浮萍培养消浪装置及其在浮萍培养中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于能源植物培养【技术领域】，提供浮萍培养消浪装置，该装置的一种结构是由至少三件百叶片组件围成的顶面和底面开口、侧面为百叶片结构的框体，该装置的另一种结构由百叶片组件围成的框体及其周边设置的围板组成，该装置的再一种结构是由至少三个尺寸不同的带孔框体嵌套组合而成，各带孔框体均为顶面开口的框体，嵌套组合时各带孔框体的开口向上。将上述消浪装置用于培养浮萍，能减弱或消除流动水体的波浪对浮萍生长的影响，能增加适合浮萍生长的水面面积，提高浮萍的产量。
【专利说明】浮萍培养消浪装置及其在浮萍培养中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于能源植物培养【技术领域】，涉及浮萍培养消浪装置及其在浮萍培养中的应用。
【背景技术】
[0002]浮萍(Duckweed)是浮萍科(Lemnaceae)植物的统称，共有5个属38个种,在世界各地均有分布，依靠光能自养，可通过根或叶状体快速地从空气中吸收CO2、从水中吸收氮、磷等物质，能直接利用废水生长，无需灭菌等预处理。浮萍能将从水体中吸收的氮、磷等物质转化为淀粉、蛋白质、纤维素等，其中淀粉含量可高达浮萍干重的75%，具有极高的综合利用潜力，能够实现生活污水的资源化利用，不会成为二次污染源。浮萍还具有优于其它水生植物突出优势:(I)繁殖速度快，约2~7天即可繁殖一代，生物量积累速度是玉米的28倍；(2)可生产期长，水温高于5°C即可生产，温带至热带地区能全年生长，可长期循环生产；(3)能吸收空气中的CO2，直接利用废水中的N、P，能减轻温室效应、净化水体，同时还可吸附水中的重金属；(4)能量产出水平高，是未来生物质液体燃料最具发展潜力的战略性原料之一 ；(5)蛋白含量高可高达其干重的45%，已广泛地用作家畜饲料和鱼的饵料；(6)纤维素含量低，植物高级结构少，易消化，不含有毒的生物碱，其蛋白氨基酸含量全面，含有较多的赖氨酸和甲硫氨酸，接近动物蛋白，与大豆相当，可被动物高效利用。
[0003]浮萍大多生活在静止的淡水水面，少数生活在水流速度小于lm/s的水域，波浪会把浮萍打翻或使浮萍堆积成团，特别是一些浮萍的叶状体只有一面能进行光合作用，浮萍被打翻会因为无法进行光合作用而死亡，而堆积太厚会导致光线不足，从而导致浮萍死亡，所以浮萍大多惧怕波浪。目前尚无关于在水流速度大于lm/s的波浪水体中正常生长浮萍的报道，这严重制约了浮萍能源化利用的发展与应用，因此亟需开发出减弱消除或消除流动水体的波浪的浮萍培养消浪装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对目前浮萍只能在平静的水面生长导致浮萍产量严重不足的缺陷，提供浮萍培养消浪装置，将所述装置用于培养浮萍，能减弱或消除流动水体的波浪对浮萍生长的影响，能增加适合浮萍生长的水面面积，提高浮萍的产量。
[0005]本发明所述浮萍培养消浪装置有以下三种结构:
[0006]第一种结构的浮萍培养消浪装置是由至少三件百叶片组件围成的顶面和底面开口、侧面为百叶片结构的框体，所述百叶片组件包括由两根横梁和两根立柱组成的固定架、叶片和叶片角度调整轴，固定架上方的横梁上设置有用于安装叶片角度调整轴的固定块，固定架的两立柱上沿轴向设置有多个叶片安装孔，叶片角度调整轴上端部段为螺纹结构，叶片角度调整轴具有螺纹结构的一端通过所述固定块和螺母安装在固定架上，叶片为多片，各叶片的一侧边缘上设置有转轴，各叶片的转轴两端分别插装在固定架两立柱设置的相应叶片安装孔内，各叶片的中间部位通过铰链与叶片角度调整轴连接。[0007]上述第一种结构的浮萍培养消浪装置中，由百叶片组件围成的框体的高度为
0.4m~2m,叶片的宽度为5cm~10cm。
