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Abstract

一种微藻浓缩和收集方法，是将微藻液体中的水分过滤后通过虹吸排出并收集水分，以实现微藻和水分的分离。本发明的装置包括：微藻培养池，用于培养和收集微藻；微滤器，置于微藻培养池中，微滤器中安装有能通过水分的微滤膜，用于过滤微藻中的水分和截流微藻；虹吸管，其一端为三通管，其中的一通连接微滤器的出水口，用于水的自吸，防止断流，另一通连接水分收集池，将微藻培养池中的水分通过虹吸管以自流的方式流向位于水分收集池，第三通连接气/液反冲入口；连接水分收集池的虹吸管上和气/液反冲入口处均分别各安装一电磁阀，该电磁阀用于控制反冲，实现微藻浓缩和收集连续操作。本发明可以实现超低能耗收集微藻。

Description

一种微藻浓缩和收集的方法与装置
技术领域
本发明属于能源、水产、保健品、水处理、环境治理、保护和修复等主要领域，具体地说，涉及一种可用于上述领域的微藻浓缩和收集的方法。
本发明还涉及一种用于上述方法的装置。
背景技术
能源微藻规模培养不仅可以固定太阳能，提供大量可再生能源需要的生物质原料，同时大量吸收温室气体二氧化碳，实现节能减排，发展循环经济。作为能源微藻产业链中最主要环节之一-微藻生物质的浓缩和收集，一直是微藻生产中的难点之一，也是造成生产成本居高不下原因之一。因此开发新型的、低耗能、高效率的微藻浓缩和收集方法和装置成为了目前能源微藻产业的研究焦点之一。除此之外，能源微藻规模培养过程中水耗较大，生产1吨(t)藻粉需要2500～3000t水。因此，为了高效、可循环利用水资源，需要开发出在浓缩和收集微藻过程中不能污染培养水体的收集方法，从而使微藻规模培养成为真正的环境友好、可持续发展的产业。
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，养殖用水回用困难，絮凝剂残留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，微藻的品质不好并且沉降时间过长会导致藻类腐烂；离心法收集微藻的效果明显但能耗巨大，成本太高；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，而常规的微滤及超滤通常通过加压或者抽真空实现过滤，由于微藻的沉积方向和水流方向相同，所以导致沉积的微藻很容易堵塞滤孔而使过滤过程难以持续进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浓缩和收集微藻的方法。
本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的装置。
为实现上述目的，本发明提供的浓缩和收集微藻的方法，是将微藻液体中的水分过滤后通过虹吸排出并收集水分，以实现微藻和水分的分离。
本发明提供的实现上述微藻浓缩和收集方法的装置，主要包括：
微藻培养池，用于培养和收集微藻；
微滤器，置于微藻培养池中，微滤器中安装有能通过水分的微滤膜，用于过滤微藻中的水分和截流微藻；
虹吸管，其一端为三通管，其中的一通连接微滤器的出水口，用于水的自吸，防止断流，另一通连接水分收集池，将微藻培养池中的水分通过虹吸管以自流的方式流向位于水分收集池，第三通连接为气/液反冲入口；
在连接水分收集池的虹吸管上和气/液反冲入口处均分别各安装一电磁阀，该电磁阀用于控制反冲，实现微藻浓缩和收集连续操作。
本发明的装置中，微藻培养池的液面高度高于水分收集池液面的高度。
本发明的装置中，微滤器内设置孔径0.2～10μm的微滤膜和支撑微滤膜的支撑部件，使微滤膜具有能够承受反冲过程中产生的压力的强度。
本发明的装置中，微滤器中微滤膜为有机聚合物材料或者不锈钢材料；支撑部件为沙芯材料或者不锈钢材料。
本发明的装置中，在微滤器的微滤膜与虹吸管之间填充有丝状物。
本发明的装置中，填充的丝状物为脱脂棉或纱布。
本发明的装置中，虹吸管的内径为2～8mm。
本发明的装置中，电磁阀通过继电器或者PLC控制电磁阀的通闭实现反冲。
本发明使微藻在过滤过程中的沉积方向与水流方向相异，使滤膜堵塞现象大大缓解，从而实现低能耗的微藻与水分离。
本发明的装置结构设计，是利用微藻培养池与微藻收集池液面间的压差，通过虹吸现象实现无外界能量输入的方式自流，实现“零”能耗，采用水流方向自下而上过滤的方法，微藻由于自身的重力，大大缓解了滤膜堵塞现象，相对较小的液位压差使得微藻较难沉积到滤膜表面。本发明在收集过程中再利用反冲作用，以很小的能耗实现微藻的连续收集和浓缩。
附图说明
图1是本发明的一种微藻收集方法和装置的示意图；
图1A是图1中微滤器的放大示意图。
具体实施方式
本发明是将微藻培养液中的水分通过虹吸作用由位于高水位的微藻培养池自下而上通过微滤器后自发流入位于低水位的水分收集池，在入水口位置使用微滤器进行微藻过滤，利用虹吸管的虹吸作用，除去培养液中的水分，收集除去水分的微藻浓缩液，实现微藻的浓缩和收集。该方法的优点是在培养微藻过程中，利用培养液自身的压力，能够将藻液进行分离浓缩，分离出来的水分可以重新用于微藻培养。
本发明的用于实现上述方法的装置，主要包括：
微藻培养池(或者是微藻收集池)1，与水分收集池7通过虹吸管6相连通，水分收集池7可以是开放式微藻培养池的一部分或者是光生物反应器中的微藻培养液容器组成，水分收集池收集7的水分可以用于进一步微藻培养。
虹吸管6的入水端有微滤器2，针对不同的微藻对微滤器内的微滤膜9构成进行调整，微滤膜的孔径在0.2～20μm，可以根据微藻培养池(或微藻收集池)中微藻浓度和微藻的品种选择合适的微孔滤膜(此为公知技术)，滤膜层数选择2～4层，以提高分离过程中的水通量。在微滤膜9与虹吸管6之间填加有密度的丝状物10(比如脱脂棉，纱布等)，利用毛细现象使得水位能够自发升至上升管段最高水位，维持水的自发流动。
虹吸管6与微滤器2连接处设置一气/液反冲入口4，该气/液反冲入口4设置一反冲电磁阀3；虹吸管6与水分收集池7之间也设置一通水电磁阀5，其中用于通水电磁阀5为常开电磁阀，反冲电磁阀为常闭电磁阀3。当进行反冲时，两个电磁阀均通电，使得虹吸管中的水保持并且能够将吸附在微滤膜侧的微藻反冲进微藻培养池(或者微藻收集池)中，恢复虹吸管的水通量。
在进行反冲时，为了使微滤膜具有能够承受反冲过程中产生的压力的强度，微滤膜的一侧设有采用沙芯材料或者不锈钢材料制作的支撑部件8。根据不同的微藻浓度以及不同的微藻品种，控制反冲的频率，使得微藻的过滤能够自发连续进行。
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。在实际操作中，根据实际情况，遵循本设计的基本原理即可，而不限于附图所示的形式。
实施例一
微藻的表观直径为5μm左右，培养密度为干重0.2g L-1，微孔滤膜的面积为20cm2，选择5μm孔径的微滤膜+2μm孔径的微滤膜，在微滤膜和虹吸管之间加入脱脂棉，使得水能够通过毛细现象逐渐向上移动，虹吸管内径为6mm，微藻培养池与水分收集池之间的液位差为30cm，每小时的水通量为182ml，持续时间为3小时(h)，用水反冲后，水通量在2h内没有明显降低。
实施例二
微藻的表观直径为3μm左右，培养密度为干重0.7g L-1，微滤膜的面积为5cm2，选择5μm孔径的微滤膜+1μm孔径的微滤膜，在微滤膜和虹吸管之间加入脱脂棉，使得水能够通过毛细现象逐渐向上移动，虹吸管内径为2mm，微藻培养池与水分收集池之间的液位差为30cm，每小时的水通量为40ml，持续时间为2h，用水反冲后，水通量在1h内没有明显降低。
本发明采用纯物理方法分离微藻和水分，真正实现养殖用水的回收再用，解决了现有微滤技术浓缩和收集微藻中耗能较大并且容易堵塞的问题。

