CN104768877A - 使用两阶段过程来采收且脱水藻类 - Google Patents

Abstract

本发明总体涉及用于使用两阶段方法来采收藻类的设备。该两阶段方法包括絮凝阶段和脱水阶段。絮凝阶段在第一阶段絮凝箱内实施，在第一阶段絮凝箱中，悬浮在生长介质内的藻类絮凝。絮凝的藻类然后被馈送到第二阶段絮凝箱，在第二阶段絮凝箱中，使用电极来产生氢气泡和氧气泡，该氢气泡和氧气泡附接到絮凝的藻类从而导致絮凝的藻类浮起到表面。然后能够从生长介质的表面撇去浮起的藻类的覆层。

Description

使用两阶段过程来采收且脱水藻类

背景技术

在若干工业中存在将材料从液体悬浮液分离的历史，包括废水处理工业和藻类养殖工业。在实现分离中所涉及的过程可随期望的最终结果而变化。例如，在废水处理工业中，期望结果通常是可释放到环境中的处理水。相比之下，在藻类养殖工业中，主要的期望结果可能是采收用于发电的可用生物质。

在废水处理工业中存在电絮凝的长的历史。已发现电絮凝在治理的第二阶段中是从流体分离固体的有效方法。此废水流含有所有类型的有机材料，且藻类被认为是由于通常在废水流中的高氮浓度而生成的营养物。因此，在移除藻类中的努力通常不包括保存物质的完整性以用于例如制药或其它高值饲料的进一步使用。

在通常使用在废水处理中的电絮凝中，添加金属离子或阳离子，以通过造成基质的导电性来改进絮凝。如下的阳离子具有比H+更低的电极电势，且因此被考虑为适合于用作这些过程中的电解质阳离子：Li+，Rb+，K+，Cs+，Ba2+，Sr2+，Ca2+，Na+和Mg2+(经常使用钠和锂，因为它们形成了不昂贵的盐)。其它金属与电絮凝组合使用，以辅助从废水沉淀固体，例如离子氧化物和其它氧化剂。这些金属在将从溶液中沉淀固体方面极为有效；然而，它们使产品和水自身因无机化合物而污染，该无机化合物必须在第三废水处理阶段被移除或另外地处理。

实际上，废水系统使用的用于电絮凝的电流非常低，通常在1安培以下，因为过程在大池中执行和/或与对于废水处理厂典型的大的流体流量相结合地进行，所述流体流量可为每天数百万加仑。由于车间的横向尺寸和欧姆定律(I＝V/R)、过程的电流要求和尺度，所以长时间利用高能电絮凝系统是不实际的。此外，在高电流下，长时间运行的电解质板的恶化和结垢使得在高电流下无法有效地使用此技术。废水流动的导电性因此必须通过以上所述的金属离子增强，以降低能量要求并使得该过程可实行。

在藻类产品养殖和采收中，考虑因素是相反的，因为在悬浮液中的生物质被认为是其质量必须保持的有用物，且使用金属使产品不可逆地被污染。用于对悬浮液内的藻类进行脱水的大多数方法因此包括离心、膜过滤、空气干燥，而带有可能的化学处理和除污。

用于将藻类脱水的一个方法已知为溶气气浮(Dissolved AirFlotation)(DAF)。通常，此絮凝方法涉及在带有从泵或涡旋器生成的空气帘的串联装置(tandem)中的使用凝结剂、乳化剂或其它化学品。虽然该方法一般从能量的观点比离心方法更有效，但其固有缺点是要求化学品和独立的箱。此外，DAF系统作为连续系统的有效性由于在反应器内作为湍流源的气泡的产生而被削减。对此问题的解决方法是增加漂浮的尺寸，这导致越来越大的占地位置。

另外，在脱水中使用化学品通常防止或限制了生长水的再利用。所涉及的在2011年10月14日提交的且名为用于对藻类细胞进行脱水、絮凝和采收的系统、方法和设备(Systems,Methods and Apparatuese forDewatering,Flocculating,and Harvesting Algae Cells)的有关现有申请No.13/274,094在此通过引用合并，该申请公开了电磁絮凝系统的一些形式。此申请关注于细胞裂解为最终产品。

