一种海洋微藻养殖方法与流程

1.本发明属于海洋微藻养殖技术领域，具体涉及一种海洋微藻养殖方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.微藻是一种自养植物，其细胞中含有蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素等高价值成分，在食品、医药、基因工程和液体燃料等领域具有较好的应用前景。
4.目前，微藻的规模化养殖一般为陆地开放性养殖，存在容易受到污染等弊端，严重影响微藻质量；而且由于微藻培养过程需要充足的光照，开放性养殖池的深度较浅，占地面积较大，严重影响微藻的养殖规模。
5.虽然目前已经有相关的海洋微藻养殖研究报道，如，采用塑料吊袋盛装培养液，利用刚性吊架对塑料吊袋进行吊装。采用该种方式，一方面，在海水的冲击作用下，塑料吊袋是不断摇晃的，为了保证相邻两塑料吊袋之间不发生碰撞，需要将两塑料吊袋之间间隔距离较大，影响养殖密度。第二方面，由于塑料吊袋内需要盛装培养液，且微藻体积较小，所以需要在整个培养周期内，保证塑料吊袋的完整性，但是海洋养殖时，在海水的冲击作用下，塑料吊袋的力学性能难以满足要求，且不可避免会受到海洋生物的破坏。
6.此外，由于微藻养殖过程中需要通入足够的二氧化碳，以支持微藻的光合作用，如果不采用塑料吊袋，而采用刚性池体时，则难以保证二氧化碳在池体内的均匀分布，也会在一定程度上影响微藻养殖效果。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种海洋微藻养殖方法。
8.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本发明提供一种海洋微藻养殖方法，包括如下步骤：将海水经过消毒后注入池体内，并向海水中添加营养液和藻液，进行密闭培养；培养过程中，向池体内的液体内部注入富含二氧化碳的气体，池体内的多余气体自排气管外排；池体在浮体的带动下沿导向杆上下浮动；池体包括壳体、柔性袋体和布气装置，所述壳体包括外壳层和内壳层，外壳层和内壳层之间留有间隙，两者之间通过端部进行连接固定；柔性袋体四周穿过所述间隙后进行固定，且相对于壳体向外延伸设定距离；柔性袋体和壳体围成所述池体；柔性袋体至少包括两层结构，外层为养殖网，内层为塑料袋；通过布气装置向池体内注入富含二氧化碳的气体，并使二氧化碳初步溶解分散；柔性袋体在海水的冲击下变形，对池体内的培养海水进行扰动，进一步使注入的二氧化碳在培养海水中均匀分布，利用柔性袋体外侧的养殖网对柔性袋体内侧的塑料袋进行防护。
9.第二方面，本发明提供一种实现所述海洋微藻养殖方法的养殖装置包括池体、若干导向杆、浮体和罩体，其中，内壳层的顶部设置有排气管；导向杆的一端用于固定于海底，另一端与壳体四周的导向座配合设置；浮体设置于壳体的四周，罩体覆盖于池体顶部。
10.上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：在培养过程中，向外延伸的该部分柔性袋体在海水的冲击下不断摇晃，进而对池体内部的海水和注入的富含二氧化碳的气体进行扰动混合，提高二氧化碳在培养海水中的分布均匀性；利用设置在池体内的布气装置向池体内的海水中通入富含二氧化碳的气体，也可以在一定程度上提高二氧化碳在培养海水中的分布均匀性。将该布气装置向柔性袋体方向延伸，可以利用布气装置对柔性袋体的形变程度起到一定的限制作用，防止柔性袋体形变太大，对内部海水扰动过大，可以提高养殖过程的稳定性。
11.利用柔性袋体的塑料袋盛装养殖海水，利用外层的养殖网对塑料膜起防护作用，可以有效防止塑料袋在海水冲击和海洋生物的干扰下遭受破坏，进而可以保证微藻养殖的顺利进行。
12.利用浮体带动池体上下浮动，以适应涨潮落潮和海面波浪，以保证微藻接受充足的阳光，也可以防止海水漫过池体后对池体顶部施加较大压力而破坏养殖装置。
