CN117843151A - 携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置以及提供方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置以及提供方法。提供装置包括：框架，包括上部横向支柱、下部横向支柱以及支撑上部横向支柱和下部横向支柱的纵向支柱；蓝光照射模块，设置在框架的靠近底部的位置，用于向水体的底质处的菱形藻照射蓝光；多个滚轴，分别可旋转地轴支撑于上部横向支柱和下部横向支柱的各个端部；菱形藻载体，张紧架设在多个滚轴上，从底质附着菱形藻，并携带该菱形藻随着多个滚轴的旋转而循环移动；以及溶藻细菌容纳盒，设置在菱形藻载体的移动路径上，且内部容纳溶藻细菌，以使穿过其内部的菱形藻载体所携带的菱形藻与该溶藻细菌接触。
Description
技术领域
本申请涉及水华治理中的微生物应用领域，具体涉及携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置以及提供方法。
背景技术
近年来，由于湖沼的污染，富营养化的水中爆发水华的事例呈增加趋势。如果水华异常生长，不仅破坏生态、影响景观，而且还会引起自来水酸臭等问题。特别是作为水华中的优势种的蓝藻(Microcystis)，尤其是微囊藻属蓝藻(Microcystis spp.)会产生有毒的微囊藻毒素(microcystin)，对人和家畜的健康造成危害。
因此，多年来人们一直致力于开发各种各样的水华的治理方法。目前，现场直接实施的水华治理措施已知有杀藻剂散布法等化学方法、过滤、絮凝沉淀分离回收等物理方法、以及生态系统控制(biomanipulation，水生植物栽植等)等生物方法。另外，还有底质疏浚法、覆砂法、底层氧气导入法等抑制从现场底质供应蓝藻增殖促进营养盐的方法。另外，还有通过用遮光幕覆盖水面，或通过用曝气和螺旋桨垂直混合水体以将蓝藻送入黑暗底层，来使光合作用失去活性，同时降低表层水温和pH值，以抑制蓝藻增殖的方法等。
然而，以往的治理措施存在许多问题，例如，需要大规模的工程和费用，可能引起周边水质的二次污染，对蓝藻以外的本地生物群落也会产生负面影响。此外，这些方法的效果仅限于采取措施的小水体，无法获得更大范围的效果。
另外，为了在治理水华时将对周边水质生物环境的影响降至最低，也研究了对水华具有特异作用的杀藻菌和病毒的散布法，但该方法存在引入非本地微生物的问题。并且，杀藻菌和病毒也作用于很多藻类，因此还存在同时杀死其他本地藻类的问题。
发明内容
因此，为了解决上述问题中的至少一部分，本申请提出一种携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置以及提供方法，以利用现地既有的对蓝藻有特异性作用的菱形藻携带溶藻细菌，达到特异性地作用于蓝藻的目的。
根据本申请发明的一个方面，提供一种携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，包括：框架，包括上部横向支柱、下部横向支柱以及支撑上部横向支柱和下部横向支柱的纵向支柱；蓝光照射模块，设置在框架的靠近底部的位置，用于向水体的底质处的菱形藻照射蓝光；多个滚轴，分别可旋转地轴支撑于上部横向支柱和下部横向支柱的各个端部；菱形藻载体，张紧架设在多个滚轴上，从底质附着菱形藻，并携带该菱形藻随着多个滚轴的旋转而循环移动；以及溶藻细菌容纳盒，设置在菱形藻载体的移动路径上，且内部容纳溶藻细菌，以使穿过其内部的菱形藻载体所携带的菱形藻与该溶藻细菌接触。
根据本申请发明的另一方面，提供一种携带溶藻细菌的菱形藻的提供方法，包括：将上述携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置放入水底；通过蓝光照射模块向水体的底质照射蓝光，以激活底质上的菱形藻；以及驱动多个滚轴旋转，以带动菱形藻载体循环移动，从而使得：菱形藻载体与底质接触而附着激活的菱形藻，并携带菱形藻穿过容纳有溶藻细菌的溶藻细菌容纳盒而生成携带溶藻细菌的菱形藻，然后将携带溶藻细菌的菱形藻运送到水体的表层以使其与表层中的蓝藻接触。
技术效果
根据本申请，通过对水体底质照射蓝光，占优势地激活底质中的菱形藻，并利用菱形藻载体携带并运送激活的菱形藻，使其与溶藻细菌接触而形成携带溶藻细菌的菱形藻，并将携带溶藻细菌的菱形藻运送至水体表层，最终使蓝藻感染携带溶藻细菌的菱形藻，从而分解、溶藻并抑制蓝藻。
由于利用现地既有的对蓝藻有特异性作用的菱形藻携带溶藻细菌，以特异性地作用于蓝藻，因此能够避免引入非本地生物种，同时还能够降低对其他本地藻类的影响。
