CN113862111B - 微藻培育装置及降低水体富营养化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微藻培育装置及降低水体富营养化的方法，涉及水生植物培育领域，一种微藻培育装置，包括跑道，所述跑道的数量为多个，每一个所述跑道均设置有进水口和出水口，所述跑道沿从所述进水口至所述出水口的方向向下倾斜，相邻的所述跑道并列设置，并且相邻的所述跑道的倾斜方向相反，相邻的其中一个所述跑道的出水口与另一个所述跑道的进水口连通，循环管路，位于最上方的所述跑道的进水口与位于最下方的所述跑道的出水口通过所述循环管路连通。通过多个跑道进行立体化的排列布局，提供了一种多列并排的立体化微藻培育装置，极大提高了空间利用率，相对传统的微藻培育装置，单位面积下的产能更高，能够大幅提高微藻的培育效率。
Description
技术领域
本发明涉及水生植物培育领域，特别涉及一种微藻培育装置及降低水体富营养化的方法。
背景技术
中国是水产养殖大国，水产养殖产量占全球水产养殖总量的60％。据统计，2018年全国水产品总量为6458万吨，其中4991万吨来自于人工养殖。即便如此，随着人民生活品质的不断提高，我国的水产品仍然存在供不应求的状况，水产养殖业仍然面临着一些问题和挑战，主要包括以下几个方面：(1)环境污染问题。每年水产饲料的投入，导致超过20万吨的氮释放到水环境中，造成水体富营养化及相关的环境和社会问题。根据环境相关法律要求，集约化养殖的工厂和分布式的外塘养殖区域都需要对尾水进行处理。(2)食品安全问题。目前水产行业还存在一定程度的滥用抗生素及其他化学试剂的问题。(3)鱼类品质问题。消费者需要鱼腥味低、风味、口感和质地都更加优质的水产品。(4)缺少高质量的鱼粉替代品，鱼粉作为水产养殖饲料中主要的蛋白源，供给日趋紧张，价格不断上涨，大大提高了水产养殖成本，而豆粕、玉米等植物来源的蛋白质替代品不但饲料转化率低，且近年来价格也逐步攀升。
水产养殖因为不精准投饵的问题，造成养殖过程中水体有机质含量高，滋生大量细菌，爆发有害蓝藻，造成水体富营养化，对生产造成不良影响。
微藻是一类光合自养微生物，对环境具有较强的适应性，广泛分布于各种水体环境中，其体积小、生长快，结构简单，易于培养，富含蛋白质、多糖、多不饱和脂肪酸和色素等多种营养物质，现已证实在饲料、食品和医药等领域具有很好的开发和应用前景。基于微藻的这些性质，有望成为解决上述水产养殖业面临的问题和挑战的一个重要突破口。例如小球藻，作为微藻的一种，不仅具有调节水质的功能，而且，还可以为水产品幼苗提供活口饵料。
养殖户一般需要从外购置藻液，抛洒在池塘中，由于长期封闭保存活力不高，又因不是本地藻种，适应性较差，造成调节水质效果并不理想。并且现有的微藻培育装置大多为单层的循环结构，占地面积大，单位面积的产能较低，培育效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中微藻培育装置培育效率低，并且微藻在池塘中调节水质效果不理想的缺陷，提供一种微藻培育装置及降低水体富营养化的方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种微藻培育装置，包括：
跑道，所述跑道的数量为多个，每一个所述跑道均设置有进水口和出水口，所述跑道沿从所述进水口至所述出水口的方向向下倾斜，相邻的所述跑道并列设置，并且相邻的所述跑道的倾斜方向相反，相邻的其中一个所述跑道的出水口与另一个所述跑道的进水口连通；
循环管路，位于最上方的所述跑道的进水口与位于最下方的所述跑道的出水口通过所述循环管路连通。
在本方案中，通过多个跑道进行立体化的排列布局，提供了一种多列并排的立体化微藻培育装置，微藻可以自上而下在多个并列的跑道中进行循环培育，具备极高的立体化拓展空间，极大提高了空间利用率，相对传统的微藻培育装置，单位面积下的产能更高，能够大幅提高微藻的培育效率。
