高生长率的浮游水生物种的培育、收获及加工制造技术

本发明专利技术公开了培育并收获高生长率的浮游水生物种的系统。本发明专利技术还公开了使用这样的系统培育并收获浮游水生物种的方法。

Cultivation, harvesting and processing of high growth rates of planktonic aquatic species

The present invention discloses a system for cultivating and harvesting a high growth rate floating aquatic species. The present invention also discloses a method for cultivating and harvesting floating aquatic species using such a system.

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为201080023569.X、申请日为2010年4月20日、专利技术名称为“高生长率的浮游水生物种的培育、收获及加工”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请要求2009年4月20日提交的美国临时申请第61/171,036号的权益(名称为“高生长率的浮游水生物种的培育、收获及加工”)，上述美国临时申请通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及培育并加工诸如藻类、水生物种之类的小型水生光合生物，所述小型水生光合生物包括小型水生植物浮游水生物种(例如，浮萍)。
技术介绍
浮萍科(Lemnaceae)是显花植物家族，由于该家族包括浮萍或水扁豆，也被称为浮萍家族。浮萍包括紫萍属(Spirodela)、少根紫萍属(Landoltia)、浮萍属(Lemna)、芜萍属(Wolffia)和扁平无根萍属(Wolfiella)。浮萍是生长快、蛋白产量高、色素含量高的单子叶植物并且归类为大型水生植物。全世界有超过四十种浮萍，但发现在热带地区的温和气候环境中浮萍最丰富。当遇到低于约二十摄氏度的温度时，浮萍类植物形成一个叫做具鳞根出条(turion)的非漂浮结构，沉入池底并保持休眠直到环境转暖。浮萍是水禽的重要食物来源，并且在东南亚的一些地区浮萍为人类所食用。此外，浮萍还为诸如蛙、鱼之类的许多水生物种提供保护，同时通过吸收过量的矿物营养物，尤其是氮和磷，帮助生物修复水生物种的天然环境。浮萍在污物或动物排泄物上生长，所述动物排泄物通常不含有毒污染物，并且浮萍可喂养鱼或牲畜，或者作为肥料播撒于农田。但是，待用于人或动物食用的浮萍包含净水保持期，以确保生物质不含经水传播的病原体。本申请中浮萍(duckweed)与浮萍属(lemna)互换使用。
技术实现思路
一些实施方式包括培育浮游水生物种的方法，所述方法包括：由水源提供水，所述水基本不含有毒重金属；提供光；在含有所述水的隔离区内培育至少一种水生物种；以及收获所述水生物种。所述水生物种可为浮萍。所述收获步骤可在所述水生物种密度处于最佳收获密度时完成。所述水可为淡水、微咸水或咸水。在微咸水或咸水的实施方式中，所述浮游水生物种可为盐耐受物种。收获的水生作物可被加工以提取蛋白和/或生物质可用来发酵为酒精，高温分解为高价值燃料或燃烧获取能量。本专利技术的优选的实施方式提供培育水生物种的设备，所述设备包括：容器，推进装置以及自动收获系统，所述容器被配置成容纳充足的培育基质中的水生物种以使得所述水生物种正常生长，其中，所述容器具有使得培育基质在连续回路中流动的结构；所述推进装置被配置成对培育基质施加足够的力以使其运动；所述自动收获系统被配置成可不停止所述水生物种的运动而收获所述水生物种。本专利技术的另一实施方式提供用于培育水生物种的设备，所述设备包括：容器，风障装置和自动收获系统，所述容器被配置成容纳充足的培育基质中的水生物种以使得所述水生物种正常生长，其中，所述容器由分隔件分隔为生长隔间；所述风障装置安装在至少一些分隔件上，并且所述风障装置被配置成减小由风施加在所述水生物种上的力；所述自动收获系统被配置成收获所述水生物种。在任一实施方式的附加方面，所述容器被配置成使得环境光线照射到所述水生物种。在任一实施方式的附加方面，所述容器在其顶部开口。在任一实施方式的附加方面，所述水生物种选自以下属：紫萍属(Spirodela)、少根紫萍属(Landoltia)、浮萍属(Lemna)、芜萍属(Wolffia)和扁平无根萍属(Wolfiella)。另一方面，所述水生物种是浮萍。在任一实施方式的附加方面，所述容器被配置成使得所述培育基质的深度为大约10cm至大约50cm。在任一实施方式的附加方面，所述容器包括带塑料衬里的池。在前述实施方式的附加方面，所述容器包括外周壁，并且，所述设备还包括风障装置，所述风障装置安装在至少一些外周壁上，并且所述风障装置被配置成减小由风施加在所述水生物种上的力。另一方面，所述风障装置包括高度为约50cm至100cm的网状幕帘。另一方面，所述网状幕帘的高度为70cm至80cm。另一方面，所述幕帘包括编织的塑料。另一方面，所述推进装置选自桨轮和喷射泵。