CN104370351B - 一种膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法，由双极膜构成阳极区，并在阳极区放入阳电极，将阴极膜和阴电极相连组成阴极，将阴极以一定间隔布置在阳极区周边，之间形成的空间作为酸室，而将藻池作为阴极区，构成了能够使正负离子选择性透过的膜电絮凝装置，将其放置在藻液中，在电场力作用下藻液中的钙、镁离子形成絮凝剂，使藻液产生碱诱絮凝反应，大大提高了藻液的絮凝率，本发明所述的膜电絮凝装置能够保证在电解结束后2小时絮凝率大于90％，浓缩比大于15倍。本发明在酸室中能够合成含有培养基基底中营养矿物质元素的酸液，利用酸液进行藻泥的洗涤，可将藻泥中附着的矿物质元素进行回收，可进行微藻的重复培养。

Description

一种膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法

技术领域

本发明涉及微藻采收领域，尤其涉及一种膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法。

背景技术

随着不可再生的化石能源的日渐枯竭和日益严峻的环境问题，全球面临影响广泛的能源危机、气候变暖、粮食短缺、土地紧张、环境污染等全球性问题。因而，越来越多的自然科学研究集中于新能源的开发利用、环境的生物修复、可循环材料的开发利用等领域。

在新能源的开发利用与环境的生物修复中，微藻因为具备一些独特的特点而成为研究热点材料。这些特点包括：(1)微藻广泛分布在海洋、湖泊、滩涂等水域，种类繁多。微藻直接利用阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂及多种高附加值产品；(2)与大豆、油菜和麻风树等油料植物相比，微藻的生长周期短，含油量高，油脂产率高，单位面积产油量是大豆的数百倍，每公顷可年产几万升生物柴油。微藻可利用滩涂、盐碱地、荒漠等非耕种土地及利用海水、荒漠地区的地下水等廉价水源，不与农作物争地、争水；(3)微藻在培养过程中还可固定大量二氧化碳。据计算，每培养1吨微藻，可消耗约2吨二氧化碳。因此，利用微藻制造生物柴油能大量减少二氧化碳排放。此外，微藻还可在光自养培养过程中利用废水中的氮、磷等营养成分而净化各种工业废水和城市生活污水。

目前，微藻产业仍面临诸多瓶颈环节，如藻液密度低，一般藻液密度小于5g/L，采收成本高。据报道，下游脱水技术占微藻炼制成本的20％～30％。现阶段应用于工业化微藻的大规模采收的技术种类有离心、过滤、絮凝等。离心能耗过高，能耗达8～16kWh/kgbiomass；过滤一般仅用于浓缩，浓缩比在5倍以下，且容易形成滤饼，其清除费工费时，其后处理仍需离心；絮凝方法行之有效，一是絮凝物与培养基有效分离，大幅减少后续处理藻液的体积，能够减小藻液体积15～20倍，二是絮凝后的絮凝体密度和颗粒增大，有利于离心或过滤。现阶段的絮凝技术是添加絮凝剂絮凝和阳极损耗电絮凝。用于微藻絮凝采收的絮凝剂，主要有铁铝盐系絮凝剂、有机高分絮凝剂、天然合成絮凝剂和碱性物质共4种。铁铝盐系絮凝剂主要有FeCl₃、AlCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Al₂(SO₄)₃及其衍生物等，并在絮凝后铁铝离子残留于藻泥和培养基中，从而导致藻粉品质的降低和培养基难于重复使用。有机絮凝剂如聚丙酰胺则残留难降解单体，污染环境，已经逐渐被淘汰。阳性淀粉或改性壳聚糖则因造价太高(1.15USD/kgbiomass，Yu-ShenChengetal.2011)而仍不能工业化大规模使用，且在海藻和密度较大的藻液中表现不佳，于海藻中絮凝效率小于80％。碱诱絮凝仍存在一些不足，如絮凝后如Na⁺、Ca²⁺、K⁺等培养基非营养金属离子累积，和主要包含Mg²⁺的营养性离子流失，继而不利于循环使用培养基。而且，絮凝后藻泥中存在的大量盐沉淀或碱沉淀，主要是氢氧化镁和磷酸钙，降低了藻产品质量下降。此外，碱诱絮凝发生的临界pH比较高，或许对细胞壁和内容物有破坏作用，其中，除氢氧化镁絮凝微藻的临界pH值为9.7的外，其他碱类在絮凝微藻时的临界pH值在10.8以上。在淡水藻中，碱诱絮凝往往不能产生较好的絮凝率。原因是在培养后期，镁离子和磷酸根浓度过低，不足以产生充足的絮凝核(Vandamme，etal.2011)。阳极损耗电絮凝技术仍属不成熟阶段，缺陷较多：能耗高，约2～4kWh/kgbiomass；阳极铁/铝板不断腐蚀损耗，继而电极的成本巨大；铁铝盐等絮凝物质进入藻泥中，因而而不能直接应用食品医药和渔业饲料等行业；电絮凝中阳极产生的氯气强烈破坏藻细胞从而降低收率；培养基非营养性金属离子组成发生不可逆变化，不利于培养基的重复利用。因此，开发一种易于工业化、高效低成本、绿色环保，不破坏藻体代谢物的、可循环使用培养基的絮凝装置具有重要应用意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法，在电解作用及膜的选择性透过作用下，在藻液中形成絮凝剂，提高藻液的絮凝率；