较佳地，所有所述跑道在竖直方向上按分为两列的方式进行布置。
在本方案中，将所有跑道在竖直方向上设置为两列，能够进一步提高空间利用率，进而提升微藻的培育效率。
较佳地，所述跑道用于与其他所述跑道连通的所述进水口和所述出水口位于同一侧，并且相邻的其中一个所述跑道的进水口和出水口与另一个所述跑道的进水口和出水口相对设置。
在本方案中，能够缩短相邻跑道出水口与进水口之间的距离，方便相邻跑道出水口和进水口的连通。
较佳地，所述出水口和所述进水口的连接方式采用软接。
在本方案中，采用软接的方式将所述出水口和所述进水口连通，更为灵活便利。
较佳地，所述出水口和所述进水口之间的垂直距离为所述跑道宽度的0.5-2倍。
在本方案中，对需要连通的出水口和进水口设置一定的落差，能够补偿水流在当前跑道消耗的动能，使水流在下一层跑道中具备一定的流速，能够顺利的完成整个循环过程。
较佳地，微藻培育装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐内部设置有控温装置、照明装置和曝气装置，所述缓冲罐设置在所述循环管路上。
在本方案中，当水流流经缓冲罐时，可以集中脱除液体中因微藻光合作用产生的溶解氧。可以进行温度补偿，进而延长微藻的培育周期。在夜间停止循环后，跑道上的液体均会流入缓冲罐，缓冲罐中的照明装置有益于微藻的培育。
较佳地，所述缓冲罐全部或者部分沉没于水位或者地面下方。
在本方案中，能够对缓冲罐起到保温的作用。
较佳地，每一个层所述跑道的倾斜度在0.05-0.15％之间。
在本方案中，倾斜度为0.05-0.15％有利于水流顺利从跑道的进水口流至出水口，并且能使得水流在跑道中具备一定的深度，为微藻培育提供良好的环境。
较佳地，每一个所述跑道的倾斜度为0.1％。
在本方案中，当跑道倾斜度为0.1％时，水流能够保持一定流速，并且水流具有一定的深度。
较佳地，每一个所述跑道的长宽比为50:1-2:1。
在本方案中，水流在跑道中分布均匀，能够平铺整个跑道，不易形成聚流。
较佳地，每一个所述跑道的长宽比为30:1。
在本方案中，水流在跑道中分布均匀，能够平铺整个跑道，不易形成聚流。
较佳地，所述跑道在高度方向上的层数在2-5层之间，相邻两层所述跑道之间沿高度方向的距离为所述跑道宽度的1/3-2倍，并且所有的所述跑道的总高度不超过6m。
在本方案中，跑道总高度越高，支架承重要求越高，不易实现。此外，跑道总高度越高，液体由底部抽到最顶层的动力需求越大，由此带来的剪切力越大，容易打破微藻，不利于其生长。
较佳地，所述微藻培育装置还包括基座，所述基座上设有多个支撑架，各所述支撑架与所述跑道对应设置，所述支撑架的倾斜角度与对应的所述跑道的倾斜角度相同，所述跑道设置在对应的所述支撑架上。
在本方案中，支撑架的倾斜角度与跑道的倾斜角度相同，方便跑道的安装固定。
较佳地，每一个所述跑道沿长度方向的两端设置有缓冲槽。
在本方案中，缓冲槽能起到缓冲的作用，使水流更加稳定。
较佳地，所述缓冲槽内设置有曝气管。
在本方案中，曝气管能起到混合均匀、防止沉淀、补充CO2的作用。
较佳地，所述跑道设置有若干个隔断，各所述隔断沿跑道的长度方向延伸，以通过所述隔断将所述跑道划分成多个流道。
在本方案中，在跑道上设置隔断，可以使得跑道形成多个窄的流道，提升单条流道的长宽比，使水流在流道内分布均匀，不易形成聚流，为微藻提供良好的培育环境。
较佳地，微藻培育装置还包括光伏系统，微藻培育装置还包括光伏系统，所述光伏系统用于为所述循环管路的动力源供电。
在本方案中，光伏系统白天产能，夜间储能，微藻培育装置用电可以自产自用，具有运行成本低的优势。
较佳地，所述循环管路的动力源为水泵。
在本方案中，通过水泵可以为水流的循环提供动力。
较佳地，一种降低水体富营养化的方法，包括如上所述的微藻培育装置，降低水体富营养化的方法包括以下步骤：
S1、从水体中抽取水至最上层所述跑道；
S2、在跑道上接种有益微藻后，开启循环管路，使微藻在所述跑道中循环培养；
S3、当所述跑道中的水的氨氮浓度降低为3mg/L时，将跑道中的水排出至水体中；
S4、重复上述步骤，直至所述水体中水的氨氮浓度降低为5mg/L。
所述降低水体富营养化的方法还包括以下步骤：
S0、将所述微藻培育装置设置在水体的上方。
在本方案中，一方面可以在水体富营养化的时候，将水体抽调至跑道池中，通过高光照快速培养有益绿藻的方式消耗水体中的营养盐，并转化为活的微藻细胞，重新返回水体后可以起到为水体增氧、当做饵料使用，并降低水体富营养化；另一方面可以在池塘需要补充新鲜微藻时，使用水体自配培养基，高密度养殖有益微藻，为水产品幼苗提供活口饵料。
本发明的积极进步效果在于：
在本方案中，通过多个跑道进行立体化的排列布局，提供了一种多列并排的立体化微藻培育装置，微藻可以自上而下在多个并列的跑道中进行循环培育，具备极高的立体化拓展空间，极大提高了空间利用率，相对传统的微藻培育装置，单位面积下的产能更高，能够大幅提高微藻的培育效率。
附图说明
图1为本发明的实施例1的微藻培育装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的微藻培育装置的正视结构示意图；
图3为本发明的实施例1的跑道的结构示意图；
图4为本发明的实施例2的跑道的结构示意图；
图5为本发明的实施例3的各跑道之间的布局关系示意图；
图6为本发明的用于降低水体富营养化的方法的流程图。
基座100，支撑板110，支撑架120
跑道200，缓冲槽210，进水口220，出水口230，隔断240，流道250
进水管路310，回水管路320
水泵400
缓冲罐500
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
实施例1
如图1-3所示，一种微藻培育装置，包括：
跑道200，跑道200的数量为多个，每一个跑道200均设置有进水口220和出水口230，跑道200沿从进水口220至出水口230的方向向下倾斜，相邻的跑道200并列设置，并且相邻的跑道200的倾斜方向相反，相邻的其中一个跑道200的出水口230与另一个跑道200的进水口220连通；
循环管路，位于最上方的跑道200的进水口220与位于最下方的跑道200的出水口230通过循环管路连通。
在本实施例中，循环管路包括进水管路310和回水管路320，进水管路310的一端与最上方跑道200的进水口220连接，回水管路320的一端与最下方的跑道200连接，进水管路310的另一端和回水管路320的另一端设置在同一水体中。
在本方案中，通过多个跑道200进行立体化的排列布局，提供了一种多列并排的立体化微藻培育装置，微藻可以自上而下在多个并列的跑道200中进行循环培育，具备极高的立体化拓展空间，极大提高了空间利用率，相对传统的微藻培育装置，单位面积下的产能更高，能够大幅提高微藻的培育效率。
其中，本实施例中，所有跑道200在竖直方向上按分为两列的方式进行布置。通过这种结构设置，将所有跑道200在竖直方向上设置为两列，能够进一步提高空间利用率，进而提升微藻的培育效率。
具体的，跑道200用于与其他跑道200连通的进水口220和出水口230位于同一侧，并且相邻的其中一个跑道200的进水口220和出水口230与另一个跑道200的进水口220和出水口230相对设置。这种结构设置，能够缩短相邻跑道200出水口230与进水口220之间的距离，方便相邻跑道200出水口230和进水口220的连通。
较佳地，出水口230和进水口220的连接方式采用软接。在本实施例中，出水口230和进水口220通过采用防腐钢丝软管连接，以进一步提高防腐防锈能力，保证整个微藻培育装置的使用耐久。并且，采用软接的方式将出水口230和进水口220连通，更为灵活便利。
在本实施例中，出水口230和进水口220之间的垂直距离为跑道200宽度的1倍，通过在连通的出水口230和进水口220设置一定的落差，能够补偿水流在当前跑道200消耗的动能，使水流在下一层跑道200中具备一定的流速，能够顺利的完成整个循环过程。当然，在其他实施例中，出水口230和进水口220之间的垂直距离在跑道200宽度的0.5-2倍的范围内，以同样实现利用落差保证整个循环过程顺利的目的。