[0008]上述第一种结构的浮萍培养消浪装置中，围成框体的相邻两件百叶片组件共用一根立柱。
[0009]第二种结构的浮萍培养消浪装置是在第一种结构的浮萍培养消浪装置的基础上增设围板，所述围板环绕百叶片组件围成的框体周边设置，围板的底端通过支架与固定架的立柱连接。
[0010]上述第二种结构的浮萍培养消浪装置中，围板的高度至少为0.4m、且≤由百叶片组件围成的框体的高度，围板与由百叶片组件围成的框体顶面呈45°~70°夹角，围板顶端与由百叶片组件围成的框体顶面之间的间距为Om~0.2m,围板底端与由百叶片组件围成的框体侧面之间的间距为0.5m~2m。
[0011]第三种结构的浮萍培养消浪装置，由至少三个尺寸不同的带孔框体嵌套组合而成，各带孔框体均为顶面开口的框体，嵌套组合时各带孔框体的开口向上。
[0012]上述第三种结构的浮萍培养消浪装置中，最内层带孔框体上设置的孔的面积为2mm2~5mm2,最外层带孔框体上设置的孔的面积为200mm2~500mm2,从最内层带孔框体到最外层带孔框体，所设置的孔的面积依次增大。
[0013]上述第三种结构的浮萍培养消浪装置中，各带孔框体的高度相等，均为0.4m~2m，各带孔框体的长度 和宽度应满足嵌套组合后各带孔框体之间的间距为IOcm~50cm。
[0014]上述第三种结构的浮萍培养消浪装置中，所述带孔框体的形状可为任意形状，从加工制作的角度考虑，优选正方体、长方体、圆筒体。
[0015]上述第三种结构的浮萍培养消浪装置中，各带孔框体上所有孔的总面积至少为各带孔框体表面积的80%。
[0016]上述三种结构的浮萍培养消浪装置的强度应满足在流动速度至少为10m/S的波浪水体的冲击下不变形，所述浮萍培养消浪装置可由水杉木、聚丙烯树脂或者铝合金制作--? 。
[0017]本发明还提供了一种上述浮萍培养消浪装置在在浮萍培养中的应用。
[0018]上述应用的操作如下:
[0019]当使用上述第一种和第二种所述浮萍消浪培养装置时，将所述浮萍培养消浪装置放入流动水体中，使其顶面向上、且由百叶片组件围成的框体的顶面高出水面0.2m~lm，然后调节浮萍培养消浪装置进水侧面和出水侧面上叶片与水面的角度，使进水侧面的叶片与水面的夹角为60°~90°，出水侧面的叶片与水面平行(在此种状态，水流沿着百叶板向下流动，波浪的动能被转到水下，消浪装置内的水面基本保持平静)，继后将塑料格栅放入浮萍消浪培养装置中，再将浮萍放入塑料格栅内的水体中培养；当使用上述第三种结构的浮萍消浪培养装置时，将浮萍培养消浪装置放入流动水体中，使其顶面向上、且顶面高出水面0.2m~lm，然后将塑料格栅放入浮萍消浪培养装置中，再将浮萍放入塑料格栅内的水体中培养；所述流动水体的流速为2m/s~4m/s、浪高为5cm~10cm。
[0020]上述应用中，最好按照80%~100%的覆盖率将浮萍放入格栅内的水体中。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]1、将本发明所述浮萍培养消浪装置用于浮萍培养时，流动的波浪水体经消浪装置缓冲消浪后，能大幅度降低表面水体的流速和波浪高度，在水体流速为2m/s~4m/s、浪高为5cm~IOcm的环境下培养浮萍，并且具有良好的培养效果(见实施例4~6以及对比例1~2)。
[0023]2、采用本发明所述浮萍培养消浪装置，解决了浮萍只能在平静的水面生长导致浮萍产量严重不足的问题，大大增加了适合浮萍生长的水体面积，有利于提高浮萍的产量。
[0024]3、采用本发明所述浮萍培养消浪装置，能在受污染的水体中进行浮萍的培养，因而不仅能生产清洁的生物燃料的原料，而且能净化水体，缓解污染对环境造成的压力，具有明显的经济效益和社会效益。
