CN101514324A - 收集微藻的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种收集微藻的方法与装置，以解决现有技术中电泳法收集微藻的耗能较大的问题。实施例中的收集微藻的方法包括：根据电泳池电极间距以及预设的电泳池电场强度调节风光互补电源的输出电压，所述风光互补电源的电压输出到所述电极，所述电泳池中容纳有微藻培养液；收集电泳池电极的阳极附近形成的包含微藻的絮状物。应用本发明实施例中的微藻收集技术方案，能够使电泳法收集微藻的耗能较低。

Description

收集微藻的方法与装置
技术领域
本发明涉及微藻养殖领域，特别地涉及一种收集微藻的方法与装置。
背景技术
微藻养殖吸收二氧化碳为解决温室气体提供了一种极好的方案，而微藻收集一直以来是微藻生产中研究较为集中的问题。常用收集微藻的方法有絮凝法，要添加一定量的絮凝剂，絮凝剂成本较高，并且因其包含重金属离子从而对环境造成一定的污染，还会对微藻产品品质产生严重影响。沉降法是利用沉降作用进行收集，成本较低，但同时效率也较低，一般需要一天甚至更长的时间。过滤法收集微藻，由于微藻体积太小，普通滤布及滤纸无法收集，微滤及超滤能耗很大且极容易堵塞滤孔而使过滤过程难以进行。离心法收集微藻的效果明显但能耗巨大，成本太高。电泳法是相对来说较为理想的一种收集方法，将微藻培养液引入电泳池，再通过电泳池中的一对直流电极形成电场，利用了微藻表面带有负电荷，在外加直流电场的情况下会发生定向电泳的特性进行收集。微藻培养液含有大量的电解质，在电场作用下，微藻会向阳极移动，在移动过程中一部分微藻还会形成絮团，当接触到电场的阳极时微藻会失去电荷，这时由于微藻细胞表面的粘性多糖以及细胞间的疏水相互作用从而粘结成絮状的藻团，并且这些藻团被混在其中的小气泡带到液面，比较容易收集。
现有的做法是将交流电变压、整流之后施加到电泳池的电极，因为在变压及整流的过程中存在电能损耗，所以现有的电泳法收集微藻的方法耗能较大。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种收集微藻的方法与装置，以解决现有技术中电泳法收集微藻的耗能较大的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下的技术方案：
一种收集微藻的方法，包括：
根据电泳池电极间距以及预设的电泳池电场强度调节风光互补电源的输出电压，所述风光互补电源的电压输出到所述电极，所述电泳池中容纳有微藻培养液；
收集电泳池电极的阳极附近形成的包含微藻的絮状物。
所述方法进一步包括：收集所述电泳池电极的阴极附近产生的氢气。
一种收集微藻的装置，包括：
电泳池，用于容纳微藻培养液；
电极，置于所述电泳池中并与风光互补电源的输出端连接，用于在微藻培养液中产生电场；
电压调节装置，用于调节所述风光互补电源的输出电压。
所述收集微藻的装置进一步包括氢气收集装置，用于收集所述电泳池电极的阴极附近产生的氢气。
根据本发明实施例的技术方案，根据电泳池的电极间距和需要的电场强度调节风光互补电源的输出电压，将该电压施加到电泳池的电极形成电场，使微藻在电场作用下发生电泳聚集在阳极附近。因为风光互补电源的输出为直流电，其电压能够使用蓄电池和控制器方便地调节并且损耗较小，并且避免了交流电整流为直流电带来的电能损失，因此使电泳法收集微藻的耗能较低。另外，在本发明实施例中对阴极附近的氢气进行收集，能够得到可作为能源的氢气，提高了电泳池的效益；并且使用风光互补电源向本发明实施例中的电泳池供电，较好地利用了风光互补电源的特点，而且与现有技术中利用传统能源向电泳池供电相比，本发明实施例中的技术方案对环境的污染较小，更加有利于环境的保护。
附图说明
图1为本发明实施例中的微藻培养与收集系统示意图；
图2为本发明实施例中收集氢气的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的方法与装置进行说明。附图仅用于帮助理解实施例的方案，在各种实现中可以不限于附图所示的形式。