附图说明
图1是示出根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置的构成示意图。
图2是示出上述携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置的从左侧观看的构成示意图。
图3A是示出根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置随水位变形的示意图。
图3B是示出根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置随水位变形的示意图。
图4是示出控制上述携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置随水位变形的控制构成的示意图。
具体实施方式
为了更加明确本申请发明的发明目的、技术方案和有益的技术效果，以下参考附图详细说明本申请的实施方式。应当理解，本说明书中描述的实施方式仅仅是为了用于说明本申请发明，而不是限制本申请发明的。
面对现有技术中存在的技术问题，本申请发明人们对水华的微生物治理进行了长期锐意的研究，发现了菱形藻对水华中的蓝藻具有特异性的作用。
为了确认该发现，本申请发明人们对菱形藻向蓝藻群落的附着特性进行了培养实验。该实验设计了三种培养系统，即：1.蓝藻单独系统、2.蓝藻和菱形藻放在同一容器内的共存系统、以及3.在系统2中放入直径为2mm、高度接近培养液液面的竹竿以便菱形藻能够移动到表层并与蓝藻接触的系统。准备100ml培养液的上述三种培养系统，在白色荧光灯的光照度2000lux、光周期12h光/12h暗、且温度25℃的培养条件下静置培养14天，得到了如下述表1所述的实验结果。
表1：蓝藻、菱形藻接触培养实验结果(悬浮藻类细胞数，cells/mL)
通过实验发现系统1中的蓝藻发生了增殖，而其他与菱形藻共存的系统中蓝藻则减少了。特别是在蓝藻和菱形藻相接触的系统3中，确认了菱形藻附着到蓝藻细胞群落表面或侵入内部并增殖的现象，并观察到有很多群落发生了沉降，与单独培养蓝藻的情况相比，悬浮蓝藻被抑制到1/10。由此可以明确菱形藻具有特异性地附着到蓝藻群落的特性。
然而，在自然界中，蓝藻悬浮在水体表层，菱形藻主要分布在水底的底质中和底质表面且具有附着移动性，二者几乎不接触。水体底层的底质上或底质中的菱形藻由于无光照或光照不足而处于休眠状态，不增殖。水体底层中存在丰富的营养盐，具备除光照外的其他繁殖条件。因此，对于底层中休眠的菱形藻，可以进行光照来激活并使其增殖。对于光照增殖，本申请发明人们研究发现照射蓝光具有优先促进菱形藻增殖的效果。为了确认该结论，本申请发明人们进行了如下的培养对照实验。在100mL的培养液中放入富营养化湖沼的底质2g，在温度25℃、用白色LED和蓝光LED以光子量约100μmol·m-2·s-1、光周期12h光/12h暗分别进行照射的条件下培养7天，获得了下述表2所述的实验结果。
表2：蓝光照射对菱形藻增殖的促进效果培养实验结果(cells/mL)
实验结果显示，白光照射下各种藻类均增殖，而蓝光照射下绿藻和蓝藻几乎没有增殖，菱形藻却增殖了约100倍。由此可以确认蓝光照射具有优先促进菱形藻增殖的效果。
基于以上的发现，本申请发明人们进一步提出了利用要治理水体的底质中的菱形藻特异性地治理蓝藻的解决方案。
下面结合图1～图4，对根据本申请方案的具体实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置以及提供方法进行说明。图1是示出根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置的构成示意图，图2是示出上述携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置的从左侧观看的构成示意图。图3A和图3B是示出根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置随水位变形的示意图，图4是示出控制上述携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置随水位变形的控制构成的示意图。
如图1和图2所示，携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10包括框架，该框架包括上部横向支柱11、下部横向支柱12以及支撑上部横向支柱11和下部横向支柱12的纵向支柱13。这里，优选在图1中的纸面前侧和里侧各设置上部及下部的横向支柱11、12和纵向支柱13，以更加稳定和牢固地支承装置。在两个上部横向支柱11的各端部之间、以及在两个下部横向支柱12的各端部之间分别轴支撑有可旋转的滚轴14。例如，在图1的四个角装配有四个滚轴14。
在这些滚轴14上张紧架设有菱形藻载体15，用于从水体的底质附着菱形藻，并携带菱形藻随着多个滚轴14的旋转而循环移动。具体地，菱形藻载体15包括：带状载体151，张紧架设在多个滚轴14上，随着多个滚轴14的旋转而循环移动；以及菱形藻诱导载体152，被设置在带状载体151的表面上，通过与水体的底质接触而附着菱形藻1。菱形藻属于附着性硅藻类，其在细胞外部有微细的纤维状物，可附着在化学纤维、天然纤维、玻璃、自然的土壤、石头、水草等任何物体上并在其表面移动。带状载体151只要是菱形藻附着后不易脱落，不是滑溜溜的，可以用任何材料形成，例如，可以用树脂膜形成，优选用透光性树脂膜形成，以最大限度地不阻挡光照，进一步优选用能够使蓝光透射的树脂膜形成。在带状载体151的表面设置有很多菱形藻诱导载体152，其一端固定在带状载体151的表面，另一端为自由端，从而通过其自身重量向下悬垂。菱形藻诱导载体152优选形成为纤维状，以使菱形藻能在纤维间移动。菱形藻诱导载体152与带状载体151同样地，只要是菱形藻附着后不易脱落，不是滑溜溜的，可以用任何材料形成，其可以与带状载体151相同材料形成，也可以用不同材料形成。
如图2所示，菱形藻载体15可以设置一个，也可以并排设置多个。
携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10还包括溶藻细菌容纳盒16，容纳溶藻细菌2。溶藻细菌容纳盒16设置在菱形藻载体15的循环路径上，菱形藻载体15穿过该溶藻细菌容纳盒16而循环移动，从而盒内的溶藻细菌2与菱形藻载体15接触并附着到菱形藻载体15搭载的菱形藻1上，形成携带溶藻细菌的菱形藻。
携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10还可以包括溶藻细菌供应罐17，其保存溶藻细菌2，并通过软管等向溶藻细菌容纳盒16供应溶藻细菌2。溶藻细菌供应罐17可以设置在水面之上，利用水头差向溶藻细菌容纳盒16供应溶藻细菌2。溶藻细菌供应罐17设置在水面下也可以，此时可以通过水泵等供应溶藻细菌2。溶藻细菌可以从要处理的水域中分离提取后大量培养来使用，也可以从外部购买使用。
携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10在框架的靠近底部的位置设置有蓝光照射模块18，该蓝光照射模块18照射水体底层的底质处的菱形藻1，已将其激活。蓝光照射模块18例如可以设置在菱形藻载体15的上方，在此情况下，菱形藻载体15优选用透光性树脂膜形成，以最大限度地不遮挡光照。蓝光照射模块18的光源可以采用蓝光LED，具体地可以由安装在基板上的蓝光LED阵列形成。另外，该光源也可以采用白色LED和蓝色滤光片构成，具体地可以在基板上安装白色LED阵列、并在该LED阵列上涂布蓝色滤光层或覆盖蓝色的滤光片形成。蓝光照射不限于此，可以采用现有的任意的蓝光照射手段。
携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10在底部还可以设置有轮子19，起到支撑并方便移动装置的作用。
另外，为了使从底层移动到表层的菱形藻1充分接触到水面附近的蓝藻3，菱形藻载体15需要始终位于水面正下方。为了使承载携带溶藻细菌的菱形藻的菱形藻载体15始终位于预定水深处，在本实施方式中，如图1、图3A和图3B所示，携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10的上部横向支柱11形成为可水平伸缩的支柱，纵向支柱13形成为可上下伸缩的支柱。并且，在携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10的与菱形藻载体15的最高部分同一高度的位置直立设置有支撑臂20，在该支撑臂20上，与菱形藻载体15的最高部分保持预定距离地沿垂直方向上下排列布置有上部水位传感器21和下部水位传感器22。附图中，溶藻细菌供应罐17设置在支撑臂20上，水位传感器21、22设置在溶藻细菌供应罐17上，但溶藻细菌供应罐17也可以和水位传感器21、22分开设置在其他位置。该上部及下部水位传感器21、22输出表示是否与水接触的电信号。如图4所示，提供装置10还包括控制部23，该控制部23接收上部及下部水位传感器21、22输出的电信号，并基于接收到的电信号控制上部横向支柱11和纵向支柱13的伸缩，以使菱形藻载体15的最高部分处于预定水深位置，在图1中，使菱形藻载体15中位于上部两个滚轴之间的承载携带溶藻细菌的菱形藻的部分处于预定水深处。
