CN102976498A - 一种微藻动态膜回收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅藻土动态膜分离浓缩微藻工艺。具体步骤为：将硅藻土预涂至支撑膜组件上形成硅藻土动态膜组件，利用该膜组件分离浓缩富油微藻藻液。完全利用物理过程对微藻进行浓缩回收，避免了外加化学药剂对藻液的二次污染，同时保存了藻体的完整性，有利于后续工艺的进行。本发明工艺流程简单，能耗低，较传统膜分离微藻工艺运行成本大幅度降低。藻液可浓缩至50g/L，采收率达到98%以上，出水藻浓度接近0，稳定运行时间72-120h，运行结束后可通过气水反冲恢复膜性能，最大程度降低了装置反复运行对设备的损耗。本工艺可用于大多数微藻的浓缩回收，造价低廉，操作简便，适用范围极为广泛。

Description

一种微藻动态膜回收工艺

技术领域

本发明涉及一种硅藻土动态膜浓缩回收微藻工艺，可实现低成本下对微藻的浓缩回收，不破坏藻体完整性，出水水质水量稳定，属于污水处理和能源类膜分离新技术。

背景技术

微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物。微藻种类繁多，微藻细胞中含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素（如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等）等高价值的营养成分和化工原料。微藻易于大规模培养、营养物质丰富、对环境敏感等特性使其在食品、医药、基因工程、液体燃料、环境工程等领域都有很好的发展前景。

有效的将微藻从培养液中分离和富集是微藻大规模生产和应用的前提。现有的实用性的微藻分离富集方法有离心、絮凝、过滤、筛分、重力沉降、气浮和电泳法等。现阶段微藻分离富集存在的最大问题是成本较高，因微藻通常带有负电荷和大量的藻类有机物，使其在培养液中较易保持分散稳定态。此外，不同富集方法对微藻的纯度、完整性也存在一定负面影响。

动态膜技术是上世纪80年代后开始不断发展的新兴膜技术。动态膜是指含有涂膜材料的溶液在一定的压力、流速下流经多孔支撑层，在孔内或表面沉积而形成的具有分离作用的滤饼层。动态膜具有易清洗再生、分离效果好、渗透通量高、制备过程简单、涂膜材料廉价等优点。该技术在处理工业废水、生活污水等方面都有良好的效果。

动态膜技术实质是人为利用新形成的具有致密结构的泥饼层，提高廉价大孔支撑基网的固液分离性能，从而达到既出水水质优良，又降低膜组件造价、减缓膜污染的目的。用来形成动态膜的待过滤混合液或添加的预涂剂，称为动态膜基质；为动态膜提供支撑的组件材料，被称为动态膜基网。不管是自生动态膜还是预涂动态膜，动态膜运行操作通常包括三个阶段：预涂、过滤和反冲洗。预涂是指在抽吸压力或水头差的作用下，成膜颗粒沉积在基网表面形成具有一定厚度和固液分离能力的泥饼层。之后，动态膜可以进行固液分离。当过滤压力上升到预先设定的数值时，动态膜停止过滤，进行反冲洗，引起动态膜与基网剥离。当三个运行阶段结束后，一个完整的动态膜运行过程结束，之后是不断的循环往复过程。预涂时，成膜颗粒沉积在基网表面形成具有一定厚度和固液分离能力的泥饼层，动态膜才具有设计的固液分离特性；大孔支撑基网对过滤精度没有实质贡献，只起到支撑动态膜、提高动态膜强度的作用。

美国Oak Ridge国家实验室在1965年最早发现ZrOCl2动态膜具有反渗透特性，从此开启了动态膜研究历程。之后，动态膜过滤的研究领域也延伸到果汁等特种物质过滤领域。近十几年来，动态膜被逐步应用在城镇污水处理当中。在污水处理中，动态膜基网材料一般选用大孔材料，如无纺布、涤纶网、丝织网和不锈钢网等，基网材料孔径一般为30-100μm，材料丰富，成本低。

发明内容

本发明目的在于提供一种流程简单、操作便利、节约成本和能耗，同时可保证微藻藻体完整性，不引入二次污染物的，可广泛适用的新型动态膜浓缩回收微藻工艺。

本发明提出的一种微藻动态膜回收工艺，所述工艺分为预涂、稳定运行和反冲洗三个阶段，由微藻动态膜回收装置实现，所述微藻动态膜回收装置由反应器1、进水泵2、动态膜组件3、曝气装置4、磁力搅拌器5和出水泵6组成。动态膜组件3采用淹没式安装，位于反应器1中部，曝气装置4位于动态膜组件4下方，通过曝气管向动态膜组件4曝气，磁力搅拌器5位于反应器1下方， 动态膜组件3上部为出水口，所述出水口连接出水泵6，所述动态膜组件3由硅藻土动态膜与动态膜支撑体组成，所述动态膜支撑体由丝网和支撑框架组成；具体步骤如下：

