一种水上无动力微藻培养方法及浮岛系统

摘要

一种水上开放式微藻培养方法及浮岛系统，包括环形浮床，所述环形浮床安装有处理池、培养池、沉降池和收集池，所述收集池包括集水池、集藻池，所述处理池连接有进水管，所述处理池与培养池之间设有第一隔板，所述培养池与沉降池之间设有第二隔板，所述沉降池上部与集水池之间通过出水管连通，所述沉降池底部与集藻池之间通过出藻管连通。本发明能够利用大气压将污染水体压入浮岛培养池内进行微藻培养，使藻类吸收水体中的营养盐及空气中的二氧化碳，然后利用沉降法将水藻进行初步分离。进而达到无动力微藻培养、污染水体净化、减排固碳、水藻分离等目的，大大缩小微藻培养成本。

权利要求

1.一种水上开放式微藻培养浮岛系统，包括环形浮床（1），其特征在于，所述环形浮床（1）安装有处理池（3）、培养池（4）、沉降池（5）和收集池（6），所述处理池（3）、培养池（4）、沉降池（5）之间连通，所述收集池（6）包括集水池（6-1）、集藻池（6-2），所述处理池（3）连接有进水管（2），所述处理池（3）与培养池（4）之间设有第一隔板（7），所述培养池（4）与沉降池（5）之间设有第二隔板（8），所述沉降池（5）上部与集水池之间通过出水管（9）连通，所述沉降池（5）底部与集藻池（6-2）之间通过出藻管（10）连通。

2.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述环形浮床（1）由：钢架（1-1）、浮筒（1-2）以及面板（1-3）构成，所述钢架（1-1）由角钢焊接而成，浮筒（1-2）为上漆油筒，面板（1-3）为竹跳板加工而成。

3.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述进水管（2）的进水口处设有不锈钢丝网，所述进水管（2）与处理池（3）连接处设有阀门。

4.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述培养池（4）为扁形长方体，沿长度方向均匀设有三块隔板，将培养池（4）分隔成两个循环回路。

5.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述收集池（6）通过隔板分隔成集水池（6-1）、集藻池（6-2）两部分。

6.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述出水管（9）一端与沉降池（5）上部连通，另一端安装有阀门并置于集水池（6-1）上方。

7.根据权利要求1所述一种水上开放式微藻培养浮岛系统，其特征在于，所述出藻管（10）一端与沉降池（5）底部连通，另一端安装有阀门并置于集藻池（6-2）上方。

8.利用权利要求2所述的浮岛系统进行水上开放式微藻培养方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：关闭所有阀门和隔板，将所述浮岛放入水中，打开所有阀门和隔板，水体经进水管（2）进入处理池（3），之后灌入培养池（4），流经沉降池（5）后排入集水池（6）；

步骤二：待处理池（3）与培养池（4）灌满水体后，关闭进水管（2）阀门和出水管（9）、出藻管（10）处阀门，抽出集水池（6-1）水体，调节浮筒（1-2）及配重，使浮岛处于平衡状态；

步骤三：在处理池（3）中添加相应培养基，根据微藻培养水体滞留时间，调节出水管（9）和出藻管（10），打开进水管（2）处阀门，形成水体循环回路；

步骤四：水体经由进水管（2），流入处理池（3），添加培养基后，流入培养池（4），经过一段时间培养使微藻达到一定浓度后，流经沉降池（5），静止一段时间，密度略大的微藻由出藻管（10）流入集藻池（6-2），净化后的水体由出水管（9）流入集水池（6-1）。

说明书

一种水上无动力微藻培养方法及浮岛系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水上开放式微藻培养方法及浮岛系统，属于微藻培养技术领域。

背景技术

[0002] 20世纪 90年代以来世界经济的快速发展，一方面对石油及煤炭需求大大增加，导致化石燃料储存量骤减、不可再生能源濒临枯竭；另一方面，工业化生产加速碳排放，导致温室效应，同时排放的废水导致环境恶化等问题。由此，能源问题、气候问题、环境问题成为21世纪急需解决的主要问题。微藻是一种在地球上生存了几十亿年的原始生物，其含油量高达70%，是最有前景的产油生物；同时微藻在生长的过程中吸收二氧化碳和营养盐，对固碳和净化污水具有显著效果；另外，部分微藻还还有较高的蛋白质、多糖、脂肪酸等营养物质，具有较高的食用价值。因此，微藻很可能是解决21世纪能源危机、环境危机和粮食危机的最具潜力的生物。

[0003] 世界各国已开始大力发展微藻产业，美国、荷兰、以色列、英国等国家投入大量资金在微藻培养、藻株筛选、系统开发、工业化生产等方面做了大量研究。我国也极其重视微藻产业的发展，尤其是2011年，我国首个“微藻能源”方向的“973”项目全面启动，投资金额将达百亿，标志着我国微藻生物柴油研究工作进入高峰时期。然而，目前世界各国微藻产业均处于中实阶段，很少成果开展大规模产业化投产，主要面临三个问题：第一是目前微藻培养主要在陆地上进行，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；第二是微藻培养技术尚不成熟，高油纯藻筛选、接种、培养等缺陷对高价值藻类开发具有重要影响；第三是微藻开发利用技术尚不完善，藻类柴油转化、副产品提取等技术成本太高。如何解决这三个问题成为微藻产业快速发展的关键，也是当前世界生物能源研发的主要技术需求，意义极为重大。