本发明的另一个目的是，在电解过程中产生含有微藻培养基基底中矿物质元素的酸液，利用所述酸液对藻泥进行洗涤，提高藻泥的洁净度及品质；

本发明的又一个目的是，提供一种循环利用藻液絮凝后的上清液及藻泥洗涤后的上清液进行微藻培养的方法，提高培养基基底的利用率，降低微藻培养及采收成本。

本发明的技术方案为：

一种膜电絮凝装置，其特征在于，包括：

阳极区，其包括阳电极和双极膜，其中所述双极膜数量为多个，所述多个双极膜环绕设置形成一间隔空间，所述阳电极设置于该间隔空间内，形成所述阳极区；

阴极区，其包括阴电极和阴极膜，其中所述阴电极和阴极膜以一定的间隔或相互贴合的方式平行设置形成阴极，所述阴电极和阳电极分别与电源连接并形成回路；

酸室，所述阴极膜以一定的间隔距离设置于所述阳极区的双极膜周边，形成与阳极区离子连通的环绕阳极区的间隔空间，即为所述酸室。

优选的是，所述的膜电絮凝装置中，所述阳极膜的数量为两个，两个所述阳极膜以一定的间隔平行设置，形成一个呈矩形设置的阳极区；

所述阴极的数量也为两个，两个所述阴极对称布置于所述阳极区的两侧，且所述阴极与双极膜之间设置有一定的间隔距离，形成分布于所述阳极区两侧的两个酸室。

优选的是，所述的膜电絮凝装置中，所述膜电絮凝装置还包括用于支撑所述阴极膜及双极膜的固定框架，所述固定框架设置为与阳极区及酸室相对应的形状与尺寸，所述双极膜及阴极膜的边缘分别与所述固定框架连接固定；

所述固定框架采用惰性材料制备而成，所述惰性材料包括有机玻璃或四氟尼龙。

优选的是，所述的膜电絮凝装置中，所述阴电极采用铁丝网、低碳钢网、不锈钢网或析氢电极网；所述阳电极采用析氧电极网；所述电源为直流电源。

优选的是，所述的膜电絮凝装置中，所述膜电絮凝装置还包括电解液循环系统，所述电解液循环系统包括储液罐、出液管、进液管及循环泵，其中所述出液管及进液管的第一端分别和储液罐内部连通，所述出液管及进液管的第二端分别与所述酸室连通，形成电解液循环通路，所述循环泵设置于所述进液管上，并驱动所述电解液循环通路进行电解液的循环。

优选的是，所述的膜电絮凝装置中，所述电解液循环系统还包括排液管、搅拌器及pH计，其中所述排液管设置于所述储液罐壁并与所述储液罐内部连通，所述排液管上设置有阀门；所述搅拌器的搅拌端设置于所述储液罐内部，所述搅拌器转动形成对储液罐内液体的搅拌；所述pH计的测量端设置于所述储液罐内部。