另一方面，所述推进装置是桨轮，并且所述设备还包括控制装置，所述控制装置被配置成控制所述推进装置的旋转速度为约0rpm至约2rpm。另一方面，水生物种以0.01m/s至0.10m/s的速度运动。另一方面，所述收获系统包括传送带，所述传送带被配置成可移入所述培育基质内，由此，将一部分水生物种从所述容器中运出。另一方面，所述收获系统包括表面撇取器装置。另一方面，所述收获系统包括将所述培育基质回收至所述容器的装置。另一方面，所述设备还包括传感器，所述传感器被配置成监测所述培育基质内的物理值并且当所述物理值在预设参数范围之外时指示进行作业。另一方面，所述设备还包括与所述容器流体连通的营养箱，其中，所述物理值是所述培育基质内的养分水平，且所进行的作业是把养分分配到所述培育基质中。另一方面，所述养分选自氮、磷、钾、二氧化碳和微量营养素。另一方面，所述物理值是pH值，并且所进行的作业是把碱性盐添加到所述培育基质中。另一方面，所述设备还包括喷洒系统，所述喷洒系统被配置成横跨所述容器的宽度方向施用水性溶液喷雾。另一方面，所述设备还包括传感器，所述传感器被配置成监测水生物种的浮垫厚度并当浮垫达到预设厚度时指示需要使用收获系统。本专利技术的优选实施方式提供培育水生物种的方法，所述方法包括：提供权利要求1或2所述的设备；在所述容器内放置培育基质；把水生物种引入到所述培育基质内；以及收获所述水生物种。另一方面，所述设备还包括传感器，所述传感器被配置成监测所述水生物种的浮垫厚度并当浮垫达到预设厚度时提供信号；并且，收获所述水生物种包括响应所述信号而使用所述收获系统。另一方面，所述水生物种选自以下属：紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、芜萍属和扁平无根萍属。另一方面，所述水生物种是浮萍。另一方面，所述培育基质选自淡水、微咸水和咸水。具体实施方式诸如浮萍、无根萍、蚊蕨(mosquitofern)、槐叶萍、水浮莲之类的水生物种由于其纤维素和半纤维素含量较高，可被加工以产生燃料和高价值化学制品以及材料。水生物种的加工可根据期望的最终成品和/或中间产物通过许多方法或方法的组合来完成。在特定的实施方式中，本专利技术提供蛇形槽生长系统(或单槽)，所述蛇形槽生长系统包括带有隔离壁或弯曲通道的塑料衬里的浅池。如图1所示，所述蛇形槽生长系统带有推进系统，所述推进系统包括将水和浮游微作物(microcrop)一同推动到现场收获位点的轴浆轮。所述蛇形槽被设计或配置成用于循环培育基质(简单起见也称液体)以及用于以控制的方式改变液体流动速度，从而维持整个生产区域的浮萍的均匀分布。随着微作物的生长，其可在水面上形成浮垫，所述浮垫可变得更厚。浮垫厚度可由空中图片成像器和位于槽内的关键区域中的传感器来密切监测。用于实施这种成像的系统及方法在2009年6月11日提交的、专利技术名称为“VegetationIndicesforMeasuringMultilayerMicrocropDensityandGrowth”的美国临时申请第61/186,349号中公开，该美国临时申请通过引用全部并入本文。在特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种培育浮萍物种的设备，所述设备包括：培育基质；容器，所述容器直接容纳深度为足以使得浮萍物种正常生长的培育基质；其中，所述容器具有使得所述培育基质在连续回路中流动的结构，其中，所述容器在其顶部开口；以及推进装置，所述推进装置被配置成对所述培育基质施加足够的力以使所述培育基质、所述浮萍物种的浮垫或者它们的组合运动，其中，所述运动的速度为0.01m/s至0.10m/s，并且其中，所述设备被配置成使得所述培育基质的表面直接暴露于风，所述风具有足以使所述浮萍物种重新分布的力。

【技术特征摘要】
2009.04.20 US 61/171,0361.一种培育浮萍物种的设备，所述设备包括：培育基质；容器，所述容器直接容纳深度为足以使得浮萍物种正常生长的培育基质；其中，所述容器具有使得所述培育基质在连续回路中流动的结构，其中，所述容器在其顶部开口；以及推进装置，所述推进装置被配置成对所述培育基质施加足够的力以使所述培育基质、所述浮萍物种的浮垫或者它们的组合运动，其中，所述运动的速度为0.01m/s至0.10m/s，并且其中，所述设备被配置成使得所述培育基质的表面直接暴露于风，所述风具有足以使所述浮萍物种重新分布的力。2.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括喷洒系统，所述喷洒系统被配置成横跨所述连续回路的宽度方向向所述浮萍物种的浮垫的表面喷洒水雾。3.如权利要求1所述的设备，其中，培育的浮萍物种是用于人类食用。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括收获系统。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述收获系统选自：传送带和表面撇取器，所述传送带被配置成降低至所述浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·贾万，威廉·格里科，赫克托·J·昆巴，哈维·韦弗，布赖恩·洛瓦斯，
申请(专利权)人：帕拉贝尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY