[发明专利]用于加强藻类生物量种植的基底网格

说明书

本申请要求于2009年9月28日提交的美国专利申请序列号61/246477的利益，该文献在此被引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种基底网格，用于从水中去除营养物和/或废物，并用于在含有藻类群落的系统(包括藻皮清洗系统)中增强或产生生物量，并且在丝状硅藻为藻类群落的组成成分时具有特别的应用。

背景技术

培育的附着藻类的复杂群落，有时称为藻皮系统，已被用来控制水质和从海水、江河口或淡水中清洗多种营养物或污染物。特别地，这种藻类群落并没有表现出单一培育藻类的敏感性和不稳定性，因此适用于从废水中去除诸如磷的营养物和污染物。美国专利No.4,333,263描述了利用含有附着的藻类群落的藻皮系统主要通过其新陈代谢来从废水中去除二氧化碳、营养物和其它污染物；美国专利No.4,966,096和5,097,795描述了实现这种功能的装置；美国专利No.5,851,398描述了一种采用藻皮清洗系统去除污染物的方法，该方法是通过将污染物沉淀在流动水柱中种植的藻皮单元或单元壁的里面或上面，所有上述专利通过参考整体并入。已知藻皮系统也被用来增加或强化藻类生物量的生产。含有培育的附着藻类群落的藻皮系统还在美国专利No.5,527,456、5,573,669、5,715,774、5,778,823、5,851,398；和6,572,770中有描述，所有文献在此并入作为参考。

当成比例放大时，藻皮系统可用来恢复受损的河、湾和湖。例如，藻皮系统已被成功地成比例放大用于从点源、非点源和开放表面水去除富营养物。除了它在去除营养物(如氮、磷和二氧化碳)和其它染物中的成功应用，一些文献还显示成功地使用藻皮系统来将氧注入多水体中，所述藻皮系统例如商业Algal Turf(ATS)等，也把的功劳归于藻皮系统。例如，在Adey等人在Restoration Ecology(1993年3月)中的“Phosphorus Removal from Natural Waters Using Controlled Algal production”第29-39页，作者讨论了利用ATS来从农业污水中清洗营养物磷的方法。该文章以及上述所有专利揭示了藻皮通过两种方式去除磷的作用，这两种方式分别是(1)新陈代谢吸收和(2)物理移除附着在有机颗粒上的磷。在这些引用的文献中，颗粒捕获、即物理移除在藻类丝的幅网中完成，通过蓝绿藻类和硅藻产生的黏液加强。

藻皮系统通常的特征在于，藻丝自行附着到网格(如塑料网格)的基底构件。网格用作藻皮的种植表面。丝的附生植物群落和细胞附着在所述基底丝上，并且借助建立藻类网络通过捕获大部分藻类单细胞而膨胀。典型的，所述基底丝是：绿藻，如淡水中的刚毛藻(Fascicularis)和根枝藻(Rhizoclonium)；红藻，如多管藻(polysiphonia)和爬管藻(Herposiphonia)；褐藻，如在江河入海口和海水中的水云(Ectocarpus)和褐茸藻(Giffordia)。

在先前的采用藻皮系统的流道中，丝状绿藻主要用于生产相当大量的藻类群落或藻类生物量。特别地，当伴随有大量的天然能量时，如潮流或波浪振动时，所述藻类生物量将维持显著的生产率水平。在一些情况中，藻类生物量被用做动物食物或者肥料。藻皮系统的应用还被扩展到水产养植、第三级污水处理系统和农业沟渠营养物改良。此外，藻皮系统还被成功应用于鱼类商业产量的生产中，如罗非鱼。

某些水处理条件下，丝状硅藻成为藻皮系统中的主要基底支撑丝。这是在这样条件下的情况，其中要处理的水缺少天然附生生物而由丝状硅藻占大量优势。在这种情形下，丝状硅藻胜过所述绿基底丝和红基底丝。在绿丝藻、红丝藻和褐丝藻中，其中相邻单元的单元壁是整体结构，藻丝具有相当大的拉伸、剪切强度。在整个7-21天的典型收获周期中这些藻丝能够在藻皮流道上承受水流和水涌动，即使在被附生植物重重包裹情况下。脱落或丝破坏以及损失仅仅在收获周期的末尾变得严重，这是由季节决定的。在短期内，绿、红或褐丝藻的单个细胞会死掉而不损害绿丝的完整性。

不同于绿、红、褐藻丝(它们通常厚重的细胞壁从细胞到细胞是连续不间断的)，硅藻丝具有完全不同的结构。丝状硅藻细胞通过脆弱得多的黏液连接或通过薄硅线相互连接。当丝状硅藻在藻皮基底丝中占优势时，在收获周期结束之前出现频繁断裂和随机脱落，导致藻皮损失。