在本实施方式中，控制部23在从上部水位传感器21接收的电信号为表示与水接触的电信号时，如图3A所示那样，控制上部横向支柱11和纵向支柱13的伸缩，以使上部横向支柱11收缩，且纵向支柱13伸长，直至从上部水位传感器21接收的电信号变为表示不与水接触的电信号。另外，控制部23在从下部水位传感器22接收的电信号为表示不与水接触的电信号时，如图3B所示那样，控制上部横向支柱11和纵向支柱13的伸缩，以使上部横向支柱11伸长，且纵向支柱13收缩，直至从下部水位传感器22接收的电信号变为表示与水接触的电信号。如此，控制部23通过使上部横向支柱11和纵向支柱13自动伸缩以使上部水位传感器21位于空气中、下部水位传感器22位于水中，能够使菱形藻载体15中承载携带溶藻细菌的菱形藻的部分、即图1、图3A和图3B所示的菱形藻载体15中位于上方两个滚轴14之间的部分始终处于预定水深处。
这里，例如可以采用与水接触时有电流流动的电导率传感器作为第一及下部水位传感器22、22，在此情况下，控制部23在接收到来自电导率传感器的电信号时，判断为该电导率传感器与水接触，接收不到来自电导率传感器的电信号时，判断为该电导率传感器不与水接触。
菱形藻载体15的最高部分、即图1中承载携带溶藻细菌的菱形藻的部分的水深位置通过支撑水位传感器的支撑臂20来确定。支撑臂20可以形成为可伸缩的调节臂，可通过伸缩来将菱形藻载体15的最高部分调节到预定水深处。例如，预定水深处优选为蓝藻群聚集的水层。例如可以设为2cm～10cm的水深位置。
以上对携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10的构成进行了说明。下面对使用携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10的蓝藻治理进行说明。
当治理蓝藻3时，将根据本申请实施方式的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置10放入要治理的水体的水底，并投入电源启动装置。这样，装置底部的蓝光照射模块18向水底的底质照射蓝光，激活底质浅层中及底质上的菱形藻1，使其增殖。同时，轴支撑在上部及下部横向支柱11、12的各个端部上的滚轴14在连接于这些滚轴的至少一个上的马达(附图中没有示出)的驱动下旋转，并带动菱形藻载体15缓慢旋转移动。菱形藻载体15移动到水底时，其表面上的菱形藻诱导载体152与底质接触，底质上被激活并增殖的菱形藻1附着到菱形藻诱导载体152上，并在蓝光照射下继续增殖。接着，随着菱形藻载体15向水面方向移动，菱形藻1朝着水体表层被运送。在向水体表层移动时，由于菱形藻诱导载体152覆盖在带状载体151上而防止菱形藻1的脱离。菱形藻载体15继续向表层移动，并穿过设置在接近表层的位置处的溶藻细菌容纳盒16，从而溶藻细菌容纳盒16内的由溶藻细菌供应罐17供应而来的具有分解水华的作用的溶藻细菌2与菱形藻载体15上的菱形藻1接触并附着到该菱形藻1上，形成携带溶藻细菌的菱形藻。携带溶藻细菌的菱形藻随着菱形藻载体15的移动，被运送到水体表层，从而特异性地附着到悬浮在表层的蓝藻的细胞群落，进而侵入蓝藻群落内部，从而容易使溶藻细菌2感染蓝藻，分解杀灭蓝藻。另外，感染菱形藻的蓝藻随着表层水的流动而可被大范围扩散，继续接触并感染健全的蓝藻，进而溶藻细菌2的感染扩大到更广的范围，有利于抑制整个水体的蓝藻。
如上，根据本申请发明，通过结合优占性地激活菱形藻并使其增殖的蓝光照射和使菱形藻附着，进而将其移动到蓝藻所在的表层的菱形藻载体，能够利用本地既有的菱形藻特异性地作用于蓝藻。
另外，在本申请发明的实施方式中，由于采用LED进行光照，并且缓慢移动菱形藻载体，因此能够利用小量能量和小型设备实施。例如，利用当地的太阳能和风力发电、蓄电，能够仅利用绿色能源实施。
另外，根据本申请发明，由于只进行光照，不从外部带入任何物质和药剂，因此不会对周边水环境造成影响。而且，由于利用要治理的水体的底质中既有的菱形藻，因此完全不会引入外来生物种。
另外，根据本申请发明，通过充分利用对蓝藻类水华具有特异性作用的菱形藻附着并携带溶藻细菌，能够特异性地分解、溶解蓝藻类水华。