（1）硅藻土动态膜预涂阶段

选用粉末硅藻土作为动态膜涂膜材料，控制反应器内硅藻土含量为20000±5000mg/L。通过出水泵抽吸作用将硅藻土均匀涂于动态膜支撑体表面，以出水浊度< 0.2 NTU来衡量预涂是否完成。全预涂过程为10-15min。

（2）硅藻土动态膜分离回收微藻运行阶段

预涂阶段完成后，进入动态膜分离回收微藻运行阶段。控制进水藻液微藻浓度为1-2g/L，装置运行初始阶段（25-35分钟），出水流量不断下降，60分钟后出水流量稳定于45 L.m²/h-100 L.m²/h，进入稳定运行阶段。稳定运行出水浊度< 5 NTU，持续时间72-120h，出水藻浓度接近0值，稳定运行阶段结束后反应器内藻液浓度可达50g/L，采收率达98%以上。

（3）硅藻土动态膜反冲洗阶段

当硅藻土动态膜重力过滤出水通量下降到预先设定值，如25 L.m²/h时，对硅藻土动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗时间1-2min、进气压力10-90kPa，使动态膜完全脱落，动态膜支撑体组件不需要定期化学清洗。

本发明中，采用的粉末硅藻土粒径为5-50微米。

本发明中，动态膜组件丝网采用不锈钢网或尼龙网，支持体组件呈平板型或管式，不锈钢网或尼龙网的孔径为180-250目，采用浸没式运行方式。

与传统工艺相比，本方法的突出特点：

（1）硅藻土动态膜反应器采用硅藻土预涂方式负载在180-250目不锈钢网或尼龙网上共同构成动态膜组件，膜组件成本低。

（2）稳定运行阶段可达到72-120h，出水浊度< 5 NTU，通量稳定于45 L.m²/h-100 L.m²/h，运行时间长，水质水量稳定。

（3）预涂阶段选用粒径5-50微米的粉末硅藻土作为动态膜涂膜材料，硅藻土无毒性，对环境无污染。预涂过程完成后无需投加其他化学药剂，稳定运行阶段不破坏微藻藻体完整性，方便后续工艺进行，对环境无二次污染。

（4）硅藻土动态膜反应器运行阶段结束后采用空气反冲洗或气水反冲洗，不需要任何化学药剂清洗，减少运行成本。

附图说明

图1为实施例工艺流程图。

图中标号：1为硅藻土动态膜反应器；2为进水泵；3为动态膜组件；4为曝气装置；5为搅拌装置；6为出水泵。

具体实施方法

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1

实施过程中采用粉末烧结硅藻土，粒径10-35微米，平均孔径约0.2-0.4 微米，平均BET比表面积约0.3m²/g。微藻藻液选用从环境中分离提纯并扩大化培养的蛋白核小球藻，直径3-5μm。

（1）硅藻土动态膜预涂：向反应器内一次性投加粉末烧结硅藻土，控制反应器内硅藻土含量为20000mg/L，采用蠕动泵抽吸，使硅藻土均匀涂膜在200目不锈钢丝网上，涂膜时间15分钟，出水浊度< 0.2 NTU即涂膜结束。硅藻土动态膜与不锈钢丝网支撑体共同构成膜组件。

 （2）选用从环境中分离提纯并扩大化培养的蛋白核小球藻，在实验室条件下采用SE培养基于恒温光照培养箱内12h/12h自养培养，控制进水藻液浓度为2g MLSS/L。曝气空气量控制在50ml/min左右，调节进出水泵使反应器内水量平衡。进水60分钟后出水通量稳定于50-80 L.m²/h，出水浊度< 5 NTU。稳定运行96h后，出水通量小于30 L.m²/h，过膜压差90kPa，此时反应器内藻浓度达到35g/L。判定稳定运行阶段结束，从反应器底部自流出水口排出浓缩藻液，对膜组件进行空气反冲洗。