Claims (10)

1.一种微藻浓缩和收集方法，是将微藻液体中的水分过滤后通过虹吸排出并收集水分，以实现微藻和水分的分离。
2.根据权利要求1所述微藻浓缩和收集方法，其中，过滤是指利用微孔滤膜和虹吸同时作用去除藻液中水分的过程。
3.一种实现权利要求1所述微藻浓缩和收集方法的装置，主要包括：
微藻培养池，用于培养和收集微藻；
微滤器，置于微藻培养池中，微滤器中安装有能通过水分的微滤膜，用于过滤微藻中的水分和截流微藻；
虹吸管，其一端为三通管，其中的一通连接微滤器的出水口，用于水的自吸，防止断流，另一通连接水分收集池，将微藻培养池中的水分通过虹吸管以自流的方式流向位于水分收集池，第三通连接气/液反冲入口；
连接水分收集池的虹吸管上和气/液反冲入口处均分别各安装一电磁阀，该电磁阀用于控制反冲，实现微藻浓缩和收集连续操作。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，微藻培养池的液面高度高于水分收集池液面的高度。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，微滤器内设置孔径0.2～10μm的微滤膜和支撑微滤膜的支撑部件，使微滤膜具有能够承受反冲过程中产生的压力的强度。
6.根据权利要求3或5所述的装置，其中，微滤器中微滤膜为有机聚合物材料或者不锈钢材料；支撑部件为沙芯材料或者不锈钢材料。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，在微滤器的微滤膜与虹吸管之间填充有丝状物。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，填充的丝状物为脱脂棉或纱布。
9.根据权利要求3所述的装置，其中，虹吸管的内径为2～8mm。
10.根据权利要求3所述的装置，其中，电磁阀通过继电器或者PLC控制电磁阀的通闭实现反冲。
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