CN104203840B - 用于藻类收获和脱水的系统以及方法 - Google Patents

Abstract

施加的电场通过增加溶剂与溶质之间的界面电势以及使用微米大小的氢气和氧气气泡来从生长培养基中收获藻类。该工艺和方法利用了产生氢气和氧气的、策略性地放置的双极电极板。气体的微气泡把生物质从溶液中絮凝出来，同时使水澄清以便再利用在藻类生长系统中。然后可以处理聚集的藻类，以便使用在要求无化学品以及脱水的产品的应用中，正如对生物燃料、药品或食品所要求的一样。

Description

用于藻类收获和脱水的系统以及方法

背景技术

从悬浮液中分离材料的历史存在于多种行业中，其包括污水处理业和藻类养殖业。随着所期望的最终结果不同，参与实现分离的工艺可以是不同的。例如在污水处理业中，所期望的结果通常是能被释放到环境中的处理水。反之，在藻类养殖业中，主要的所期望的结果可能是收获可用于能源生产的生物质。

电絮凝在污水处理业中具有悠久的历史。已经发现电絮凝是在治理的次级阶段中分离流体和固体的有效方法。该废弃物料流含有各种类型的有机材料，藻类被认为是在所述料流中由常见的高硝酸盐量所产生的公害。因此，根除藻类的工作通常不包括保存所述物质的完整性以用于进一步的应用，譬如制药以及其他高价值的原料。

在通常使用在污水处理的电絮凝中，加入金属离子或阳离子来通过增加基质的导电性而改善絮凝。以下阳离子具有比H⁺更低的电极电势，并且因此被认为是适于用在这些工艺中作为电解质阳离子的：Li⁺、Rb⁺、K⁺、Cs⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺(经常使用钠和锂，这是因为它们形成廉价的盐)。与电絮凝相结合地使用其他金属来辅助从污水中沉淀固体，例如铁氧化物和其他氧化剂。这些金属在把固体沉淀出溶液方面是极其有效的；然而，它们使产品以及水本身受到随后必须在三级废物处理阶段中被移除或者要不被加工的无机化学品的污染。

在实践中，为污水系统所使用的、用于电絮凝的电流普遍是低的，通常在1安培以下，因为所述工艺的执行是在大的水池中和/或与对于废物处理厂典型的、可为每天数百万加仑的大规模流体流相结合。由于工厂的庞大规模和欧姆定律(I＝V/R)、电流要求和工艺的规模，长时间应用高能量的电絮凝系统是不切实际的。此外，长时间在高电流下运行的电解板的劣化和结垢妨碍了该技术在高电流强度下的有效应用。因此，必须通过上述金属离子来增加废物料流的电导率，以便降低能量要求并且使该工艺变得实用。

在藻类产品养殖和收获中，思考的角度被颠倒了，因为在悬浮液中的生物质被视为一种宝贵物质，必须保护这些生物质的品质，而金属的使用对产品造成不可逆的污染。因此，大多数用于给悬浮液中的藻类脱水的方法由以下组成：离心、膜过滤、空气干燥，以及可能的化学处理和消除污染。在脱水中使用化学品常常阻止或限制生长水的再利用。在2011年10月14日提交了题为“Systems,Methods,and Apparatuses for Dewatering,Flocculating,and Harvesting Algae Cells(用于脱水、絮凝和收获藻类细胞的系统、方法以及设备)”的相关在先申请No.13/274,094，其通过援引并入本文，所述申请公开了电磁絮凝系统的一些形式。该申请专注于作为最终产品的细胞裂解。

收获例如藻类的微生物以及微生物的胞内产物有望成为用于制造产品例如药品、化妆品、工业产品、生物燃料、合成油、动物饲料和肥料的石油衍生物或其他化学品的部分的或完全的代用品。然而，为了使这些代用品变得可行，包括回收和加工胞内产物步骤的收获细胞的方法必须是有效率并符合成本效益的，以便能与石油衍生物相关的精炼成本竞争。当前用于收获例如藻类的微生物以最终产生用作石油代用品的产品的提取方法是费力的，并且获得低的净能量收益，这使它们对于当今的可替代能源需求是不可行的。这些现有方法还可能产生显著的碳排放量，从而加剧全球变暖以及其他环境问题。这些现有方法在进一步扩大规模时还由于有价值的胞内组分的降解产生更大的效率损失，并且需要比目前从微生物收获时在经济上可行的能量或化学品投入更高的能量或化学品投入。例如，每加仑的微生物生物燃料的成本目前大约是化石燃料的成本的九倍。

