CN102234613B - 一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置 - Google Patents

一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，包括：机械传动系统、塔体、若干筛板和辅助设备；所述的机械传动系统中的连杆系统带动塔体内的筛板一起随之上下振动；其特征在于，所述的连杆系统包括两根主轴，所述的主轴的材质为导电金属材质，分别连接直流电源的正负极；所述的若干筛板串连套设于两主轴上，所述的两主轴与筛板接触处依次每层左右交错用绝缘层包覆，以使筛板在塔体内呈正负极交错分布。该装置以振动筛板塔的筛板作为电絮凝的正负电极，交错分布，电絮凝效率高，且筛板处于振动状态，可以有效的避免微藻藻体在电极表面的沉积于吸附，适用于大规模工业生产。

Description

一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置
技术领域
本发明涉及一种微藻电絮凝装置，特别涉及到一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置。
背景技术
微藻培养已经被广泛的应用于海产养殖、食品、制药和能源等领域，然而微藻的分离和收集成为制约微藻培养大规模放大主要因素之一。目前微藻的分离和收集的方法主要包括：离心、过滤、絮凝、气浮。采用离心方法需要昂贵的固定资产(离心机)投资且能耗大；采用过滤方法的效率低、膜容易堵塞、操作难度大；采用絮凝方法分离和收集微藻需要使用各种絮凝剂，而絮凝剂与微藻分离困难，容易造成目标产物的污染；采用气浮分离，在微藻中应用时通常需要絮凝剂或表面活性剂的辅助，存在着和絮凝方法同样的问题。
电絮凝是微藻絮凝分离的一种特殊的方式，其絮凝机制主要包括：①电氧化对微藻的破坏导致微藻絮凝；②活性金属电极使用时从电极溶解出的金属离子作为絮凝剂产生的絮凝作用；③电解过程中产生的氢气对微藻的气浮分离作用。与其他分离方式相比，电絮凝具有絮凝效率高、无需添加絮凝剂、操作简便等优点。电絮凝已经被尝试用于不同微藻的分离：Alfafara和Nakano等采用电絮凝的方法除去湖水中的微囊藻(Microcrystis sp.)(Alfafara C.G.，Nakano K.，Nomura N.，Igarashi T.，Matsumura M.J.Chem.Technol.Biotechnol.，2002，77，871)；Poelman和DePauw等通过实验证明了电絮凝用于各种不同绿藻、硅藻等微藻的回收(Poelman E.，DePauwN.，Jeurissen B.Resour.Conserv.Recy.，1997，19，1)。然而，在微藻电絮凝分离的过程中存在以下问题：①微藻细胞在电极表面沉淀，吸附在电极表面，从而导致分离效率降低；②微藻电絮凝的放大和连续操作的问题。
振动筛板塔是萃取操作中的一种常用设备，其基本原理是通过塔内中心轴上，安装一种平行设置的若干开孔筛板，由设在塔顶的传动装置带动板串往复振动输入机械能。振动的振幅和频率可以调节，振动的波形可以是正弦波或其他波形。振动筛板塔具有如下特点：①通量大且效率高；②由于筛孔大且处于振动状态，因而易于处理含固体原料；③结构简单，容易放大；④维修及操作费用较低。
微藻电絮凝采用槽式装置，由于操作过程中需要经常对电极表面进行除垢处理，所以进行槽式微藻电絮凝连续操作的难度大；同时，这对于微藻电絮凝的工业化放大也是不利的，目前尚未有微藻电絮凝工业化的报道。由此可见，开发微藻电絮凝的连续化装置具有十分重要的意义，也只有开发出能适应工业上连续生产要求的微藻电絮凝设备，才能发挥电絮凝在微藻分离中的优势，使其具有推广应用价值。
发明内容
本发明的目的在于，为克服上述现有微藻电絮凝设备难以实现工业化连续生产的缺陷，从而提供一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置。
为了实现上述目的，本发明的一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，包括：机械传动系统、塔体11、若干筛板9和辅助设备；所述的机械传动系统中的连杆系统带动塔体11内的筛板9一起随之上下振动；
其特征在于，所述的连杆系统包括两根主轴8，所述的主轴8的材质为导电金属材质，分别连接直流电源的正负极；
所述的若干筛板9串连套设于两主轴8上，所述的两主轴8与筛板9接触处依次每层左右交错用绝缘层21包覆，以使筛板9在塔体11内呈正负极交错分布。
该装置以振动筛板塔的筛板作为电絮凝的正负电极，交错分布，电絮凝效率高，且筛板9处于振动状态，可以有效的避免微藻藻体在电极表面的沉积于吸附。
作为一种优选，所述的绝缘层21呈圆环状，套设于的主轴8和筛板9之间，该绝缘层21的两端均高出筛板。
作为上述技术方案的一种改进，所述的塔体11为封闭型圆柱形结构，上部或/和下部均设有扩大段。
进一步地，所述的的塔体11的上部扩大段的侧面设有一藻体出口6与阀门相连，该上端扩大段下方、且位于筛板9的上方设有一料液进口17与阀门相连；所述的塔体11的下部扩大段的上方，且位于气体分布器13下方设有一料液出口14与阀门相连；所述的料液进口17和所述的料液出口15的流速比为1∶0.85～0.95；所述的塔体11的底部设有一放料口16与阀门相连。料液进口17设于塔体11的上部，使得塔内液体流动方向和藻体运动方向相反，形成错流，可以增强传质，改善电絮凝效果；塔体上端扩大段设有一藻体出口，可在电絮凝分离的同时收集获得的藻体，可以实现微藻分离收集的连续操作。
进一步地，所述的塔体11的材质为玻璃或塑料。
