度可达1×106个/m2，此时藻细胞密度不再继续增加，到达培养终点，用薄平板将藻体贴壁膜8上的小球藻刮下即可收获，省去了传统藻细胞悬浮培养方式中离心等高耗能过程，降低了小球藻养殖成本。同时本发明反应器周边水体中氨氮浓度从5mg/L降低到3mg/L，磷酸盐浓度从约1.2mg/L降低到0.6mg/L，达到了降低水体中氮磷含量的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种生态浮床光生物反应器，其特征在于：包括支撑框体、设置在支撑框体中的吸水海绵体和设置在支撑框体四周的四周漂浮体，支撑框体的底部设置有透水孔，吸水海绵体顶面上设置有藻体贴壁膜，支撑框体顶口设置有罩在吸水海绵体上方的透明透气盖罩，支撑框体底部连接有固定锚链，当所述的生态浮床光生物反应器放置在水中时，吸水海绵体上部露在水上，吸水海绵体的下部浸入在水中；所述的透明透气盖罩包括内外两层罩体，外层罩体的侧壁上密布有透气孔，内层罩体的顶壁上密布有透气孔，两层罩体之间有间隙；所述透明透气盖罩使雨水不会落到藻体贴壁膜上；所述的支撑框体包括框状的四周支撑框架和网状的底部支撑架，底部支撑架与四周支撑框架的底部固定连接，固定锚链与底部支撑架的底面的中部连接，吸水海绵体设置在四周支撑框架的框孔中并压在底部支撑架上；所述的四周支撑框架的顶部安装有支撑环板，透明透气盖罩罩在支撑环板上，所述的四周漂浮体为密度小于水的密度的浮板，浮板中间设置有孔，四周支撑框架插在浮板的孔中，四周支撑和浮板之间设置有调节装置，调节装置包括支撑块和调节杆，支撑块固定在浮板的孔壁上，调节杆与支撑块转动且不能上下移动连接，调节杆的上端与支撑环板螺纹连接，调节杆的下端低于浮板的底面；所述浮板高出支撑环板；四周支撑框架与浮板卡紧；所述外层罩体和内层罩体通过支撑件连接成一体；所述的固定锚链连接有配重。
2.一种微藻培养和水体净化方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的生态浮床光生物反应器，将生态浮床光生物反应器放置在待水体净化的水域中，将固定锚链固定于水底，使生态浮床光生物反应器稳定漂浮于水面之上，将微藻接种于藻体贴壁膜之上，盖好透明透气盖罩，且保证吸水海绵体下部浸入在水中，吸水海绵体上部露在水上，微藻在自然状态下在生态浮床光生物反应器中培养。
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