本發(fā)明屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種底棲硅藻高密度連續(xù)培養(yǎng)裝置及其方法。

背景技術(shù)：

硅藻含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，底棲硅藻一方面可以作為鮑、海膽、海參等名貴海洋經(jīng)濟(jì)浮游幼體附著、變態(tài)的重要誘導(dǎo)物；另一方面也是經(jīng)濟(jì)動物附著后幼體生長所必需的重要餌料，因此底棲硅藻的質(zhì)量和密度是海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動物育苗成功的關(guān)鍵因素之一，也影響苗種的生長速率和存活率。

底棲硅藻需要附著在一定載體上生長，目前國內(nèi)外養(yǎng)殖業(yè)普遍采用的底棲硅藻培養(yǎng)和應(yīng)用模式是以波紋板為載體進(jìn)行底棲硅藻培養(yǎng)，浮游幼體和稚海膽附著在波紋板上攝食和變態(tài)生長。采用波紋板培養(yǎng)底棲硅藻，波紋板置于水體底部，生產(chǎn)系統(tǒng)占地面積大，水體利用率低；光照、營養(yǎng)鹽等受到很大限制，易受天氣影響，人為控制困難，難以保持較適宜的溫度與光照；光能及CO₂利用率不高，無法實(shí)現(xiàn)高密度的培養(yǎng)；培養(yǎng)過程中受到原生動物及雜菌的污染。這些因素都將導(dǎo)致硅藻培養(yǎng)密度偏低，很難適合和滿足動物幼體的附著和生長需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新的底棲硅藻培養(yǎng)的裝置和方法，可以在培養(yǎng)環(huán)境可控的條件下，充分利用水體空間，進(jìn)行底棲硅藻的立體高密度培養(yǎng)。所述培養(yǎng)裝置水體利用率高，可充分利用光合CO₂，培養(yǎng)獲得的微藻生物量大。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述。

一種底棲硅藻培養(yǎng)用裝置，包括養(yǎng)殖器100、養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)、循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，

養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)包括載體膜1、透明外管2、光源3、通氣管4、第一張緊輪5、第二張緊輪11、導(dǎo)輪15，

載體膜1為透明或半透明薄膜，用作底棲硅藻附著載體；養(yǎng)殖器100內(nèi)水平方向設(shè)置多層若干所述透明外管2，均勻分布于養(yǎng)殖水體中，所述透明外管2兩端密封固定于所述養(yǎng)殖器100內(nèi)壁，所述透明外管2內(nèi)設(shè)置有光源3；

第一張緊輪5置于所述養(yǎng)殖器100水面外部上端，第二張緊輪11位于所述養(yǎng)殖器100底部，載體膜1從第一張緊輪5上方繞過后上下繞行穿過同層透明外管2，并且所述載體膜1連續(xù)，最后繞行第二張緊輪11后從所述養(yǎng)殖器100水面伸出與所述第一張緊輪5上方的載體膜1連接，同時所述載體膜1通過安裝于所述透明外管2兩端的導(dǎo)輪15安裝固定，所述第一張緊輪5、第二張緊輪11的設(shè)置用于所述載體膜1適度張緊，避免其卷縮纏繞變形；

每一層載體膜1下方安裝若干通氣管4，并且所述通氣管4上制有若干順序排列的排氣孔。

其中，為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)可有如下優(yōu)選方案。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，為提高上下層水及氣體循環(huán)，根據(jù)微藻培養(yǎng)條件，可在載體膜1表面適當(dāng)位置開設(shè)若干個透氣孔，開孔率和孔徑大小根據(jù)微藻培養(yǎng)工藝而定。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，如圖2所示，所述導(dǎo)輪15靠近所述養(yǎng)殖器100內(nèi)壁的外側(cè)厚度大于內(nèi)側(cè)的厚度，并且所述載體膜1沿所述導(dǎo)輪15的內(nèi)側(cè)安裝，此時所述載體膜1的寬度略短于所述透明外管2的寬度，進(jìn)一步提高每層所述載體膜1的氣體交換。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，所述通氣管4采用多點(diǎn)進(jìn)氣，保證不同深度的水截面上氣體可以均勻通入，進(jìn)一步優(yōu)選，氣源采用空氣、CO₂氣體或煙道氣等含CO₂的氣體；

進(jìn)一步優(yōu)選，所述通氣管4置于每一層載體膜1從下方繞過的透明外管2下方同時靠近下一層透明外管2處，用以延長氣體在水中通過路徑，提高氣體利用率；根據(jù)需要，亦可在其他部位適當(dāng)設(shè)置。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，所述光源3為日光燈、LED燈管或燈帶的一種或任意幾種，以及其他照明光源，進(jìn)一步促進(jìn)藻類生成的同時也可適應(yīng)不同藻類生長對光源的要求；進(jìn)一步優(yōu)選，所述光源3的光照強(qiáng)度、紅藍(lán)光比例可調(diào)，光源置于透明外管2中，與水體隔離；通過上述方案，載體膜1上的藻類同時吸收上下方光源，最大程度提高光源利用率。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，所述透明外管2為透光性玻璃管或有機(jī)玻璃管。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，所述通氣管4替換為氣石。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，第二張緊輪11為所述透明外管2代替。