所有原核和真核活细胞都具有质膜(Plasma transmembrane)，其包覆这些细胞的内含物并且担当相对外部环境的半多孔性屏障。跨膜充当边界、将细胞组成部分保持在一起并且防止外来物质进入。根据所接受的、被称为流体镶嵌模型的当前理论(S.J.Singer和G.Nicolson,1972，作为引用文献纳入本发明)，质膜由双层(两层)脂质所组成，该脂质是在所有的细胞中发现的油状或蜡状物质。双层中的大部分脂质可以更确切地被描述为磷脂，即，特征为在每个分子的一个端部带有磷酸基团的脂质。

在质膜的磷脂双层内包埋着许多多样化的有用蛋白，而其他类型的矿物蛋白简单地附着于双层表面。这些蛋白中的一些、主要是至少部分暴露于膜外侧的那些，附连了糖类，因此被称为糖蛋白。蛋白质沿着内部质膜的定位，部分与包含细胞骨架的细丝的组织相关，其帮助将它们锚定在位。蛋白质的这种排列还涉及细胞的疏水和亲水区。

取决于所涉及的生物体类型、它们的所需内部组分及其纯度水平，细胞内提取方法可以极为不同。然而，一旦细胞已被破裂，这些有用组分被释放出来，并典型悬浮在用于容纳活微生物生物质的液体培养基内，使得收获这些有用物质变得困难或需要消耗大量能源。

在目前的大多数从藻类收获细胞内产物的方法中，必须执行脱水过程以便从液体培养基或生物质废物(细胞物质和碎片)分离和收获有用组分。由于液体蒸发所需要的时间范围或使液体培养基干透所需的能量投入或物质分离所需的化学品投入，目前的工艺效率低。此外，这些工艺常常限于分批处理，并且难以适应连续的处理系统。

因此，对于用于微生物如藻类脱水的简单高效的程序存在着需求，以使得所述微生物能被收获而其胞内产物能被回收用作具有竞争力价格的石油和石油衍生物代用品，以用于制造工业产品。

发明内容

本发明一般性地涉及以简单、低成本的途径来收获藻类的系统的方法。本发明的实施产生一种生物质，该生物质随后可被裂解用于油分离，而把澄清的、富集养分的水返回给生长系统。通过在策略性放置的位置中使用短期爆发的能量而减少了絮凝的成本。这些能量爆发可以在生长系统内或者在独立的分批处理器中实施。

通过在生长和/或提取系统中应用质子极性酸实现了另一优点。质子极性酸提高了藻类生长，并且，当由两性板供电时澄清了水，因而消除了使用金属离子的要求。

在一种实施方式中，本发明实施为用于藻类收获和脱水的系统。该系统包括能够容纳藻类溶液的容器；置于容器内的阴极；置于容器内的、与阴极呈约1英寸到约10英寸的距离的阳极；以及与阴极和阳极电连接的电压源。电压源被设置用于在容器容纳了藻类溶液时在阴极与阳极之间提供电压。阴极与阳极之间的电压导致在藻类溶液中形成氢气气泡，其附着于藻类溶液中的藻类细胞，导致藻类细胞漂浮到藻类溶液的表面。

在另一实施方式中，本发明实施为用于藻类收获和脱水的方法。该方法包括把藻类溶液提供给藻类脱水设备。藻类脱水设备包含能够容纳藻类溶液的容器；置于容器内的阴极；置于容器内的、与阴极呈约1英寸到约10英寸的距离的阳极。然后，在阴极与阳极之间提供电压，导致在阴极形成氢气气泡，所述气泡穿过藻类溶液并同时附着于藻类细胞并且使藻类细胞漂浮到藻类溶液的表面。接着，由表面移除漂浮的藻类细胞。

在另一实施方式中，本发明实施为用于从生长培养基收获藻类和使藻类脱水的方法。在至少一个阳极与至少一个阴极之间生成电场，该至少一个阳极与至少一个阴极浸没在含有藻类的生长培养基内。所述至少一个阳极与至少一个阴极被设置用于在生成电场时在生长培养基内生成氢气泡或氧气泡。氢气泡或氧气泡附着于生长培养基内的藻类，导致藻类漂浮到生长培养基的表面。接着，由生长培养基的表面移除漂浮的藻类。

