浮萍培養(yǎng)消浪裝置及其在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于能源植物培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供浮萍培養(yǎng)消浪裝置，該裝置的一種結(jié)構(gòu)是由至少三件百葉片組件圍成的頂面和底面開口、側(cè)面為百葉片結(jié)構(gòu)的框體，該裝置的另一種結(jié)構(gòu)由百葉片組件圍成的框體及其周邊設(shè)置的圍板組成，該裝置的再一種結(jié)構(gòu)是由至少三個尺寸不同的帶孔框體嵌套組合而成，各帶孔框體均為頂面開口的框體，嵌套組合時各帶孔框體的開口向上。將上述消浪裝置用于培養(yǎng)浮萍，能減弱或消除流動水體的波浪對浮萍生長的影響，能增加適合浮萍生長的水面面積，提高浮萍的產(chǎn)量。
【專利說明】浮萍培養(yǎng)消浪裝置及其在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源植物培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及浮萍培養(yǎng)消浪裝置及其在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]浮萍(Duckweed)是浮萍科(Lemnaceae)植物的統(tǒng)稱，共有5個屬38個種,在世界各地均有分布，依靠光能自養(yǎng)，可通過根或葉狀體快速地從空氣中吸收CO2、從水中吸收氮、磷等物質(zhì)，能直接利用廢水生長，無需滅菌等預處理。浮萍能將從水體中吸收的氮、磷等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等，其中淀粉含量可高達浮萍干重的75%，具有極高的綜合利用潛力，能夠?qū)崿F(xiàn)生活污水的資源化利用，不會成為二次污染源。浮萍還具有優(yōu)于其它水生植物突出優(yōu)勢:(I)繁殖速度快，約2~7天即可繁殖一代，生物量積累速度是玉米的28倍；(2)可生產(chǎn)期長，水溫高于5°C即可生產(chǎn)，溫帶至熱帶地區(qū)能全年生長，可長期循環(huán)生產(chǎn)；(3)能吸收空氣中的CO2，直接利用廢水中的N、P，能減輕溫室效應(yīng)、凈化水體，同時還可吸附水中的重金屬；(4)能量產(chǎn)出水平高，是未來生物質(zhì)液體燃料最具發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略性原料之一 ；(5)蛋白含量高可高達其干重的45%，已廣泛地用作家畜飼料和魚的餌料；(6)纖維素含量低，植物高級結(jié)構(gòu)少，易消化，不含有毒的生物堿，其蛋白氨基酸含量全面，含有較多的賴氨酸和甲硫氨酸，接近動物蛋白，與大豆相當，可被動物高效利用。
[0003]浮萍大多生活在靜止的淡水水面，少數(shù)生活在水流速度小于lm/s的水域，波浪會把浮萍打翻或使浮萍堆積成團，特別是一些浮萍的葉狀體只有一面能進行光合作用，浮萍被打翻會因為無法進行光合作用而死亡，而堆積太厚會導致光線不足，從而導致浮萍死亡，所以浮萍大多懼怕波浪。目前尚無關(guān)于在水流速度大于lm/s的波浪水體中正常生長浮萍的報道，這嚴重制約了浮萍能源化利用的發(fā)展與應(yīng)用，因此亟需開發(fā)出減弱消除或消除流動水體的波浪的浮萍培養(yǎng)消浪裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前浮萍只能在平靜的水面生長導致浮萍產(chǎn)量嚴重不足的缺陷，提供浮萍培養(yǎng)消浪裝置，將所述裝置用于培養(yǎng)浮萍，能減弱或消除流動水體的波浪對浮萍生長的影響，能增加適合浮萍生長的水面面積，提高浮萍的產(chǎn)量。
[0005]本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置有以下三種結(jié)構(gòu):
[0006]第一種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置是由至少三件百葉片組件圍成的頂面和底面開口、側(cè)面為百葉片結(jié)構(gòu)的框體，所述百葉片組件包括由兩根橫梁和兩根立柱組成的固定架、葉片和葉片角度調(diào)整軸，固定架上方的橫梁上設(shè)置有用于安裝葉片角度調(diào)整軸的固定塊，固定架的兩立柱上沿軸向設(shè)置有多個葉片安裝孔，葉片角度調(diào)整軸上端部段為螺紋結(jié)構(gòu)，葉片角度調(diào)整軸具有螺紋結(jié)構(gòu)的一端通過所述固定塊和螺母安裝在固定架上，葉片為多片，各葉片的一側(cè)邊緣上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，各葉片的轉(zhuǎn)軸兩端分別插裝在固定架兩立柱設(shè)置的相應(yīng)葉片安裝孔內(nèi)，各葉片的中間部位通過鉸鏈與葉片角度調(diào)整軸連接。[0007]上述第一種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，由百葉片組件圍成的框體的高度為
0.4m~2m,葉片的寬度為5cm~10cm。