一种利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将所述膜电絮凝装置置于含有藻液的藻池中，并使所述膜电絮凝装置的上缘高于所述藻液液面5±3cm；在所述阳极区中加入一定浓度的硫酸盐溶液，在所述酸室及储液罐中加入用于微藻培养的培养基基底；

步骤二、打开所述直流电源进行一定时间的电解，在电场力作用下藻液中形成一定量的絮凝剂，关闭直流电源，则在电解产生的絮凝剂诱导下藻液中藻体产生絮凝；同时在电场力作用及阴极膜和阳极膜的选择性透过作用下，在所述酸室中形成酸液，并进入所述电解液循环系统；

步骤三、采收，絮凝进行一定时间后，沉降收集絮凝物并进行离心，得到藻泥；

步骤四、洗涤，将所述电解液循环系统中产生的酸液与所得藻泥混合，进行藻泥的洗涤，经过离心后收集固体沉淀既得洗涤后藻泥。

优选的是，所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法中，可将微藻采收及洗涤过程中产生的上清液混合，并加入一定量的微藻培养所需营养物质制备为微藻培养基，接种微藻种子后进行微藻的培养。

优选的是，所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法中，步骤二中，收集所述阳极区电解产生气体得到氧气；收集藻池中电解产生气体得到氢气；

另外，步骤一中所述硫酸盐溶液及培养基基底的加入量以与藻液液面一致为准。

本发明具有以下有益效果：本发明所述的膜电絮凝装置及利用该装置进行微藻采收的方法中，首先，通过设置由阴极膜和阴电极相连组成的多个阴极，并设置由双极膜构成的阳极区，将多个阴极分别以一定间隔布置在阳极区周边，构成了能够使正负离子选择性透过的膜电絮凝装置，将膜电絮凝装置放置在藻液中，并使阴极与藻液直接接触，电场力作用下使藻液发生还原反应并使其pH值升高，诱导藻液中的钙、镁离子形成絮凝剂，从而使藻液产生碱诱絮凝反应，大大提高了藻液的絮凝率，本发明所述的膜电絮凝装置能够保证在电解结束后2小时絮凝率大于90％，浓缩比大于15倍。

其次，通过在由阴极与构成阳极区的双极膜之间设置酸室，并通过电解液循环系统向酸室内提供并补充电解液，在电场力作用及阴极膜、双极膜的选择性透过作用下，藻液中电离产生的阴离子进入酸室，而阳极区电离产生的氢离子也进入酸室，从而在酸室中合成含有培养基基底中营养金属元素的酸液，可充分利用所形成的酸液进行絮凝所得藻泥的洗涤，一方面提高藻泥的洁净度，且不会破坏藻体代谢物，另一方面可将藻泥中附着的矿物质元素进行回收，使培养基矿物质元素无损耗。同时通过将微藻采收及洗涤过程中的上清液进行收集，并向其中适当补充用于微藻培养的营养元素后，可利用其进行微藻的重复培养，大大降低了微藻培养基采收的成本。

最后，本发明所述膜电絮凝装置的各组成部分易于组装拆卸，且易于放大和改进，无需改动藻池即可投入使用，且适用性广泛，可普遍应用于淡水藻藻液和咸水藻藻液的采收。所用阴、阳电极均耐腐蚀，寿命长，成本低，所用阴极膜及双极膜均廉价易得，电解过程能够产生大量H₂和O₂，对其进行收集可作为副产品抵消部分成本。

附图说明

图1为本发明所述的膜电絮凝装置的结构示意图；

图2为本发明所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。

如图1所示，一种膜电絮凝装置，其中，包括：

阳极区3，其包括阳电极1和双极膜2，其中所述双极膜2数量为多个，所述多个双极膜2环绕设置形成一间隔空间，所述阳电极1设置于该间隔空间内，且双极膜2的阴面面对阳电极1，形成所述阳极区3；

阴极区，其包括阴电极4和阴极膜5，其中所述阴电极4和阴极膜5以一定的间隔或相互贴合的方式平行设置形成阴极，所述阴电极4和阳电极1分别与电源连接并形成回路；

酸室6，所述阴极膜5以一定的间隔距离设置于所述阳极区3的双极膜2周边，形成与阳极区3离子连通的环绕阳极区3的间隔空间，即为所述酸室6，其中，阴极膜5与双极膜2的阳面相对。