[0025]4、本发明所述第一种结构的浮萍培养消浪装置，可通过调节叶片的角度改变水体的流向，使装置内的水面基本保持平静；本发明所述第二种结构的浮萍培养消浪装置，不仅可通过调节叶片的角度改变水体的流向，而且其围板对波浪具有阻隔作用，叶片还能对翻过围板的碎浪进行二次消浪，对浪高低于20cm的波浪能起到完全消浪作用，使得消浪装置内的水面保持平静，即使当波浪更高时，也具有消浪效果。
[0026]5、本发明所述第三种结构的浮萍培养消浪装置，结构非常简单，可根据水体的实际情况选择带孔框体的数量，各框体之间的间距，各带孔框体上孔的大小及分布，因而适用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明所述浮萍培养消浪装置的第一种结构示意图。
[0028]图2为图1的俯视图。
[0029]图3为本发明所述浮萍培养消浪装置的第二种结构示意图。
[0030]图4为图3的俯视图。
[0031]图5中，(A)图为叶片角度调整轴的安装示意图，(B)图为叶片与叶片角度调整轴的组合示意图，(O图为叶片在立柱上的安装示意图。
[0032]图6为本发明所述浮萍培养消浪装置的第三种结构示意图。
[0033]图7为图6的俯视图。
[0034]图1~图7中，I一固定架、1-1 一立柱、1-2—横梁、1-1-1 一叶片安装孔、2—叶片、2-1—转轴、3—围板、4一固定块、5—叶片角度调整轴、6—螺母、7—支架、8—铰链,9一第一框体、10—第二框体、11一第二框体，Dl一第一框体与第二框体之间的间距、D2一第二框体与第三框体之间的间距、d —围板底端与由百叶片组件围成的框体侧面之间的间距，Hl—由百叶片组件围成的框体的高度、H2—围板的高度、H3—带孔框体的高度，LI一由百叶片组件围成的框体的长度、L2—第一框体的长度、L3—第二框体的长度、L4一第三框体的长度，Wl—由百叶片组件围成的框体的宽度、W2—第一框体的宽度、W3—第二框体的宽度、W4—第三框体的宽度。
[0035]图8为对比例I中浮萍干重随培养时间的变化曲线。
[0036]图9为对比例2中浮萍干重随培养时间的变化曲线。
[0037]图10为实施例4、对比例1、对比例2中浮萍干重随培养时间的变化曲线比较图。
[0038]图11为实施例5、对比例1、对比例2中浮萍干重随培养时间的变化曲线比较图。
[0039]图12为实施例6、对比例1、对比例2中浮萍干重随培养时间的变化曲线比较图。【具体实施方式】
[0040]以下通过实施例并结合附图对本发明所述浮萍培养消浪装置的结构及其在浮萍培养中的应用作进一步说明。
[0041]下述各实施例中，浮萍鲜重的测定方法可参见Alicja Piotrowska, AndrzejBajguz et al.Jasmonic acid as modulator of lead toxicity in aquaticplant Wolffia arrhiza(Lemnaceae).Environmental and ExperimentalBotany66 (2009) 507-513，具体为:将培养一定时间的浮萍取出，用蒸馏水清洗3遍，然后在滤纸上放置5分钟，称重。
[0042]浮萍干重的测定方法:将培养一定时间的浮萍取出，用蒸馏水清洗3遍，然后在滤纸上放置5分钟，然后在60°C的烘箱中干燥至恒重，称重。
[0043]浮萍的绝对生长速度=干物质的增加量/叶片面积/培养时间，其单位为g/m2/d ；所述干物质的增加量=取样时浮萍的干重-浮萍种子的干重。
[0044]下述各实施例中，所述20%的Hoagland培养液的配制方法如下:
[0045](I)首先配制Hoagland培养液,其配制方法为:①用蒸懼水按照下表所述的母液配方中各试剂的浓度配制A、B、C、D、E、F六种母液，其中，配制母液A时，先用6N的HCl溶液将Ca (NO3) 2.4H20、KN03、KH2PO4溶解，然后加入蒸馏水配制成目标浓度；配制母液D时，先用6N的KOH溶液将EDTA溶解，然后加入蒸馏水配制成目标浓度按照下表所述的每升Hoagland培养液中各种母液的添加量用蒸懼水配制Hoagland培养液,通过HCl及NaOH调整Hoagland培养液的pH值为6.5。所配制的Hoagland培养液中，N元素的浓度为349.73mg/L，P元素的浓度为154.89mg/`L。
