ПОНТОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ВОДОРОСЛЕЙ В ОТКРЫТОМ ВОДОЕМЕ

Полезная модель относится к понтонным устройствам для гидропонного выращивания растений в открытом водоеме на, так называемой, «плавающей грядке».
Известно понтонное устройство для гидропонного выращивания растений, включающее поплавки в виде герметичных полых труб, поддерживающих раму и установленные на ней вегетационные сосуды, имеющие перфорированное днище и установленные на воде зарыбленного водоема (SU 969208, 30.10.1982). Между днищем вегетационных сосудов и водной поверхностью имеется воздушная прослойка. Растения высажены на субстрате. По мере роста растений их корневая система проникает в водоем через перфорированное днище сосудов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является понтонное устройство для гидропонного выращивания растений в открытом водоеме, содержащее вегетационный контейнер и герметичную поплавковую систему в виде полого трубчатого поплавкового короба со средствами подачи в него воды и сжатого воздуха и гидравлически соединенного с технологическим объемом контейнера (RU 2290784 С1, 26.05.2005).
Вегетационный контейнер выполнен с сетчатым дном и заполнен субстратом, на который высевают семена культивируемых растений. «Плавающая грядка» устанавливается в рыбоводных водоемах и тем самым осуществляется совместное выращивание в водоеме рыбы и растений.
Поплавковый короб, поддерживающий грядку на плаву, имеет верхнее и нижнее отверстия. К верхнему отверстию короба присоединен шланг для подачи в емкость воздуха от насоса или компрессора и кран, перекрывающий его выход, а нижнее отверстие служит для свободного заполнения емкости водой с целью регулирования подъемной силы поплавков и насыщения субстрата в контейнере водой водоема. Путем регулирования подъемной силы смонтированных, под контейнером поплавковых коробов, грядку устанавливают над зеркалом водоема так, чтобы вода по капиллярам гранул субстрата самостоятельно поднималась до его поверхности, не заполняя полости между гранулами.
Растения корнями прорастают через перфорацию днища и опускаются в воду, откуда забирают питательные вещества. Прирост растительной продукции осуществляется за счет использования растениями в качестве питания минеральных веществ, образующихся в результате развивающихся в субстрате плавающей грядки микроорганизмов, которые минерализуют метаболиты и продукты жизнедеятельности рыб.
Недостатком известных устройств является неудобство эксплуатации, связанное с необходимостью одновременного выращивания в водоеме растений и рыб, также зависимость производства зеленой массы от биологического состояния рыбного стада.
Кроме того, выполнение днища с перфорацией в известных устройствах не позволяет создавать в вегетационных сосудах изолированной с контролируемыми параметрами среды, не зависящей от состояния среды водоема.
Задачей полезной модели является создание понтонного устройства для гидропонного выращивания водорослей в открытом водоеме с повышенной производительностью по выращиваемой массе, возможностью с регулирования по химическому составу среды в вегетационном контейнере и простого конструктивного решения разгрузки выращенных водорослей, доставляемых к месту их переработки.
Поставленная задача решается тем, что в понтонном устройстве для гидропонного выращивания водорослей в открытом водоеме, содержащем вегетационный контейнер и герметичную поплавковую систему в виде полого трубчатого поплавкового короба, выполненного с возможностью подачи в него воды и сжатого воздуха, и гидравлически соединенного с технологическим объемом контейнера, согласно полезной модели, поплавковый короб размещен по периметру вегетационного контейнера, над коробом по всей его длине дополнительно смонтирована трубчатая камера и ее внутренняя полость разделена поперечными перегородками на два отсека, один из которых выполнен со штуцером для заправки сжатым воздухом, а другой - со штуцером для заправки отсека углекислым газом, причем отсек трубчатой камеры для сжатого воздуха посредством трубопровода соединен с донной частью поплавкового короба, а отсек для углекислого газа - с вегетационным контейнером ниже уровня его технологического объема, контейнер выполнен из упругого материала с отогнутыми вверх по периметру бортами и внутри него размещена съемная фильтрующая сетка, при этом контейнер снабжен, по меньшей мере, одним приспособлением для перемешивания жидкости в его технологическом объеме.
В варианте выполнения полезной модели фильтрующая сетка выполнена с ячейками, имеющими размер 0,1-100,0 микрон.
Для защиты технологического объема контейнера от попадания брызг с водной поверхности по периметру поплавкового короба закреплен каркас с защитным тентом.