[0008]上述第一種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，圍成框體的相鄰兩件百葉片組件共用一根立柱。
[0009]第二種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置是在第一種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置的基礎(chǔ)上增設(shè)圍板，所述圍板環(huán)繞百葉片組件圍成的框體周邊設(shè)置，圍板的底端通過支架與固定架的立柱連接。
[0010]上述第二種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，圍板的高度至少為0.4m、且≤由百葉片組件圍成的框體的高度，圍板與由百葉片組件圍成的框體頂面呈45°~70°夾角，圍板頂端與由百葉片組件圍成的框體頂面之間的間距為Om~0.2m,圍板底端與由百葉片組件圍成的框體側(cè)面之間的間距為0.5m~2m。
[0011]第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置，由至少三個尺寸不同的帶孔框體嵌套組合而成，各帶孔框體均為頂面開口的框體，嵌套組合時各帶孔框體的開口向上。
[0012]上述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，最內(nèi)層帶孔框體上設(shè)置的孔的面積為2mm2~5mm2,最外層帶孔框體上設(shè)置的孔的面積為200mm2~500mm2,從最內(nèi)層帶孔框體到最外層帶孔框體，所設(shè)置的孔的面積依次增大。
[0013]上述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，各帶孔框體的高度相等，均為0.4m~2m，各帶孔框體的長度 和寬度應(yīng)滿足嵌套組合后各帶孔框體之間的間距為IOcm~50cm。
[0014]上述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，所述帶孔框體的形狀可為任意形狀，從加工制作的角度考慮，優(yōu)選正方體、長方體、圓筒體。
[0015]上述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置中，各帶孔框體上所有孔的總面積至少為各帶孔框體表面積的80%。
[0016]上述三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置的強度應(yīng)滿足在流動速度至少為10m/S的波浪水體的沖擊下不變形，所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置可由水杉木、聚丙烯樹脂或者鋁合金制作--? 。
[0017]本發(fā)明還提供了一種上述浮萍培養(yǎng)消浪裝置在在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用。
[0018]上述應(yīng)用的操作如下:
[0019]當使用上述第一種和第二種所述浮萍消浪培養(yǎng)裝置時，將所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置放入流動水體中，使其頂面向上、且由百葉片組件圍成的框體的頂面高出水面0.2m~lm，然后調(diào)節(jié)浮萍培養(yǎng)消浪裝置進水側(cè)面和出水側(cè)面上葉片與水面的角度，使進水側(cè)面的葉片與水面的夾角為60°~90°，出水側(cè)面的葉片與水面平行(在此種狀態(tài)，水流沿著百葉板向下流動，波浪的動能被轉(zhuǎn)到水下，消浪裝置內(nèi)的水面基本保持平靜)，繼后將塑料格柵放入浮萍消浪培養(yǎng)裝置中，再將浮萍放入塑料格柵內(nèi)的水體中培養(yǎng)；當使用上述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍消浪培養(yǎng)裝置時，將浮萍培養(yǎng)消浪裝置放入流動水體中，使其頂面向上、且頂面高出水面0.2m~lm，然后將塑料格柵放入浮萍消浪培養(yǎng)裝置中，再將浮萍放入塑料格柵內(nèi)的水體中培養(yǎng)；所述流動水體的流速為2m/s~4m/s、浪高為5cm~10cm。
[0020]上述應(yīng)用中，最好按照80%~100%的覆蓋率將浮萍放入格柵內(nèi)的水體中。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1、將本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置用于浮萍培養(yǎng)時，流動的波浪水體經(jīng)消浪裝置緩沖消浪后，能大幅度降低表面水體的流速和波浪高度，在水體流速為2m/s~4m/s、浪高為5cm~IOcm的環(huán)境下培養(yǎng)浮萍，并且具有良好的培養(yǎng)效果(見實施例4~6以及對比例1~2)。
[0023]2、采用本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，解決了浮萍只能在平靜的水面生長導致浮萍產(chǎn)量嚴重不足的問題，大大增加了適合浮萍生長的水體面積，有利于提高浮萍的產(chǎn)量。