【权利要求】
1.一种浮萍培养消浪装置，其特征在于该消浪装置是由至少三件百叶片组件围成的顶面和底面开口、侧面为百叶片结构的框体，所述百叶片组件包括由两根横梁(1-2)和两根立柱(1-1)组成的固定架(1)、叶片(2)和叶片角度调整轴(5)，固定架上方的横梁上设置有用于安装叶片角度调整轴的固定块(4)，固定架的两立柱上沿轴向设置有多个叶片安装孔(1-1-1)，叶片角度调整轴(5)上端部段为螺纹结构，叶片角度调整轴具有螺纹结构的一端通过所述固定块(4)和螺母安装在固定架(1)上，叶片为多片，各叶片的一侧边缘上设置有转轴(2-1)，各叶片的转轴(2-1)两端分别插装在固定架两立柱设置的相应叶片安装孔(1-1-1)内，各叶片的中间部位通过铰链(8)与叶片角度调整轴(5)连接。
2.根据权利要求1所述浮萍培养消浪装置，其特征在于由百叶片组件围成的框体的高度(Hl)为0.4m~2m,叶片的宽度为5cm~10cm。
3.根据权利要求1或2所述浮萍培养消浪装置，其特征在于围成框体的相邻两件百叶片组件共用一根立柱。
4.根据权利要求1或2所述浮萍培养消浪装置，其特征在于由百叶片组件围成的框体的周边设置有围板(3)，围板的底端通过支架(7)与固定架的立柱(1-1)连接。
5.根据权利要求4所述浮萍培养消浪装置，其特征在于围板(3)的高度(H2)至少为0.4m、且≤由百叶片组件围成的框体的高度(H1)，围板(3)与由百叶片组件围成的框体顶面呈45°~70°夹角，围板顶端与由百叶片组件围成的框体顶面之间的间距为Om~0.2m，围板底端与由百叶片组件围成的框体侧面之间的间距(d)为0.5m~2m。
6.一种浮萍培养消浪装置，其特征在于该消浪装置由至少三个尺寸不同的带孔框体嵌套组合而成，各带孔框体均为顶面开口的框体，嵌套组合时各带孔框体的开口向上。
7.根据权利要求5所述浮萍培养消浪装置，其特征在于最内层带孔框体上设置的孔的面积为2mm2~5mm2,最外层带孔框体上设置的孔的面积为200mm2~500mm2,从最内层带孔框体到最外层带孔框体，所设置的孔的面积依次增大。
8.根据权利要求6或7所述浮萍培养消浪装置，其特征在于各带孔框体的高度(H3)相等，均为0.4m~2m，各带孔框体的长度和宽度应满足嵌套组合后各带孔框体之间的间距为IOcm ~50cmo
9.权利要求1至8中任一权利要求所述浮萍消浪培养装置在浮萍培养中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于操作如下: 当使用权利要求1至5中任一权利要求所述浮萍消浪培养装置时，将该浮萍培养消浪装置放入流动水体中，使其顶面向上、且由百叶片组件围成的框体的顶面高出水面0.2m~lm，然后调节该浮萍培养消浪装置进水侧面和出水侧面上叶片与水面的角度，使进水侧面的叶片与水面的夹角为60°~90°，出水侧面的叶片与水面平行，继后将塑料格栅放入浮萍消浪培养装置中，再将浮萍放入塑料格栅内的水体中培养； 当使用权利要求6至8中任一权利要求所述浮萍消浪培养装置时，将浮萍培养消浪装置放入流动水体中，使其顶面向上、且顶面高出水面0.2m~lm，然后将塑料格栅放入浮萍消浪培养装置中，再将浮萍放入塑料格栅内的水体中培养； 所述流动水体的流速为2m/s~4m/s、浪高为5cm~10cm。
【文档编号】A01G31/00GK103636480SQ201310704120
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】赵海, 沈维亮, 靳艳玲, 方扬 申请人:中国科学院成都生物研究所