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专利名称:微藻密闭培养的柔性管道装置的制作方法
技术领域:
本实用新型涉及一种以塑膜管为主体构件组成的微藻密闭培养的柔性管道装置。它能布设在露天地表、水面及室内,用于大规模从事微藻管道化生产,也可提供其它一些微生物进行常温密闭发酵使用。
密闭培养是微藻开发的方向。与目前国内外普遍推行的露天培养方式不同,密闭培养污染少,藻粉质量好易于调控生态因子,产量高。不受蒸发和降雨影响,有利于增温。保温,减少损耗,延长年内生长期。
密闭培养通常指管道化培养,所用管道皆能透光。因管壁周长大于水平面,故管道培养采光面大,藻类光合反应强。但国内外现有培养微藻的管道装置,均由硬质材料组成。投资昂贵,还因培养过程中难以清除管内废物,影响藻类生长。因此用硬质管道作为培养微藻的一种方式,至今仍处于探索阶段,仅在国外有个别厂家试行外,未能推广。故目前全世界微藻生产,几乎均采用露天培养。
本实用新型装置,针对露天培养以及硬质管道装置的不足,提出了一种以塑膜软管为主体构件,与高位池,上位池,下位池等组合连通,并辅以水泵及管道防护装置,共同组成的柔性管道微藻培养装置,它代表了微藻产业的发展方向。
本实用新型的特点是以塑膜软管为主体构件,与上位池、下位池等组合连通,辅以水泵等机械,完成藻液循环,并通过高位池输出收藻,该装置中设有排渣口及排气口。
本装置由塑膜管1、异形节头2、导流基座3、4、上位池5、下位池6、高位池8、提水机械7组合连通,完成藻液循环,装置中还设有管道防护设施。该装置的塑膜管平行排列,两端用异形节头连接。塑膜管与异形节头套合处,用弹性材料衬里。异形节头基本形态为扁形,节口呈推拔状,其外缘有出气口。导流基座有出流基座3和回流基座4两组,均为长条形的柜式结构,分别建于平行管道两端。两基座正面镶有节头用以连接塑膜管,内部为回旋通道,两端的回旋通道对应地接管道排列用隔墙交错分隔,使之起导流作用。出流基座的顶部有上位池和进水口,背面有出水口。出水口的下方有排渣孔、回水槽。上位池为横贯出流基座顶部的长条形水池,其位势高于管顶平面。该池底的进水口设有可控阀门。下位池作为整个管道系列的调节库容、贮水量需保证装置内液体的搅拌和循环。下位池的位势低于管底平面、其水量由回水槽注入,回水槽的水量来自出流基座的出水口和排渣孔。下位池的贮水通过提水机械抽往高位池。在进出水体的通道内,安装栏栅、网框和沉积坑高位池介于上位池和下位池两者水流通道之间,其位势高于上位池的池顶平面。它直接承纳水泵来水,再以自流方式通过阀门注入上位池或经过滤装置收藻后滤液再流入上位池。提水装置可以选用
(1)电动气隔膜泵;(2)钭面刮水装置,如单体式或组合式水车。管道防护设施包括有防漏,防晒、防冻等技术装置。
微型密闭培养的柔性管道装置的应用模式可以有露天地表式、水面漂浮式和室内立体式。
以下结合附图及实施例对上述本实用新型的几种模式作进一步说明。
图1是露天地表培养模式的结构正视图。
图2是露天地表培养模式的结构上视图。
图3是水面漂浮培养模式的结构示意图。
图4是室内立体培养模式的结构示意图。
如
图1、2所示,露天地表式培养模式只需平整地表即可布设塑膜管1。在平行管道系列两端,分别建立出流基座3和回流基座4,将塑膜管口与基座节头2紧密套合。在出流基座顶部、背部,建上位池5,回水槽12及相应的进出水口9、10。下位池6设于回水槽尾闾,池内安装提水机械7,使出水排入高位池8。高位池紧靠上位池和下位池。这样一个装置,若同时覆盖各露天水池的顶部,就构成露天地表培养模式。各部件的结构及功能分述如下1、塑膜管用聚乙稀原料制成,无毒、透光,其长度,管径、壁厚可按特需加工。塑膜管有一定伸缩性和折叠性,把它展伸于地表并往管内充水,其自然形态是扁平的,底部与下垫面贴合,顶部略呈椭园面。管径愈大,愈趋扁平。增加液压,约束管壁两侧或控制出水口高程,均可调整管内水深和水量,改变管壁曲率,使塑膜管的容积有一定的可塑性,在塑膜管与节头的套合处,用弹性材料衬里,可增加联接强度,提高密闭性。