[0024]3、采用本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，能在受污染的水體中進行浮萍的培養(yǎng)，因而不僅能生產(chǎn)清潔的生物燃料的原料，而且能凈化水體，緩解污染對環(huán)境造成的壓力，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0025]4、本發(fā)明所述第一種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置，可通過調(diào)節(jié)葉片的角度改變水體的流向，使裝置內(nèi)的水面基本保持平靜；本發(fā)明所述第二種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置，不僅可通過調(diào)節(jié)葉片的角度改變水體的流向，而且其圍板對波浪具有阻隔作用，葉片還能對翻過圍板的碎浪進行二次消浪，對浪高低于20cm的波浪能起到完全消浪作用，使得消浪裝置內(nèi)的水面保持平靜，即使當波浪更高時，也具有消浪效果。
[0026]5、本發(fā)明所述第三種結(jié)構(gòu)的浮萍培養(yǎng)消浪裝置，結(jié)構(gòu)非常簡單，可根據(jù)水體的實際情況選擇帶孔框體的數(shù)量，各框體之間的間距，各帶孔框體上孔的大小及分布，因而適用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為圖1的俯視圖。
[0029]圖3為本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4為圖3的俯視圖。
[0031]圖5中，(A)圖為葉片角度調(diào)整軸的安裝示意圖，(B)圖為葉片與葉片角度調(diào)整軸的組合示意圖，(O圖為葉片在立柱上的安裝示意圖。
[0032]圖6為本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖7為圖6的俯視圖。
[0034]圖1~圖7中，I一固定架、1-1 一立柱、1-2—橫梁、1-1-1 一葉片安裝孔、2—葉片、2-1—轉(zhuǎn)軸、3—圍板、4一固定塊、5—葉片角度調(diào)整軸、6—螺母、7—支架、8—鉸鏈,9一第一框體、10—第二框體、11一第二框體，Dl一第一框體與第二框體之間的間距、D2一第二框體與第三框體之間的間距、d —圍板底端與由百葉片組件圍成的框體側(cè)面之間的間距，Hl—由百葉片組件圍成的框體的高度、H2—圍板的高度、H3—帶孔框體的高度，LI一由百葉片組件圍成的框體的長度、L2—第一框體的長度、L3—第二框體的長度、L4一第三框體的長度，Wl—由百葉片組件圍成的框體的寬度、W2—第一框體的寬度、W3—第二框體的寬度、W4—第三框體的寬度。
[0035]圖8為對比例I中浮萍干重隨培養(yǎng)時間的變化曲線。
[0036]圖9為對比例2中浮萍干重隨培養(yǎng)時間的變化曲線。
[0037]圖10為實施例4、對比例1、對比例2中浮萍干重隨培養(yǎng)時間的變化曲線比較圖。
[0038]圖11為實施例5、對比例1、對比例2中浮萍干重隨培養(yǎng)時間的變化曲線比較圖。
[0039]圖12為實施例6、對比例1、對比例2中浮萍干重隨培養(yǎng)時間的變化曲線比較圖?！揪唧w實施方式】
[0040]以下通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置的結(jié)構(gòu)及其在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用作進一步說明。
[0041]下述各實施例中，浮萍鮮重的測定方法可參見Alicja Piotrowska, AndrzejBajguz et al.Jasmonic acid as modulator of lead toxicity in aquaticplant Wolffia arrhiza(Lemnaceae).Environmental and ExperimentalBotany66 (2009) 507-513，具體為:將培養(yǎng)一定時間的浮萍取出，用蒸餾水清洗3遍，然后在濾紙上放置5分鐘，稱重。
[0042]浮萍干重的測定方法:將培養(yǎng)一定時間的浮萍取出，用蒸餾水清洗3遍，然后在濾紙上放置5分鐘，然后在60°C的烘箱中干燥至恒重，稱重。
[0043]浮萍的絕對生長速度=干物質(zhì)的增加量/葉片面積/培養(yǎng)時間，其單位為g/m2/d ；所述干物質(zhì)的增加量=取樣時浮萍的干重-浮萍種子的干重。
[0044]下述各實施例中，所述20%的Hoagland培養(yǎng)液的配制方法如下:
[0045](I)首先配制Hoagland培養(yǎng)液,其配制方法為:①用蒸懼水按照下表所述的母液配方中各試劑的濃度配制A、B、C、D、E、F六種母液，其中，配制母液A時，先用6N的HCl溶液將Ca (NO3) 2.4H20、KN03、KH2PO4溶解，然后加入蒸餾水配制成目標濃度；配制母液D時，先用6N的KOH溶液將EDTA溶解，然后加入蒸餾水配制成目標濃度按照下表所述的每升Hoagland培養(yǎng)液中各種母液的添加量用蒸懼水配制Hoagland培養(yǎng)液,通過HCl及NaOH調(diào)整Hoagland培養(yǎng)液的pH值為6.5。所配制的Hoagland培養(yǎng)液中，N元素的濃度為349.73mg/L，P元素的濃度為154.89mg/`L。