附图说明
13.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
14.图1是本发明实施例的微藻养殖装置的整体结构示意图；图2是本发明实施例的微藻养殖装置池体内部的局部结构示意图；图3是本发明实施例的布气装置结构示意图。
15.其中，1、浮体；2、池体；3、导向杆；4、导向座；5、养殖网；6、排气管；7、进气口；8、内壳层；9、支架；10、布气装置；11、外壳层；12、塑料袋。
具体实施方式
16.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
17.第一方面，本发明提供一种海洋微藻养殖方法，包括如下步骤：将海水经过消毒后注入池体内，并向海水中添加营养液和藻液，进行密闭培养；培养过程中，向池体内的液体内部注入富含二氧化碳的气体，池体内的多余气体自排气管外排；池体在浮体的带动下沿导向杆上下浮动；池体包括壳体、柔性袋体和布气装置，所述壳体包括外壳层和内壳层，外壳层和内壳层之间留有间隙，两者之间通过端部进行连接固定；柔性袋体四周穿过所述间隙后进行
固定，且相对于壳体向外延伸设定距离；柔性袋体和壳体围成所述池体；柔性袋体至少包括两层结构，外层为养殖网，内层为塑料袋；通过布气装置向池体内注入富含二氧化碳的气体，并使二氧化碳初步溶解分散；柔性袋体在海水的冲击下变形，对池体内的培养海水进行扰动，进一步使注入的二氧化碳在培养海水中均匀分布，利用柔性袋体外侧的养殖网对柔性袋体内侧的塑料袋进行防护。
18.在一些实施例中，实现所述海洋微藻养殖方法的养殖装置包括池体、若干导向杆、浮体和罩体，其中，内壳层的顶部设置有排气管；导向杆的一端用于固定于海底，另一端与壳体四周的导向座配合设置；浮体设置于壳体的四周，罩体覆盖于池体顶部。
19.为了使微藻接受充足的阳光，将壳体的整体高度设置为20-30cm，将柔性袋体向外延伸的长度设置为3-10cm，进而使整个池体的深度较浅。池体的长和宽可较大，如，长5m，宽4m；长6m，宽5m；长10m，宽8m等。
20.池体横截面可以为长方形、圆形等，对形状不作限制，优选为长方形。
21.池体可以为整个单一池体，也可以采用隔板将池体分隔成多个小池体，也可以将几个池体拼接为一个大池体。
22.当池体的深度较浅，且池体的面积较大时，向池体中的海水中通入富含二氧化碳的气体，如空气时，难以保证二氧化碳在池体内分布均匀。本发明中的池体由柔性袋体和壳体围成，且柔性袋体向外延伸一段距离，在培养过程中，向外延伸的该部分柔性袋体在海水的冲击下不断摇晃，进而对池体内部的海水和注入的富含二氧化碳的气体进行扰动混合，提高二氧化碳在培养海水中的分布均匀性；在池体内设置布气装置，也可以在一定程度上提高二氧化碳在培养海水中的分布均匀性。
23.柔性袋体在海水冲击下的不断变形，还可以扰动池内海水，使海水内的微藻和培养液分布均匀，以提高对培养液的利用率。
24.为了保证柔性袋体内侧的塑料袋的强度，可以采用较厚、强度较高的塑料袋。
25.采用导向杆对池体进行限位，可以有效防止池体随海面的漂移，保证微藻养殖的稳定、安全进行。
26.池体的壳体四周至少设置4个导向杆，还可以均匀设置更多个，导向杆还可以对壳体起到较好的加固、定型作用，防止壳体在海水冲击下变形。
27.排气管应穿过罩体向外延伸，且应将排气管与罩体接触的位置密封，用于将池体内的气体外排。
28.在一些实施例中，所述壳体的材料为轻质材料。如，经过防腐处理后木材、硬质塑料等。
29.采用轻质材料，以保证可以在浮体的带动下上下浮动。
30.罩体为透明塑料膜、透明玻璃或透明玻璃钢，为了使落在罩体上的海水或雨水顺利流下，将罩体的形状设置为向上凸的弧形。可以为固定形状的弧形罩体，也可以在池体顶部架设弧形支架，利用弧形支架对柔性罩体进行固定。