该概述提供用于以简化的形式介绍精选的发明构思，其在以下的具体实施方式中还将被进一步说明。本概述并不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征。

本发明的其他特征和优点将在下面的说明中阐述，并且部分上将从说明中显而易见，或者可以通过本发明的实践而得知。本发明的特征和优点可以通过在权利要求书中特别指出的手段和组合来实现和获得。本发明的这些特征和其他特征将由下面的说明和权利要求书而变得更加显而易见，或者可以通过实施下文中所述的本发明而得知。

附图说明

为了描述能够获得本发明的上述以及其他优点和特征的方式，上面简要描述的本发明的更具体描述将参照呈现在附图中示出的具体实施方式。要理解的是，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方式，并且因此不被视为是对其范围的限制，本发明将通过使用附图以附加特征和细节来描述和解释，在附图中：

图1A和1B示出示例性的分批处理系统，其中，藻类可以根据本发明的实施方式脱水；

图2示出结合到水道(raceway)中的收获系统；

图3A-3D示出另一示例性的藻类收获系统；以及

图4示出能够用于本发明的一些实施方式中的电极配置的变化形式。

具体实施方式

本发明一般性地涉及以简单、低成本的途径来收获藻类的系统的方法。本发明的实施产生一种生物质，该生物质随后可被裂解用于油分离，而把澄清的、富集养分的水返回给生长系统。通过在策略性放置的位置中使用短期爆发的能源而减少了絮凝的成本。这些能量爆发可以在生长系统内或者在独立的分批处理器中实施。

通过在生长和/或提取系统内应用质子极性酸实现了另一优点。质子极性酸提高了藻类生长，并且，当由两性板供电时澄清了水，因而消除了使用金属离子的要求。

在一种实施方式中，本发明实施为用于藻类收获和脱水的系统。该系统包括能够容纳藻类溶液的容器；置于容器内的阴极；置于容器内的、与阴极呈约1英寸到约10英寸的距离的阳极；以及与阴极和阳极电连接的电压源。电压源被设置用于在容器容纳了藻类溶液时在阴极和阳极之间供应电压。阴极与阳极之间的电压导致在藻类溶液中形成氢气气泡，其附着于藻类溶液中的藻类细胞，导致藻类细胞漂浮到藻类溶液的表面。

在另一实施方式中，本发明实施为用于藻类收获和脱水的方法。该方法包括把藻类溶液提供给藻类脱水设备。藻类脱水设备包含能够容纳藻类溶液的容器；置于容器内的阴极；置于容器内的、与阴极呈约1英寸到约10英寸的距离的阳极。然后，在阴极与阳极之间提供电压，导致在阴极形成氢气气泡，所述气泡穿过藻类溶液并同时附着于藻类细胞并且使藻类细胞漂浮到藻类溶液的表面。接着，由表面移除漂浮的藻类细胞。

在另一实施方式中，本发明实施为用于从生长培养基收获藻类和使藻类脱水的方法。在至少一个阳极与至少一个阴极之间生成电场，该至少一个阳极与至少一个阴极浸没在含有藻类的生长培养基中。所述至少一个阳极与至少一个阴极被设置用于在生成电场时在生长培养基内生成氢气泡或氧气泡。氢气泡或氧气泡附着于生长培养基内的藻类，导致藻类漂浮到生长培养基的表面。接着，由生长培养基的表面移除漂浮的藻类。

现在，参考附图给出对本发明的实施方式的描述。预期的是，本发明可以采取多种其他的形式和形状，因此，下面的公开内容旨在是说明性的，而非限制性的，并且本发明的范围应当参照权利要求书来确定。

除非另有定义，所用所有技术术语在本文中具有与本发明的实施方式所属技术领域中的普通技术人员的通常理解相同的含义。

根据本发明的实施例，藻类生长培养基按以下方式絮凝，即，导致藻类细胞漂浮到使其可以被简单地提取(例如使用耙)的表面上。可以用电极给生长培养基施加电场。电场增加溶剂和溶质之间的界面电势，并且产生氢气和氧气的微米尺寸的气泡，这些气泡将聚集的藻类提升至表面。