[0004] 此外，我国目前面临严重的河湖污染问题，太湖、滇池、淮河及三峡水库呈现严重的水体富营养化并伴随严重的藻华现象，城镇工业及生活污水排放导致城镇小河流污染、生态退化问题及其严峻。另外，我国大坝建设，如：三峡大坝改变了流域碳循环过程，淹没了部分碳汇，产生了新的碳源，加之天然河道溶解性碳浓度本底较高，其为藻类大量繁殖提供了充足的碳源。如何能够在水上开展微藻培养，一方面大量吸收水体营养盐，净化水体，另一方面吸收水体溶解性碳，产生有机质，是进行微藻产业化、缩小成本的新途径。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提出一种水上开放式微藻培养方法及浮岛系统。能够利用大气压将污染水体压入浮岛培养池内进行微藻培养，使藻类吸收水体中的营养盐及空气中的二氧化碳，然后利用沉降法将水藻进行初步分离。进而达到无动力微藻培养、污染水体净化、减排固碳、水藻分离等目的，大大缩小微藻培养成本。

[0006] 本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种水上开放式微藻培养浮岛系统，包括环形浮床，所述环形浮床安装有处理池、培养池、沉降池和收集池，所述收集池包括集水池、集藻池，所述处理池连接有进水管，所述处理池与培养池之间设有第一隔板，所述培养池与沉降池之间设有第二隔板，所述沉降池上部与集水池之间通过出水管连通，所述沉降池底部与集藻池之间通过出藻管连通。

[0007] 所述环形浮床由：钢架、浮筒以及面板构成，所述钢架由角钢焊接而成，浮筒为上漆油筒，面板为竹跳板加工而成。

[0008] 所述进水管的进水口处设有不锈钢丝网，所述进水管与处理池连接处设有阀门。

[0009] 所述培养池为扁形长方体，沿长度方向均匀设有由三块隔板，将培养池分隔成两个循环回路。

[0010] 所述收集池通过隔板分隔成集水池、集藻池两部分。

[0011] 所述出水管一端与沉降池上部连通，另一端安装有阀门并置于集水池上方。

[0012] 所述出藻管一端与沉降池上部连通，另一端安装有阀门并置于集藻池上方。

[0013] 一种水上开放式微藻培养方法，包括以下步骤：

[0014] 步骤一：关闭所有阀门和隔板，将所述浮岛放入水中，打开所有阀门和隔板，水体经进水管进入处理池，之后灌入培养池，流经沉降池后排入集水池；

[0015] 步骤二：待处理池与培养池灌满水体后，关闭进水管阀门和出水管、出藻管处阀门，抽出集水池水体，调节浮筒及配重，使浮岛处于平衡状态；

[0016] 步骤三：在处理池中添加相应培养基，根据微藻培养水体滞留时间，调节出水管和出藻管，打开进水管处阀门，形成水体循环回路；

[0017] 步骤四：水体经由进水管，流入处理池，添加培养基后，流入培养池，经过一段时间培养使微藻达到一定浓度后，流经沉降池，静止一段时间，密度略大的微藻由出藻管流入集藻池，净化后的水体由出水管流入集水池。

[0018] 本发明一种水上开放式微藻培养方法及浮岛系统，能够在水面上进行无动力循环培养微藻，能够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，在城市污染河流中适当改进后也能应用。该方法及浮岛系统充分利用富营养水体营养盐，不仅能够净化水体，而且还能吸收水体和空气中的二氧化碳，起到显著地减排作用。该浮岛系统为常用便宜材料组成，价格低廉；同时原位培养节约了陆地培养的水耗，无动力技术节省了大量抽水泵能，显著减低了微藻类培养成本，能够进行大规模产业化生产。

附图说明

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

[0020] 图1是本发明浮岛系统俯视图。

[0021] 图2是本发明浮岛系统纵剖面图。

[0022] 图3是本发明环形浮床面板俯视图。

[0023] 图4是本发明环形浮床钢架俯视图。

[0024] 图5是本发明环形浮床正视图。

[0025] 图6是本发明进水管侧视图。

[0026] 图7是本发明进水管主视图。

[0027] 图8是本发明第一隔板、第一隔板的插槽侧视图。

[0028] 图9是本发明第一隔板、第一隔板的插槽俯视图。

[0029] 图10是本发明第一隔板、第一隔板的侧视图。

[0030] 图11是本发明第一隔板、第一隔板的主视图。

[0031] 图12是本发明工艺流程图。

具体实施方式

[0032] 一种水上开放式微藻培养方法及浮岛系统，利用钢材焊接成环形钢架1-1，在钢架1-1下架设浮筒1-2，并将竹跳板铺设在钢架1-1上，形成一个内部中空，四周过道包围的环形浮床1。再利用角钢将环形浮床1中空部分按要求分隔成不同大小的四个部分，将聚乙烯材料制成的不同大小的开放式水框分别填制四个中空部分，依次形成处理池3、培养池4、沉降池5和收集池6。