例如藻类的微生物和微生物的细胞内产品的采收显示了作为对于化石燃料衍生物的部分或完全替代物的可能性，或作为在制造例如药品、化妆品、工业产品、生物燃料、合成油料、动物饲料和化肥等产品中所使用的化学品的可能性。然而，为使得这些替代物变得可行，用于采收细胞的方法，包括回收和处理细胞内产品的步骤必须是有效的且成本有效的，以与和化石燃料衍生物相关的精炼费用可竞争。当前用于采收例如藻类的微生物的提取方法是费力的且产生低的能量收益，从而使其对于目前的替代的能量需求是不可行的。这样的现有方法也可能产生大量的碳足迹，从而加剧全球变暖和其它环境问题。这些现有方法当进一步规模加大时产生了甚至更大的效率损失，这是由于细胞内成分的降级，且比目前从微生物采收经济上可行的情况要求更大的能量或化学输入。例如，每加仑微生物生物燃料的成本目前大致为化石燃料成本的九倍。

所有活细胞、原核生物和真核生物具有封闭了其内部成分且用作相对于外侧环境的半多孔屏障的细胞质跨膜。跨膜作为边界起作用，从而将细胞成分保持在一起，且保持外部物质不进入。根据已知为流体马赛克模型的所接受的当前原理(S.J.Singer and G.Nicolson,1972，在此通过引用合并)，细胞质膜包括两层(双层)脂质，在所有细胞内发现的油性的或蜡质的物质。在双层内的脂质的大部分可更精确地描述为磷脂，即，其特征是在每个分子的一端处的硫酸盐基。

在细胞质膜的磷脂双层中潜入了许多不同的有用的蛋白质，而其它类型的矿物蛋白质简单地附着到双层的表面。这些蛋白质的一些，主要是至少部分地在膜的外侧上暴露的那些蛋白质，附接有碳水化合物，且因此称为糖蛋白。蛋白质沿内部细胞质膜的定位部分地涉及有助于将其铆钉到位的包括细胞骨架的丝的阻止。此蛋白质的布置也涉及细胞的亲水性和疏水性区域。

细胞外提取方法可取决于所涉及的有机体的类型、其希望的内部组分(多个内部组分)及其纯度水平而变化很大。然而，一旦细胞已破裂，则这些有用的组分被释放且典型地悬浮在用于容纳活微生物生物质的液体介质中，从而使得这些有用物质的采收困难或高耗能。

在大多数当前的从藻类采收细胞内产品的方法中，必须执行脱水过程以从液体介质或从生物质废物(细胞物质和碎屑)分开和采收有用的组分。当前的过程由于要求使液体蒸发的时间段或要求用于干燥液体介质的能量输入或由于需要化学输入以用于物质分离而是低效的。另外，这样的过程通常限制于分批处理且难以适于连续处理系统。

因此，存在对于对例如藻类的微生物进行脱水，使得所述微生物可被采收且其细胞内产品可被回收且用作制造工业产品所要求的化石燃料衍生物的价格上有竞争力的替代物的简单且有效的过程的需求。

发明内容

本发明总体涉及使用两阶段方法来采收藻类的设备。该两阶段方法包括絮凝阶段和脱水阶段。絮凝阶段在第一阶段絮凝箱内执行，在第一阶段絮凝箱中，使悬浮在生长介质内的藻类絮凝。絮凝的藻类然后被馈送到第二阶段浮箱，在第二阶段气浮箱中，电极用于生产氢气泡和氧气泡，所述氢气泡和氧气泡附接到絮凝的藻类上，从而导致絮凝的藻类浮起到表面。然后能够从生长介质的表面撇去浮起的藻类的覆层(mat)。

在一个实施例中，本发明实施为使用两阶段过程来采收藻类的设备。该设备包括絮凝箱，两阶段过程的第一阶段在絮凝箱中发生。絮凝箱包括用于在含有悬浮藻类的生长介质内产生电场的反应器管，所述电场导致藻类絮凝。该设备还包括气浮箱，两阶段过程的第二阶段在气浮箱中发生。气浮箱包括含有多个电极的箱，所述多个电极导致气泡的形成，所述气泡附接到絮凝的藻类并将絮凝的藻类提升到生长介质的表面。气浮箱被连接到絮凝箱以允许絮凝的藻类从絮凝箱流动到气浮箱中。

在另一个实施例中，本发明实施为使用两阶段过程来采收藻类的方法。含有悬浮藻类的生长介质被供应到絮凝箱中。絮凝箱包括用于在生长介质内产生电场的反应器管，所述电场导致藻类絮凝。含有絮凝的藻类的生长介质被转移到气浮箱中。气浮箱包括含有多个电极的箱，所述多个电极导致气泡的形成，所述气泡附接到絮凝的藻类并将絮凝的藻类提升到生长介质的表面。浮起的藻类然后被从生长介质的表面移除。

在另一个实施例中，本发明实施为用于从流体移除氨的设备。该设备包括用于在含有氨的流体内产生电场的反应器管。该反应器管包括阴极和阳极，阳极包括钛钌合金。当产生电场时，阳极导致在流体内产生游离氯，从而导致将氨氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。该设备还包括被连接到反应器管的气浮箱。该气浮箱包括含有多个电极的箱，所述电极导致气泡的形成。

提供此发明内容以介绍在简单的形式中的概念的选择，所述概念在下文中在具体实施方式中进一步详述。此发明内容不意图于给出所要求保护的主题的特征或关键特征。

本发明的另外的特征和优势将在随后的描述中阐明，且部分地将从描述中显见，或可通过本发明的实践而学习到。本发明的特征和优势可通过在所附权利要求中特别地指出的设备和组合实现和获得。本发明的这些和其它特征将从如下的描述和所附权利要求中更完整地显见，或可通过如在后文中阐明的本发明的实践而学习到。

附图说明

为描述其中可获得以上所述的和其它的本发明的优点和特征的方式，以上简述的本发明的更具体的描述将通过参考本发明的在附图中图示的特定的实施例进行。理解到，这些附图仅描绘了本发明的典型的实施例，且因此不被认为是限制本发明的范围，因此本发明将使用另外的具体性和细节通过使用附图而描述和解释，其中：

图1A示意了具有第一阶段絮凝箱和第二阶段气浮箱的两阶段藻类采收设备；

图1B示意了在第二阶段气浮箱内的多种可能的电极构造的侧视图；

图1C示意了第一阶段絮凝箱的侧视图；

图2A示意了当填充有含有悬浮藻类的生长介质时的第一阶段絮凝箱；

图2B示意了当藻类以分批模式絮凝时的第一阶段絮凝箱；

图2C示意了当藻类以连续流动模式絮凝时的第一阶段絮凝箱；

图3A至图3D示意了在第二阶段气浮箱内执行的使用氢气泡以将絮凝的藻类浮起到表面来执行的絮凝的藻类的脱水过程；并且

图4示意了根据本发明的一个或多个实施例的两阶段藻类采收设备的实际实施。

具体实施方式

本发明总体涉及使用两阶段方法来采收藻类的设备。该两阶段方法包括絮凝阶段和脱水阶段。絮凝阶段在第一阶段絮凝箱内执行，其中悬浮在生长介质内的藻类被絮凝。絮凝的藻类然后被馈送到第二阶段气浮箱，其中使用电极来产生氢气泡和氧气泡，该氢气泡和氧气泡附接到絮凝的藻类，从而导致絮凝的藻类浮起到表面。浮起的藻类的覆层然后能够从生长介质的表面撇去。

以此方式采收的藻类不具有在其它藻类采收方法中经常要求的有害物质。另外，因为在该两阶段过程中不使用有害物质，所以富营养的生长介质可在随后的藻类采收中再利用。

本发明的设备能够被构造为多种尺寸。然而，在许多实施例中，设备能够被定尺寸使得其相对可便携以允许其在几乎任何位置的使用。以此方式，许多实体可使用该设备来生产藻类生物质，而不要求在其它采收方法中经常要求的大面积的地面和/或大量的电力。

图1A示意了使用两阶段方法来采收藻类的设备100的示例构造。设备100包括两个主要部件：第一阶段絮凝箱101和第二阶段气浮箱102。

含有悬浮藻类的生长介质被输入到第一阶段絮凝箱101中。该生长介质可通过几乎任何方式获得。例如，用于在水中生长藻类的专用单元能够连接到第一阶段絮凝箱101，或者另外地获得的生长介质能够直接供应至第一阶段絮凝箱101。

悬浮藻类在第一阶段絮凝箱101内被絮凝(即，使其形成团块)。此絮凝能够使用由电极所产生的电流而导致，如将在下文中详述。一旦藻类絮凝到期望程度，则含有悬浮藻类的生长介质被馈送到第二阶段气浮箱102。

第二阶段气浮箱102产生气泡(例如，氢气泡和氧气泡)，所述气泡上升穿过生长介质。在上升的同时，气泡附接到絮凝的藻类，并将絮凝的藻类提升到表面。此过程导致在生长介质的表面处形成的藻类的覆层。最终，能够使用输送器115和116收集藻类，如将在下文中进一步描述。

图4图示了根据本发明的一个或多个实施例的设备的实际实施。

第一阶段絮凝箱

如在图1A中所示，絮凝箱101包括两个主要部件：由外圆筒(例如，封闭的管道或管)形成的阴极105；和由容纳在外圆筒内的内圆筒(例如，管道或其它封闭的圆筒形状)形成的阳极。因此，生长介质如图1A中的箭头所示在阴极105和阳极106之间流动。也能够使用圆筒形以外的其它形状，只要在两个部件之间形成流体路径即可。在一些实施例中，多个内圆筒能够用于阳极106。在一些实施例中，与生长介质接触的阴极105和阳极106的表面能够包括沟槽(例如，槽线)，所述沟槽可降低在表面上的聚积的发生。

图1C示意了絮凝箱101的横截面侧视图。如所示出，在阳极105和阳极106之间存在空间，生长介质流动通过所述空间。在一些实施例中，该空间的宽度能够在0.5mm至200mm之间。电压被施加到阴极105和阳极106中的每个，以致使电流通过生长介质。该电流导致在生长介质中的悬浮藻类絮凝(即，团簇在一起)。在一些实施例中，当藻类通过絮凝箱101时，细胞暴露于磁场从而导致细胞对齐，并且暴露于电场，所述电场引起细胞电流吸收。这些作用能够导致细胞絮凝。

图2A至图2C示意了此絮凝如何能够发生。如所示，含有悬浮藻类的生长介质的源210被连接到絮凝箱101。替代地，生长介质能够被人工地供应到絮凝箱101。在图2A中的阴影指示了藻类最初悬浮在生长介质中。

图2B图示了其中生长介质以分批模式被处理的情形。在分批模式中，絮凝箱101最初填充有含有悬浮藻类的生长介质。生长介质然后经受由阴极105和阳极106产生的电场，直至期望程度的絮凝已经发生。在一些实施例中，絮凝的藻类的尺寸能够在1mm至4mm之间。然后，将带有絮凝的藻类的生长介质转移到第二阶段气浮箱102。因此，图2B示意了絮凝箱101内的生长介质含有即将被转移到气浮箱102的藻类的团块。

相比之下，图2C示意了其中以连续流动模式处理生长介质的情形。在连续流动模式中，藻类能够以与在分批模式中相同的方式(例如，通过将电流施加到生长介质)絮凝。然而，生长介质能够以合适的流量连续地流动到絮凝箱中，使得在生长介质到达絮凝箱的相对端时，藻类已经充分地絮凝。这在图2C中示出，其中在左端处的生长介质具有与在源210中的生长介质的絮凝程度类似的絮凝程度，且絮凝程度朝向右端增加。

与用于藻类絮凝的模式无关地，絮凝箱101能够构造为带有控制器，用于自动地确定合适的设定，以保证藻类在离开絮凝箱101前充分地絮凝。例如，在分批模式中，絮凝箱101能够自动确定处理生长介质的合适持续时间或施加到阴极105和阳极106的合适电压水平。类似地，在连续流动模式中，絮凝箱101能够自动确定合适流速和施加到阴极105和阳极106的合适电压水平。

在至少一个实施例中，通过絮凝箱101的流量能够是对于每毫升体积0.1毫升/秒。然而，在其它实施例中，流速是对于每毫升体积至少0.5毫升/秒或是对于每毫升体积至少1.0毫升/秒。在再其它的实施例中，通过体积的流量是对于每毫升体积至少1.5毫升/秒。在又另一个实施例中，通过体积的流量对于每毫升体积超过1.5毫升/秒。在至少一个另外的实施例中，能够通过控制压力来控制流量，使用泵或其它合适的流体流动机械装置来控制压力。

在一些实施例中，所供应的电压能够重复地脉冲开关以导致藻类细胞的膨胀和松弛。根据此实施例，电压能够更高且峰值安培数较低，而平均安培数维持相对低。在此实施例中，此条件或受控的情形降低了用于运行设备的能量要求且降低了在阳极和阴极对上的损耗。在至少一个实施例中，脉冲频率为至少大约500Hz、1kHz、2kHz或30kHz。在其它实施例中，频率小于200kHz、80kHz、50kHz、30kHz、5kHz或2kHz。脉冲频率的范围根据多种实施例能够是前述最大和最小频率的任何组合。

在一些实施例中，电脉冲以特定频率重复以造成电磁场以及在电极之间的电能传输。根据某些实施例，当此脉冲电传输发生时，产生了电磁场，从而导致藻类细胞由于其极性而延长。根据另外的实施例，悬浮藻类吸收电输入，这导致内部细胞组分及其液体物质尺寸膨胀。在此实施例中，且由于膨胀，内部压力施加在跨膜上，然而，根据某些实施例，此内部膨胀被认为仅是瞬时的，因为膨胀在脉冲电输入的关断频率阶段期间解除。如上所述，在一些实施例中，开关电频率的迅速重复将组分重新布置且造成和/或增加了藻类细胞中的极性区域。在一些实施例中，连续的频率输入进一步产生了由于膨胀的内部组分增大导致的内部压力，这最终造成了磁性/静电吸引，从而导致被处理的细胞凝结/絮凝。

虽然此说明书主要描述了第一阶段使得藻类细胞在絮凝处理期间完好无损，但也能够在絮凝期间使藻类细胞裂解(lyse)。例如，通过改变施加到阴极105和阳极106的电压水平/频率和/或改变藻类细胞经受在阴极105和阳极106之间形成的电流的时间，藻类细胞能够被裂解，以因此释放藻类细胞的内部成分。因此，在一些实施例中，设备100能够用于将藻类细胞裂解、絮凝和脱水。

第二阶段气浮箱

一旦藻类在生长介质中被絮凝，生长介质被转移到气浮箱102。能够使用电极将电场施加到气浮箱102内的生长介质。电场增加了在溶剂和溶质之间的界面电势，并产生微尺寸的氢气泡和氧气泡，所述氢气泡和氧气泡将絮凝的藻类提升到表面。藻类在表面处形成覆层，从而允许容易地移除藻类。藻类的覆层还包括大量的氢气和氧气。藻类能够此气体存在的情况下被使用，或能够执行另外的下游过程来回收气体。例如，气体可被回收并用于对设备100供能，从而最小化使用设备100的能量要求。

