CN110800669A

CN110800669A - 一种人工活性生物石及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110800669A
Application number: CN201911136479.0A
Authority: CN
Inventors: 李琰; 郑新庆; 蓝文陆
Original assignee: Third Institute of Oceanography MNR
Current assignee: Third Institute of Oceanography MNR
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-02-18

Abstract

本发明公开了一种人工活性生物石及其制备方法和应用，采用的原料包括水泥、砂石和粗盐，经过混合、拌匀、晾晒、活化等步骤，最终制备得到；制作方法简单，成本低廉，养殖效果好，并且避免了对天然珊瑚礁的破坏，具有可持续性，不仅适宜室内珊瑚小规模人工养殖和繁育，同时也适宜利用该技术手段构建大水体(>2吨水)的珊瑚养殖系统。

Description

一种人工活性生物石及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及造礁珊瑚养殖技术领域，更具体的说是涉及一种人工活性生物石及其制备方法和应用。

背景技术

由于全球气候变化(异常高温以及低温)以及人为因素的影响，严重破坏了珊瑚礁生态系统，导致全球珊瑚礁分布面积不断缩小，出现全球性的严重退化。同时，珊瑚由于其绚丽的色彩和较高的观赏价值，在市场备受关注；此外，室内珊瑚人工培养较高的死亡率也刺激了市场对珊瑚需求的旺盛。综合各种因素，导致市场上珊瑚供不应求，且对珊瑚的需求仍持续增长。

为减少对野外珊瑚的破坏性开展，发展珊瑚的人工养殖技术越来越必要，目前珊瑚养殖中使用的最为普遍的是一种被称之为“柏林系统”的养殖系统。其养殖系统的核心是依靠采集自天然珊瑚礁海域的主要由死亡珊瑚骨骼和其他生物遗骸所组成的珊瑚礁石，被称之为“活性生物石”或者简称“活石”。由于活性生物石在珊瑚养殖中发挥重要作用，而随着珊瑚养殖的不断发展，其在自然海域被大量采挖，资源遭到了严重破坏；并且由于天然活性生物石还具有可能携带有害生物、重量相对较重、造型不可控等一些缺点。所以，开发一种替代天然活性生物石的人工活性生物石滤材显得越来越重要。

但是，现有的制备生物活石方法，一方面如发明专利(CN 106852290 A)公开的，是将天然活性生物石采集之后再处理，其专依然需要采挖的天然活性生物石在养殖系统中使用，不具有可持续性；另一方面是如发明专利(CN 108112520 A)，虽然公开了使用牡蛎壳搅碎后添加粘合剂制作人工活性生物石，但是该方法制作的活性生物石缺乏疏松多孔的结构，不具有高效滤材的功能，并且其制作方法中缺乏“活化”，即使用天然环境或人工环境让有益的微生物和底栖生物附着到活性生物石表面的过程，所以只具有在水族箱内迎造景观的功能，而不具有天然活性生物石多孔和具有高生物多样性的特点也不具备维持贫营养盐环境的功能，只能用于鱼类养殖等对营养盐要求较低的用途，故很难被称之为活性生物石。

因此，提供一种人工活性生物石及其制备方法和应用是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种人工活性生物石及其制备方法和应用，制作方法简单，成本低廉，养殖效果好，并且避免了对天然珊瑚礁的破坏，具有可持续性，不仅适宜室内珊瑚小规模人工养殖和繁育，同时也适宜利用该技术手段构建大水体(>2吨水)的珊瑚养殖系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种人工活性生物石，采用的原料包括如下组分：水泥、砂石和粗盐；所述水泥包括白水泥或硅酸盐水泥，所述砂石包括珊瑚砂或石英砂。

优选的，所述珊瑚砂或石英砂的直径小于2mm。

优选的，所述水泥包括白水泥，所述砂石包括珊瑚砂。

上述优选技术方案的有益效果是：白水泥相对于灰水泥的优点在于其颜色相对灰水泥更自然，而且更易进行染色，且硅酸盐释出量较少；珊瑚砂相对于石英砂的优点在于视觉效果更加自然，且无硅酸盐释出，且能在海水环境中释出少量钙等有益离子。

