CN112655634A - 集装箱式深海化能养殖实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋科学实验装置，具体地说是一种集装箱式深海化能养殖实验系统，包括分别安装于集装箱内的蓄调水系统、密闭式循环水养殖系统、减压系统及充气系统，水预处理模块将外来水消毒过滤后输入到蓄水罐中，水调温模块A对蓄水罐内的水进行循环调温；回水槽与蓄水罐相连，回水槽的水经水调温模块B二次调温后过滤、再输送给各养殖槽，各养殖槽的回水分别与回水槽相连，各养殖槽还分别连接有充气系统，由充气系统向各养殖槽内充气；回水槽还连接有减压系统，通过减压系统对回水槽负压除氧以及去除各养殖槽内的过量气体。本发明模拟了深海化能合成生态系统的水体环境，为在远洋科考船上和实验室内开展深海化能生物相关研究提供了基础。

Description

集装箱式深海化能养殖实验系统
技术领域
本发明涉及海洋科学实验装置，具体地说是一种集装箱式深海化能养殖实验系统。
背景技术
深海中缺乏阳光，静水压力大，黑暗、低温、高压、缺氧是典型的环境特征。深海化能合成生态系统是深海生态系统的一种，主要包括热液、冷泉和其他还原型生态系统，如以死亡的鲸鱼尸体为营养形成的生态系统。开展深海化能合成生态系统中的生物研究遇到的首要困难是如何使采集的生物样品在脱离原生境后继续存活，因而构建一套能够模拟深海化能生态系统环境特征的养殖系统至关重要。模拟深海化能合成生态系统，主要是模拟黑暗、低温、高压、缺氧的环境特点，黑暗、低温容易实现，高压、缺氧且使水体含有甲烷或硫化氢等气体对系统构建的要求较高。
发明内容
为了解决了深海化能生物无法脱离原生境生存的难题，本发明的目的在于提供一种集装箱式深海化能养殖实验系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括分别安装于集装箱内的蓄调水系统、密闭式循环水养殖系统、减压系统及充气系统，其中蓄调水系统包括蓄水罐及分别与该蓄水罐相连的水预处理模块和水调温模块A，所述水预处理模块将外来水消毒过滤后输入到蓄水罐中，所述水调温模块A对蓄水罐内的水进行循环调温；所述密闭式循环水养殖系统包括回水槽、水调温模块B及多个养殖槽，所述回水槽与蓄水罐相连，该回水槽的水经所述水调温模块B二次调温后过滤、再输送给各所述养殖槽，各所述养殖槽的回水分别与所述回水槽相连，各所述养殖槽还分别连接有充气系统，由该充气系统向各所述养殖槽内充气；所述回水槽还连接有减压系统，通过所述减压系统对回水槽负压除氧以及去除各所述养殖槽内的过量气体。
其中：所述水预处理模块包括依次串联的水泵、砂滤缸A、紫外消毒机及精密过滤器，该水泵泵入外来水，经所述砂滤缸A、紫外消毒机及精密过滤器消毒过滤后输入所述蓄水罐中。
所述水调温模块A包括循环泵A、换热器、冷暖水机A及电子控制器A，该循环泵A的入水端与所述蓄水罐相连，出水端与所述换热器A的入水端连接，该换热器A的出水端与所述蓄水罐相连；所述换热器A与冷暖水机A相连，该冷暖水机A连接有电子控制器A。
所述水调温模块B包括循环泵B、换热器B、冷暖水机B及电子控制器B，该循环泵B的入水端与所述回水槽相连，出水端与所述换热器B的入水端连接，该换热器B的出水端与砂滤缸B相连，各所述养殖槽分别与所述砂滤缸B连接，在各所述养殖槽与砂滤缸B的连接管路上分别安装有控制水流的电子流量计；所述换热器B与冷暖水机B相连，该冷暖水机B连接有电子控制器B。
所述减压系统包括循环泵C、文丘里管、泡沫分离器、气水分离器、液氮瓶、真空泵及气泵，该循环泵C的入水端与所述回水槽相连，出水端通过所述文丘里管与泡沫分离器相连，该泡沫分离器的出水端与所述气水分离器的入水端连接，该气水分离器的出水端与所述回水槽相连；所述文丘里管与液氮瓶和/或气泵连接，所述气水分离器连接有真空泵。
所述充气系统包括电子气体流量计、电子控制器C及甲烷气瓶，各所述养殖槽分别与甲烷气瓶相连通，由所述甲烷气瓶向各养殖槽内通入甲烷气体，在每个所述养殖槽与甲烷气瓶之间的管路上均安装有电子气体流量计，各所述电子气体流量计分别与电子控制器C相连。
各所述养殖槽内均安装有与电子控制器C相连的气体浓度传感器。