В другом варианте полезной модели приспособление для периодического вертикального колебания днища контейнера выполнено по схеме поплавкового коромыслового механизма, двуплечий рычаг которого смонтирован с возможностью качания вокруг неподвижной оси на стойке, закрепленной на поплавковом коробе, а плечи рычага шарнирно соединены соответственно с днищем контейнера и поплавком коромыслового механизма, расположенным на поверхности водоема.
Возможен вариант полезной модели, в котором перемешивающее устройство выполнено в виде вибрационной лопастной мешалки с инерционным грузом, соединенным пружинами с каркасом контейнера.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство в продольном разрезе с поплавковым коромысловым механизмом и с вибрационной лопастной мешалкой, на фиг.2 - вид сверху на устройство с поплавковым коромысловым механизмом (на чертеже каркас и тент условно не показаны).
Понтонное устройство содержит вегетационный контейнер 1, герметичную поплавковую систему, выполненную в виде полого трубчатого поплавкового короба 2, имеющего трубопровод 3 и заливочный патрубок 4 для пресной воды. Короб 2 размещен по периметру вегетационного контейнера 1 и над ним смонтирована трубчатая камера 5. Внутренняя полость камеры 5 разделена поперечными перегородками 6 на два неравновеликих по объему отсека 7 и 8. Больший отсек 7 выполнен со штуцером 9 для заправки сжатым воздухом, а меньший отсек 8 - со штуцером 10 для заправки отсека углекислым газом.
Отсек 7 для сжатого воздуха посредством трубопровода 11 и клапана 12 соединен с поплавковым коробом 2, а отсек 8 посредством трубопровода 13 с запорным клапаном 14 - с вегетационным контейнером.
Вегетационный контейнер 1 выполнен с плоским днищем 15 из упругого материала, борта 16 контейнера отогнуты вверх. Для периодических вертикальных колебаний днища 15, способствующих перемешиванию питательной жидкости, оно может быть снабжено приспособлением, выполненным по схеме поплавкового коромыслового механизма. Двуплечий рычаг 17 механизма смонтирован с возможностью качания вокруг неподвижной оси 18 на стойке 19, закрепленной на поплавковом коробе 2, а плечи рычага 17 посредством шарниров 20 и 21 соединены соответственно с поплавком 22 коромыслового механизма, расположенным на поверхности водоема, и с днищем 15 контейнера.
Внутри контейнера по всей площади днища и высоте его бортов 6 размещена прикрепленная к бортам съемная фильтрующая сетка 23 с размером ячеек 0,1-100,0 микрон, выбираемым в зависимости от вида культивируемых водорослей. По наружному контуру бортов смонтирован каркас 24, на котором закреплен защитный тент 25.
В поплавковом устройстве для перемешивания питательной жидкости в технологическом объеме контейнера также может быть установлена вибрационная лопастная мешалка 26 с инерционным грузом 27, соединенным посредством пружин 28 с каркасом 24 контейнера. Лопасти мешалки 26 расположены на расстоянии 10-15 см от днища 15.
Для перемешивания жидкости в технологическом объеме могут быть использованы оба описанных устройства.
Внутренний объем вегетационного короба соединен трубопроводом 29 с донной частью короба 2.
Для работы понтонного устройства его устанавливают на поверхность водоема в прибрежной зоне морской акватории, находящейся в тропическом климатическом поясе. Затем технологический объем контейнера заполняют питательной жидкостью - смесью морской и пресной воды, в которую помещают культуру выращиваемых водорослей в количестве от 0,001 до 0,02 г микроводорослей на литр жидкости. Общая масса загружаемых водорослей зависит от их вида. Производительность устройства по зеленой массе водорослей может регулироваться внесением удобрений в питательную жидкость.
Глубина слоя жидкости 20-40 см обеспечивает достаточное освещение для произрастания водорослей во всем объеме устройства. Высота уровня питательной жидкости зависит от вида выращиваемых водорослей, но при глубине слоя более 40 см освещенность в нижних слоях жидкости уже недостаточна для интенсивного произрастания водорослей.