该工艺和方法采用策略性放置的、产生氢气和氧气的双极电极板。微型的气体气泡把生物质从溶液中絮凝出来，同时使水澄清，以便再利用到藻类生长系统中。然后，可以处理聚集的藻类，以便使用在要求无化学品并且经脱水的产品的应用中，正如对生物燃料、药品或食品所要求的一样。

本发明的一些实施方式利用引入的质子溶剂，例如甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇以及乙酸，它们被认为是对总体的藻类生长系统良性的。此外，能够使用的电极，例如电解板和/或电解棒也是对藻类生长系统良性的。

在一种实施方式中，例如在图1A和1B中所示出的，使用分批处理系统，其中，生长成熟的藻类储备物通过密围式构造(enclosure)进行处理，在那里发生电絮凝过程以基本上完全使产品絮凝。图1A示出了储槽1的侧视图，而图1B示出了储槽1的俯视图。

生长培养基被封闭在储槽1中，在此，该生长培养基与底部电极板4以及两个顶部的双极电极棒2形成接触。电池5在电极板4与电极棒2之间施加电压差(其可能与图中所示相反)，因此导致电流流过生长培养基。该电流导致生长培养基絮凝。

在其他絮凝技术中，经常难于从生长培养基分离絮凝的藻类细胞，并且通常要求使用使藻类细胞不适用于许多应用的化学品或技术。然而，本发明使用氢和氧的小气泡来附着于藻类细胞丛，并且将这些细胞丛提升至生长培养基的表面。一旦到达表面，絮凝的产品则通过板6排出，以便用于进一步处理。虽然示出了单独的板4以及两个棒2，但是也可以使用不同数量的板4和/或棒2。

此外，在一些实施方式中，生长培养基能够被注入例如甲酸、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇以及乙酸的质子溶剂的稀释溶液，例如约0.05体积％的稀释溶剂。在电絮凝工艺的电场生成时，或者在分批处理工艺即将发生之前，可以把所述溶液混入到基质中。目前在测试中使用的电压基本恒定为约12伏；然而，取决于原料的密度及其对欧姆定律的影响，电流强度可能从约5安培到约10安培变化。

(一个或多个)板4、(一个或多个)电极棒2、或者其他电极应当由相对惰性和良性的、不给最终产品或生长水带来污染的金属构成，因此，使得生长水能够被再利用。但是，在不关心生长水的再利用和/或收集的产品的污染时，可以使用非良性金属。为了能够再利用生长水，不可以使用例如铜的金属，这是因为它们是除藻剂。不锈钢随时间会劣化并且给生长水带来铬。因此，碳、铝和铂族金属是通常被视为安全的，并且为本工艺所优选。

测试表明，该设备能够以12v的直流电和9.5安培的恒定电流，在1.50分钟内絮凝350mg/l的藻类储备物来完全澄清水，同时藻类像铺毯子样的位于表面上。在实验中，在储槽顶部和长度上仅使用一个铝棒作为阳极。

下部板4与(一个或多个)上部棒2之间的距离可以在约1英寸与约10英寸之间变化，以便使得所生成的氧气泡和氢气泡能够自由向上流动。在阳极棒2上的微小氧气泡以及在阴极板4上的微小氢气泡的生成产生了絮凝所需的气泡。

如以上所讨论的，图1示出了适用于从生长培养基分批絮凝藻类的实施方式。图1的分批处理设备能够可操作地与藻类生长系统偶联，并且随着藻类充分生长的发生，不时地可以将分批的生长培养基从藻类生长系统转移到图1的分批处理设备。如以上所讨论的，在电絮凝后剩余的生长培养基(其可能是营养密集的)能够被返还给藻类生长系统，以便再利用。

或者，本发明的实施方式能够被直接纳入到藻类生长系统，以使得电絮凝工艺能够如所需地间歇性地或者甚至是连续地发生在生长系统内。图2示出了这样的配置。图2的系统包括水道20，藻类在此生长并且以预定的方式滋养。在该实施方式中，生长培养基以顺时针方式流动，并且在生长培养基行进通过水道20包含电絮凝设备的部分时，通过直流发电机(未示出)、底部电极板4以及(一个或多个)双极电极棒2，所述培养基被电聚集(electro-flocked)。生物质通过堰16收集。

因此，当本发明的特征实施在连续生长系统生物质提取系统中时，所述设备被安置在水池、水道或其他生长系统的流体流内，并且手动地或自动地启动(例如通过分布式控制系统，其通过例如pH、ORP、密度、比色计读数或者细胞计数等等度量标准进行判定)，从而，实现了在定时的时间间隔来提取成熟细胞而适当地分配电流，同时维持了整体基质的完整性。