所述回水槽与蓄水罐之间的管路上设有阀门，该阀门与电子控制器D相连，所述回水槽内设有液位传感器，所述液位传感器与电子控制器D连接。
所述蓄水罐、回水槽及各所述养殖槽均为密闭容器。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用可移动可船载型集装箱式整体设计，便于在考察船和地面站无缝连接和周围。
2.本发明采用的负压进行脱气，大大提高了脱气效率，可实现溶解氧在极低浓度的精准控制，同时提高非极性气体分子的溶解度。
3.本发明的容器均为密闭结构，避免有毒有害气体溢出而爆炸。
4.本发明具有二次调温的水调温模块，避免回水槽与养殖槽之间进行水循环时水温偏移。
附图说明
图1为本发明蓄调水系统的结构示意图；
图2为本发明密闭式循环水养殖系统、减压系统及充气系统的结构示意图；
其中：101为水泵，102为砂滤缸A，103为紫外消毒机，104为精密过滤器，105为蓄水罐，106为循环泵A，107为换热器A，108为冷暖水机A，109为电子控制器A；
201为回水槽，202为循环泵B，203为换热器B，204为冷暖水机B，205为电子控制器B，206为砂滤缸B，207为养殖槽，208为电子流量计；
301为循环泵C，302为文丘里管，303为泡沫分离器，304为气水分离器，305为液氮瓶，306为真空泵，307为气泵；
401为电子气体流量计，402为电子控制器C，403为甲烷气瓶，404为气体浓度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括分别安装于集装箱内的蓄调水系统、密闭式循环水养殖系统、减压系统及充气系统，其中蓄调水系统包括用于补给的蓄水罐105及分别与该蓄水罐105相连的水预处理模块和水调温模块A，水预处理模块将外来水消毒过滤后输入到蓄水罐105中，水调温模块A对蓄水罐105内的水进行循环调温；密闭式循环水养殖系统包括回水槽201、水调温模块B及多个养殖槽207，回水槽201与蓄水罐105相连，该回水槽201的水经水调温模块B二次调温后过滤、再输送给各养殖槽207，各养殖槽207的回水分别与回水槽201相连，各养殖槽207还分别连接有充气系统，由该充气系统向各养殖槽207内充气；回水槽201还连接有减压系统，通过减压系统对回水槽201负压除氧以及去除各养殖槽207内的过量气体。
本实施例的水预处理模块包括依次串联的水泵101、砂滤缸A102、紫外消毒机103及精密过滤器104，该水泵101泵入外来水，经砂滤缸A102、紫外消毒机103及精密过滤器104消毒过滤后输入蓄水罐105中。本实施例的外来水可为海水，精密过滤器104可为超滤膜，孔径为0.01微米；本实施例的蓄水罐105出于保温的目的，设计为密闭容器。
本实施例的水调温模块A包括循环泵A106、换热器107、冷暖水机A108及电子控制器A109，该循环泵A106的入水端与蓄水罐105相连，出水端与换热器A107的入水端连接，该换热器A107的出水端与蓄水罐105相连；换热器A107与冷暖水机A108相连，该冷暖水机A108连接有电子控制器A109。本实施例的换热器A107可为空调。该水调温模块A不断的循环，保证蓄水罐105中的水温始终是所需温度的水。
本实施例的水调温模块B包括循环泵B202、换热器B203、冷暖水机B204及电子控制器B205，该循环泵B202的入水端与回水槽201相连，出水端与换热器B203的入水端连接，该换热器B203的出水端与砂滤缸B206相连，各养殖槽207分别与砂滤缸B206连接，在各养殖槽207与砂滤缸B206的连接管路上分别安装有控制水流的电子流量计208；换热器B203与冷暖水机B204相连，该冷暖水机B204连接有电子控制器B205。本实施例的水调温模块B即用于二次控温。本实施例的回水槽201及各养殖槽207均为密闭容器，既保温又防止特种气体(如甲烷)溢出。本实施例的换热器B203可为空调。
本实施例的减压系统包括循环泵C301、文丘里管302、泡沫分离器303、气水分离器304、液氮瓶305、真空泵306及气泵307，该循环泵C301的入水端与回水槽201相连，出水端通过文丘里管302与泡沫分离器303相连，该泡沫分离器303的出水端与气水分离器304的入水端连接，该气水分离器304的出水端与回水槽201相连；文丘里管302与液氮瓶305和/或气泵307连接，气水分离器304连接有真空泵306。
