CN104004673B - 一种适用于微生物生物质工业化培养池的采收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于微生物生物质工业化培养池的采收方法，所述培养池的水体体积为4000～30000立方米，每个培养池配备若干手推采收设备、若干高压水枪和一个抽料泵，并采用以下步骤进行采收：（1）待培养结束后，关闭培养池内的搅拌及增氧装置，让培养池内微生物生物质自然絮凝，并抽取上清液，然后开启抽料泵，所述抽料泵出料管连接于微生物生物质的暂储罐；（2）操作采收设备，将培养池底部的物料从远处往抽料泵方向推送；（3）采用高压水枪冲刷采收设备推过的区域，以冲走剩余的物料。应用本发明的方法，能很好地针对工业化培养获得的生物质进行采收，工作效率高，且良好地保持了生物质的生物活性。

Description

一种适用于微生物生物质工业化培养池的采收方法

技术领域

本发明涉及一种采集装置。

背景技术

微藻一般是指那些在显微镜下才能辨别形态微小的单细胞藻类。微藻约占已知藻类的70％，其细胞微小、形态多样、适应强、分布广泛。微藻营养丰富，富含脂肪、蛋白、多糖、虾青素、维生素、矿物质、叶绿素、胡萝卜素等各种生物活性物质，在能源、医药、食品、水产养殖、化工、环保、农业等领域有着重要的应用价值。目前已有较为成熟的开发藻类包括螺旋藻、杜氏藻、小球藻。

微藻具有生长快、产量高、可定向培养、适应能力强、易调控等特点，因此大规模培养技术近年来有了较快的发展，各种养殖微藻的光生物反应器被设计出来，使得微藻较高密度培养成为可能。公开号为CN102016001A的中国发明专利申请公开了一种微藻类产品的生产方法，该方法获得的产品属于微藻类产品，称为微生物生物质，该方法具有产量高、工艺简单的特点，这为饲料工业低成本应用微藻类产品提供了可能,从而与现有已开发的微藻类产品有较大区别。从微藻产品种类来看，该专利申请所涉及的产品是一种包含微藻和细菌的微生物混合物，具体包括：微藻、酵母、真菌、原生生物、小型浮游生物和细菌。这与其他微藻类进行单一培养获得螺旋藻、小球藻等有所区别。

相对于微藻的培养发展，其收获加工方法大大滞后，成为行业发展的一个瓶颈，严重制约微藻产业的发展。常用的微藻分离方法包括过滤、离心法、板框压滤法、絮凝法。如何提高生产效率，及减少对微生物生物质活性的破坏是要重点考虑的问题。

公开号为cn101597564的中国发明专利申请公开了一种微藻收获方法、系统及微藻收获机。该方法包括：微藻收获机沿着盛放有微藻液的培养装置上设置的轨道运动，通过其下方安装的收获装置，过滤收集藻液中的微藻，将微藻富集到培养装置中的选定区域内。其微藻收获机滤网孔径为1um～1000um。微藻收获系统包括：培养装置、收获机、收获车。从技术细节看只适用于特定的小规模培养池。该使用的结构特殊的过滤装置，存在过滤已有的容易堵塞滤网的缺点，不适用于颗粒微小的微藻产品。

公开号为cn101693878的发明专利申请公开了一种微藻浓缩和收集方法，是将微藻液中的水分过滤后通过虹吸排除并收集水分，以实现微藻和水分的分离。其装置包括：微藻培养池，微滤器，置于微藻培养池中，安装有能通过水分的微滤膜，用于过滤水分和截留微藻；虹吸管，一端为三通管，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。实现超低能耗收集微藻。具有能承受反冲过程中产生的压力的微滤膜。

公开号为US20100184197A1的美国专利申请公开了一种使用陶瓷基膜滤器收集生物材料如微藻细胞的方法。

工业化程度较高的螺旋藻生产一般采用跑道式进行养殖，采收方法则一般是通过各种人工操作的筛网器具来完成，如通常采用300～380目的软滤网制成的平筛上兜筛、倾斜筛等无动力筛具，并利用液体重力使其达到固液分离的目的。这种方式又有两种，一种为单机斜面滤床，另一种是多级(5～6级)斜面滤床。

过滤法是较传统的分离方法，不管是使用滤网、滤膜还是陶瓷过滤器，过滤介质都极易被堵塞，而且藻质较轻容易飘起，滤饼较难形成，过滤耗时长且难以持续进行。过滤法对过滤的对象也有要求适用范围窄，滤网网眼过小则会速度缓慢，网眼过大则会流失较多过滤对象。对于滤膜和陶瓷过滤器等新型过滤材质，过滤的对象需要成分稳定单一，尤其是不能含有纤维类的载体等杂质，否则容易破坏和堵塞过滤设备。