2、异形节头为一组形态多样的扁形节头。节口呈推拨形,外缘有出气孔,节头可用硬塑、玻璃钢、全属材料或连同基座用混凝土整体浇筑而成。
异形节头的节口,可以只有简单进出的两个节口或多个节口;节口之间中心线交角,可以有锐角、直角、钝角、平角或往复式的平行交角。
3、导流基座有出流基座和回流基座两组,均为长条形柜式结构,分别建于塑膜管系列的两端,用混凝土预制构件组装或直接浇筑而成,亦可由玻璃钢、硬塑板或金属板组成。导流基座正面镶嵌节头,内部为流水的回旋通道,两端的通道按节头排列用隔墙交错分隔,可约束管内水流往复式的回旋流动。
出流基座的顶部有进水口9;背部有出水口10,出水口基部有排渣孔11。位于排渣孔下方的回水槽12,承纳全部下泄水量排往下位池。
回流基座仅起水流回旋的导向作用,顶部安装可启开的窗口13,供排污排气。回流基座不设上位池和回水槽。
4、上位池为横贯出流基座顶部的长条形水池,可用砖石材料或混凝土建成。
上位池的位势高于管顶平面。池高决定于贮水量及其势能,应满足进入管道的水流能引起管内水体的充分交换和混合。位于底部的进水口为可控口门,当池中液面上升到预定高度时,可藉浮箱升力或机电装置自动启开。为机动调节各管道水体的流向、流速及流程,可设多组进水口和出水口,每组对应的管道皆为独立单元,各单元管道之间互不连通,操作时逐一轮换运转。
5、下位池下位池作为整个管道系列的调节库容,贮水量需满足管内液体的搅拌和循环。下位池的位势低于管底平面,池壁则应高于管顶平面。池壁宜用钢筋混凝土整体浇筑,或用玻璃钢、硬塑板、金属板组成,以防泄漏。
下位池的水量来自回水槽,出水则通过安装池内的提水机械抽出。在注入池中的流水通道内,安装栏栅,网框14和沉积坑15,使水体在循环过程中,自动滞污、沉渣、栏截水中异物。
6、提水机械提水机械的应用,是把下位池的水量抽往高位池。为避免机械高速运转导至藻体损伤,提水机械宜选用;(1)电动气膈膜泵;(2)刮水装置,如单体式或组合式水车。
7、高位池高位池介于上位池与下位池两者的水流通道之间,其位势高于上位池。它直接承纳水泵来水,再以自流方式通过阀门注入上位池。
高位池的功能是(1)供作扩种池,稀析营养盐。(2)调节进出水量的平衡。(3)对注入的高速水流起消能作用,并利用气浮效应,清除水中悬浮物。(4)控制下泄水量。当下泄水量进入上位池之前,可进行藻类的过滤、收集16。
8、管道防护装置管道防护旨在确保管道正常运转,提高使用性能,延长使用期。具体防护措施及其装置,参见不同生产应用模式。
当装置内所需培养液配好后,启动提水机械,藻液即由下位池提升到高位池并流往上位池。当上位池液面达到预定高度时,打开进水口,全部藻液就会在重力作用下自上往下绕基座进入塑膜管。随之受回旋通道约束,将依次地沿各管道往复前进,最终经出水口、回水槽复归下位池(图2)。在生产运转过程中,若需收集藻粉,可在藻液从高位池流往上位池之间安置收藻装置,过滤后的藻液仍流往上位池,进而重复以上流程,即可实现藻液在柔性管道内的全程流动或连续循环,并在运行过程中得到交换混合,以适应微藻的生长。
本项装置除柔性管道外,余均为硬质构件。为确保安全、稳定运转,关键在于管道防护。管道防护主要是防止管路破损,藻液外泄。此外为适应微藻在管道中培养的生态要求,尚需防御夏季烈日对管顶曝晒,以及为延长微藻年内生长期,在低温期对管道采取防冻的保温、增温措施。塑膜管因有柔性,不易发生脆裂大破损。主要是因质地不均匀引起微孔渗漏或机械外伤导至裂损。防护首当预查,可在安装前作充水检查或安装后于水中作充气检查,对发现的漏洞用粘胶剂将塑膜贴补即可。在运行过程中发生破损,需局部排出藻液、降低液压或将管道在水淹下柔化后抬高修补。亦可考虑建立水下应急修补的技术装置进行处理