本实施例的充气系统包括电子气体流量计401、电子控制器C402、甲烷气瓶403及气体浓度传感器404，各养殖槽207分别与甲烷气瓶403相连通，由甲烷气瓶403向各养殖槽207内通入甲烷气体，在每个养殖槽207与甲烷气瓶403之间的管路上均安装有电子气体流量计401，各电子气体流量计401分别与电子控制器C402相连。各养殖槽207内均安装有与电子控制器C402相连的气体浓度传感器404。
本实施例的回水槽201与蓄水罐105之间的管路上设有阀门，该阀门与电子控制器D相连，回水槽201内设有液位传感器，液位传感器与电子控制器D连接。
本发明的砂滤缸、紫外消毒机、换热器、冷暖水机、电子控制器、泡沫分离器、气水分离器均为现有技术，在此不再赘述。
本发明的工作原理为：
蓄调水：本发明安装于集装箱内，在集装箱出去工作前，需要向蓄水罐105中补充水。水泵101抽外来水后经砂滤缸A102、紫外消毒机103、精密过滤器104消毒过滤后，到蓄水罐105中。在蓄水的同时，水调温模块循环，由循环泵A106将蓄水罐105中的水泵入换热器A107中，经换热器A107换热后再流回蓄水罐105中；这样不断地循环，保证蓄水罐105中的水温始终保持所需的温度。
密闭式循环水养殖：蓄水罐105中的水供给回水槽201，回水槽201中的水与各养殖槽207在循环的过程中需要二次控温，避免循环水的温度偏移；循环泵B202将回水槽201中的水泵入换热器B203，经换热器B203换热后流到砂滤缸B206，由砂滤缸B206进行二次过滤处理，把养殖生物的代谢物在循环过程中过滤掉，然后再输送给各养殖槽207；整个密闭式循环水养殖系统都是密闭的，既保温，又防止特种气体溢出，避免爆炸。每个养殖槽207中水流的流量通过电子流量计208控制。
负压除氧：循环泵C301将回水槽201中的水泵出，通过文丘里管302泵入泡沫分离器303中；在此过程中，通过液氮瓶305向文丘里管302中打入氮气或氮气与空气的混合气，空气是通过气泵307打入的，当打入的是氮气与空气的混合气时，氮气与空气的比例可以调节，保证气体中氧的体积含量≤5％。在泡沫分离器303内曝气的过程中，将水中养殖生物的代谢物去除，以及将由蓄水罐105中流过来的水中的溶解氧降低。通过泡沫分离器303后再进入气水分离器304，气水分离器304连接真空泵306，内部是负压，可以进一步降低氧气的含量，以及将打入的气体排出去。通过上述循环，使回水槽201中的溶解氧达到所需的低值。
充气：甲烷气瓶403中的甲烷气体分别充入每个养殖槽207中，每个养殖槽207中的甲烷气体浓度可以通过电子气体流量计401及气体浓度传感器404调节控制的；不同养殖槽207内的甲烷气体浓度可以不一样，在回到回水槽201后，可以通过负压除氧将甲烷气体浓度归零，即将过量的甲烷气体去除。
当液位传感器检测到回水槽201中的水位降到设定值，电子控制器D控制阀门打开，由蓄水罐105向回水槽201补水，直至液位传感器检测到回水槽201中的水位到达上限，电子控制器D控制阀门关闭。
本发明模拟了深海化能合成生态系统的水体环境，解决了深海化能生物无法脱离原生境生活的难题，为在远洋科考船上和实验室内开展深海化能生物相关研究提供了基础。

Claims (9)

1.一种集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：包括分别安装于集装箱内的蓄调水系统、密闭式循环水养殖系统、减压系统及充气系统，其中蓄调水系统包括蓄水罐(105)及分别与该蓄水罐(105)相连的水预处理模块和水调温模块A，所述水预处理模块将外来水消毒过滤后输入到蓄水罐(105)中，所述水调温模块A对蓄水罐(105)内的水进行循环调温；所述密闭式循环水养殖系统包括回水槽(201)、水调温模块B及多个养殖槽(207)，所述回水槽(201)与蓄水罐(105)相连，该回水槽(201)的水经所述水调温模块B二次调温后过滤、再输送给各所述养殖槽(207)，各所述养殖槽(207)的回水分别与所述回水槽(201)相连，各所述养殖槽(207)还分别连接有充气系统，由该充气系统向各所述养殖槽(207)内充气；所述回水槽(201)还连接有减压系统，通过所述减压系统对回水槽(201)负压除氧以及去除各所述养殖槽(207)内的过量气体。