公开号为cn102696340的中国发明专利申请公开了一种微藻采收与脱水方法及装置，该方法采用一台以上的倾斜式转筒过滤机相串联完成藻液的采收和脱水，藻液通过管道输送到倾斜式转筒过滤装置的高端进入转筒，根据自由落体、离心原理，藻液中藻泥被留于过滤网上，最终由转筒低端排出，而水通过倾斜式转筒上的过滤网排出。相邻两台倾斜式转筒过滤机间设置搅拌桶，将前级倾斜式转筒过滤机收集的藻泥加水搅拌后送至下一级倾斜式转筒过滤机进行脱水收集。转筒转速为20～120rpm，用于脱水是转速为50～200rpm。转筒滤布规格为150～500目，塑料滤网5～15目，规格为5～15目。该方法使用低速转筒处理藻液，仍然需要依靠滤网截留藻泥，因此限制了其所能处理藻类的大小，其更适合螺旋藻的离心分离，对于混合微藻细菌的微生物生物质来说则会导致大量活性物质随着藻液流失。

公开号为cn10748068的发明专利申请则使用了较为简单的收获方法，在沉降池去除上清液后直接进行晒干，然后获取产品，虽然工艺简单，但属于非工业化的方法，产量品质都不能稳定。

公开号为cn101514324的中国发明专利申请公开了一种较为特殊的收集微藻方法和装置，使用电泳池电场来处理藻液。此方法显著的特点是能耗高、产生氢气具有安全风险，不是一个可行的工业化方案。

通过上述文献可以看出，主要的固液分离技术在微藻领域都有所应用和尝试，在工业化规模化开发上产生了一些突破性成果。但是从发展现状看，微藻类产品仍然是生产成本很高的产品，应为其核心的固液分离的成本仍然高昂，导致工业化尝试的生产技术没有突破产量限制，未有明确的百吨级、千吨级、万吨级的工艺方法。综合现有技术来看，采收工序的低效和技术受限是导致固液分离技术不成熟的重要原因，该工序的低效会导致固液分离的物料初始水分含量高、产量少。因此，提供一个高效、成本低廉、技术成熟的采收方式显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种适合于微藻工业化培养的采收方法，既可以提高生产效率，又能减少对产品的生物活性的破坏。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种适用于微生物生物质工业化培养池的采收方法，所述培养池的水体体积为4000～30000立方米，每个培养池配备若干手推采收设备、若干高压水枪和一个抽料泵，并采用以下步骤进行采收：

(1)待培养结束后，关闭培养池内的搅拌及增氧装置，让培养池内微生物生物质自然絮凝，并抽取上清液，然后开启抽料泵，所述抽料泵出料管连接于微生物生物质的暂储罐；

(2)操作采收设备，将培养池底部的物料从远处往抽料泵方向推送；

(3)采用高压水枪冲刷采收设备推过的区域，以冲走剩余的物料；

所述手推采收设备包括车架、车轮、刮板及用于推行的扶手，车架上安装有发动机，所述车轮安装于车架并由发动机所驱动，所述扶手安装于车架的后方，所述刮板通过刚性连接机构连接于车架前方，所述刮板具有一竖直的主板及分别从主板两侧向外前方延伸形成的侧翼。

具体地来说，所述刚性连接机构为连接于所述车架与刮板之前的连杆。

具体地来说，所述主板与侧翼形成120～150的夹角。

具体地来说，所述刮板具有钢架制成的上部架体及固定于所述上部架体底部的以橡胶或帆布材料制成的刮片。

优选地，所述刮板的宽度为90～140cm，刮板的宽度与侧翼的宽度比为4.5:1～5.5:1。

优选地，所述抽料泵设置于大型培养池池底的排料口下方，排料口设置于大型培养池的其中一角，所述抽料泵为单吸入叶片式无阻塞排污泵，流量为50～250立方米/小时，扬程为8～20米。

优选地，所述高压水枪流量为35～120立方米/小时。

优选地，所述步骤1中停机絮凝4小时至培养液的上清液中含固量低于35mg/L。

优选地，所述步骤1中使用离心泵或自吸泵抽取上清液，抽水口位于水面50cm以内，抽取至上清液液面距离培养池池底0～20公分，抽取时间为8～12小时。

应用本发明的方法，能很好地针对工业化培养获得的生物质进行采收，工作效率高，且良好地保持了生物质的生物活性。由于培养结束后微生物可基于碳源的细颗粒自絮凝并快速沉淀的特性，使得采收的方法效率大大提高，为工业化生产过程中的快速、大量的固液分离提供了保证。

采收后的物料使用管道输送而非货车运输的方式也大大提高了物料转运效率，同时也提高了生产基地规划的灵活性，这为多培养池生产、培养和后续加工分离提供了可靠保证。

附图说明

图1是本发明的采收设备的结构示意图。

图2是本培养池的设备布置示意图。

图3是本发明的采收方法工艺流程图。

具体实施方式

本发明开发的生产工艺的对象是利用公开号为CN102016001A的中国发明专利申请的培养技术进行工业化开发后使用超大规模培养池生产获得的微生物生物质。但不限于此，也适用于性状与该申请类似的产品。