将所述膜电絮凝装置放置于藻液中，并在阳极区3中加入一定浓度的硫酸盐溶液，例如0.05～0.2M的硫酸钠溶液或硫酸镁溶液等，在酸室6中加入用于微藻培养的培养基基底，如f/2培养基、TMS-1培养基或CCAP培养基等用的海水，阴极与藻液直接接触，接通电源进行电解，电解过程，阴电极4周围的区域发生氢离子的还原反应，导致藻液pH值上升，而藻液pH值上升则会诱导藻液中钙、镁离子形成絮凝剂，产生碱诱絮凝的效应，进而诱导藻液中藻体发生絮凝，并产生氢气。同时，在电场力的驱使和阴极膜5选择透过性作用下，藻液中的电离产生的包括氯离子和硫酸根离子等阴离子穿过阴极膜5进入所述酸室6，而在电场力作用下，构成阳极区3的双极膜2上发生水分子的电离，并驱使氢离子进入酸室6并与酸室6的阴离子合成形成酸液，也促进酸室6的氢氧根离子进入阳极区3，并在阳极区3形成氧气。从电荷平衡的角度分析，理论上酸室6形成的酸与絮凝的藻液中的碱为等量的，而这一点正是本发明的理论基础，也是膜电絮凝过程和后续藻体洗涤过程、微藻重复培养过程有机结合、可循环往复的理论基础。本发明电解及絮凝过程中不产生传统电絮凝技术所产生的氯气，可完全避免环境污染，且电解过程中产生的氢气和氧气经过收集，可作为副产品抵消部分成本。

所述的膜电絮凝装置中，所述双极膜2的数量为两个，两个所述双极膜2以一定的间隔平行设置，形成一个呈矩形设置的阳极区3；所述阴极的数量也为两个，两个所述阴极对称布置于所述阳极区3的两侧，且所述阴极与双极膜2之间设置有一定的间隔距离，形成分布于所述阳极区3两侧的两个酸室6。所述阴电极4和阴极膜5之间的间隔距离不宜太大，可通过夹制的方式将其固定在一起，并使其表面贴合。

所述的膜电絮凝装置中，所述膜电絮凝装置还包括用于支撑所述阴极膜5及双极膜2的固定框架，所述固定框架设置为与阳极区3及酸室6相对应的形状与尺寸，所述双极膜2及阴极膜5的边缘分别与所述固定框架连接固定；所述固定框架采用惰性材料制备而成，所述惰性材料包括有机玻璃或四氟尼龙。可通过夹制的方式分别将双极膜2、阴极膜5及阴电极4的边缘固定在所述固定框架上，形成具有一定结构强度的空间结构。

所述的膜电絮凝装置中，所述阴电极4采用铁丝网、低碳钢网、不锈钢网或析氢电极网，所述阳电极1采用析氧电极网，这两类电极均耐腐蚀，电解性能稳定，一次投资，长期使用，成本较低，并使得阳极区3不再氧化藻细胞，而使酸室6里产生酸液。

所述电源为直流电源，直流电源的输出功率及电压电流等参数根据藻池的尺寸及藻液量的多少进行适当调整。

所述的膜电絮凝装置中，所述膜电絮凝装置还包括电解液循环系统，所述电解液循环系统包括储液罐8、出液管9、进液管10及循环泵11，其中所述出液管9及进液管10的第一端分别和储液罐8内部连通，所述出液管9及进液管10的第二端分别与所述酸室6连通，形成电解液循环通路，所述循环泵11设置于所述进液管10上，并驱动所述电解液循环通路进行电解液的循环。可将培养基基底灌入酸室6，同时亦灌入储液灌8中，利用循环泵11的驱动使酸室6和储液罐8形成电解液的循环，并通过排放储液8罐释放酸液或通过电解液循环系统进行酸液补充，至藻体全部絮凝为止。