优选的，所述水泥、砂石和粗盐的质量比为1:(0.5～2)：(0.5～2)。

优选的，所述水泥、砂石和粗盐的质量比为2：3：3。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中水泥、砂石和粗盐比例合理，其中水泥适量可以提高机械强度时，粗盐比例适中，提供较大的表面积，以提高生物过滤系统的效率。

优选的，采用的原料还包括颜料。

需要说明的是，原料中加入颜料使外观更接近天然活性生物石，颜料可以使用紫色染料，模拟天然活性生物石上覆盖的壳状钙化藻的颜色。

本发明还提供了一种人工活性生物石的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)根据权利要求1～3任一项所述的一种人工活性生物石，称取各原料，以及配置饱和浓盐水，备用；

(2)将水泥、砂石和粗盐混合均匀，得到干混料；分多次向干混料中加入饱和浓盐水、并拌匀，至混合物能够捏制成形；

(3)在细珊瑚砂床上将混合物捏制成活性生物石形状，置于阴凉处，并在表面覆盖遮盖物、在其表面喷撒自来水防止其龟裂，自然晾干得到干人工石；

(4)将干人工石浸泡于自来水中，溶解粗盐以及白水泥中碱性成分，得到人工活石；

(5)将人工活石放至于养殖系统或自然海域中活化，得到人工活性生物石。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中先将固体物料混合均匀再与饱和浓盐水混合，可以加快物料混合速率；并且，在细珊瑚砂床上捏制使底部不形成人工痕迹明显的扁平状，也可在平地上捏制待风干完全后将活性生物石底面朝上翻过来后在其水平的底部上继续捏制造型，使整体造型自然；在阴凉处晾干，避免阳光直射，防止活性生物石快速干燥后开裂；饱和浓盐水需每次少量加入防止水添加过多混合物过稀无法成型。

优选的，步骤(1)中将粗盐加入水中溶解至饱和，得到饱和浓盐水。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明利用饱和浓盐水与干混料混合，可以避免干混料中的粗盐在水中溶解，避免粗盐损失；可使用海水加粗盐配制，也可以使用粗盐和自来水配制，直接使用自来水则须在原料比例中适当加大粗盐的占比；并且其中的粗盐可以用细盐代替，但是由于粗盐中含有氯化镁杂质，所以采用粗盐的效果要更加优异。

优选的，步骤(2)中所述干混料与所述饱和浓盐水的体积比为50：1。。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明将干混料与饱和浓盐水混合，使混合物可以捏紧成团，并可顺利捏制成需要的形状，捏制时可参考天然活石的形状，使得人工活石的外观看起来自然。

优选的，步骤(3)中所述遮盖物采用无纺布，所述喷水的方式为用喷壶早晚各喷一次；所述晾干的时间为3-15d。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明在成型的人工活石表面喷撒一定量的水，可以避免其过快干燥而降低结构强度。

优选的，步骤(4)中所述浸泡过程使用气泵或流泵制造水流，先每3-15d换一次水至水中盐度不升高，再浸泡时1个月。

上述优选技术方案的有益效果是：本发明中浸泡于淡水中使粗盐溶解次年工程空隙，使水泥中碱性成分释放，防止影响水体pH；浸泡过程保持足够的水流，从而在微小的孔隙也可保持一定的水交换，具备较好的天然条件时也可直接放入天然海域中降低制造成本。

优选的，步骤(5)中所述活化时间为1～12个月。

需要说明的是，活化选择的自然海域最好是生态状态良好的珊瑚礁海域。

上述优选技术方案的有益效果是：活化使珊瑚养殖需要的细菌、真菌、藻类、小型底栖动物等多样化的生物群落在人工活石多孔的表面生长，使人工活石具有类似真正天然活石(珊瑚礁石)的生物多样性。