再次参考图1A，气浮箱102包括阴极板111和一系列的堆叠的阳极112和阳极113杆。图1B示意了能够在气浮箱102内使用的电极的其它构造的侧视图。例如，在图1B的左上角处示出了在图1中描绘的构造。在一些实施例中，板能够作为杆的替代使用。

能够使用电极的多种其它构造。例如，单个阴极和单个阳极、两个阴极和单个阳极、单个阴极和两个阳极、两个阴极和两个阴极或包括一个或多个阴极和一个或多个阳极的其它构造。

如在图1B中所示，一些实施例提供了二乘三的电极布置，其带有两个竖直的三电极列。顶行和底行电极能够是阴极，且中间行电极能够包括两个阳极。也能够在气浮箱102的实施例中使用多种其它这样的阳极-阴极构造。总体上，主要取决于气浮箱102的尺寸，能够使用1至20个阳极和1至20个阴极的组合。

气浮箱102还包括(具有耙115a和115b的)输送器115和输送器116，所述输送器用于从气浮箱102移除藻类细胞并将其移除到收集器114中，如将在下文中进一步描述。还能够使用现有技术中已知的用于从生长介质的表面移除藻类的其它装置。

图3A至图3D示意了气浮箱102以提供絮凝的藻类如何能够浮起到表面的示例。图3A示意了当含有絮凝的藻类的生长介质进入到气浮箱102中时的气浮箱102的状态。如上所述，用于从生长介质分离藻类的现有方法是困难、昂贵的，且经常对于藻类有害，使这些方法不适合于回收旨在用于特定目的藻类。相比之下，本发明提供了用于回收藻类细胞的简单且安全的过程。此过程包括使用电极111、112，且在一些情况中电极113，将电场施加到生长介质。

图3C示意了在絮凝的藻类细胞已经浮起到表面之后的气浮箱102的状态。图3C也示意了在浮起的团块下方的剩余的生长介质大体上是清的，以指示此过程在从生长介质分离藻类方面是高度有效的。富集营养的生长介质然后能够被再利用。

最后，图3D示意了浮起的藻类细胞如何能够被移除。如所示的，此移除能够使用耙115a、116a执行，所述耙在生长介质的表面上方旋转以将藻类细胞耙向输送器116。输送器116旋转，以将耙取的藻类细胞转移到收集器114，在所述收集器114处可回收所述藻类细胞以用于进一步的处理。因此，该过程产生了能够容易地被运输和使用的高度脱水的生物质。

图3A至图3D总体示意了分批执行的过程(即，全部生长介质在任何新的藻类细胞添加之前被完全絮凝)。然而，在一些实施例中，此过程能够连续地执行，例如通过定时地添加新的含有絮凝的藻类的生长介质来进行。

能够通过策略地将电极靠近彼此放置而促进气泡形成。例如，在一些实施例中，阴极(多个阴极)和阳极(多个阳极)间隔开大约0.1英寸至36英寸之间，大约0.2英寸至大约24英寸之间，大约0.5英寸至大约12英寸之间，大约0.5英寸至大约6英寸之间，大约3英寸至大约8英寸之间，大约1英寸至大约3英寸之间，或间隔为这些范围或所述这些范围内的值的变化或组合。间隔的比可取决于生长介质的导电性和/或施加到电极的功率水平。例如，生长介质含盐越多或导电性越高，则产生氢和/或氧所要求的间隙就越小。在一些实施例中，将两个或多个阴极靠近单个阳极放置能够增加围绕阳极的湍流，从而造成增强的混合效应，该增强的混合效应能够有助于聚集和提升藻类细胞。

能够施加大约1伏特至大约30伏特之间、大约1伏特至大约24伏特之间、大约2伏特至大约18伏特之间、大约2伏特至大约12伏特之间的或这些范围内的组合和中间范围的运行电压。例如，可施加大约4伏特、6伏特、8伏特、10伏特、12伏特、14伏特、16伏特、18伏特、20伏特、22伏特、24伏特、26伏特、28伏特、30伏特的电压和/或这些电压的组合或包括这些电压的范围。安培数可变化，且一般为大约1A至大约20A，大约2A至大约15A，或这些范围内的组合或中间范围。取决于生长介质的密度及其相对导电性，实际的电流可合理地变化。