如图1和图2所示，微藻培育装置还包括缓冲罐500，缓冲罐500设置在整个微藻培育装置的下侧，并落地放置，缓冲罐500内部设置有控温装置、照明装置和曝气装置，缓冲罐500连通至循环管路上，使得循环管路中的水泵400能够从缓冲罐500取水。
在本实施例中，其中缓冲罐500的最顶端设置有进口，最低端设置有出口，进口处和出后处分别设置有三通接头，一循环管路包括进水管路310和回水管路320，进水管路310的一端与缓冲罐500出口处三通接头的一通连接，进水管路310另一端设置在最上方的跑道200的进水口220处，回水管路320的一端于缓冲罐500进口处三通接头的一通连接，回水管路320的另一端设置在最下方跑道200的出水口230处。其中，缓冲罐500进口处三通接头的另外一通连接外源水，正常运行时，连接外源水的一通关闭，仅在需要补充水源是打开。缓冲罐500出口处三通接头的另外一通可以连接微藻收集装置。
在本方案中，当水流流经缓冲罐500时，可以集中脱除液体中因微藻光合作用产生的溶解氧。可以进行温度补偿，进而延长微藻的培育周期。在夜间停止循环后，跑道200上的液体均会流入缓冲罐500，缓冲罐500中的照明装置有益于微藻的培育。
在本实施例中，缓冲罐500的容积为5吨。
在本实施例中，缓冲罐500的容积也可以在所有跑道200中流体的总体积的1-5倍之间。
在其他实施例中，除了将缓冲罐500落地放置，还可以将缓冲罐500全部或者部分沉没在水下或者地面下方。通过这种设置方案，利用水体或土地包裹缓冲罐500。
在本方案中，能够对缓冲罐500起到保温的作用，实现节约能源的目的。
在本实施例中，每层跑道200的倾斜度为0.1％，以利于水流顺利从跑道200的进水口220流至出水口230，并且能使得水流在跑道200中具备一定的深度，为微藻培育提供良好的环境。
在其他实施例中，每次跑道200的倾斜度可以在0.05-0.15％的范围内，以同样实现使水流顺利流动的目的。
在本方案中，当跑道200倾斜度为0.1％时，水流能够保持一定流速，并且水流具有一定的深度。
在本实施例中，每层跑道200的长宽比为30:1。
在其他实施例中，每层跑道200的长宽比可以在50:1-2:1范围内。
在本方案中，水流在跑道200中分布均匀，能够平铺整个跑道200，不易形成聚流。
在本实施例中，跑道200设置有5层，相邻两层跑道200之间沿高度方向的距离为跑道宽度的1倍，并且所有的跑道200的总高度为6m。
在其他实施例中，跑道200的总高度可以为5m。
在其他实施例中，多层跑道200可以设置2-4层，相邻两层跑道200的距离为跑道200宽度的1/3-2倍的范围内，并且多层跑道200总高度小于6m。
在本方案中，跑道200总高度越高，支架承重要求越高，不易实现。此外，跑道200总高度越高，液体由底部抽到最顶层的动力需求越大，由此带来的剪切力越大，容易打破微藻，不利于其生长。
在本实施例中，微藻培育装置还包括基座100，基座100包括多个支撑架120，各个支撑架120与跑道200对应设置，支撑架120的倾斜角度与跑道200的倾斜角度相同，跑道200设置在支撑架120上。
在本实施例中，基座100还包括多个支撑板110，支撑板110设置在支撑架120和基座100本体上，用于加固支撑架120。
在其他实施例中，微藻培育装置也可不设置基座100，多个跑道200之间可以采用连接板进行固定连接。
在本方案中，支撑架120的倾斜角度与跑道200的倾斜角度相同，方便跑道200的安装固定。
较佳地，每层跑道200沿长度方向的两端设置有缓冲槽210，缓冲槽210能起到缓冲的作用，使水流更加稳定。
在本实施例中，缓冲槽210的切面为半圆形，半圆形的直径为跑道200长度的1/4。