本发明还提供了一种如上述的人工活性生物石在珊瑚养殖中的应用。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种人工活性生物石及其制备方法和应用，具有如下有益效果：

本发明制备得到的人工活性生物石疏松多孔、比表面积大，并且携带种类众多的硝化细菌、反硝化细菌等微生物和小型底栖生物，具有很高的生物多样性的特点；在养殖系统维持珊瑚生长所需的贫营养盐环境中发挥主要作用，并且造型优美具有很高的景观价值，在观赏养殖系统中可以发挥景观造景作用。

具体实施方式

下面将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。

本发明实施例公开了一种人工活性生物石，包括如下原料：水泥、砂石和粗盐；其中所述水泥为白水泥或硅酸盐水泥，所述砂石为珊瑚砂或石英砂。

为了进一步的优化技术方案，珊瑚砂或石英砂的直径小于2mm。

为了进一步的优化技术方案，所述水泥、砂石和粗盐的质量比为1:(0.5～2)：(0.5～2)。

本发明实施例还公开了一种人工活性生物石的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)根据上述的一种人工活性生物石，称取各原料；另取粗盐加入水中溶解至饱和，得到饱和浓盐水，备用；

(2)将水泥、砂石和粗盐混合均匀，得到干混料；按照干混料与饱和浓盐水的体积比为50：1，分多次向干混料中加入饱和浓盐水、并拌匀，至混合物能够捏制成形；

(3)在细珊瑚砂床上将混合物捏制成活性生物石形状，置于阴凉处，并在表面覆盖遮盖物，用喷壶早晚在其表面各喷一次自来水防止其龟裂，自然晾干3-15d得到干人工石；

(4)将干人工石浸泡于自来水中，使用气泵或流泵制造水流，先每3-15d换一次水至水中盐度不升高，再浸泡时1个月，溶解粗盐以及白水泥中碱性成分，得到人工活石；

(5)将人工活石放至于养殖系统或自然海域中活化1～12个月，得到人工活性生物石。

实施例1

本发明实施例1还公开了一种人工活性生物石的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)首先将20kg白水泥与30kg粒径1mm的珊瑚砂、30kg粗盐放置到地面上，用铲子充分混合，混合好后用量杯往混合物中倒入2L饱和盐水，倒入后马上用铲子混合，混合比较均匀后重复加水混合，手戴上橡胶手套后抓取少量混合物，轻轻捏挤混合物能够成型不散开即可。

(2)然后在珊瑚砂床上将混合物堆放上去并根据审美需要进行捏制，捏制完成后盖上无纺布使其晾干，第二天打开遮盖的布用喷壶喷少量自来水在混合物表面防止其龟裂，每天重复一次至第7d完全干燥。

(3)干燥后将成型的活性生物石刷去底部附着的珊瑚砂放入5000L体积的水泥池中，灌入自来水，加入一台造流泵制造一定量水流，7d后将自来水排出，并灌入新的自来水，并每天测量水盐度有没有升高，重复换水数次至盐度测量不到升高后继续将活性生物石用自来水浸泡一个月的时间。

(4)将泡水处理完的活性生物石放入5000L水体积的有大量健康天然活性生物石的养殖池中进行活化，3个月后发现人工活性生物石上以大量附着有钙化藻等指示性藻类和钩虾等小型底栖生物生物群落，即认为活化完成，可以发挥活性生物石的功能。

实施例2

本发明实施例2还公开了一种人工活性生物石的少量试制方法，具体包括如下步骤：

(1)首先将2kg白水泥与4kg粒径0.5mm的珊瑚砂、2kg粗盐放置到桶中，戴上橡胶手套后充分混合，混合好后用烧杯往混合物中倒入200mL饱和盐水，倒入后马上用手混合，混合比较均匀后重复加水混合，直到抓取少量混合物，轻轻捏挤混合物能够成型不散开即可。