31.在一些实施例中，所述导向座上开设通孔，导向杆插入通孔内，且导向杆外表面和
通孔内壁光滑设置。光滑设置以减少摩擦。
32.在一些实施例中，将布气装置设置为至少包括内外两圈相互连通的布气管道，布气管道上均布通孔。用于对池体内养殖水体的四周和中部通入二氧化碳，以尽量提高二氧化碳的分布均匀性。
33.采用该种布气装置，内外圈的管道以及两者之间的连通管道形成阻挡平面，可以较好地限制柔性袋体的形变，防止柔性袋体的过变形。
34.优选的，布气装置表面光滑设置。以尽量减少微藻的附着量。
35.在一些实施例中，将内壳层和外壳层的与柔性袋体反复接触的位置设置为弧形，并打磨光滑。以充分减少柔性袋体受到的摩擦力，减少摩擦损伤。
36.在一些实施例中，将排气管的一端固定在内壳层的顶部，并在该端设置进气口，与池体内部连通，另一端向上延伸，且将排气管的顶部向下弯折。养殖池体附近不可避免会有海水飞溅，且养殖过程中不可避免会遇到下雨等天气。将排气管的顶部弯折向下，可以有效防止外部水滴通过排气管落入池体内，进而可以有效防止池体内的养殖体系受到外界污染。
37.在一些实施例中，所述罩体为透明塑料膜、透明玻璃或透明玻璃钢，将排气管穿过罩体向外延伸，且将排气管与罩体之间密封处理。
38.可以根据成本预期选择合适的透明材料，以保证微藻的光合作用。
39.在一些实施例中，所述养殖网由如下重量份的原料制成：聚乙烯40~60份、聚氨酯8~12份、聚丙烯树脂8~12份、纳米石墨0.4~0.6份、双(4-羟基苯基)硫醚0.4~0.6份、碳化二亚胺0.4~0.6份、n,n-二甲基甲酰胺0.4~0.6份、水性硅pu母粒4~6份。
40.采用聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯的多元共混，在综合改性聚乙烯的机械性能的同时，提高了耐腐蚀性和耐老化性能；同时，为了避免过量聚氨酯导致的湿热老化性能较差的问题，本发明还引入了双(4-羟基苯基)硫醚和水性硅pu母粒，以提高材料的耐老化性能，并通过纳米石墨、碳化二亚胺的添加，增强了材料的耐腐蚀性和耐水解性。
41.纳米石墨的粒径会影响其混合与分散效果，因此，进一步地，所述纳米石墨的粒径为30~80nm，以使纳米石墨更容易与其他物料混合均匀。
42.进一步地，所述水性硅pu母粒的粒径为0.1~3mm，以使其能够与其他原料更好地混合。
43.优选的，所述养殖网的拉丝工艺，包括如下步骤：将聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯树脂、纳米石墨、双(4-羟基苯基)硫醚、碳化二亚胺按比例混合均匀，加入n,n-二甲基甲酰胺溶解，升温混合，得到混合物；将所述混合物与水性硅pu母粒在螺杆挤出机中加热熔融，得到聚合物熔体；将所述聚合物熔体进行喷丝，形成网丝；将网丝进行牵伸整理并进行水冷、烘干、卷绕，即得。
44.升温混合的具体条件为：升温至120-150℃下混合10-15min，以使各原料混合均匀，便于后续喷丝成型并提高材料性能的均匀性。
45.螺杆挤出机的转速为60-100rpm，挤出机的第一段温度为180-186℃、第二段温度为185-192℃、第三段温度为190-210℃、模头温度为200-250℃，以通过螺杆挤压使材料熔融，便于后续的喷丝处理。
46.喷丝机的喷丝速率为230-260m/min，以保证形成的丝线均匀致密，并具有较好的强度。
47.水冷的温度为0-20℃，以通过冷却使材料定形。烘干的温度为55-68℃，以脱除材料表面的水分，便于后续存储和使用。
48.将原丝按照传统的方法进行加捻、编制成养殖网。
49.下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