所述的膜电絮凝装置中，所述电解液循环系统还包括排液管12、搅拌器13及pH计14，其中所述排液管13设置于所述储液罐8壁并与所述储液罐8内部连通，所述排液管12上设置有阀门15；所述搅拌器13的搅拌端设置于所述储液罐8内部，所述搅拌器13转动形成对储液罐8内液体的搅拌；所述pH计14的测量端设置于所述储液罐8内部。电解过程中，可通过判断储液灌8中pH计14的数值来判断电絮凝反应程度，通过阀门15进行电解液的排放，并通过搅拌器13对电解液进行搅拌均质。

如图2所示，一种利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法，其中，包括以下步骤：

步骤一、将所述膜电絮凝装置置于含有藻液的藻池7中，并使所述膜电絮凝装置的上缘高于所述藻液液面5±3cm；在所述阳极区3中加入一定浓度的硫酸盐溶液，在所述酸室6及储液罐8中加入用于微藻培养的培养基基底，所加硫酸盐溶液和培养基基底的量为与藻液液面一致为准；

步骤二、打开所述直流电源一定的时间进行电解，在电场力作用下藻液中形成一定量的絮凝剂，关闭直流电源，则在电解产生的絮凝剂诱导下藻液中藻体产生絮凝；同时在电场力作用及阴极膜5和双极膜2的选择性透过作用下，在所述酸室6中形成酸液，并进入所述电解液循环系统，可通过储液罐8排液管12将酸液进行排放，并用于后续的洗涤步骤中；

步骤三、采收，絮凝进行一定时间后，沉降收集絮凝物并进行离心，得到藻泥；沉降可将经过絮凝的藻液注入沉降池中进行，经过2～6h静置分层后，收集下层絮凝物进行离心，可通过8000-10000rpm离心5-10min，或采用工业离心机连续离心，得到经过预浓缩的藻泥，此时的藻泥中的藻体表面附着有絮凝剂，并含有大量培养基中的矿物质元素。将离心操作设计在与酸液进行混合之前是利用絮凝藻体极易离心的便利，降低能耗。

步骤四、洗涤，将所述电解液循环系统中产生的酸液与所得藻泥混合，进行藻泥的洗涤，经过8000-10000rpm离心5-10min，或采用工业离心机连续离心后收集固体沉淀既得洗涤后藻泥。排放电解液循环系统中的酸液可得足够的洗涤用酸液，该酸液用于洗涤附着于藻体表面的絮凝剂及矿物质元素，经酸液洗涤后，得到藻体与溶解有大量镁盐的混合物，经过进一步的离心，则完成藻体的洗涤，收获洁净藻泥，同时可将微藻培养基中的大部分矿物质元素进行回收，进行微藻的重复培养，大幅度降低生产成本。

所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法中，可将微藻采收及洗涤过程中产生的上清液混合，并加入一定量的微藻培养所需营养物质制备为微藻培养基，接种微藻种子后进行微藻的培养。将对微藻进行沉降及离心所得上清液，和微藻洗涤后离心所得上清液合并，从理论上不发生矿物质元素的浓度变化和组成变化，即水的电解和酸液洗涤藻泥为一对逆反应，因此经过补充适当的营养物质和新鲜微藻种子等重复培养操作后，可实现微藻的重复培养，进而进入下一循环的电絮凝操作。所补充的营养物质根据所培养不同的微藻所需的培养基也有不同，可将合并后的上清液作为基底培养基，根据所培养微藻的种类选择性添加所需养分。

所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法中，步骤二中，收集所述阳极区3电解产生气体得到氧气；收集藻池7中电解产生气体得到氢气，对其进行收集可作为副产品抵消部分成本。

另外，步骤一中所述硫酸盐溶液及培养基基底的加入量以与藻液液面一致为准。

所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法中，步骤二中电解时间为12-30min，电解时间、电流强度及电压强弱均会对絮凝率及沉降速率造成影响，不同电流强度、电解时间对絮凝率及沉降速率的影响如表1-5所示；步骤三中絮凝时间为2-6h，试验表明，电解结束后2h絮凝率大于90％，6h后絮凝率大于95％，沉降速率大于20cm/h，浓缩比大于或等于15倍，絮凝能耗在0.5kWH/kgbiomass左右。