 （3）当硅藻土动态膜出水通量下降到预先设定值，本例中为30 L/m² h时，对硅藻土动态膜进行反冲洗。采用空气反冲洗时间1-2 min、进气压力10-90kPa，可使动态膜完全脱落，镜检显示不锈钢丝网支撑体上的膜污染物质可以被有效去除，空气反冲洗后的不锈钢丝网可用于再次负载动态膜。

实施例2

实施过程中采用的粉末烧结硅藻土，粒径10-35微米，平均孔径约0.2-0.4 微米，平均BET比表面积约0.3m²/g。微藻藻液选用从环境中分离提纯并扩大化培养的斜生栅藻，细胞长10-21μm，宽3-9μm。

（1）硅藻土动态膜预涂：向反应器内一次性投加烧结硅藻土，控制反应器内硅藻土含量为15000mg/L，采用真空泵抽吸，使硅藻土均匀涂膜在200目不锈钢丝网上，涂膜时间15分钟，出水浊度< 0.5 NTU即涂膜结束。硅藻土动态膜与不锈钢丝网支撑体共同构成膜组件。

 （2）选用从环境中分离提纯并扩大化培养的斜生栅藻，在实验室条件下采用SE培养基于恒温光照培养箱内12h/12h自养培养，控制进水藻液浓度为2g MLSS/L。曝气空气量控制在30ml/min，调节进出水泵使反应器内水量平衡。进水45分钟后出水通量稳定于40-60 L.m²/h，出水浊度< 5 NTU。稳定运行120h后，出水通量小于30 L.m²/h，过膜压差85kPa，此时反应器内藻浓度达到50g/L。判定稳定运行阶段结束，从反应器底部自流出水口排出浓缩藻液，对膜组件进行空气反冲洗。

 （3）当硅藻土动态膜出水通量下降到预先设定值，本例中为30 L/m² h时，对硅藻土动态膜进行反冲洗。采用空气反冲洗时间1-2 min、进气压力10-85kPa，可使动态膜完全脱落，镜检显示不锈钢丝网支撑体上的膜污染物质可以被有效去除，空气反冲洗后的不锈钢丝网可用于再次负载动态膜。

Claims (3)

1.一种微藻动态膜回收工艺，其特征在于所述工艺分为预涂、稳定运行、反冲洗三个阶段，由微藻动态膜回收装置实现，所述微藻动态膜回收装置由反应器(1)、进水泵(2)、动态膜组件(3)、曝气装置(4)、磁力搅拌器(5)和出水泵(6)组成，动态膜组件(3)采用淹没式安装，位于反应器(1)中部，曝气装置(4)位于动态膜组件(4)下方，通过曝气管向动态膜组件(4)曝气，磁力搅拌器(5)位于反应器(1)下方，动态膜组件(3)上部为出水口，所述出水口连接出水泵(6)，所述动态膜组件(3)由硅藻土动态膜与动态膜支撑体组成，所述动态膜支撑体由丝网和支撑框架组成；具体步骤如下：

（1）硅藻土动态膜预涂阶段

选用粉末硅藻土作为动态膜涂膜材料，控制反应器内硅藻土含量为20000±5000mg/L；通过出水泵抽吸将硅藻土均匀涂于动态膜支撑体表面，以出水浊度< 0.2 NTU来衡量预涂是否完成；全预涂过程为10-15min；

（2）硅藻土动态膜分离回收微藻运行阶段

预涂阶段完成后，进入动态膜分离回收微藻运行阶段，控制进水藻液微藻浓度为1-2g/L，装置初始阶段运行25-35分钟，出水流量不断下降，60分钟后出水流量稳定于45－100L.m²/h，进入稳定运行阶段，稳定运行出水浊度< 5 NTU，持续时间72-120h，出水藻浓度接近0值，稳定运行阶段结束后反应器内藻液浓度达50g/L，采收率即截留微藻量/进水微藻量达98%以上；

（3）硅藻土动态膜反冲洗阶段

当硅藻土动态膜重力过滤出水通量下降到预先设定值25 L.m²/h时，对硅藻土动态膜进行反冲洗，采用空气反冲洗时间1-2min、进气压力10-90kPa，使动态膜完全脱落，动态膜支撑体组件不需要定期化学清洗。

2.根据权利要求1所述的一种微藻动态膜回收工艺，其特征在于采用的粉末硅藻土粒径为5-50微米。

3.根据权利要求1所述的一种微藻动态膜回收工艺，其特征在于动态膜组件丝网采用不锈钢网或尼龙网，支持体组件呈平板型或管式，不锈钢网或尼龙网的孔径为180-250目，采用浸没式运行方式。