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1、(10)申请公布号 CN 103805501 A (43)申请公布日 2014.05.21 CN 103805501 A (21)申请号 201410089172.0 (22)申请日 2014.03.12 C12M 1/00(2006.01) C12N 1/12(2006.01) C02F 3/32(2006.01) C12R 1/89(2006.01) (71)申请人 湖北工业大学 地址 430068 湖北省武汉市武昌区南湖李家 墩 1 村 1 号 (72)发明人 杨正健 刘德富 卢凡 万端极 张佳磊 纪道斌 崔玉洁 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 。
2、42222 代理人 汪俊锋 (54) 发明名称 一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法 (57) 摘要 本发明涉及一种围隔式微藻培养装置和方 法， 装置包括环形浮床和围隔， 所述围隔嵌于浮床 内 ； 围隔的一边与环形浮床的内环一边通过连接 轴连接， 使得围隔能绕连接轴旋转， 围隔其他三边 上有连接绳， 可拴在环形浮床内环对应边上。 使用 上述装置培养微藻的方法 ： 首先， 将该装置放入 污染水体中， 让围隔与连接轴相对的一端自由下 垂到水中， 然后收紧连接绳， 使得污染水体进入围 隔内。然后对围隔内水体进行消毒、 杀虫， 添加培 养基进行微藻培养， 待培养 5-7 天、 叶绿素 a 浓度 达到1。
3、000g/L后， 对微藻水体进行收集。 本发明 将微藻简易培养、 二氧化碳吸收、 水体净化等效益 相结合， 显著降低了微藻培养成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103805501 A CN 103805501 A 1/1 页 2 1. 一种围隔式微藻培养装置， 其特征在于， 包括环形浮床 （1） 和围隔 （2） ， 所述环形浮 床 （1） 包括由角钢焊接成的环形钢架 （5） ， 环形钢架 （5） 包括内环和外环， 环形钢架 。
4、（5） 下架 设浮筒 （6） ， 环形钢架 （5） 上铺设面板 （7） ； 所述围隔 （2） 包括由角钢焊接的 0.5 m 高环状支 架 （8） ， 在支架 （8） 上铺设 12 丝厚聚乙烯薄膜 (9)， 即形成围隔 (2)， 所述围隔 (2) 嵌于环形 钢架 (5) 的内环内 ； 围隔 (2) 的一边与环形钢架 (5) 内环的一边通过连接轴 (3) 连接， 使得 围隔 (2) 能绕连接轴 (3) 旋转， 围隔 (2) 其他三边上有连接绳 (4)， 可拴在环形钢架 (5) 内 环对应边上。 2.根据权利要求1所述的微藻培养装置， 其特征在于， 环形钢架(5)内环上除有连接轴 (3) 的另外三边。
5、上有拴绳扣， 连接绳 (4) 拴在栓绳扣上。 3.根据权利要求1所述的微藻培养装置， 其特征在于， 所述环形钢架(5)的内环和外环 为方形。 4. 使用权利要求 1 所述装置培养微藻的方法， 其特征在于， 首先， 将权利要求 1 所述的装置放入污染水体中， 打开所有连接绳， 让围隔与连接轴相 对的一端自由下垂到水中， 然后收紧连接绳， 待围隔四边与环形钢架内环四边重合后栓紧 连接绳， 使得污染水体进入围隔内 ； 然后对围隔内水体进行消毒、 杀虫， 添加培养基进行微藻培养， 待培养 5-7 天、 叶绿素 a 浓度达到 1000g/L 后， 对微藻水体进行收集。 权 利 要 求 书 CN 1038。
6、05501 A 2 1/3 页 3 一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法 0001 技术领域 本发明属于微藻培养技术领域， 具体涉及一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法。 0002 背景技术 近一个世纪以来， 世界人口快速增长， 工业飞速发展， 资源消耗骤增。一方面， 以石油、 燃煤为代表的化石燃料过度开采， 几近枯竭， 能源短缺成为当今及以后社会的主要问题 ； 另 一方面， 化石燃料大量消耗导致温室气体大量排放， 自 20 世纪 50 年代起， CO2 浓度水平和 全球温度都有了明显的升高， 加剧了地球温室效益， 导致极端恶劣气候频发。因此， 寻找可 持续再生、 环境友好的新型能源势在必行。。