作为上述技术方案的另一种改进，所述的机械传动系统包括：电动机、偏心轮和连杆系统；所述的电动机驱动偏心轮1转动；所述的连杆系统4的上端上穿设有固定轴套3并以连杆2与偏心轮1相连；所述的连杆系统4的下端分别通过两个连接套件5与两个主轴8相连。
进一步地，所述的主轴8与筛板9之间还进一步通过辅助定位管10固定。
进一步地，所述的主轴8的末端通过定位螺丝12相连；所述的连杆系统4和定位螺丝12为塑料材质。
进一步地，所述的筛板9为圆形筛板，材质为导电金属材质或石墨。
作为上述技术方案的再一种改进，所述的塔体11内下部设置有气体分布器13，与气体分布器13相连的气体进口14与阀门相连。
本发明的优点在于：
1、以振动筛板塔的筛板9作为电絮凝的正负电极，交错分布，电絮凝效率高，且筛板9处于振动状态，可以有效的避免微藻藻体在电极表面的沉积于吸附，这是本发明构思的最巧妙之处；
2、塔内液体流动方向和藻体运动方向相反，形成错流，可以增强传质，提高电絮凝效果；
3、塔体上端扩大段设有一藻体出口，可在电絮凝分离的同时收集获得的藻体，可以实现微藻分离收集的连续操作；
4、将振动筛板塔的基本结构引入电絮凝装置，有利于工业上的放大，适用于大规模工业生产。
附图说明
图1为本发明的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置的结构示意图；
图2为图1沿A-A线的剖面图；
图3为图1中的主轴和筛板套设的局部放大图示意。
附图标识
1、偏心轮        2、连杆        3、固定轴套
4、连杆系统      5、连接套件    6、藻体出口
7、阀门          8、主轴        9、筛板
10、辅助定位管   11、塔体       12、定位螺丝
13、气体分布器    14、气体进口    15、料液出口
16、放料口        17、料液进口    18、电线
19、直流电源      20、筛孔        21、绝缘层
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的装置及其使用效果进行说明。
如图1和2所示，本发明的一种新型的用于微藻分离收集的电絮凝装置，该装置主要由机械传动系统和塔体11、筛板9、气体分布器13及辅助设备五大部分组成。其中：
机械传动系统包括：
一与电动机相连的偏心轮1，连杆系统4的上端上穿固定轴套3并以连杆2与偏心轮1相连，连杆系统4的下两端分别通过连接套件5与两主轴8相连，主轴8与筛板9串联并通过辅助定位管10将筛板9的位置固定，主轴8的末端通过定位螺丝12相连。当电动机转动时，筛板9一起随之振动。
所述连杆系统4和定位螺丝12为塑料材质，主轴8的材质为导电金属材质，两主轴8与筛板9接触处交错用绝缘层21包覆，以使筛板9在塔体11内呈正负极交错分布，如图3所示。
所述绝缘层21的高度为筛板厚度的1.2倍。
塔体11为封闭型圆柱形结构，上下部均设计有扩大段，其顶部设有两透孔，以使主轴8贯穿设置，塔体11的材质为玻璃或塑料。
筛板9，其为复数个圆形筛板，设置于塔体11内部，其数量、直径以及筛孔20孔径可以根据工艺要求进行调整，筛板的振幅和频率可以调节，通过调整偏心轮1的偏心距可以调整筛板的振幅，改变电动机的转速可以调节筛板振动的频率。
所述筛板9的材质为导电金属材质或石墨。
气体分布器13，其设置于塔体11内下部，其直径和开孔尺寸可以根据工艺要求进行调整。
辅助设备包括：
一直流电源19，其正负极通过电线18分别与两主轴8相连，直流电源19的电流大小可根据工艺要求调整。
阀门7，分别为：塔体11上端扩大段的侧面设有一藻体出口6与阀门相连；塔体11上端的侧面，上端扩大段下方，筛板9的上方设有一料液进口17与阀门相连；塔体11下端扩大段的上方，气体分布器13下方设有一料液出口14与阀门相连；塔体11的底部设有一放料口16与阀门相连；与气体分布器13相连的气体进口14与阀门相连。
本装置的工作过程为：筛板9在机械传动系统的作用下作有规律的上下振动，筛板9由直流电源19提供电源进行电絮凝。微藻料液由料液进口17进入塔体，而后在向下运动的过程中进行电絮凝分离藻体，清液由料液出口15排出；藻体在絮凝的同时在上升气体的作用下上浮至液体表面并不断聚集，而后由藻体出口6溢出并收集；塔体11内的液面高度在藻体出口6以下，料液进口17以上；料液进口17和料液出口15的流速比为1∶0.85～0.95。
实施例1：葡萄藻培养液中藻体的分离收集
在本发明的装置中进行葡萄藻培养液中藻体的分离收集，葡萄藻培养液由料液进口17进入塔体，而后在向下运动的过程中进行电絮凝分离藻体，清液由料液出口15排出；藻体在絮凝的同时在上升气体的作用下上浮至液体表面并不断聚集，而后由藻体出口6溢出并收集；料液进口17和料液出口15的流速比为1∶0.95。在连续分离收集过程中在料液出口15取样测定清液中微藻生物量，葡萄藻的藻体回收率为98.5％。
实施例2：小球藻培养液中藻体的分离收集
在本发明的装置中进行小球藻培养液中藻体的分离收集，小球藻培养液由料液进口17进入塔体，而后在向下运动的过程中进行电絮凝分离藻体，清液由料液出口15排出；藻体在絮凝的同时在上升气体的作用下上浮至液体表面并不断聚集，而后由藻体出口6溢出并收集；料液进口17和料液出口15的流速比为1∶0.85。在连续分离收集过程中在料液出口15取样测定清液中微藻生物量，小球藻的藻体回收率为98.9％。
实施例3：螺旋藻培养液中藻体的分离收集
在本发明的装置中进行螺旋藻培养液中藻体的分离收集，螺旋藻培养液由料液进口17进入塔体，而后在向下运动的过程中进行电絮凝分离藻体，清液由料液出口15排出；藻体在絮凝的同时在上升气体的作用下上浮至液体表面并不断聚集，而后由藻体出口6溢出并收集；料液进口17和料液出口15的流速比为1∶0.9。在连续分离收集过程中在料液出口15取样测定清液中微藻生物量，螺旋藻的藻体回收率为97.5％。