50.实施例1a、原料制备：按重量份计称取聚乙烯50kg、聚氨酯10kg、聚丙烯树脂10kg、纳米石墨0.5kg、双(4-羟基苯基)硫醚50ml、碳化二亚胺50ml加入搅拌机中，并加入n,n-二甲基甲酰胺50ml溶解，升温至120℃下混合15min；b、挤出：使用吸料泵将步骤a中得到的混合物泵入挤出机进料斗中同时将5kg水性硅pu母粒加入转速为60rpm，温度为250℃的螺杆机压机中加热熔融，得到熔融物，注入挤出机料斗；其中，第一段温度为186℃、第二段温度为192℃、第三段温度为190℃、模头温度为200℃；c、喷丝：将步骤b中经过挤出机挤出的原料加入喷丝机中进行喷丝，喷丝速率为230m/min；d、冷却：牵伸整理时网丝通过0℃的纯净水中冷却；e、收卷：在55℃下进行烘干，然后使用盘头进行卷绕，得到成品网丝，经过编制得到养殖网。
51.实施例2a、原料制备：按重量份计称取聚乙烯48kg、聚氨酯12kg、聚丙烯树脂10kg、纳米石墨0.4kg、双(4-羟基苯基)硫醚52ml、碳化二亚胺52ml加入搅拌机中，并加入n,n-二甲基甲酰胺50ml溶解，升温至135℃下混合12min；b、挤出：使用吸料泵将步骤a中得到的混合物泵入挤出机进料斗中同时将4kg水性硅pu母粒加入转速为80rpm，温度为220℃的螺杆机压机中加热熔融，得到熔融物，注入挤出机料斗；其中，第一段温度为183℃、第二段温度为185℃、第三段温度为210℃、模头温度为250℃；c、喷丝：将步骤b中经过挤出机挤出的原料加入喷丝机中进行喷丝，喷丝速率为245m/min；d、冷却：牵伸整理时网丝通过10℃的纯净水中冷却；e、收卷：在60℃下进行烘干，然后使用盘头进行卷绕，得到成品网丝，经过编制得到养殖网。
52.实施例3a、原料制备：按重量份计称取聚乙烯50kg、聚氨酯8kg、聚丙烯树脂12kg、纳米石墨0.6kg、双(4-羟基苯基)硫醚48ml、碳化二亚胺48ml加入搅拌机中，并加入n,n-二甲基甲酰胺50ml溶解，升温至150℃下混合10min；b、挤出：使用吸料泵将步骤a中得到的混合物泵入挤出机进料斗中同时将6kg水性硅pu母粒加入转速为100rpm，温度为240℃的螺杆机压机中加热熔融，得到熔融物，注入挤
出机料斗；其中，第一段温度为183℃、第二段温度为192℃、第三段温度为200℃、模头温度为230℃c、喷丝：将步骤b中经过挤出机挤出的原料加入喷丝机中进行喷丝，喷丝速率为260m/min；d、冷却：牵伸整理时网丝通过20℃的纯净水中冷却；e、收卷：在68℃下进行烘干，然后使用盘头进行卷绕，得到成品网丝，经过编制得到养殖网。
53.对比例1a、原料制备：按重量份计称取聚乙烯48kg、聚氨酯12kg、聚丙烯树脂10kg、纳米石墨0.4kg、碳化二亚胺52ml加入搅拌机中，并加入n,n-二甲基甲酰胺50ml溶解，升温至135℃下混合12min。
54.b、挤出：使用吸料泵将步骤a中得到的混合物泵入挤出机进料斗中同时将4kg水性硅pu母粒加入转速为80rpm，温度为220℃的螺杆机压机中加热熔融，得到熔融物，注入挤出机料斗；其中，第一段温度为183℃、第二段温度为185℃、第三段温度为210℃、模头温度为250℃；c、喷丝：将步骤b中经过挤出机挤出的原料加入喷丝机中进行喷丝，喷丝速率为245m/min；d、冷却：牵伸整理时网丝通过10℃的纯净水中冷却；e、收卷：在60℃下进行烘干，然后使用盘头进行卷绕，得到成品网丝，经过编制得到养殖网。
55.对比例2a、原料制备：聚乙烯48kg、聚氨酯12kg、聚丙烯树脂10kg、双(4-羟基苯基)硫醚52ml、碳化二亚胺52ml加入搅拌机中，并加入n,n-二甲基甲酰胺50ml溶解，升温至135℃下混合12min。