循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括溢流口6、微藻截留器7、第一換熱器8、維持器9、第二換熱器10、出水管12、回流管13、循環(huán)泵14，所述出水管12分布于所述養(yǎng)殖器100底部，所述出水管12上均勻制有若干出水口；

所述養(yǎng)殖器100的液面溢出處制有溢流口6，所述溢流口6外接微藻截留器7，溢出的水流回收微藻后經(jīng)過第一換熱器8進(jìn)入維持器9，再經(jīng)過第二換熱器10后，水流經(jīng)循環(huán)泵14驅(qū)動依次通過回流管13、出水管12后從所述出水管12的出水口回流進(jìn)入所述養(yǎng)殖器100。

其中，為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可有如下優(yōu)選方案。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，每層載體膜1下方均設(shè)置出水管12。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)選方案如下，第一換熱器8和第二換熱器10可使用各種類型的換熱器。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明方案優(yōu)選所述載體膜1通過外置卷膜裝置與外界預(yù)置載體膜卷以拉鏈方式或粘結(jié)方式連接，方便薄膜采收和更換，培養(yǎng)結(jié)束通過外置卷膜裝置將所述載體膜1卷起收獲，或?qū)㈩A(yù)置膜卷中的新載體膜1安裝于水體中，進(jìn)行下一輪培養(yǎng)。

為進(jìn)一步達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明方案優(yōu)選所述養(yǎng)殖器100為養(yǎng)殖容器或養(yǎng)殖池均可。

本養(yǎng)殖裝置可進(jìn)行密閉或開放式培養(yǎng)。如進(jìn)行密閉式培養(yǎng)，在液體循環(huán)系統(tǒng)中液體進(jìn)入換熱器之前需設(shè)置一氣體排出口，主要用于排出水體中O₂。

下述本發(fā)明方案的技術(shù)原理及使用說明。

載體膜1為底棲硅藻附著載體，載體膜1通過透明外管2在水中成多層分布，擴(kuò)大了養(yǎng)殖面積，同時可與外界預(yù)置膜卷以拉鏈方式或粘結(jié)方式連接，方便載體膜1采收和更換，培養(yǎng)結(jié)束通過卷膜裝置將培養(yǎng)膜卷起收獲，同時將預(yù)置膜卷中的新膜安裝于水體中，進(jìn)行下一輪培養(yǎng)。為提高上下層水及氣體循環(huán)，根據(jù)微藻培養(yǎng)條件，可在載體膜1表面適當(dāng)位置開設(shè)數(shù)個小孔，開孔率和孔徑大小根據(jù)微藻培養(yǎng)工藝而定。

第一張緊輪5、第二張緊輪11的設(shè)置用于所述載體膜1適度張緊，避免其卷縮纏繞變形。裝置的簡化設(shè)置，第二張緊輪11可以單獨(dú)設(shè)置，也可以透明外管2代替。

光源3可采用日光燈、LED燈管或燈帶，以及其他照明光源，光源3置于支撐管中，與水體隔離。通過光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置可以方便調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，也可以通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)紅藍(lán)光比例。載體膜1同時吸收上下方光源，最大程度提高光源利用率。

本發(fā)明中的氣體分布采用通氣管4或氣石等多種方式，固定于養(yǎng)殖器100內(nèi)壁。每層載體膜1下方均設(shè)置通氣管4，置于每一層載體膜1從下方繞過的透明外管2下方，靠近下一層透明外管2，以延長氣體在水中通過路徑，提高氣體利用率。根據(jù)需要，亦可在養(yǎng)殖器100的其他部位適當(dāng)設(shè)置通氣管4或氣石。同時，通氣管4采用多點(diǎn)進(jìn)氣，保證不同深度的水截面上氣體可以均勻通入。氣源采用空氣、CO₂氣體或煙道氣等含CO₂的氣體。