在一些构造中，能够期望的是向电极提供脉冲电力。为了脉冲电力，脉冲频率能够变化，并且占空因数能够变化。在此方面，术语占空因数指的是每个电力循环的开启和关闭部分的相对长度，且可例如表达为循环的开启部分的持续时间对循环的总时间的比，或循环的开启部分的持续时间对循环的关闭部分的持续时间的比，或通过陈述开启和关闭持续时间或通过陈述衰退(wither)开启或关闭持续时间和总循环持续时间来表达。除非另外地陈述或从上下文显见，占空因数(dutycycle)将在此陈述为循环的开启持续时间对关闭持续时间的分配。

因此，对于使电磁场开启和关闭循环的实施例，占空因数能够是大约1:1，大约1:1.1，大约1:1.2，大约1:1.3，大约1:1.4，大约1:1.5，大约1:1.6，大约1:1.7，大约1:1.8，大约1:1.9，大约1:2，大约1:2.5，大约1:3，大约1:4，大约1:5，大约1:6，大约1:7，大约1:8，大约1:9或大约1:10。另外，占空因数的持续时间能够基于生长介质的流速、体积和/或特征而改变。

另外的特征或变体

电极能够由金属、复合物或其它已知赋予导电性的材料制成，例如但不限于银、铜、金、铝、锌、镍、黄铜、青铜、铁、铅、铂族金属、钢、不锈钢、碳同素体和/或其组合。导电的碳同素体的非限制性示例能够包括石墨、石墨烯、合成石墨、碳纤维(铁强化)、纳米碳结构和在硅基质上沉积的碳的其它形式。在一些构造中，阳极和/或阴极能够用作用于絮凝和/或泡生成过程的牺牲电极。因此，电极能够包括可消耗的导电材料，例如铁或铝。

在一些实施例中，电极(例如，阴极105、111、113和阳极106、112)能够包括涂覆有催化剂的金属，例如涂覆有氧化铱的钛。这样的金属能够增强过程的效率。例如，通过在阳极上使用涂覆有氧化铱的钛，能够促进气泡的产生。

此外，在一些实施例中，气浮箱102中的电极中的一个或多个电极能够包括允许生长介质穿过的多个穿孔或表面形貌。这样的穿孔和形貌增加了电极上的边缘的数目的增加，这可促进气泡形成。例如，一个或多个阳极可形成为网眼、网格或其它多孔结构。网眼可包括相对大的开口，所述相对大的开口比生长介质中的典型藻类团块或淤泥微粒大。此构造能够有利地允许更快的流速，这是因为该构造允许生长介质和由阳极生成的氢之间的更大的界面接触。当希望更快的流动时或当生长介质的导电性低时，该构造能够是有利的。此外，在一些实施例中，生长介质可在阳极中心处被引入到气浮箱102中。以此方式，生长介质将流动到阳极中的一个或多个孔外，并暴露于气泡。

虽然以上所述的设备100已示出气浮箱102作为分开的升高的箱，但也能够将气浮箱形成为(例如，在地面中的)沟渠。使用沟渠能够允许处理更大量的生长介质。

在一些实施例中，能够通过向生长介质添加质子溶剂来增加使藻类絮凝和/或浮起的效率。例如，生长介质可被注入例如大致0.05％体积百分比的质子溶剂的稀释溶液，所述质子溶剂例如甲酸、正丁醇、异丙醇、乙醇、甲醇、乙酸。该溶液可在任何时间混合到生长介质中。然而，在一些情况中，有利的是在产生絮凝处理的电场时添加质子溶剂，或在批次处理马上发生之前添加质子溶剂。

以上所述的设备还能够用于从废水或例如水产业环境的其它流体移除氨。为实现氨移除，絮凝箱101的一个或多个阳极能够由钛钌合金制成。通过使用钛钌合金，当电压被施加到阴极和阳极时，在生长介质内产生游离氯。游离氯允许氨被氧化，最终导致氨转换为硝酸盐、亚硝酸盐和一些氮气。