无论本发明的实施方式是如图1中所示的分批处理实施方式或是如在图2中所示的连续处理实施方式，已发现的是，在生长阶段期间向生长培养基灌输微小比例的良性质子溶剂是有益于增强生长周期的。生长培养基中存在的质子溶剂在电絮凝时额外地充当有利于使藻类与生长培养基分离的澄清剂。这可能是由于：当存在质子溶剂时促进了氢气微气泡在阴极的形成。

在这些系统的使用中，作为水解过程的结果生成了众多的氢气和氧气。气体将其本身附着于藻类细胞，并且把这些藻类细胞携带到生长培养基顶部，有效地减少了要不然则是中性密度的藻类细胞。以这种形式，气体和藻类形成一种成为絮凝物的固有部分的团簇(mat)。尽管可以以其中在絮凝物中存在氢气(和/或氧气)的组成方式来使用絮凝物，但是可以针对这种高价值气体设计回收系统并且用于节能减排或其他用途，由此收回一部分在水解中使用的输入能量。

图3A-3D示出示例性的容器310，本发明的藻类收获技术可以在该容器中实施。容器310包括阴极板311以及一系列堆叠的阳极棒312和阴极棒313。然而，如在图1和图2中所示，阴极棒313不是必需的。还可以如在图4中所示出的那样在容器310内使用电极的其他配置。容器310还包括传送器315(具有耙315a和315b)以及传送器316，所述传送器用于从容器310移除藻类细胞并且如还要进一步描述的那样将其移入到收集器314中。还可以如在本领域中所公知的那样使用其他从生长培养基的表面移除藻类的方式。

图3A示出当絮凝的藻类细胞存在于生长培养基内时容器310的状态。在一些实施方式中，可以把已经包含经絮凝的藻类细胞的生长培养基引入到容器310中。在另一些实施方式中，可以把具有不同浓度藻类细胞的生长培养基引入到容器310中。例如，可以如图1那样引入包含马上可用于絮凝的藻类的生长培养基，或者可以如图2那样引入在絮凝之前需要额外的藻类生长的生长培养基。

如以上所述，用于分离生长培养基和藻类的现有方法是复杂的、昂贵的、并且经常是对于藻类不利的，这使得这些方法不适于回收打算用于某些目的的藻类。相反，本发明提供了一种对于回收藻类细胞简单并且安全的方法。该方法包括用电极311、312，以及在一些情况下的电极313，给生长培养基施加电场。在一些情况下，该电场可以导致在生长培养基中的藻类细胞如图3A所示的那样絮凝成细胞丛(例如，如果在把生长培养基引入到容器310之前还没有形成细胞丛，或者通过生长细胞丛的尺寸)。在一些实施方式中，细胞丛可以在1mm与4mm之间。

除了形成细胞丛，电极还可以被配置用于导致形成氢气和氧气气泡，它们粘附到细胞丛上并且将这些细胞丛提升到表面，如其在图3B中所示出的那样。在一些实施方式中，还可以给生长培养基加入质子溶剂，来加强藻类细胞的絮凝，以及加强已絮凝的藻类与生长培养基的分离。

图3C示出在藻类细胞丛漂浮到表面后容器310的状态。图3C还示出，在漂浮的细胞丛下的剩余生长培养基是基本上澄清的，这表明，该工艺对于生长培养基与藻类的分离是非常高效的。于是，可以再利用养分密集的生长培养基。

最后，图3D示出如何移除漂浮的藻类细胞的示例。如所示，可以用耙315a、315b进行所述移除，这些耙在生长培养基的表面上方旋转，以便把藻类细胞耙向传送器316。旋转传送器316，以便把耙出的藻类细胞转移到收集器314中，其可以在该收集器中被收回以便用于进一步加工。因此，该工艺获得了高度脱水的、能够容易地运送和使用的生物质。

图3A-3D通常代表以分批方式施行的工艺(即，在加入任何新的藻类细胞之前，对全部生长培养基进行完全絮凝)。然而，在一些实施方式中，该工艺可以在连续的基础上进行，例如周期性加入新的、含有藻类(无论是否絮凝到一定程度)的生长培养基。