在其他实施例中，半圆形的直径为跑道200长度的1/5-1/3的范围内便可。
在其他实施例中，缓冲槽210的切面也可以设置为方型、U型或者根据需要进行其他合理设置。
在其他实施例中，每层跑道200的两端也可以不设置缓冲槽210。
在本实施例中，缓冲槽210内设置有曝气管。曝气管能起到混合均匀、防止沉淀、补充CO2的作用。
在其他实施例中，缓冲槽210内也可以不设置曝气管，可以根据需要设置搅拌装置。
在本实施例中，微藻培育装置还包括光伏系统，光伏系统用于为所述循环管路的动力源供电，光伏系统白天产能，夜间储能，微藻培育装置用电可以自产自用，具有运行成本低的优势。
在其他实施例中，可以不设置光伏系统，采用风能发电、水能发电以及现有供电系统来提供电能。
在本实施例中循环管路的动力源为水泵400，水泵400设置在循环管路上。通过水泵400可以为水流的循环提供动力。
在本实施例中，水泵400选用低剪切力并且扬程高的循环泵，提供的流量满足液体在跑道200上面的流速为50-120cm/s；
在其他实施例中，水泵400也可采用其他能够循环液体的动力源代替。
在本实施例中，多层跑道200设置在水体的上方。当水体需要补充新鲜微藻时，使用水体自配培养基，高密度养殖有益微藻，可以为水产品幼苗提供活口饵料。
在本实施例中，多层跑道200也可以设置在地面的上方。
在实施例中，所有跑道200的长度相同。
在其他实施例中，跑道200也可以根据需要设置不同的长度。
本发明还提供一种降低水体富营养化的方法，具体流程如图6所示，该方法应用在上述的微藻培育装置中，
该方法具体包括以下步骤：
S1、从水体中抽取水至最上层跑道200；
S2、在跑道上接种有益微藻后，开启循环管路，使微藻在所述跑道中循环培养；
S3、当跑道中的水的氨氮浓度降低为3mg/L时，将跑道中的水排出至水体中；
S4、重复上述步骤，直至水体中水的氨氮浓度降低为5mg/L。
上述降低水体富营养化的方法还包括以下步骤：
S0、将所述微藻培育装置设置在水体的上方。
在本方案中，一方面可以在水体富营养化的时候，将水体抽调至跑道200中，通过高光照快速培养有益绿藻的方式消耗水体中的营养盐，并转化为活的微藻细胞，重新返回水体后可以起到为水体增氧、当做饵料使用，并降低水体富营养化；另一方面可以在水体需要补充新鲜微藻时，使用水体自配培养基，高密度养殖有益微藻，为水产品幼苗提供活口饵料。
此外，本实施例中还提供了一种微藻培育方法：
S1、将从水体中抽取水至最上层跑道200。
S2、在跑道中加入培养液，并接种微藻。
S3、培养液消耗后，排掉部分水，从水体重新抽取水至跑道并加入营养盐。
S4、循环至微藻成熟后结束。
其中微藻可以为小球藻，在水产养殖中，微藻可以直接作为饵料，更为环保，并且可以降低养殖成本。
实施例2
如图4所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：
跑道200设置有若干个隔断240，各隔断240沿跑道200的长度方向延伸并通过隔断240将跑道200划分成多个流道250。
当跑道200长宽比不在50:1-2:1的范围内时，跑道200上面水流横向不均匀，尤其是在液层较薄时，易形成聚流，不利于微藻的培育。因此，在跑道200上设置隔断240，可以使得跑道200形成多个窄的流道250，提升单条流道250的长宽比，使水流在流道250内分布均匀，不易形成聚流，为微藻提供良好的培育环境。
其中，隔断240结构可以为直线，也可以为曲线。
实施例3
如图5所示，本实施例的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：
在本实施例中，跑道200并列设置有三列，相邻两列的倾斜方向相反，并且跑道200由进水口220向出水口230方向倾斜，所有跑道200依次向下。
在其他实施例中，跑道200也可以并列设置四列，设置更多列。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种微藻培育装置，包括：