7、 0003 水资源短缺及水环境问题也是人类社会面临的严峻考验。 随着人类社会经济活动 的深入发展， 大量含有氮、 磷等污染物的工业废水排入水体， 导致水体富营养化， 引起藻类 疯长、 有害藻华频发， 水质下降， 严重威胁着人类饮水安全。太湖、 巢湖、 滇池以及三峡水库 等湖库年年的藻类水华已经对相应区域人类活动构成严重影响。与此同时， 全球 40% 的国 家与地区面临着缺水问题， 水资源的可持续利用迫在眉睫。采用水体循环利用对减少污水 排放、 缓解水资源短缺具有重要意义。 因此， 研发高效、 低廉、 便捷的水质深度净化技术具有 显著的应用前景。 0004 微藻可能是人类解决上述问题的终极出路。。
8、 首先， 微藻油脂含量较高， 某些单细胞 微藻可积累相当于细胞干重 20% 70% 的油脂， 其是单位面积菜籽产油率的 80 倍， 是目前 所知的唯一可能代替化石能源的原料。其次， 微藻具有生长速率快、 收获时期短、 光合利用 效率高等特点， 每年固定的CO2大约占全球净光合产量的40%， 能够有效吸收温室气体， 缓解 地球温室效应。同时， 微藻生长过程中能够大量吸收水体中的氮、 磷等污染物， 只要有效采 收， 能够对污水进行高效净化。 0005 但是， 如何通过人工大规模培养技术高效、 低廉地获得微藻生物量是微藻开发利 用的关键。现在的微藻培养技术多集中于光自养体系， 包括户外开放式养殖和各。
9、种光生物 反应器， 主要在陆地上进行， 耗水、 耗地、 耗能、 耗设备， 增大了微藻培养成本， 成为其规模化 生产的主要颈瓶。我国大部分地表水均受到不同程度的氮、 磷污染， 尤其是淮河流域、 长江 流域等湖库水体富营养化极为严重， 如何研发低成本微藻高效培养技术， 既能降低水耗、 减 小能耗进而缩小成本， 又能净化水体， 吸收二氧化碳， 减少环境污染压力， 具有重要的应用 前景。同时， 我国海洋资源丰富， 如果海上低成本微藻培养技术研发成功， 将为微藻人工大 规模培养提供广阔的空间， 意义重大。 0006 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种水上围隔式微藻培养装置和培养方法。 0007。
10、 临界层理论认为， 在营养盐充足的情况下， 藻类初级生产力与光合有效辐射成线 性关系， 而因呼吸作用、 捕食、 沉降等导致的藻类初级生产力损耗则沿水深方向为一定值 ； 藻类净生产力为零点的深度称为光补偿深度， 光补偿深度以上至水面称为真光层 ； 自表面 沿水深往下进行净生产力累加， 净生产力累加值反映了水柱中藻类增长潜力， 净生产力累 加值在光补偿深度处达到最大， 自光补偿深度以下逐渐减小， 也存在一零值点， 该点水深即 说 明 书 CN 103805501 A 3 2/3 页 4 为临界层深度， 临界层深度以下， 净生产力累加值小于零。 0008 此外， 水体因温度、 盐度、 泥沙浓度等影响。
11、， 具有一定的水体垂向分层结构， 靠近水 面一层水体受光照、 风扰动等影响， 水体垂向掺混强烈， 称为混合层， 因藻类密度与水体密 度差别较小， 认为混合层内藻类垂向分布均匀。 这样， 混合层、 真光层、 临界层三层的相对关 系， 决定了水柱中藻类增长潜势。即 ： 当混合层在临界层以下时， 水柱中藻类净生产力累加 值小于零， 浮游植物生长受到限制， 水华消失 ； 当混合层居于真光层与临界层之间时， 水柱 中藻类净生产力较小， 藻类增殖较慢 ； 当混合层小于等于真光层时， 水柱中藻类净生产力达 到最大， 浮游植物疯长。 因此， 只要保证水体始终在真光层以内， 并提供充足的营养盐， 限制 浮游动物。
12、， 就能使藻类迅速增长。 0009 本发明提供能够在污染水上进行微藻培养的简易方法和装置。 本发明能够利用人 力将污染水体收集到围隔内进行微藻培养， 使藻类利用天然水体 （例如三峡水库） 高溶解性 二氧化碳及高营养盐进行繁殖， 进而达到微藻便捷培养、 污染水体净化、 减排固碳等目的， 大大缩小微藻培养成本。 0010 本发明提供的围隔式微藻培养装置， 包括环形浮床和围隔， 所述环形浮床包括由 角钢焊接成的环形钢架， 环形钢架包括内环和外环， 环形钢架下架设浮筒， 环形钢架上铺设 面板 ； 所述围隔包括由角钢焊接的 0.5 m 高环状支架， 在支架上铺设 12 丝厚聚乙烯薄膜， 即形成围隔， 所。