使用時，在液面處設(shè)溢流口6，水流溢流引出后進(jìn)入微藻截留器7，收集水體中的懸浮微藻，收集的微藻可直接作為水產(chǎn)餌料或飼料原料。然后，水流經(jīng)過第一換熱器8進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，此時根據(jù)養(yǎng)殖水體中是否存在原生動物設(shè)定換熱溫度，如養(yǎng)殖水體無原生動物污染，水體調(diào)節(jié)至微藻培養(yǎng)所需要溫度后，即可直接經(jīng)循環(huán)泵14驅(qū)動打回養(yǎng)殖水體；如果養(yǎng)殖水體中出現(xiàn)原生動物，根據(jù)出現(xiàn)原生動物種類的不同，在第一換熱器8將水體加熱至殺死原生動物的溫度，如加熱至30-50℃，并在維持器9保溫一段時間后確保殺死原生動物，然后再經(jīng)第二換熱器10降溫至微藻培養(yǎng)溫度，水流再經(jīng)底部循環(huán)泵14驅(qū)動通過出水管12的出水口回流養(yǎng)殖水體。根據(jù)需要，亦可在每層載體膜1之間設(shè)置出水管12。第一換熱器8和第二換熱器10可使用各種類型的換熱器。

下述本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新及有益效果。

本發(fā)明將光源3置于透明外管2中，光源3在水體中均勻分布，既提高了光強(qiáng)，保證微藻對光的需求，又實(shí)現(xiàn)了光源3與水的完美隔離，光源3不需做特殊絕緣等處理，結(jié)構(gòu)非常簡單。同時，透明外管2及通氣管4均固定于養(yǎng)殖器100內(nèi)壁，加工安裝方便。

本發(fā)明有效提高了通入氣體中CO₂的利用率。載體膜1將水體分成多層，每層偏下位置均有氣體通入，降低了通氣壓強(qiáng)，節(jié)約通氣能源。通入的氣體沿載體膜1表面擴(kuò)散，延長了氣體在水體中運(yùn)行的路徑，避免氣體未被微藻利用即離開水體，同時增加了微藻與氣體的接觸時間，有利于載體膜1上的硅藻對CO₂的吸收。

本發(fā)明有效提高了微藻對光源3的利用率。通過本裝置的合理設(shè)計，可最大限度提高光源3利用率。在水體中設(shè)置多層光源，保證不同深度水體中的光照強(qiáng)度。附著于載體膜1上的微藻可以吸收各個方向的光，有效提高了光源的利用率。

本發(fā)明有效提高了載體膜1表面微藻的附著面積。目前采用的底棲硅藻培養(yǎng)方式，硅藻附著于波紋板上表面生長，而本發(fā)明硅藻則可附著于載體膜1的上下表面生長。同時通過透明外管2和通氣管4等的合理設(shè)計，在水浮力和通氣作用下，載體膜1并非緊貼在透明外管2上，載體膜1與透明外管2之間有一定間隙，進(jìn)一步增加了透明外管2下表面的利用率，并有利于氣體分布和硅藻生長。

本發(fā)明中所述導(dǎo)輪15靠近所述養(yǎng)殖器100內(nèi)壁的外側(cè)厚度大于內(nèi)側(cè)的厚度，并且所述載體膜1通過所述導(dǎo)輪15的內(nèi)側(cè)安裝，此時所述載體膜1的寬度略短于所述透明外管2的寬度，避免了每層的完全封閉，微藻未利用的氣體沿載體膜1邊緣上升至液面排出，保證系統(tǒng)內(nèi)正常壓力。同時，邊緣上升的氣體對水體中懸浮的微藻具有一定帶升作用，使懸浮微藻易于通過溢流口6離開養(yǎng)殖水體進(jìn)行收集。

本發(fā)明通過水體回流和氣體導(dǎo)入，可以對水體起到適度的攪拌作用，保證水體中CO₂和營養(yǎng)鹽等分布均勻。

本發(fā)明通過循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)整養(yǎng)殖系統(tǒng)的溫度，結(jié)構(gòu)簡單，方便實(shí)用，且無需特殊設(shè)備。同時，通過合理調(diào)節(jié)換熱器溫度，可以在調(diào)整溫度的同時殺死水體中的原生動物，減少其對微藻養(yǎng)殖的危害。

本發(fā)明中微藻收獲及使用方便。第一張緊輪5處載體膜1通過卷膜裝置可與外界預(yù)置膜卷以拉鏈方式或粘結(jié)方式連接，培養(yǎng)結(jié)束通過卷膜裝置將載體膜1卷起收獲，同時將預(yù)置膜卷中的新膜安裝于水體中，進(jìn)行下一輪培養(yǎng)。收獲的載體膜1可以通過通用方式進(jìn)行微藻收集，收集清洗后的薄膜可重復(fù)使用多次。也可以將載體膜1直接放入鮑、海膽、海參等養(yǎng)殖池底部，供養(yǎng)殖生物食用，底部附著的微藻可起到改良底質(zhì)的作用，一舉多得。