以上，对本申请发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行变更、修改。上述的各个实施方式包含实质上相同的方式，也可以适当地组合。基于本申请公开的实施方式，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施方式，显然也都包括在本申请保护的范围内。
附图标记说明
1-菱形藻、2-溶藻细菌、3-蓝藻、10-携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置、11-上部横向支柱、12-下部横向支柱、13-纵向支柱、14-滚轴、15-菱形藻载体、151-带状载体、152-菱形藻诱导载体、16-溶藻细菌容纳盒、17-溶藻细菌供应罐、18-蓝光照射模块、19-轮子、20-支撑臂、21-上部水位传感器、22-下部水位传感器、23-控制部。
Claims (10)
1.携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，包括：
框架，包括上部横向支柱、下部横向支柱以及支撑所述上部横向支柱和所述下部横向支柱的纵向支柱；
蓝光照射模块，设置在所述框架的靠近底部的位置，用于向水体的底质处的菱形藻照射蓝光；
多个滚轴，分别可旋转地轴支撑于所述上部横向支柱和所述下部横向支柱的各个端部；
菱形藻载体，张紧架设在所述多个滚轴上，从所述底质附着菱形藻，并携带该菱形藻随着所述多个滚轴的旋转而循环移动；以及
溶藻细菌容纳盒，设置在所述菱形藻载体的移动路径上，且内部容纳溶藻细菌，以使穿过其内部的所述菱形藻载体所携带的所述菱形藻与该溶藻细菌接触。
2.根据权利要求1所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，还包括溶藻细菌供应罐，其保存溶藻细菌，并向所述溶藻细菌容纳盒供应所述溶藻细菌。
3.根据权利要求1所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述菱形藻载体包括：
带状载体，张紧架设在所述多个滚轴上，随着所述多个滚轴的旋转而循环移动；以及
菱形藻诱导载体，设置在所述带状载体的表面上，通过与所述底质接触而附着所述菱形藻。
4.根据权利要求3所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述菱形藻诱导载体以一端固定在带状载体的表面、另一端为自由端的形式，呈纤维状设置在所述带状载体的表面上。
5.根据权利要求1所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述菱形藻载体为一个、或者被并列设置多个。
6.根据权利要求3所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述带状载体由透光性树脂膜形成。
7.根据权利要求1所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述蓝光照射模块包括蓝光LED。
8.根据权利要求1所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，
所述上部横向支柱为可水平伸缩的支柱，所述纵向支柱为可上下伸缩的支柱；
所述提供装置还包括：
上部及下部水位传感器，沿垂直方向上下排列地通过支撑臂设置在比所述菱形藻载体的最高部分高预定距离的位置处，输出表示是否与水接触的电信号；以及
控制部，接收所述上部及下部水位传感器输出的所述电信号，并基于接收到的所述电信号控制所述上部横向支柱和所述纵向支柱的伸缩，
以使所述菱形藻载体的所述最高部分处于预定水深位置。
9.根据权利要求8所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置，其特征在于，所述支撑臂为可伸缩臂，通过伸缩来调节所述预定水深位置。
10.一种携带溶藻细菌的菱形藻的提供方法，其特征在于，包括：
将权利要求1至9中任一项所述的携带溶藻细菌的菱形藻的提供装置放入水底；
通过所述蓝光照射模块向所述水体的底质照射蓝光，以激活所述底质上的菱形藻；以及
驱动所述多个滚轴旋转，以带动所述菱形藻载体循环移动，从而使得：所述菱形藻载体与所述底质接触而附着激活的所述菱形藻，并携带所述菱形藻穿过容纳有溶藻细菌的所述溶藻细菌容纳盒而生成携带溶藻细菌的菱形藻，然后将所述携带溶藻细菌的菱形藻运送到所述水体的表层以使其与所述表层中的蓝藻接触。
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