13、述围隔嵌于环形钢架内环内 ； 围隔的一边与环形钢架内环的一边通过连接 轴连接， 使得围隔能绕连接轴旋转， 围隔其他三边上有连接绳， 可拴在环形钢架内环对应边 上。 0011 环形钢架内环上除有连接轴的另外三边上有拴绳扣， 连接绳拴在栓绳扣上。 0012 所述环形钢架的内环和外环可以为方形。 0013 本发明还提供使用上述装置培养微藻的方法。 0014 首先， 将该装置放入污染水体中， 打开所有连接绳， 让围隔与连接轴相对的一端自 由下垂到水中， 然后收紧连接绳， 待围隔四边与环形钢架内环四边重合后栓紧连接绳， 使得 污染水体进入围隔内。 0015 然后对围隔内水体进行消毒、 杀虫， 添加培养基。
14、进行微藻培养， 待培养 5-7 天、 叶 绿素 a 浓度达到 1000g/L 后， 对微藻水体进行收集。 0016 通过以上的装置和方法， 即达到水上低成本微藻培养的目的。 0017 本发明提供的水上围隔式简易浮岛养藻技术， 能够在水面上进行低成本微藻培 养， 适用于我国大多数富营养水体， 尤其是三峡水库、 太湖、 滇池等水域， 在城市污染河流中 以及海洋中适当改进后也能应用。 该技术将微藻简易培养、 二氧化碳吸收、 水体净化等效益 相结合， 显著降低了微藻培养成本， 拓展了微藻培养附加效益， 同时节约土地， 为微藻在淡 水、 海水等广阔水域范围内进行大规模发展提供了有力技术支撑。 附图说明 。
15、0018 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 0019 图 1 是围隔式养藻装置结构示意图 ； 图 2 是环形浮床中环形钢架示意图 ； 图 3 是环形浮床中面板和浮筒示意图 ； 说 明 书 CN 103805501 A 4 3/3 页 5 图 4 是围隔结构示意图 ； 其中， 1- 环形浮床， 2- 围隔， 3- 连接轴， 4- 连接绳， 5- 环形钢架， 6- 浮筒， 7- 面板， 8- 支 架， 9- 薄膜。 具体实施方式 0020 本发明的围隔式微藻培养装置， 如图 1 所示， 包括环形浮床 1 和围隔 2。 0021 所述环形浮床 1 包括由角钢焊接成的环形钢架 5， 环。
16、形钢架 5 包括内环和外环， 环 形钢架 5 下架设浮筒 6， 环形钢架 5 上铺设面板 7 ； 所述围隔 2 包括由角钢焊接的 0.5 m 高 环状支架8， 在支架8上铺设12丝厚聚乙烯薄膜9， 即形成围隔2， 所述围隔2嵌于环形钢架 5 的内环内 ； 围隔 2 的一边与环形钢架 5 内环的一边通过连接轴 3 连接， 使得围隔 2 能绕连 接轴 3 旋转， 围隔 2 其他三边上有连接绳 4， 可拴在环形钢架 5 内环对应边上。 0022 其中环形浮床 1 是围隔式浮岛支撑结构， 由环形钢架 5、 面板 7 及浮筒 6 组成。其 中环形钢架 5 是由角钢焊接而成的正方形环状结构， 外环边长为 。
17、10 m， 内环边长为 9 m， 如 图 2 所示。环形钢架 5 上方铺设由竹夹板裁制成的面板 7， 厚度为 0.02 m， 环形钢架 5 下方 均匀固接浮筒 6。浮筒 6 由上漆油柱状油桶制成， 浮筒长为 1.0 m， 地面直径为 0.5 m， 如图 3 所示。 0023 围隔2是围隔式浮岛集水及微藻培养设备， 由支架8及薄膜9组成。 支架8是由钢 材焊接而成正方形环架， 边长为 8.95 m， 略小于环形钢架 5 内环边长， 支架高为 0.5 m。将 厚度为 12 丝的透明聚乙烯薄膜裁剪成变长为 12 m 的正方形薄膜， 将薄膜四边与支架 8 四 边固定， 即形成围隔 2， 如图 4 所示。
18、。 0024 连接轴 3 一端由 20 的钢管裁制， 并均匀固定在环形钢架 5 的内环一边边缘上， 另一端由 15 的钢筋焊接而成， 并均匀固定在对应的围隔支架 8 一边上。拴绳扣由 10 的钢筋裁剪并焊接而成， 为半环状口件， 并均匀固定在环形钢架 5 的另外三边上。连接绳为 8 尼龙绳， 长 10 m， 一端均匀栓接在与拴绳扣对应的围隔支架 8 上， 另一端栓接在拴绳扣 上。 0025 水上围隔简易奍藻方法如下 ： 栓接所有连接绳， 固定围隔 2， 将本发明装置放入需净化的水体中 ； 使其处于漂浮状 态 ； 解开连接绳， 让围隔 2 在自重条件下自由下降， 待围隔支架 8 与水面成约处于 60角 后， 用力收紧连接绳至围隔 2 与环形浮床 1 平行， 这样， 富营养水体即被围隔 2 隔离在环形 浮床 1 内， 保证该水体能够始终在真光层以内。 0026 然后对隔离水体进行灭菌、 杀虫等处理， 添加适当微藻培养基进行培养， 经 5-7 日 培养使水体叶绿素 a 浓度达到 1000g/L 后， 即可进行微藻收集及处理。 说 明 书 CN 103805501 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103805501 A 6 。