Claims (9)

1.一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，该电絮凝装置包括：机械传动系统、塔体（11）、若干筛板（9）和辅助设备；所述的机械传动系统中的连杆系统带动塔体（11）内的筛板（9）一起随之上下振动；
其特征在于，所述的连杆系统包括两根主轴（8），所述的主轴（8）的材质为导电金属材质，分别连接直流电源的正负极；
所述的筛板（9）为圆形筛板，材质为导电金属材质或石墨；
所述的若干筛板（9）串连套设于两主轴（8）上，所述的两主轴（8）与筛板（9）接触处依次每层左右交错用绝缘层（21）包覆，以使筛板（9）在塔体（11）内呈正负极交错分布。
2.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的塔体（11）为封闭型圆柱形结构，上部或/和下部均设有扩大段。
3.根据权利要求2所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的塔体（11）的上部扩大段的侧面设有一藻体出口（6）与阀门相连，该上端扩大段下方、且位于筛板（9）的上方设有一料液进口（17）与阀门相连；
所述的塔体（11）的下部扩大段的上方，且位于气体分布器（13）下方设有一料液出口（15）与阀门相连；所述的料液进口（17）和所述的料液出口（15）的流速比为1：0.85～0.95；
所述的塔体（11）的底部设有一放料口（16）与阀门相连。
4.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的塔体（11）的材质为玻璃或塑料。
5.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的机械传动系统包括：电动机、偏心轮和连杆系统；所述的电动机驱动偏心轮（1）转动；所述的连杆系统（4）的上端上穿设有固定轴套（3）并以连杆（2）与偏心轮（1）相连；所述的连杆系统（4）的下端分别通过两个连接套件（5）与两个主轴（8）相连。
6.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的主轴（8）与筛板（9）之间还进一步通过辅助定位管（10）固定。
7.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的主轴（8）的末端通过定位螺丝（12）相连；所述的连杆系统（4）和定位螺 丝（12）为塑料材质。
8.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的塔体（11）内下部设置有气体分布器（13），与气体分布器（13）相连的气体进口（14）与阀门相连。
9.根据权利要求1所述的工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，其特征在于，所述的绝缘层（21）呈圆环状，套设于主轴（8）和筛板（9）之间，该绝缘层（21）的两端均高出筛板。 
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