图4示出可以用在本发明的一些实施方式中的电极可选布置。如所示，可以把电极布置成三层结构。还可以使用其他配置。还可以在层之间使用不同的间距。

实验结果

进行以下测试以对上述本发明实施方式所阐明的原理进行评估。测试结果被包括用于示明在此讨论的原理，而并非意在限制本发明的范围。此外，在一些测试中使用了铜(Cu)电极，但是根据以上的讨论要理解的是，用于铜的杀藻特性，通常不在要再利用生长培养基的情况下使用铜电极，

测试1

该测试要确定MX(在美国专利No.6,279,611中公开的瞬态空化发生器和混合器，所述专利作为引用文献纳入本发明)在絮凝处理、细胞破裂和如果存在的话，其他辅助益处中的价值。

在数次试错法运行之后，该测试配置如下：1)MX注射石灰水(Kalkwasser)(经过滤的氢氧化钙水掺混物)；2)施加电流来使藻类破裂；3)回收产品(絮凝物)；以及4)在三个不同的阶段对细胞裂解的证据进行分析。

当遵循以下规程时，取得了最令人感兴趣的结果：1)通过MX把1升高pH(11.4)的石灰水浆料注射到5升良好密度(约500mg/l)的、在盐水中的微绿球藻(nannocholoropsis)中，并且在微米级循环1分钟。2)得到的产品在<1分钟内增加约1个pH值(8.4到9.2)。3)两个棒：铝棒和铜棒被放置在储槽的任一侧，并且其长度为储槽的全长，所述储槽与电压发生器连接；4)以+/-6.0伏特以及3.25安培施加电荷2分钟。

可见的结果是彻底的细胞裂解以及在滑道(slide)上形成似乎是疏水性的液滴。尽管该液滴看起来像油并且像油那样反应，但是对结论扩展的话，其是任意类型的脂类。然而，如在三幅显微照片中记录的那样，非常有说服力地破坏了细胞。

观测结果：只要两个棒(阳极和阴极)隔开的距离是储槽的整个宽度，那么经由这两个棒(阳极和阴极)在水中施加的电力就是有效的。缩小间隙降低了电流强度和电压，以至于没有裂解效果或者极度增加了裂解时间。在一些测试中在产品被裂解时似乎存在与m/s(微西门子)的增加的相关性：这还没有被完全证实，然而可能被证明是来确定裂解的可能的度量标准。

在起电之前使用高pH表现得辅助裂解过程。在裂解之前使用高pH表现得在更短的时间内产生大量的絮凝物。使用微米气泡混合通过对整个基质进行近即时调整，增强了pH管理的过程。这在大规模操作中是具有价值的。

针对短周期(约2分钟)，在用于电絮凝和细胞裂解的储槽中使用的棒具有低电压(6伏特以及3.25安培)。MX在该电阶段期间连续运行来使基质大幅分散；基质包含非常大量的、从阴极剥离下来的氢。在具有这种搅拌以及没有这种搅拌的情况下完成其他测试，来确定微细化步骤在电絮凝/裂解中的价值。要注意的是，阴极不是在铜棒上，而是在铝棒上，从而减少了Cu₂O的产生。(阴极在这种情况下用于分解生物材料并且被插入到该电压发生器的负级侧，而正极侧插入铜。)在这种电平下，产生Al2O(氧化铝)要难很多，并且发现的阴极降解比铜阴极会发生的阴极降解少很多。

测试2

规程:储槽被设置有置于储槽底部的阳极板。离阳极(Cu)约4英寸设置阴极条(Al)。阳极和阴极的长度为所述储槽的长度。把低密度的藻类溶液(约200mg/l)倾倒入储槽中使其刚好超过阴极板，对产品进行MX循环。在泵驱动的产品微气泡化同时施加低电压：4伏特以及3.25安培。当所有的进程停止时，整个混合物运行了两分钟的时间。

视觉效果：使所有生物质快速地漂浮到顶部，并且在约一分钟以内絮凝。物质呈现绿色，无可见褪色。此时，可以容易地撇去该物质。拍摄显微照片并且显示了大规模的细胞膨胀以及破裂的证据。所述物质的大部分在储槽的顶部存留24小时，表明了高浓度的、比水更轻的产品的可能性。