实施例1

1L规模的微藻膜电絮凝采收

材料与方法：本实施例所用的膜电絮凝装置依照图1及图2而制定。采用有机玻璃制备固定框架。成品外尺寸为：17*4*14cm(长*宽*高)。将该装置置入内尺寸为13.5*6.5*17.5(长*宽*高)的藻池7。阳极区3内放置100mL0.1MNa₂SO4溶液；酸室6内放置50mL盐度3％的人工海水。藻池7内放置1LNannochloropsisoculata藻液，藻液生物量约为1.4g/biomass。以不锈钢网为阴电极4，以DSE析氧电极为阳电极1。以0.5A恒流电解分别10min、15min、20min、25min、30min、35min，电解结束后将藻液置入500mL的量筒。经过静置2小时后，测定浓缩率(CR)、絮凝率(FR)及电压值。同理，以同等电量下调整电流分别为1、1.5、2、2.5A等电流值，各进行不同时间同等电量的电解实验。

结果与分析：如表1、表2及表3所示，可知随着电量的增加，各电流组的絮凝率逐渐增加，但在达到一定电量后，增幅不大。显然，对于0.5A组，较合理的电量为0.208Ah，即电解25min；而1A～2.5A组的合理电量为0.166Ah。此条件下，0.5～2.5Ah组别的最佳能耗依次为1.17、1.29、1.33、1.56、1.70Wh/gbiomass如表3所示，此时，絮凝率约85％，浓缩率在16～22倍之间，如表2所示。

表1不同电流下各电量组别引起的絮凝率比较

表2不同电流下各电量组别引起的浓缩率比较

表3不同电流下各电量组别引起的能耗比较

此外，从表4中可以判断，酸室6的pH值在逐渐电解的过程中，会明显酸化，符合本发明的设计效果，即酸室6中的液体可用于洗涤藻泥。

表4不同电流下酸室的pH比较

结论：1L膜电絮凝装置可有效采收微藻，能耗为1.2Wh/gbiomass，絮凝率大于90％，浓缩率为15倍以上。

实施例2

150L跑道池规模的微藻膜电絮凝采收

材料与方法：如同实施例1的方法制作膜电絮凝装置，外形尺寸为：30*5*20cm(长*宽*高)。将该装置置入跑道池藻池7，且与水流径向平行。阳极区3中放置0.1MNa2SO4溶液，至与藻液液面同高为止；酸室6中放置盐度3％的人工海水至与藻液液面同高为止。藻池7中为Nannochloropsisoculata藻液，藻液生物量约为1.4g/biomass。以不锈钢网为阴电极4，以DSE析氧电极为阳电极1。以10A恒流分别电解20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min，结束后将电解后藻液置入500mL的量筒。静置2小时后，测定浓缩率(CR)、絮凝率(FR)，结果如表5所示。

表510A电流处理150LN.oculata跑道池随时间的絮凝表现

结果与分析：

由表5可见，随着时间的增加，电压保持稳定，絮凝率增加，浓缩率减小。较佳的处理时间为140分钟。此时，消耗电量为0.155Ah/L，能耗为0.866Wh/gbiomass。各参数之间符合1L体系的规律。但进步之处在于，耗电量减少，即从0.166Ah降至0.155Ah；能耗减小，即从1.5Wh/gbiomass降至0.866Wh/gbiomas。

结论：150L膜电絮凝装置可有效采收微藻，能耗为0.866Wh/gbiomass，絮凝率大于90％，浓缩率为15倍以上。由此可见，膜电絮凝具备工业放大的现实可行性。

实施例3膜电絮凝装置对藻体的洗涤效果

材料与方法：

如同实施例1，以1L规模的微藻膜电絮凝采收N.oculata。以不锈钢网为阴电极4，以DSE析氧电极为阳电极1，以2A恒电流分别电解5min、10min、15min，1L藻液该过程电压稳定在9.9～10.5之间。电解结束后，测定各部分pH。然后，将酸室6液体和藻液混合，另一组不混合，10000rpm离心6min，取上清液，通过EDTA.2Na滴定法测定钙、镁离子浓度和pH。同样，分别取洗涤与不洗涤两种不同处理的藻泥进行色素浓度测定，并进行油脂提取和测定。以丙酮-超声波法破碎经不同处理的藻泥，然后10000rpm离心10min得上清液，以分光光度计测定其叶绿素和类胡萝卜素含量。以氯仿甲醇法提油脂，以差重的方法测定油脂含量，测定结果如表6所示。