。
塑膜管在夏日防止曝晒的措施有(1)在管道平面内建立贮水、排水设施,用淹水来防护;(2)建立遮阳网;(3)搭棚架种植丝瓜等遮阴。
塑膜管在低温期间的保温、增温措施,包括在管道底部安设隔热垫层或电势带,顶部建立塑膜罩。在有温泉或工厂废热水排放时,可在塑膜管内套装小型塑膜管,即管中管,将热水输入小管内循环,这样既可对藻液加温,又可产生热力的垂直对流混合。
图3为水面漂浮培养模式的结构示意图。由于塑膜管及其内部培养液的整体平均比重,接近于水,稍重于水、只需将导流基座设计为可调节升降的漂浮结构17,同时对塑膜管附加稍具浮力的定型装置18,并与定位绳连结19,即可布设于水面,从事微藻的漂浮式培养。
水面漂浮培养模式与露天地表培养模式的主要区别,在于环境介质不同,其培养装置的操作及技术性能亦有所不同(1)因导流基座是漂浮的,原来固定于岸上的高位池、上位池与下位池需相应调整,或由统一的漂浮容体取代。管道在水体浮力作用下的形态趋于圆柱体,节头亦需有相应改变。为防止水体的涨落、流动及风浪冲击,需强化整个装置的定位、调节及水上管理与维护。
(2)为有利于微藻光合作用,塑膜管需充分采光,要求所在环境,水体澄清,有较好的水色与透明度。(3)水体内部导热快,在春末冬初,管外水温较低,为延长微藻在管内的生长期,塑膜管应有增温保温措施。
针对以上技术环节,漂浮式装置的建立,需采用以下措施(1)选择风浪小,水位变幅不大且易于控制的水域进行培养。如选择有屏障的湖湾、浅水带,或小型洼荡。
为进一步削弱风浪,便于管理,并美化水面,可在控制区外围建立浮毯式漂浮植物消浪带。同时在控制区内部,搞水面园田化,并利用水面空隙,栽植沉水植物,促使水体澄清。
(2)在水域控制区内,按一定间距沿管道纵向打固定桩20,用大孔眼机织平网从管道底部往上包络(21),网的两侧或网内安装浮体,浮体的结构可用泡膜塑料垫层或用充气的塑膜管形成的汽垫层组成,使整个管道能在垫层浮托下随水位涨落。由于与管道连接的导流基座采用浮式结构,使整个培养装置能随水位变化而自动升降,或藉滑轮升降。
(3)在水温偏低季节,采用大小不同的双层塑膜管,内层为培养微藻的输液管,外层的大管,在两管之间的输液管基部,仍用浮托垫层铺底,使两管贴合处保持间距,形成隔热层。同时用硬塑圈或竹圈将大管定型扩展,使输液管不和外围水体接触并处于温室效应内。
水面漂浮培养的另一方式是在池塘中进行。这时充液的塑膜管仍是漂浮的。导流基座则可固定地建于池边。一旦发生水位明显涨落,可抽水调节,使水位稳定。这种培养方式,操作简易、安全。
水面培养微藻,作为一种生产模式,可纳入水体农业范畴。它的实施,可引用有关的技术和经验,从而使它独具优势(1)不占用土地,省去地表平整及框格化工程。(2)在培养区内,只需合理布局,保持一定的空水面,可养殖青虾、蟹及某些底层鱼类。同时结合水生态环境治理,改善水质,可就地解决生产水源,实现水域多目标利用和立体开发。(3)水面开敞,阳光充足,水中光的折射和反射率强,使管道底部也能不同程度采光,有利于藻类生长。(4)水体热容量大,水温变幅小,管道布设在水中,不仅可延缓老化,延长使用期,尚可减轻或避免夏日强光和极限高温对藻类的伤害。(5)在水体浮力作用下,管道柔化,管壁应力小,渗透压小。一旦破损,泄漏小,易修补。另外,风浪、船行均可引起管内液体搅动,有利于藻类生长。可见微藻在水中管道内培养更具有生态适应性。
图4为室内立体培养模式的结构示意图。在室内采用柔性管道培养微藻,能够实现全天候立体开发。