结论：长度为储槽的长度并且被分隔开许多英寸的两个板的构思是有效的。大规模的“破裂用储槽”的构思是可能的，其基础设施成本极低以及运营能源成本低廉。当对氢气、氧气以及生物质进行强烈混合时，微气泡表现得有助于絮凝生物质。当微气泡泵停止时，气泡上升到顶部，从而提升了工艺。

通过这种方法，可以设计大规模的快速聚集和破裂用储槽。要注意的是，没有使用化学品促进絮凝。因此，剩余的水可以无需更多处理或者净化地返还到循环中。还应当注意的是，在储器的顶部产生了大量的、可以被收获的氢气。本工艺违背了板紧密靠近的现行办法，并且还提供了直接置于基质顶部的“漂浮阴极”，据此，其连续地提供了正电流来絮凝生物质。

测试3

规程：研究在絮凝/破裂系统中使用MX和不使用MX之间的区别。对两种同样数量的产品进行了处理。密度表现为约400mg/l的良好产品。

第一份由两个板电解。初始电压为3.0和3.25安培。11分钟后，物质开始絮凝，而电压跃升至4.5伏特。停止施加电压并且对现在已经絮凝的物质进行微观检测。其显现出破裂以及可见的、从细胞中渗出的物质。

第二份在通电情况下以MX处理2分钟；初始电压为3.0V和3.25安培。停止MX，而电解工艺继续3分钟，实现了电压至4.5伏特的同样的跃升。对生物质的检测显现出大幅的破裂，并且物质完全集聚到顶部。

结论：1)细胞破裂以及絮凝显现出与电压增加的相关性，使其具有作为确定细胞在何时破裂的度量标准的可能。2)表明了，MX使生产时间减半。这是否是一种优点还需要通过成本分析以及生物质质量来确定。3)这种破裂藻类的方法非常快速、有效，并且很有希望成为裂解和絮凝的方法。4)在这种情况下，生物质具有高出很多的密度：app：约400mg/l，并且该工艺良好而有效地工作。

本发明能够以其他具体形式来实施而不脱离其精神或基本特征。所述实施方式在所有方面都应当被当做仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由权利要求书而不是由前面的描述来表示。在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化都落入其范围之内。

Claims (6)

1.一种用于藻类收获和脱水的电絮凝系统，其特征在于，其包含：

能够容纳藻类溶液的容器，并且向所述藻类溶液添加质子极性酸；

置于所述容器内的阴极；

置于所述容器内的、与所述阴极呈1英寸与10英寸之间的距离的阳极；

与所述阴极以及所述阳极电连接的电压源，所述电压源被配置用于在所述容器容纳有所述藻类溶液时在所述阴极与所述阳极之间提供电压，其中，在所述阴极与所述阳极之间的电压导致在所述藻类溶液中形成氢气气泡，所述气泡附着于所述藻类溶液中的藻类细胞，导致所述藻类细胞漂浮到所述藻类溶液的表面，

其中，所述阴极包含多个阴极棒，并且所述阳极包含多个阳极棒，所述多个阳极棒中的每个都以1英寸与10英寸之间的距离置于相应的阴极棒上方；

其中，所述阴极或所述阳极的一个或多个包含氧化铱涂覆的钛；以及

其中所述电絮凝系统提供短期爆发的能量并且进一步包括：

第二多个阴极棒，其中的每个都以1英寸与10英寸之间的距离置于相应的阳极棒上方。

2.根据权利要求1所述的电絮凝系统，其中所述质子极性酸为甲酸和乙酸中的一种。

3.一种用于藻类收获和脱水的方法，其特征在于，其包含：

把藻类溶液供应给如权利要求1或2所述的用于藻类收获和脱水的电絮凝系统，并给所述藻类溶液加入质子极性酸；

在所述阴极与所述阳极之间提供电压；

利用所述电压在容器内产生电场；

利用所述电场将藻类絮凝成细胞丛；

利用电流来导致在所述阴极或所述阳极形成氢气泡或氧气泡，所述气泡穿过藻类溶液、附着于藻类细胞并且使所述藻类细胞漂浮到所述藻类溶液的表面；以及

由所述表面移除漂浮的藻类细胞。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述质子极性酸为甲酸和乙酸中的一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述甲酸和乙酸中的一种以0.05体积%的浓度加入。

6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其中，所述方法包含：在至少一个阳极与至少一个阴极之间生成电场，所述至少一个阳极与至少一个阴极浸没在含有藻类的生长培养基中。