總之，本發(fā)明有效提高了系統(tǒng)中光和CO₂的利用率，不僅可應(yīng)用于底棲硅藻培養(yǎng)，也適用于各類浮游微藻的培養(yǎng)。

附圖說明

圖1為一種底棲硅藻培養(yǎng)裝置的主視圖。

圖2為一種底棲硅藻培養(yǎng)裝置的左視圖。

其中，1.膜，2.透明外管， 3.燈管， 4.通氣管， 5.上張緊輪， 6.溢流口， 7. 微藻截留器，8. 換熱器1，9. 維持器， 10.換熱器2，11.下張緊輪， 12.出水管，13.回流管，14.循環(huán)泵，15.導(dǎo)輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種底棲硅藻培養(yǎng)用裝置，包括養(yǎng)殖器100、養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)、循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，

養(yǎng)殖培養(yǎng)系統(tǒng)包括載體膜1、透明外管2、光源3、通氣管4、第一張緊輪5、第二張緊輪11、導(dǎo)輪15，

載體膜1為透明或半透明薄膜，用作底棲硅藻附著載體；養(yǎng)殖器100內(nèi)水平方向設(shè)置多層若干所述透明外管2，均勻分布于養(yǎng)殖水體中，所述透明外管2兩端密封固定于所述養(yǎng)殖器100內(nèi)壁，所述透明外管2內(nèi)設(shè)置有光源3，所述光源3透過透明外管2為培養(yǎng)裝置內(nèi)的底棲硅藻提供光照；

第一張緊輪5置于所述養(yǎng)殖器100水面外部上端，第二張緊輪11位于所述養(yǎng)殖器100水底部并與所述第一張緊輪5垂直安裝，載體膜1一端連接于第一張緊輪5，另一端上下繞行穿過同層所述透明外管2，并通過安裝于所述透明外管2兩端的導(dǎo)輪15安裝固定，并且所述載體膜1連續(xù)，最后繞行第二張緊輪11后從所述養(yǎng)殖器100水面伸出再次連接于所述第一張緊輪5，所述第一張緊輪5、第二張緊輪11的設(shè)置用于所述載體膜1適度張緊，避免其卷縮纏繞變形；

通氣管4置于每一層載體膜1從下方繞過的透明外管2下方同時靠近下一層透明外管2處，用以延長氣體在水中通過路徑，提高氣體利用率，并且所述通氣管4上制有若干順序排列的排氣孔；

循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括溢流口6、微藻截留器7、第一換熱器8，維持器9、第二換熱器10、出水管12、回流管13、循環(huán)泵14，所述養(yǎng)殖器100的上部液面溢出處制有溢流口6，所述溢流口6外接微藻截留器7，溢出的水流經(jīng)過第一換熱器8進(jìn)入維持器9，再經(jīng)過第二換熱器10后，水流經(jīng)循環(huán)泵14驅(qū)動依次通過回流管13、出水管12后回流進(jìn)入所述養(yǎng)殖器100；所述出水管12均勻分布于所述透明外管2下方，同時出水管12上均勻制有若干出水口。

本例中，所述光源3的光照強(qiáng)度可調(diào)，所述光源3為LED燈管；載體膜1與外界預(yù)置膜卷以拉鏈方式或粘結(jié)方式連接，方便薄膜采收和更換；載體膜1表面均勻制有若干個小孔；所述透明外管2為有機(jī)玻璃管；所述導(dǎo)輪15靠近所述養(yǎng)殖器100內(nèi)壁的外側(cè)厚度大于內(nèi)側(cè)的厚度，并且所述載體膜1通過所述導(dǎo)輪15的內(nèi)側(cè)安裝，此時所述載體膜1的寬度略短于所述透明外管2的寬度，進(jìn)一步提高每層所述載體膜1的氣體交換；所述通氣管4采用多點(diǎn)進(jìn)氣，保證不同深度的水截面上氣體可以均勻通入，氣源采用空氣；每層載體膜1下方均設(shè)置回流口13。

運(yùn)行時，水流若溢流引出后進(jìn)入微藻截留器7收集水體中的懸浮微藻，收集的微藻可直接作為水產(chǎn)餌料或飼料原料。然后，水流經(jīng)過第一換熱器8進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，此時根據(jù)養(yǎng)殖水體中是否存在原生動物設(shè)定換熱溫度，如養(yǎng)殖水體無原生動物污染，水體調(diào)節(jié)至微藻培養(yǎng)所需要溫度后，即可直接經(jīng)循環(huán)泵14驅(qū)動打回養(yǎng)殖水體；如果養(yǎng)殖水體中出現(xiàn)原生動物，根據(jù)出現(xiàn)原生動物種類的不同，在第一換熱器8將水體加熱至殺死原生動物的溫度，如30-50℃，并在維持器9保溫一段時間后確保殺死原生動物，然后再經(jīng)第二換熱器10降溫至微藻培養(yǎng)溫度，水流再經(jīng)底部循環(huán)泵14驅(qū)動通過出水管12的出水口回流養(yǎng)殖水體。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。