Интенсивный рост водорослей происходит при определенной концентрации соли в жидкости. Принимая концентрацию соли в открытом море за 100%, можно определить, что интенсивный рост водорослей происходит при концентрации от 70 до 110% от исходной, причем эти величины могут изменяться в зависимости от вида выращиваемой культуры микроводорослей. Поскольку предусматривается выращивание водорослей в тропическом климате, в условиях которого происходит интенсивное испарение воды с поверхности открытого вегетационного контейнера, достигающее 10% в сутки от заполненной жидкости, при заливке питательной жидкости в устройство целесообразно использовать смесь морской и пресной воды при допустимо низкой концентрации соли. Вследствие испарения воды в питательной жидкости происходит повышение концентрации соли и последнюю снижают добавлением пресной воды в технологический объем контейнера из предварительно заполненного пресной водой поплавкового короба.2. Перекачивание пресной воды происходит по трубопроводу 29 путем подачи сжатого воздуха в короб из отсека 7 трубчатой камеры 3, открывая клапан 12 трубопровода 11 и создавая необходимое давление в полости короба 2. Для поддержания уровня концентрации соли в объеме контейнера, исходя из продолжительности цикла выращивания 6-10 дней, объем пресной воды в коробе 2 должен составлять 20-30% от объема питательной жидкости, при исходной загрузке устройства.
Рост водорослей происходит при определенной кислотности воды. При размножении водорослей они потребляют углекислый газ из воды и показатель кислотности Ph снижается. Для поддержания этого показателя на требуемом уровне производится контроль Ph питательной жидкости в технологическом объеме контейнера и при необходимости углекислый газ по трубопроводу 13 подают в контейнер ниже уровня питательной жидкости, открывая запорный клапан 14. Дополнительная подача углекислого газа обеспечивает поддержание Ph воды на заданном уровне.
По достижению биологической зрелости водорослей и получения во всем объеме питательной жидкости максимально возможной их концентрации для данного вида водорослей понтонное устройство транспортируют к месту разгрузки контейнера на побережье. При выгрузке зеленой массы из контейнера фильтрующую сетку 23 освобождают от крепления на бортах контейнера и вместе с водорослями и водой извлекают из контейнера. При выращивании микроводорослей биоматериал необходимо извлекать с максимально большим количеством воды. При выращивании водорослей разных видов размер ячеек сетки выбирают в зависимости от характеристики растения в интервале 0,1-100,0 микрон, чтобы микроводоросли, имеющие размеры от 5 до 200 микрон не проходили через ячейки сетки. Часть питательной жидкости изливается через фильтрующую сетку, а биомасса вместе с оставшейся питательной жидкостью выгружают в приемный бункер и далее полученную массу подают на переработку в производственные отделения. За счет того, что сетка извлекается вместе с водорослями, а затем возвращается в контейнер, отпадает необходимость в оборотной таре, что удешевляет производство.
Отделенную от зеленой массы питательную жидкость направляют на станцию фильтрации, и фильтрат затем используют для приготовления питательной жидкости.
Равномерное распределение микроводорослей в объеме устройства обеспечивается постоянным перемешиванием жидкости за счет применения приспособления для периодического вертикального колебания днища контейнера. Поскольку при волнении моря амплитуда и частота колебаний поплавка 22 и контейнера 1, залитого питательной жидкостью, будут разные, коромысло 17 через шарнир 21 будет постоянно поднимать и опускать днище контейнера, обеспечивая постоянное перемешивание питательной жидкости.
Для интенсификации перемешивания жидкости совместно с поплавковым устройством или самостоятельно используется также перемешивающее устройство с вибрационной лопастной мешалкой. Инерционный груз 27 подвешен на упругой подвеске - пружинах 28, смонтированных на каркасе 24. При качании на волнах понтонное устройство совершает вертикальные возвратно-поступательные движения и лопасти 26, расположенные в вегетационной жидкости, перемешивают ее технологический объем.
Разработанное устройство для выращивания различных культур водорослей в контейнере, плавающем в морской акватории, позволяет ограничиться минимальными производственными площадями, необходимыми только для переработки зеленой массы, доставляемой на сушу, что значительно сокращает затраты по сравнению с их выращиванием в специально сооруженных искусственных водоемах.
Изолирование вегетационного объема контейнера от воды водоема позволяет подобрать наиболее оптимальную питательную среду для наиболее интенсивного наращивания массы водорослей в зависимости от биологических особенностей микроводорослей.
Конструктивные особенности понтонного устройства при использовании на морских акваториях дают возможность существенно увеличивать рабочую поверхность вегетационного контейнера, что повышает производительность устройства по зеленой массе выращиваемых водорослей.