【權(quán)利要求】
1.一種浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于該消浪裝置是由至少三件百葉片組件圍成的頂面和底面開口、側(cè)面為百葉片結(jié)構(gòu)的框體，所述百葉片組件包括由兩根橫梁(1-2)和兩根立柱(1-1)組成的固定架(1)、葉片(2)和葉片角度調(diào)整軸(5)，固定架上方的橫梁上設(shè)置有用于安裝葉片角度調(diào)整軸的固定塊(4)，固定架的兩立柱上沿軸向設(shè)置有多個葉片安裝孔(1-1-1)，葉片角度調(diào)整軸(5)上端部段為螺紋結(jié)構(gòu)，葉片角度調(diào)整軸具有螺紋結(jié)構(gòu)的一端通過所述固定塊(4)和螺母安裝在固定架(1)上，葉片為多片，各葉片的一側(cè)邊緣上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸(2-1)，各葉片的轉(zhuǎn)軸(2-1)兩端分別插裝在固定架兩立柱設(shè)置的相應(yīng)葉片安裝孔(1-1-1)內(nèi)，各葉片的中間部位通過鉸鏈(8)與葉片角度調(diào)整軸(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于由百葉片組件圍成的框體的高度(Hl)為0.4m~2m,葉片的寬度為5cm~10cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于圍成框體的相鄰兩件百葉片組件共用一根立柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于由百葉片組件圍成的框體的周邊設(shè)置有圍板(3)，圍板的底端通過支架(7)與固定架的立柱(1-1)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于圍板(3)的高度(H2)至少為0.4m、且≤由百葉片組件圍成的框體的高度(H1)，圍板(3)與由百葉片組件圍成的框體頂面呈45°~70°夾角，圍板頂端與由百葉片組件圍成的框體頂面之間的間距為Om~0.2m，圍板底端與由百葉片組件圍成的框體側(cè)面之間的間距(d)為0.5m~2m。
6.一種浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于該消浪裝置由至少三個尺寸不同的帶孔框體嵌套組合而成，各帶孔框體均為頂面開口的框體，嵌套組合時各帶孔框體的開口向上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于最內(nèi)層帶孔框體上設(shè)置的孔的面積為2mm2~5mm2,最外層帶孔框體上設(shè)置的孔的面積為200mm2~500mm2,從最內(nèi)層帶孔框體到最外層帶孔框體，所設(shè)置的孔的面積依次增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述浮萍培養(yǎng)消浪裝置，其特征在于各帶孔框體的高度(H3)相等，均為0.4m~2m，各帶孔框體的長度和寬度應(yīng)滿足嵌套組合后各帶孔框體之間的間距為IOcm ~50cmo
9.權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述浮萍消浪培養(yǎng)裝置在浮萍培養(yǎng)中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于操作如下: 當使用權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述浮萍消浪培養(yǎng)裝置時，將該浮萍培養(yǎng)消浪裝置放入流動水體中，使其頂面向上、且由百葉片組件圍成的框體的頂面高出水面0.2m~lm，然后調(diào)節(jié)該浮萍培養(yǎng)消浪裝置進水側(cè)面和出水側(cè)面上葉片與水面的角度，使進水側(cè)面的葉片與水面的夾角為60°~90°，出水側(cè)面的葉片與水面平行，繼后將塑料格柵放入浮萍消浪培養(yǎng)裝置中，再將浮萍放入塑料格柵內(nèi)的水體中培養(yǎng)； 當使用權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述浮萍消浪培養(yǎng)裝置時，將浮萍培養(yǎng)消浪裝置放入流動水體中，使其頂面向上、且頂面高出水面0.2m~lm，然后將塑料格柵放入浮萍消浪培養(yǎng)裝置中，再將浮萍放入塑料格柵內(nèi)的水體中培養(yǎng)； 所述流動水體的流速為2m/s~4m/s、浪高為5cm~10cm。
【文檔編號】A01G31/00GK103636480SQ201310704120
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】趙海, 沈維亮, 靳艷玲, 方揚 申請人:中國科學院成都生物研究所