表6各部分液体的pH比较

结果与分析：

表6数据表明，膜电絮凝可在絮凝完成后，可使培养基pH值回复适培养范围，显然这个数据复合本发明的设计效果。

表7不同处理下藻液的钙、镁离子浓度

表7数据表明，藻泥中的钙、镁絮凝物被酸液洗出，进而藻泥更为干净，且培养基的钙、镁离子得到补充。补充后的钙、镁离子浓度和人工海水的钙、镁离子浓度一致，其中钙离子2～3mM，镁离子16～18mM。

表8不同处理下藻体各代谢物含量

注：“-”表示不经过酸液洗涤的絮凝藻泥组别；“+”表示经过洗涤的藻泥组别；5～15表示膜电絮凝电解时间，0为不经絮凝处理的藻液经离心而得的藻泥。

表8的数据表明，藻泥中的钙、镁絮凝物被酸液洗出，进而藻泥更为干净，且各种代谢物在洗涤过程中并无损失，其含量与不经絮凝处理的藻液经离心而得的藻泥对照组别，及不经过酸液洗涤的絮凝藻泥对照组别并无显著性差异。

结论：利用本发明所述的膜电絮凝装置絮凝微藻，可利用其产生的酸液完成絮凝藻体的洗涤，可保证能够培养基的矿质离子在整个采收过程、洗涤过程、重复培养过程中不损耗，从而保证该发明可以绿色环保地采收微藻。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法，其中，所述膜电絮凝装置包括：阳极区，其包括阳电极和双极膜，其中所述双极膜数量为多个，所述多个双极膜环绕设置形成一间隔空间，所述阳电极设置于该间隔空间内，形成所述阳极区；阴极，其包括阴电极和阴极膜，其中所述阴电极和阴极膜以一定的间隔或相互贴合的方式平行设置形成阴极，所述阴电极和阳电极分别与电源连接并形成回路，所述电源为直流电源；酸室，所述阴极膜以一定的间隔距离设置于所述阳极区的双极膜周边，形成与阳极区离子连通的环绕阳极区的间隔空间，即为所述酸室；电解液循环系统，其包括储液罐、出液管、进液管及循环泵，其中所述出液管及进液管的第一端分别和储液罐内部连通，所述出液管及进液管的第二端分别与所述酸室连通，形成电解液循环通路，所述循环泵设置于所述进液管上，并驱动所述电解液循环通路进行电解液的循环；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将所述膜电絮凝装置置于含有藻液的藻池中，并使所述膜电絮凝装置的上缘高于藻液液面5±3cm；在所述阳极区中加入硫酸盐溶液，在所述酸室及储液罐中加入用于微藻培养的培养基基底；

步骤二、打开所述直流电源进行电解，在电场力作用下藻液中形成一定量的絮凝剂，关闭直流电源，则在电解产生的絮凝剂诱导下藻液中藻体产生絮凝；同时在电场力作用及阴极膜和阳极膜的选择性透过作用下，在所述酸室中形成酸液，并进入所述电解液循环系统；

步骤三、采收，絮凝进行一定时间后，沉降收集絮凝物并进行离心，得到藻泥；

步骤四、洗涤，将所述电解液循环系统中产生的酸液与所得藻泥混合，进行藻泥的洗涤，经过离心后收集固体沉淀既得洗涤后藻泥。

2.如权利要求1所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法，其特征在于，可将微藻采收及洗涤过程中产生的上清液混合，并加入一定量的微藻培养所需营养物质制备为微藻培养基，接种微藻种子后进行微藻的培养。

3.如权利要求1所述的利用膜电絮凝装置进行微藻采收的方法，其特征在于，步骤二中，收集所述阳极区电解产生气体得到氧气；收集藻池中电解产生气体得到氢气；

另外，步骤一中所述硫酸盐溶液及培养基基底的加入量以与藻液液面一致为准。