已发现，对于最大化氨到硝酸盐和亚硝酸盐的氧化，在30至50mA/cm²之间的阳极电流密度大体是优选的。然而，也能够使用其它电流密度，且理想的密度将取决于例如废水温度的多种特征。

虽然从废水移除氨主要在絮凝箱101内执行，但在此实施中，气浮箱102仍能够用于从废水移除其它不希望的物质，例如有机化合物。

本发明可在不偏离本发明的精神或基本特征的情况下实施为其它具体形式。所述实施例在所有方面被认为仅是阐述性而非限制性的。本发明的范围因此通过所附权利要求而非前述描述指示。在权利要求的等价物的意义和范围内发生的所有改变应包括在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于使用两阶段过程来采收藻类的设备，所述设备包括：

絮凝箱，所述两阶段过程中的第一阶段在所述絮凝箱中发生，所述絮凝箱包括反应器管，所述反应器管用于在含有悬浮藻类的生长介质内产生电场，所述电场导致所述藻类絮凝；和

气浮箱，所述两阶段过程中的第二阶段在所述气浮箱中发生，所述气浮箱包括含有多个电极的箱，所述多个电极导致气泡的形成，所述气泡附接到絮凝的藻类并将所述絮凝的藻类提升到所述生长介质的表面，所述气浮箱被连接到所述絮凝箱以允许所述絮凝的藻类从所述絮凝箱流动到所述气浮箱中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述絮凝箱包括形成阴极的外圆筒和容纳在所述外圆筒内的内圆筒，所述内圆筒包括阳极。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，脉冲电压被施加到所述阴极和阳极以导致所述生长介质内的藻类细胞絮凝。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述生长介质被以指定流量泵送通过所述絮凝箱。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气浮箱的电极包括第一阴极层、第二阴极层以及定位在所述第一阴极层和第二阴极层之间的阳极层。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述阳极层与每个阴极层隔开1英寸至10英寸之间。

7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一阴极层包括阴极板。

8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述阳极层包括多个隔开的杆。

9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第二阴极层包括多个隔开的杆。

10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一阴极层包括多个隔开的杆。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述阳极层的每个杆包括涂覆有氧化铱的钛。

12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述阳极层的每个杆包括一个或多个开口。

13.根据权利要求8所述的设备，其中，每个杆包括网眼。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气泡包括氢和氧。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气浮箱包括输送器，所述输送器具有一个或多个耙，所述耙用于耙取所述生长介质的表面处的所述藻类。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述气浮箱包括第二输送器，所述藻类被耙取到所述第二输送器，所述第二输送器将所述藻类从所述气浮箱提升到收集器。

17.一种使用两阶段过程来采收藻类的方法，所述方法包括：

将含有悬浮藻类的生长介质供应到絮凝箱中，所述絮凝箱包括反应器管，所述反应器管用于在所述生长介质中产生电场，所述电场导致所述藻类絮凝；

将含有絮凝的藻类的所述生长介质转移到气浮箱中，所述气浮箱包括含有多个电极的箱，所述多个电极导致气泡的形成，所述气泡附接到所述絮凝的藻类并将所述絮凝的藻类提升到所述生长介质的表面；和

从所述生长介质的表面移除浮起的藻类。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，使用一个或多个耙来移除所述浮起的藻类。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

从移除的藻类提取气体。

20.一种用于从流体移除氨的设备，所述设备包括：

反应器管，用于在含有氨的流体内产生电场，所述反应器管包括阴极和阳极，所述阳极包括钛钌合金，其中，当产生所述电场时，所述阳极导致在所述流体内产生游离氯，从而导致将所述氨氧化成亚硝酸盐和硝酸盐；和

气浮箱，所述气浮箱被连接到所述反应器管，所述气浮箱包括含有多个电极的箱，所述多个电极导致气泡的形成。