56.b、挤出：使用吸料泵将步骤a中得到的混合物泵入挤出机进料斗中同时将4kg水性硅pu母粒加入转速为80rpm，温度为220℃的螺杆机压机中加热熔融，得到熔融物，注入挤出机料斗；其中，第一段温度为183℃、第二段温度为185℃、第三段温度为210℃、模头温度为250℃；c、喷丝：将步骤b中经过挤出机挤出的原料加入喷丝机中进行喷丝，喷丝速率为245m/min；d、冷却：牵伸整理时网丝通过10℃的纯净水中冷却；e、收卷：在60℃下进行烘干，然后使用盘头进行卷绕，得到成品网丝，经过编制得到养殖网。
57.表1
对实施例和对比例制备的产品采用标准《sct5029-2006高强度聚乙烯渔网线》进行测试，测试结果如表2所示：表2结强力保持率（%）将试样浸渍于模拟海水（水、盐比例为每升水35克nacl）中在暗室内于4℃，浸渍12个月后，测试其结强力的保持率，以反应其抗老化特性。
58.由此可知，本发明的方法制备的深海养殖网具有较优的韧性，耐海水腐蚀的优点，能够更好地满足海洋养殖的需求。
59.实施例4一种海洋微藻养殖方法，包括如下步骤：将海水经过消毒后注入池体内，并向海水中添加营养液和藻液，进行密闭培养；培养过程中，向池体内的液体内部注入富含二氧化碳的气体，池体内的多余气体自排气管外排；池体在浮体的带动下沿导向杆上下浮动；通过布气装置向池体内注入富含二氧化碳的气体，并使二氧化碳初步溶解分散；柔性袋体在海水的冲击下变形，对池体内的培养海水进行扰动，进一步使注入的二氧化碳在培养海水中均匀分布，利用柔性袋体外侧的养殖网对柔性袋体内侧的塑料袋进行防护。
60.实现该海洋微藻养殖方法的养殖装置，包括池体2、若干导向杆3、浮体1和罩体，所述池体2包括壳体、柔性袋体和布气装置10，所述壳体的截面为长方形，包括外壳层11和内壳层8，外壳层11厚度为2cm，高度为25cm；内壳层8厚度为1cm，高度为20cm。每个池体的长为5m，宽4m。
61.外壳层11和内壳层8之间留有间隙，两者之间通过端部连接，间隙宽度为2mm左右；柔性袋体四周穿过所述间隙后进行固定（该处的固定方式可以采用现有常规的固定方式），并将间隙进行密封，以防止海水通过缝隙进入池体内。柔性袋体相对于壳体向外延伸6cm左右；柔性袋体和壳体围成所述池体。
62.内壳层8和外壳层11的与柔性袋体反复接触的位置设置为弧形，并光滑设置。以充分减少柔性袋体受到的摩擦力，减少摩擦损伤。
63.壳体的材料为经过防腐处理的木材。
64.柔性袋体包括两层结构，外层为实施例1制备的养殖网5，内层为塑料袋12。
65.如图3所示，布气装置10安装于内壳层的底部，且朝向柔性袋体方向延伸，延伸距离为5cm左右；其包括内外两圈相互连通的布气管道，布气管道上均布通孔，通孔直径为1cm左右；布气装置表面和通孔内壁均打磨光滑设置，以尽量减少微藻的附着量。
66.布气装置的进气管道可以自内向外穿过壳体，并向外延伸，用于与空气等气体泵送装置连接。
67.通过该布气装置向池体内的海水中通入空气，空气分别喷向池体中部和四周的海水，并且超多个方向喷射，以提高二氧化碳与海水的接触面积，提高二氧化碳的利用率。
68.将排气管6的一端固定在内壳层8的顶部，该端与池体2内部通过进气口7连通，另一端向上延伸，且将排气管6的顶部弯折向下。将排气管的顶部弯折向下，可以有效防止外部水滴通过排气管落入池体内，进而可以有效防止池体内的养殖体系受到外界污染。
69.在壳体四周的导向座4上开设通孔，导向杆3的一端固定于海底，另一端插入通孔内，且导向杆3外表面和通孔内壁打磨光滑，以减少摩擦。导向杆的数量为4个，均匀分布在壳体的四周。在该种情况下，也可以设置8个导向杆。
70.浮体1设置于壳体的四周，罩体覆盖于池体顶部，罩体为透明玻璃，排气管穿过罩体向外延伸，且排气管与罩体之间密封设置。
71.为了使落在罩体上的海水或雨水顺利流下，将罩体的形状设置为向上凸的弧形。
72.可以穿过壳体设置排水管，当培养完毕后，将培养液通过排水管抽出，分离微藻，即可。
73.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。