2.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述水预处理模块包括依次串联的水泵(101)、砂滤缸A(102)、紫外消毒机(103)及精密过滤器(104)，该水泵(101)泵入外来水，经所述砂滤缸A(102)、紫外消毒机(103)及精密过滤器(104)消毒过滤后输入所述蓄水罐(105)中。
3.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述水调温模块A包括循环泵A(106)、换热器(107)、冷暖水机A(108)及电子控制器A(109)，该循环泵A(106)的入水端与所述蓄水罐(105)相连，出水端与所述换热器A(107)的入水端连接，该换热器A(107)的出水端与所述蓄水罐(105)相连；所述换热器A(107)与冷暖水机A(108)相连，该冷暖水机A(108)连接有电子控制器A(109)。
4.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述水调温模块B包括循环泵B(202)、换热器B(203)、冷暖水机B(204)及电子控制器B(205)，该循环泵B(202)的入水端与所述回水槽(201)相连，出水端与所述换热器B(203)的入水端连接，该换热器B(203)的出水端与砂滤缸B(206)相连，各所述养殖槽(207)分别与所述砂滤缸B(206)连接，在各所述养殖槽(207)与砂滤缸B(206)的连接管路上分别安装有控制水流的电子流量计(208)；所述换热器B(203)与冷暖水机B(204)相连，该冷暖水机B(204)连接有电子控制器B(205)。
5.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述减压系统包括循环泵C(301)、文丘里管(302)、泡沫分离器(303)、气水分离器(304)、液氮瓶(305)、真空泵(306)及气泵(307)，该循环泵C(301)的入水端与所述回水槽(201)相连，出水端通过所述文丘里管(302)与泡沫分离器(303)相连，该泡沫分离器(303)的出水端与所述气水分离器(304)的入水端连接，该气水分离器(304)的出水端与所述回水槽(201)相连；所述文丘里管(302)与液氮瓶(305)和/或气泵(307)连接，所述气水分离器(304)连接有真空泵(306)。
6.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述充气系统包括电子气体流量计(401)、电子控制器C(402)及甲烷气瓶(403)，各所述养殖槽(207)分别与甲烷气瓶(403)相连通，由所述甲烷气瓶(403)向各养殖槽(207)内通入甲烷气体，在每个所述养殖槽(207)与甲烷气瓶(403)之间的管路上均安装有电子气体流量计(401)，各所述电子气体流量计(401)分别与电子控制器C(402)相连。
7.根据权利要求6所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：各所述养殖槽(207)内均安装有与电子控制器C(402)相连的气体浓度传感器(404)。
8.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述回水槽(201)与蓄水罐(105)之间的管路上设有阀门，该阀门与电子控制器D相连，所述回水槽(201)内设有液位传感器，所述液位传感器与电子控制器D连接。
9.根据权利要求1所述的集装箱式深海化能养殖实验系统，其特征在于：所述蓄水罐(105)、回水槽(201)及各所述养殖槽(207)均为密闭容器。
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