CN102703317A - 一种微藻电絮凝反应收集装置 - Google Patents

一种微藻电絮凝反应收集装置 Download PDF

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Abstract

一种微藻电絮凝反应收集装置，它涉及一种收集装置，具体涉及一种通过电絮凝收集微藻的装置，以解决采用现有技术收集微藻存在收集率较低、能耗较高及整体收集成本较高的问题，它包括反应槽、搅拌装置、刮渣板、溢流堰、集藻槽、第一排藻管、第二排藻管、电源、至少一个阳极板和至少一个阴极板，反应槽的上端面的中部设置有搅拌装置，搅拌装置的搅拌端部伸入反应槽内，反应槽内的上端设置有与搅拌装置连接的刮渣板，位于刮渣板的下部设置有与反应槽连接的集藻槽，第一排藻管穿过反应槽与集藻槽连接，集藻槽和反应槽之间设置有与反应槽连接的溢流堰，溢流堰的上端面与刮渣板的上端面齐平，反应槽内的底端的两侧分别设置有多个阳极板和多个阴极板，阳极板和阴极板之间连接有使阳极板发生电解的电源，反应槽的底端的中部设置第二排藻管，第二排藻管上设置有排藻阀，反应槽的底端的侧壁设置有进水口。本发明用于收集微藻。

Description

一种微藻电絮凝反应收集装置
技术领域
本发明涉及一种收集装置，具体涉及一种通过电絮凝收集微藻的装置。
背景技术
能源是人类社会生存与发展的重要物质基础，也是国计民生的重中之重。在整个国家的能源结构中，化石能源，特别是石油占据了十分重要的地位。本世纪以来特别是近几年，国际石油价格不断攀升，化石能源又属于不可再生能源，按照目前的消费速度，全球的石油已探明储量只够人类再使用二、三十年，因此寻找合适的替代能源已成为了十分迫切的任务。
由于生物柴油具有“碳平衡”的特性，因此能够缓解全球温室效应，而且其污染物排放水平较石化柴油要低，所以全球近年来生物柴油的产量出现了大幅提高，然而生物柴油高昂的成本和不足的原料供应，阻碍了生物柴油的进一步推广应用。在生物柴油的生产成本中，原料所占比重最大，一般在70%-80%之间，目前世界各国主要以植物油或餐饮废油作为原料进行生物柴油的工业化生产，这样生产出来的生物柴油成本较石化柴油高，市场竞争力很低，而且产量也有限，无法满足不断增长的需求。微藻作为生物能源的原料，早已被提出并经过实验验证，不过受限于培养和收集等成本，还无法与石化能源进行竞争。
微藻产业的广阔前景，都意味着高效、低成本的微藻收集方法十分必要且意义重大。这是因为，一方面微藻产业的迅猛发展使得微藻大规模产业化生产成为必然趋势，而微藻收集工艺作为微藻产业链的重要环节之一，其收集效率的提高和收集成本的降低对整个微藻产业都有着重要的促进作用。因此，探索高效、低成本的微藻收集技术对促进微藻油的发展以至于缓解能源危机、全球变暖问题都至关重要。另一方面，除藻作为目前治理藻型富营养化最常用也是最直接有效的方法，面临着治理水域大、除藻任务艰巨的难题。因此，研发廉价、高效的微藻收集工艺不仅十分必要，而且对改善水体环境、提高水质安全程度及减轻治理富营养化所带来的负面影响意义重大。
目前，微藻收集主要是采用离心法或絮凝剂沉淀法，但是，离心法收集微藻，能耗较高，微藻收集的整体成本较高，絮凝剂沉淀法收集微藻，工序较多，不能连续作业，收集率较低。
发明内容
本发明的目的是为解决采用现有技术收集微藻存在收集率较低、能耗较高及整体收集成本较高的问题，进而提供一种微藻电絮凝反应收集装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种微藻电絮凝反应收集装置包括反应槽、搅拌装置、刮渣板、溢流堰、集藻槽、第一排藻管、第二排藻管、电源、至少一个阳极板和至少一个阴极板，反应槽的上端面的中部设置有搅拌装置，搅拌装置的搅拌端部伸入反应槽内，反应槽内的上端设置有与搅拌装置连接的刮渣板，位于刮渣板的下部设置有与反应槽连接的集藻槽，第一排藻管穿过反应槽与集藻槽连接，集藻槽和反应槽之间设置有与反应槽连接的溢流堰，溢流堰的上端面与刮渣板的上端面齐平，反应槽内的底端的两侧分别设置有多个阳极板和多个阴极板，阳极板和阴极板之间连接有使阳极板发生电解的电源，反应槽的底端的中部设置第二排藻管，第二排藻管上设置有排藻阀，反应槽的底端的侧壁设置有进水口。
本发明的有益效果是：本发明装置使用时将微藻培养液通过水泵或通过液位差流入反应槽内，阳极板在与电源接通的情况下，发生电解反应，向溶液中释放Al3+或Fe2+等金属离子和微气泡，Al3+或Fe2+等金属离子在溶液中发生水解等氧化过程，与藻细胞形成絮凝体，并在微气泡的作用下上浮至液面形成絮凝体层，刮渣板在搅拌装置的带动下，将絮凝体层中含有微藻的絮凝体收集至集藻槽，并通过第一排槽管排出储存，从而实现对微藻的收集。另外部分微藻絮凝后，可能会沉入底部，这部分微藻根据需要通过反应槽底端中部的第二排藻管和排藻阀间歇得到收集，搅拌装置的搅拌，使微藻与Al3+或Fe2+等金属离子和微气泡能够更好的实现混合，提高了收集效率；本发明用于微藻的收集，收集率高，能耗较低，整体收集成本较低，利用本发明收集装置可以实现收集率为96%以上的微藻收集，絮体中的藻含量超过70%，而能耗小于3kWh/kg（干藻重）；利用本发明装置收集到的微藻生物质可以直接进行油脂提取；本发明装置通过进水口向反应槽内连续、半连续或间歇地输入水，以调节培养液在反应槽内的pH，并同时使反应槽可以连续、半连续或间歇地进行微藻的收集，运行方式多样且可靠稳定。
本发明以铝含量为99.60%的一个铝板作为阳极板，以BG11作为培养基培养Chlorellavulgaris，初始藻液浓度0.48g/L，初始pH 8.0，电流密度0.83mA/cm2，水力停留时间25min，搅拌速度为50r/min时，微藻收集率达到96%以上，收集到的絮体中，藻含量超过70%，收集能耗仅为1.227kWh/kg（干藻重），而以硫酸铝做絮凝剂，0.25mmol/L的投加量，收集上述同样的微藻培养液，200r/min快速搅拌1min，50r/min慢速搅拌10min，静沉15min后，收集率为95%左右，且不能实现连续收集，只能间歇运行，而以离心法对同样的微藻培养液，在4000r/min下离心10min，所收集微藻需要的能耗则远远超过本发明收集所需的能耗1.227kWh/kg（干藻重）。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是利用本发明的装置收集不同的初始藻液浓度时微藻的收集率的曲线图，图4是图3中收集微藻时不同的初始藻液浓度对应的能耗和出水pH值的曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种微藻电絮凝反应收集装置包括反应槽1、搅拌装置2、刮渣板3、溢流堰4、集藻槽5、第一排藻管6、第二排藻管7、电源10、至少一个阳极板8和至少一个阴极板9，反应槽1的上端面的中部设置有搅拌装置2，搅拌装置2的搅拌端部伸入反应槽1内，反应槽1内的上端设置有与搅拌装置2连接的刮渣板3，位于刮渣板3的下部设置有与反应槽1连接的集藻槽5，第一排藻管6穿过反应槽1与集藻槽5连接，集藻槽5和反应槽1之间设置有与反应槽1连接的溢流堰4，溢流堰4的上端面与刮渣板3的上端面齐平，反应槽1内的底端的两侧分别设置有多个阳极板8和多个阴极板9，阳极板8和阴极板9之间连接有使阳极板8发生电解的电源10，反应槽1的底端的中部设置第二排藻管7，第二排藻管7上设置有排藻阀7-1，反应槽1的底端的侧壁设置有进水口1-1。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述搅拌装置2包括电机2-1、轴杆2-2和搅拌桨2-3，电机2-1和搅拌桨2-3之间设置有与二者连接的轴杆2-2，电机2-1安装在反应槽1的上端面上，搅拌桨2-3置于反应槽1内。如此设置，搅拌方便，可靠稳定，能使微藻与Al3+或Fe2+等金属离子和微气泡能够更好的实现混合，提高了收集率，满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述反应槽1采用金属、混凝土或塑料制成。如此设置，使用方便，结构简单，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的阳极板8均由铝、铝合金、铁或铁合金制成。如此设置，能向溶液中释放Al3+或Fe2+等金属离子和微气泡，Al3+或Fe2+等金属离子在溶液中发生水解等氧化过程，与藻细胞形成絮凝体，满足设计要求和实际收集需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的阴极板9均由铝、铝合金、铁或铁合金制成。如此设置，与阳极板配合形成电絮凝反应，也可以作为阳极进行电解，使用方便灵活可靠，满足设计要求和实际收集需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的阳极板8和阴极板9的形状均为棱柱体。如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述电源10为直流电源或交流电源。如此设置，均可以使阳极发生电解，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的反应槽1的形状呈漏斗状或圆柱体状。如此设置，使用灵活方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的阳极板8的数量为三个。如此设置，使用灵活方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或六相同。
具体实施方式十：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的阴极板9的数量为三个。如此设置，使用灵活方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或六相同。
实施例：结合图1-图4说明本实施例，利用本发明的收集装置以BG11作为培养基培养Chlorella vulgaris，改变微藻密度分别为0.24～1.10g/L，电流密度0.83mA/cm2，初始pH为8.0，搅拌速度50r/min，以铝含量99.60%的铝板作为阳极板，对不同初始藻液密度的微藻的收集。
不同的初始藻液密度的微藻的收集率如图3所示；收集率超过95%时，其能耗和出水pH如图4所示。
当水力停留时间为20min时，初始藻液密度由0.24g/L增加到1.10g/L，收集率由98.76%下降至4.49%；水力停留时间为60min时，初始藻密度1.10g/L的微藻的收集率达到48.56%；初始藻密度为0.24g/L时，水力停留时间为15min时，微藻的收集率达到98.04%；初始藻液密度为0.48g/L时，水力停留时间为25min，微藻的收集率达到96.91%；初始藻液密度为0.72g/L时，水力停留时间为50min，微藻的收集率达到97.46%；由图2和图3可知，初始藻藻密度为0.48g/L时收集的能耗最低，仅为1.227kWh/kg(干藻重)，出水pH为9.54。综述，利用本发明装置收集微藻，具有高效、廉价和成本低的优势，可连续和间歇作业，工作可靠稳定，本发明装置可大规模产业化生产微藻，缓解能源危机，进一步改善水体环境、提高水质安全程度及减轻治理富营养化所带来的负面影响。

Claims (10)

1.一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：所述反应收集装置包括反应槽（1）、搅拌装置（2）、刮渣板（3）、溢流堰（4）、集藻槽（5）、第一排藻管（6）、第二排藻管（7）、电源（10）、至少一个阳极板（8）和至少一个阴极板（9），反应槽（1）的上端面的中部设置有搅拌装置（2），搅拌装置（2）的搅拌端部伸入反应槽（1）内，反应槽（1）内的上端设置有与搅拌装置（2）连接的刮渣板（3），位于刮渣板（3）的下部设置有与反应槽（1）连接的集藻槽（5），第一排藻管（6）穿过反应槽（1）与集藻槽（5）连接，集藻槽（5）和反应槽（1）之间设置有与反应槽（1）连接的溢流堰（4），溢流堰（4）的上端面与刮渣板（3）的上端面齐平，反应槽（1）内的底端的两侧分别设置有多个阳极板（8）和多个阴极板（9），阳极板（8）和阴极板（9）之间连接有使阳极板（8）发生电解的电源（10），反应槽（1）的底端的中部设置第二排藻管（7），第二排藻管（7）上设置有排藻阀（7-1），反应槽（1）的底端的侧壁设置有进水（1-1）。
2.根据权利要求1所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：所述搅拌装置（2）包括电机（2-1）、轴杆（2-2）和搅拌桨（2-3），电机（2-1）和搅拌桨（2-3）之间设置有与二者连接的轴杆（2-2），电机（2-1）安装在反应槽（1）的上端面上，搅拌桨（2-3）置于反应槽（1）内。
3.根据权利要求1或2所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：所述反应槽（1）采用金属、混凝土或塑料制成。
4.根据权利要求1或2所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：阳极板（8）均由铝、铝合金、铁或铁合金制成。
5.根据权利要求1或2所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：阴极板（9）均由铝、铝合金、铁或铁合金制成。
6.根据权利要求1所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：阳极板（8）和阴极板（9）的形状均为棱柱体。
7.根据权利要求1所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：所述电源（10）为直流电源或交流电源。
8.根据权利要求1或2所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：反应槽（1）的形状呈漏斗状或圆柱体状。
9.根据权利要求1或6所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：阳极板（8）的数量为三个。
10.根据权利要求1或6所述的一种微藻电絮凝反应收集装置，其特征在于：阴极板（9）的数量为三个。
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