在本发明实施例中，使用风光互补电源作为电泳池电极的电源。风光互补发电是近年来不断发展中的一种新兴能源，其同时采用风力发电和太阳能发电，由于二者具有非持续和非稳定性，因此将二者相结合互为补充，所以又称作风光互补发电。在本发明实施例中将风光互补发电应用于电泳池电极的电源，需要对风光互补电源的输出电压进行调节。微藻的电泳效率与电泳池的电场强度有关，所以可以根据需要的收集微藻的速度确定电泳池的电场强度，将该电场单位距离电压降值(即场强)与电泳池电极间距的乘积作为风光互补电源的期望输出电压，再根据该期望输出电压调节风光互补电源的电压调节装置。单位距离电压降值与电泳池电极间距相乘即为电极间所需的电压值。
施加在电泳池电极的电压用于在电泳池中建立电场，在实际应用中该电场的强度一般为10V/m～20V/m。可以根据电泳池中微藻浓度和微藻的品种选择合适的电压以建立适当的电场。当微藻浓度相当大时，在一些情况下可以已经聚集成絮状物，此时即可直接进行收集；大部分情况下电泳池中的微藻不会达到如此高的浓度，基本可以直接使用电泳法收集。在使用电泳法时，较大的场强可以使微藻移动的速度较快，所以当微藻浓度相当低时可以适当采用较大场强例如15V/m～20V/m。另外微藻的品种对收集速度也有影响，对于个体较大的微藻，因单位质量的个体表面积较小，所带电荷较少，所以受电场的影响较小，此时可以适当采用较大的电场强度。反之对于个体较小的微藻，可采用较小的电场强度即能使其到达所需的移动速度。
如果风光互补电源采用蓄电池组进行存储并由该蓄电池组向电泳池电极供电，则可以通过调节参与电能输出的串联的蓄电池的数量来调节蓄电池组的输出电压，也可以通过调节风光互补电源中的太阳能电池板的数量对输入到电极的电压进行调节，或将这两种调节手段相结合使用。当电泳池中形成一定强度的电场时，在电泳的作用下，电极的阳极附近的培养液表面就会飘浮一层包含微藻的絮状物，可方便地进行收集。因为施加在电极上的电压用于在电泳池中建立电场，而该电场用于使微藻在电泳效应下移动而便于收集，根据这种应用目的，施加在电极上的电压可以允许一定程度的波动，只要满足微藻收集量的要求即可。对于风光互补电源而言，其输出电能为直流电并且电压较为不稳定，这种不稳定的电能通常需经过一些附属设备转换为符合电网要求的交流电之后方可并入现有的电网，其中需较多的设备投入，并伴随有电能的损耗。而将风光互补电源应用于电泳法收集微藻，只需对其输出电压作较为简便的调整即可满足应用要求。
为了形成较为均匀的电场，使包含微藻的絮状物也能够均匀分布从而便于收集，电泳池中的电极可以做成面积较大的板状。从经济角度考虑，可以采用碳作为电极的材料，有利于降低电极的成本。
如图1所示的微藻培养与收集系统，微藻生长到一定阶段后，通过管道或用泵将微藻培养液转入电泳池中。对于风光互补电源的输出电压，使用电压调节装置例如带有控制装置的蓄电池组进行电压调节，使电压稳定在合适的大小。微藻培养液通入电泳池后，将电源连接到电泳池的两极，驱动电解液进行电泳收集。在阳极微藻形成絮状物上浮，收集。在阴极由于还原作用，有氢气产生，可以收集之后加以利用。
对于阴极附近产生的氢气，可以采用图2所示的方式进行收集。如图2，电极形状为板状，图中是其侧视图，将一个侧面形状为漏斗形、整体形状也呈板状的气体收集器罩在电极上，气体收集器的口部边缘没入电泳池的培养液中形成液封，如图中所示的虚线位置为培养液的液面位置。气体收集器顶端留一个气孔，接气体导管，为了在气体收集器罩在电极上之后，气体收集器内部位于培养液的液面之上的空气尽可能少地混入收集的氢气中，可以将气体收集器整体没入电泳池的培养液中，气体导管也可以部分地没入培养液中，例如图中所示的点划线位置为培养液的液面位置。这样培养液中产生的氢气气泡被气体收集器收集，通过气体导管进入气袋，气袋中的氢气可以经过气体增压机增压后导入气体储罐中储存，可进一步纯化例如干燥之后加以利用。