该工业化开发获得的产品是一种包含微藻和细菌的微生物混合物，其中微藻以干物质计10～80％的量存在，细菌以干物质计5～20％的量存在。

培养过程中产生的微藻、细菌、酵母、有机碎屑物质、原生生物能絮凝在一起，成为悬浮的絮凝颗粒。作在生长停止并停止搅拌和增氧后，这些微生物絮凝物可以快速沉淀至池底。

作为优选所述大型培养池为方形或长方形培养池，优选的长宽比为1:1～1.3:1。培养池水深：0.5～3.0米，1～2.5米，1.5～2.0米。培养水体体积：4000～30000立方米。培养池池底及池壁使用水泥进行硬化，池底可为水泥底面、HDPE膜或PP膜底面。

采收系统包括：采收设备100、高压水枪、抽料泵。作为优选，每个培养池中的采收设备和水枪按1：1的比例配置成一组，每个培养池配置2～3组以及一台抽料泵。

采收设备包括：车架1、车轮2及刮板3，车架上安装有柴油发动机或汽油发动机，所述车轮2安装固定于车架1并由发动机所驱动，所述刮板3通过刚性连杆4连接于车架1前方。刮板具有一竖直的主板31及分别从主板31两侧向外前方延伸形成的侧翼32。主板与侧翼形成120～150°的夹角。所述刮板的宽度为90～140cm，刮板的宽度与侧翼的宽度比例为4.5:1～5.5:1。所述刮板具有钢架制成的上部架体及固定于所述上部架体底部的以橡胶材料制成的刮片。刮片的材质可选用橡胶或帆布等软性材料。

所述车架1还包括安装于车架后方的用于推动车架的扶手5。

所述高压水枪流量为：35～120立方/小时，功率：1.5～7.5千瓦。抽料泵为单吸入叶片式无阻塞排污泵，功率：1.5～15千瓦，流量：50～250立方/小时，扬程8～20米。抽料泵位于培养池池底最低处。

在池底最低处设置排料口200，排料口200下方设置抽料泵。

如图3所示为本发明的采收方法，其包括以下步骤：

1.待工业化培养结束后，关闭培养池内的搅拌及增氧装置，让培养池内微生物生物质自然絮凝4小时至培养液的上清液中含固量低于35mg/L，并抽取上清液，使用离心泵或自吸泵抽取上清液，抽水口位于水面50cm以内，抽取至上清液液面距离培养池底0～20公分，抽取时间为8～12小时；开启抽料泵，所述抽料泵出料管连接于微生物生物质的暂储罐。

2.操作采收设备，将培养池底部的物料从远处往抽料泵方向推。

3.高压水枪冲刷采收设备推过的区域，以冲走剩余的物料。水枪也用于冲刷因堆积太厚推不动的物料，使得具有流动性，确保顺利采收物料。

4.物料采收的方向是由远及近、沿着培养池直线行走，如图所示。

5.待全部物料采收完成后，使用高压水枪冲刷抽料泵，并清洗管路。

Claims (6)

1.一种适用于微生物生物质工业化培养池的采收方法，其特征在于所述培养池的水体体积为4000～30000立方米，每个培养池配备若干手推采收设备、若干高压水枪和一个抽料泵，并采用以下步骤进行采收：

(1)待培养结束后，关闭培养池内的搅拌及增氧装置，让培养池内微生物生物质自然絮凝4小时至培养液的上清液中含固量低于35mg/L，并抽取上清液，然后开启抽料泵，所述抽料泵出料管连接于微生物生物质的暂储罐；

(2)操作采收设备，将培养池底部的物料从远处往抽料泵方向推送；

(3)采用高压水枪冲刷采收设备推过的区域，以冲走剩余的物料；

所述手推采收设备包括车架、车轮、刮板及用于推行的扶手，车架上安装有发动机，所述车轮安装于车架并由发动机所驱动，所述扶手安装于车架的后方，所述刮板通过刚性连接机构连接于车架前方，所述刮板具有一竖直的主板及分别从主板两侧向外前方延伸形成的侧翼，主板与侧翼形成120～150°的夹角，刮板具有钢架制成的上部架体及固定于上部架体底部的以橡胶或帆布材料制成的刮片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刚性连接机构为连接于所述车架与刮板之前的连杆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述刮板的宽度为90～140cm，刮板的宽度与侧翼的宽度比为4.5:1～5.5:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抽料泵设置于大型培养池池底的排料口下方，排料口设置于大型培养池的其中一角，所述抽料泵为单吸入叶片式无阻塞排污泵，流量为50～250立方米/小时，扬程为8～20米。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高压水枪流量为35～120立方米/小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中使用离心泵或自吸泵抽取上清液，抽水口位于水面50cm以内，抽取至上清液液面距离培养池池底0～20公分，抽取时间为8～12小时。