(2)然后在桌面上铺上数层报纸，将混合物堆放上去并根据审美需要进行捏制，捏制完成后盖上无纺布使其晾干，第二天打开遮盖的布用喷壶喷少量自来水在混合物表面防止其龟裂，每天重复一次至第7d完全干燥。

(3)干燥后将报纸从活性生物石上撕下，重新垫新的报纸后将活性生物石平的一面朝上放在报纸上，按步骤(1)配制混合物后将配制好的混合物在活性生物石平的一面上捏制，制造出自然美观的活性生物石，并重复步骤(2)使制好的活性生物石完全干燥。

(4)干燥后将成型的活性生物石放入水桶中，灌入自来水，放入气石连接气泵并泵气制造一定量水流，7d后将自来水排出，并灌入新的自来水，并每天测量水盐度有没有升高，重复换水数次至盐度测量不到升高后继续将活性生物石用自来水浸泡一个月的时间。

(5)将泡水处理完的活性生物石放入1000L水体积的有大量健康天然活性生物石的珊瑚礁观赏缸中进行活化，3个月后发现人工活性生物石上以大量附着有钙化藻等指示性藻类和钩虾等小型底栖生物生物群落，即认为活化完成，可以发挥活性生物石的功能。

效果验证

(1)分组

实验组1～2：分别对应实施例1～2方法制备得到的生物活石

对照组1：采用发明专利(CN106852290A)公开的一种活石的加工制作工艺得到的活石；

对照组2：发明专利(CN108112520A)公开的一种采用牡蛎壳制作活石的方法得到的活石。

(2)实验方法

实验组1～2以及对照组1～2采用分别放入新的空鱼缸中，加入LED灯、蛋白质分离器、造流泵、循环水主泵、温控系统后，并加入配置好的人工海水开始运行，经过短暂的藻类过量生长，约一个月之后水质达到稳定可以引入观赏性鱼类和观赏性珊瑚，测量水质参数，得到的结果如下表1所示。

表1

	NO<sub>3</sub><sup>-</sup>(mg/L)	NO<sub>2</sub><sup>-</sup>(mg/L)	NH<sub>4</sub><sup>+</sup>(mg/L)
				实验组1	<0.03	<0.03	<0.01
实验组2	<0.01	<0.01	<0.01
				对照组1	<0.03	<0.03	<0.01
对照组2	5	<0.03	<0.03

由上述表1的结果可以明显得知：本发明制备得到的生物活石与对照组1制备得到的生物活石达到的技术效果相似，但是由于本发明完全采用人工方法制备，相比于对照组1采用的原料、方法简单，成本低廉、养殖效果好，并且避免了对天然珊瑚礁的破坏，更加符合可持续发展的规律；而相比于对照组2，制备得到的生物活石在实际应用过程中水质参数更加合理，更有利于水中生物的生长、发育。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种人工活性生物石，其特征在于，包括如下原料：水泥、砂石和粗盐；其中所述水泥为白水泥或硅酸盐水泥，所述砂石为珊瑚砂或石英砂。

2.根据权利要求1所述的一种人工活性生物石，其特征在于，所述珊瑚砂或石英砂的直径小于2mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种人工活性生物石，其特征在于，所述水泥、砂石和粗盐的质量比为1:(0.5～2)：(0.5～2)。

4.一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，步骤(1)中另取粗盐加入水中溶解至饱和，得到饱和浓盐水。

6.根据权利要求4所述的一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述干混料与所述饱和浓盐水的体积比为(20～100)：1。

7.根据权利要求4所述的一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述遮盖物采用无纺布，所述喷水的方式为用喷壶早晚各喷一次；所述晾干的时间为3-15d。

8.根据权利要求4所述的一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述浸泡过程使用气泵或流泵制造水流，先每3-15d换一次水至水中盐度不升高，再浸泡时1个月。

9.根据权利要求4所述的一种人工活性生物石的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述活化时间为1～12个月。

10.一种如权利要求1～3任意一项所述的人工活性生物石在珊瑚养殖中的应用。