跑道，所述跑道的数量为多个，每一个所述跑道均设置有进水口和出水口，所述跑道沿从所述进水口至所述出水口的方向向下倾斜，相邻的所述跑道并列设置，并且相邻的所述跑道的倾斜方向相反，相邻的其中一个所述跑道的出水口与另一个所述跑道的进水口连通；
每一个所述跑道沿长度方向的两端设置有缓冲槽；所述跑道设置有若干个隔断，各所述隔断沿跑道的长度方向延伸，以通过所述隔断将所述跑道划分成多个流道；
循环管路，位于最上方的所述跑道的进水口与位于最下方的所述跑道的出水口通过所述循环管路连通。
2.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所有所述跑道在竖直方向上按分为两列的方式进行布置。
3.如权利要求2所述的微藻培育装置，其特征在于，所述跑道用于与其他所述跑道连通的所述进水口和所述出水口位于同一侧。
4.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所述出水口和所述进水口的连接方式采用软接。
5.如权利要求4所述的微藻培育装置，其特征在于，所述出水口和所述进水口之间的垂直距离为所述跑道宽度的0.5-2倍。
6.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，微藻培育装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐内部设置有控温装置、照明装置和曝气装置，所述缓冲罐设置在所述循环管路上。
7.如权利要求6所述的微藻培育装置，其特征在于，所述缓冲罐全部或者部分沉没于水位或者地面下方。
8.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，每一个所述跑道的倾斜度在0.05-0.15％之间。
9.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，每一个所述跑道的长宽比为50:1-2:1。
10.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所述跑道在高度方向上的层数在2-5层之间，相邻两层所述跑道之间沿高度方向的距离为所述跑道宽度的1/3-2倍，并且所有的所述跑道的总高度不超过6m。
11.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所述微藻培育装置还包括基座，所述基座上设有多个支撑架，各所述支撑架与所述跑道对应设置，所述支撑架的倾斜角度与对应的所述跑道的倾斜角度相同，所述跑道设置在对应的所述支撑架上。
12.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所述缓冲槽内设置有曝气管。
13.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，微藻培育装置还包括光伏系统，所述光伏系统用于为所述循环管路的动力源供电。
14.如权利要求1所述的微藻培育装置，其特征在于，所述循环管路的动力源为水泵。
15.一种降低水体富营养化的方法，其特征在于，其采用如权利要求1-14任意一项权利所述的微藻培育装置，所述降低水体富营养化的方法包括以下步骤：
S1、从水体中抽取水至最上层所述跑道；
S2、在跑道上接种有益微藻后，开启循环管路，使微藻在所述跑道中循环培养；
S3、当所述跑道中的水的氨氮浓度降低为3mg/L时，将跑道中的水排出至水体中；
S4、重复上述步骤，直至所述水体中水的氨氮浓度降低为5mg/L。
16.如权利要求15所述的降低水体富营养化的方法，其特征在于，所述降低水体富营养化的方法还包括以下步骤：
S0、将所述微藻培育装置设置在水体的上方。
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