本发明实施例中的微藻收集装置具体包括电泳池、电极和电压调节装置，如图1所示。电泳池用于容纳微藻培养液。电极置于电泳池中并与风光互补电源的输出端连接，用于在微藻培养液中产生电场。电压调节装置用于调节风光互补电源的输出电压。根据微藻收集工作的性质可以看出，加在其电极的电压可以有一定范围的波动，只要能实现电泳效应即可；并且在收集时可能需要切断加在电极的电压。所以向电极供电时可以优先选用风光互补直接输出的电能，由电压调节装置对太阳能电池板的数量进行调节从而调节其输出电压。在风光互补电源输出的电能对于电泳池的运行有富余的情况下再使用蓄电池储存剩余电能，这样可以尽可能避免蓄电池充电和放电带来的能量损耗。此时电压调节装置主要通过调节该蓄电池组中蓄电池的数量来调节输出电压。
本发明实施例中的微藻收集装置还可以进一步包括氢气收集装置，对于阳极产生的氢气，可以用氢气收集装置例如图2所示的气体收集器、气体导管以及气袋进行收集。
根据本发明实施例的技术方案，根据电泳池需要的电场强度调节风光互补电源的输出电压，将该电压施加到电泳池的电极形成电场，使微藻由于电泳作用聚集在电极的阳极附近。因为风光互补电源的输出为直流电，其电压能够使用蓄电池和控制器方便地调节并且损耗较小，并且避免了交流电整流为直流电带来的电能损失，因此使电泳法收集微藻的耗能较低。另外，在本发明实施例中对阴极附近的氢气进行收集，能够得到可作为能源的氢气，提高了电泳池的效益。并且使用风光互补电源向本发明实施例中的电泳池供电，较好地利用了风光互补电源的特点，而且与现有技术中利用传统能源向电泳池供电相比，本发明实施例中的技术方案对环境的污染较小，更加有利于环境的保护。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种收集微藻的方法，其特征在于，包括：
根据电泳池电极间距以及预设的电泳池电场强度调节风光互补电源的输出电压，所述风光互补电源的电压输出到所述电极，所述电泳池中容纳有微藻培养液；
收集电泳池电极的阳极附近形成的包含微藻的絮状物。
2、根据权利要求1所述的收集微藻的方法，其特征在于，所述调节风光互补电源的输出电压包括：将电泳所需的单位距离的电压降值与电泳池的距离相乘，得出需要的电极间电压值，然后将风光互补电源的输出电压值调节到所述的电压值。
3、根据权利要求1所述的收集微藻的方法，其特征在于，所述调节风光互补电源的输出电压包括：
调节蓄电池组中蓄电池的数量，所述蓄电池组用于存储所述风光互补电源产生的电能并向所述电极供电；和/或
调节所述风光互补电源中的太阳能电池板的数量。
4、根据权利要求1所述的收集微藻的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：收集所述电泳池电极的阴极附近产生的氢气。
5、一种收集微藻的装置，其特征在于，包括：
电泳池，用于容纳微藻培养液；
电极，置于所述电泳池中并与风光互补电源的输出端连接，用于在微藻培养液中产生电场；
电压调节装置，用于调节所述风光互补电源的输出电压。
6、根据权利要求5所述的收集微藻的装置，其特征在于，所述电压调节装置进一步用于调节蓄电池组中蓄电池的数量和/或进一步用于调节所述风光互补电源中的太阳能电池板的数量，所述蓄电池组用于存储所述风光互补电源产生的电能并向所述电极供电。
7、根据权利要求5所述的收集微藻的装置，其特征在于，所述电极的材料为碳。
8、根据权利要求5所述的收集微藻的装置，其特征在于，所述电极的形状为板状。
9、根据权利要求5所述的收集微藻的装置，其特征在于，进一步包括氢气收集装置，用于收集所述电泳池电极的阴极附近产生的氢气。
10、根据权利要求9所述的收集微藻的装置，其特征在于，所述氢气收集装置包括气体收集器、气体导管和储气装置，其中：
气体收集器，罩在阴极的电极周围，下端没入水中，顶端的气孔与气体导管相通；
气体导管，用于连通气体收集器与储气装置；
储气装置，用于存储气体收集器收集的气体。
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