[0033] 其中，处理池3与培养池4底部低于浮筒0.5 m，将隔板将培养池4隔离成四个部分，形成回路式培养池。

[0034] 沉降池5形状为流线漏斗形，底部低于循环培养池1.0 m。

[0035] 用隔板将收集池6分隔为集水池6-1和集藻池6-2，为长方体，底部低于沉降池5底部1.0 m。

[0036] 将5 m长PVC水管接通到处理池3，连接处在浮筒1-2底部以下，即形成进水管2。利用PVC管将沉降池5漏斗底部与集藻池6-2接通。利用PVC管将沉降池5上部与集水池
6-1接通。在处理池3与培养池4、培养池4与沉降池5之间均匀布设PVC管将其连通。在各个管接处均设置活动开关。即形成水上开放式微藻培养浮岛系统。

[0037] 将浮岛放置到水体中，使富营养水体由进入管进入，经处理池3处理，进入培养池4进行微藻繁殖，然后流入沉降池5进行藻体沉降，上淸水体排入集水池6-1，高藻水体进入集藻池6-2。及时收集高藻水体并排出上淸水体，就能形成无动力微藻培养循环线路，其工艺如图6所示。

[0038] 环形浮床1是水上微藻浮岛的浮力支撑结构，如图1、图2所示。环形浮床1内安装有处理池3、培养池4、沉降池5及收集池6，收集池6包括集水池6-1及集藻池6-2。进水管2与处理池3接通，处理池3与培养池4之间用第一隔板7隔开，培养池4与沉降池5之间用第二隔板8隔开，沉降池5上部与集水池6-1之间用出水管9接通，沉降池5底部与集藻池6-2之间用出藻管10接通。

[0039] 环形浮床1由钢架1-1、浮筒1-2及面板1-3构成。其中钢架1-1由角钢焊接而成，浮筒1-2为1000 L上漆油筒，面板1-3为竹跳板加工裁制而成，如图3~5所示。

[0040] 进水管2由PVC管及接头拼装而成，在进水口安装有350目不锈钢丝网2-1，以拦截浮游动物进入浮岛，进水管2与,处理池3连接处设置阀门2-2，如图6~7所示。

[0041] 处理池3由塑料制成，形状为长方体，如图1、图2所示。

[0042] 培养池4也由塑料制成，形状为8×1.2×1.0 m3扁形长方体，沿长度方向均匀设置三块隔板，将培养池4分隔成两个循环回路，如图1、图2所示。

[0043] 沉降池5由塑料制成，上部形状长方体、下部形状为流线漏斗形。上、下两部分光滑贯通且无明显拐点，如图1、图2所示。

[0044] 集水池6由塑料制成，形状为8×1.2×3.0 m3长方体，集水池1.5 m以下用隔板将集水池6分隔成前后两个部分，分别为集水池6-1和集藻池6-2，如图1、图2所示。

[0045] 第一隔板7由塑料制成，包括带孔7-1的卡板和抽插板，带孔7-1的卡板为连通板，其与处理池3和培养池4固结在一起，抽插板为不带孔阻隔板，如图8~12所示。

[0046] 第二隔板8由塑料制成，与第一隔板7一样，如图8~12所示。

[0047] 出水管9由PVC管拼接而成，一端与沉降池5上部接通，另一端安装阀门并置于集水池6-1上方，如图2所示。

[0048] 出藻管10与出水管9一样，一端与沉降池5上部接通，另一端安装阀门并置于集藻池6-2上方，如图2所示。

[0049] 水上微藻浮岛进行无动力微藻培养方法如下：

[0050] 关闭所有阀门和隔板，将浮岛系统放入水中，打开所有阀门和隔板，水体经进水管2进入前处理池3，灌入循环培养池4，流经暗箱沉降池5后排入集水池6，[0051] 待前处理池3与循环培养池4灌满水体后，关闭进水管2阀门和出水管9、出藻管
10处阀门。抽出集水池6-1水体，调节左右浮筒及配重，使浮岛系统处于平衡状态。

[0052] 然后，根据情况在处理池3中添加相应微藻培养基，根据微藻培养水体滞留时间，调节出水管9和出藻管10，打开进水管2处阀门，形成水体循环回路。

[0053] 水体经由进水管2，流入前处理池3，添加培养基后，流入循环培养池4，经过5-7日-1时间培养，使微藻叶绿素a浓度达到1000μg·L 后，流经沉降池5，静止24小时，密度略大的微藻由出藻管10流入集藻池6-2，净化后的水体由出水管9流入集水池6-1。