CN105483011B

CN105483011B - 一种采收微藻的方法

Info

Publication number: CN105483011B
Application number: CN201410478291.5A
Authority: CN
Inventors: 荣峻峰; 程琳; 黄绪耕; 纪洪波
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2019-06-14
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: CN105483011A

Abstract

本发明公开了一种采收微藻的方法，包括：(1)将待采收的微藻液置于包括至少一层沉降采收盘(b)的沉降采收器(a)中，所述沉降采收盘(b)具有通过结构(b1)，在所述沉降采收器(a)中设置有与所述通过结构(b1)适配的刮除结构(c)；(2)在重力自沉降条件下，使微藻通过重力自沉降作用进行沉降，使微藻与水分离；(3)将分离后的水排出75‑85％；(4)通过刮除结构(c)将步骤(2)中沉降在所述沉降采收盘(b)上的微藻泥刮除并经所述通过结构(b1)离开所述沉降采收盘(b)，进入步骤(3)中剩余的水中，混合得到浓缩微藻液，从所述沉降采收器(a)中排出并收集。本发明方法，沉降率高；简单易行、效率高。

Description

一种采收微藻的方法

技术领域

本发明涉及一种采收微藻的方法。

背景技术

微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O₂。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源、减少CO₂排放、净化废气与污水”三个目的。“微藻生物技术”的优势在于以下几个方面：①微藻是光合效率最高的原始植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24h内，微藻所含生物质可以翻倍，在其“指数生长期”内其生物量翻倍时间可以缩短到3.5h。②微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养，因此微藻可以不同农作物争地、争水。③产油率高，微藻干细胞的含油量可高达70％，微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微藻可大量积累油脂，是最有前景的产油生物。④微藻的培养需要利用工业废气中的CO₂，缓解温室气体的排放，也可以吸收工业废气中的NO_x，减少环境的污染。⑤生产微藻生物柴油的同时，还可以生产相当数量的微藻生物质，还可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品。

微藻可分为原核藻类和真核藻类，原核藻类以蓝藻为主，含叶绿素a、不形成细胞器、能进行光合作用，细胞中蛋白质含量高，可达干重的70％，脂肪含量低，为5％左右；真核藻类种类比较多，是主要的生物燃料藻种的来源。常见的微藻主要归于以下八个门类：硅藻门(Bacillariophyta)、绿藻门(Chlorophyta)、金藻门(Chrysophyta)、蓝藻门(Cyanophyta)、甲藻门(Pyrroptata)、红藻门(Rhodophyta)、隐藻门(Cryptophyta)和黄藻门(Xanthophyta)。其中，硅藻门、绿藻门和金藻门是最具潜力的生物柴油藻种来源。

微藻高效规模化养殖技术，即通过研究开发微藻规模化养殖的新设备与新工艺来高效、低成本地获得微藻生物量，是微藻生物技术的核心之一。如何高效率、低成本地采收微藻一直是微藻生物技术中的难题，主要原因是：微藻个体微小(通常小于20微米)且藻液浓度很低(在采收浓度下，通常不到藻液质量的3‰)。

现有的微藻采收方法主要是絮凝法、过滤法、离心法和沉降法。其中，絮凝法、过滤法和离心法的工艺较复杂、成本较高。沉降法具有操作简便、节省能源等优点，如CN101748068公开了一种微藻收获方法，该方法利用重力学原理，针对高密度连续培养光合生物反应系统进行不完全收获，对于浓度大于10⁷个每毫升的藻液(相当于OD₆₈₀＝1.0)，沉降率一般可达60％以上，沉降后分离出的上层清液返回光反应系统继续利用。该方法仍存在以下不足：轻微的扰动就会使微藻重新分散，不利于分离沉降后的清液，且沉降率低。

中国专利CN102453669A中公开了一种微藻采收的装置与方法，其特征是通过多个上下方向上相互隔开的收集板来沉降微藻，所述收集板的第一端支撑在第一杆上，第二段支撑在第二杆上，每层收集板的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部，每层收集板的第二端为有利于微藻流出的开放端；在沉积微藻时，向上拉起第二杆使每层收集板相对于水平方向倾斜成第一倾斜角度，从而使微藻沉积在每层收集板第一端处的凸起角部；并且在收集微藻时，向上拉起第一杆使每层收集板相对于水平方向倾斜成第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板的开放的第二端流入光生物反应器中。然而由于微藻通常会粘滞在收集板上，因此上述方法在收集时会带来操作上的困难，且较为繁琐。

因此，迫切需要开发新的微藻沉降采收方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种沉降率高、沉降后易收集的新的采收微藻的方法。

本发明的发明人在研究中发现，将藻液置于包括至少一层沉降采收盘的沉降采收器中，沉降采收盘具有通过结构，在沉降采收器中设置有与通过结构适配的刮除结构，通过微藻的重力自沉降作用使微藻与水分离，然后将分离后的水排出75-85％，通过刮除结构将沉降在沉降采收盘上的微藻泥刮除并经通过结构离开沉降采收盘，与剩余的水混合后排出沉降采收器a并收集，可极大提高微藻的沉降率，并使沉降后的微藻易收集。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种采收微藻的方法，所述方法包括：

(1)将待采收的微藻液置于包括至少一层沉降采收盘的沉降采收器中，所述沉降采收盘具有通过结构，在所述沉降采收器中设置有与所述通过结构适配的刮除结构；

(2)在重力自沉降条件下，使微藻通过重力自沉降作用进行沉降，使微藻与水分离；

(3)将分离后的水排出75-85％；

(4)通过刮除结构将步骤(2)中沉降在所述沉降采收盘上的微藻泥刮除并经所述通过结构离开所述沉降采收盘，进入步骤(3)中剩余的水中，混合得到浓缩微藻液，从所述沉降采收器中排出并收集。

优选地，所述沉降采收盘为至少两层，且相邻的每两层间隔开一定的距离。距离优选为50-500mm，更优选为100-200mm。

优选地，所述通过结构为缝隙，所述缝隙的开口宽优选≥2mm，更优选为5-20mm。

优选地，所述沉降采收盘的边缘具有向上的围挡。

优选地，所述刮除结构为贴合沉降采收盘上表面的刮刀。刮刀的材质优选为橡胶。

优选地，所述沉降采收器包括位于沉降采收盘中心的用于固定沉降采收盘与刮除结构的轴，以所述轴为中心转动刮除结构刮除微藻泥。

优选地，在沉降采收器的底部设有底部空间、出水口和浓缩微藻液出口，所述底部空间位于最下面一层所述沉降采收盘的下面，所述出水口的位置使分离后的水排出75-85％，所述浓缩微藻液出口位于所述底部空间的最下部。

优选地，所述重力自沉降条件包括：所述待采收的微藻液的光密度值OD₆₈₀≥1，优选为2-8；pH值≥7，优选为8-9；温度≤40℃，优选为25-35℃；在避光的条件下进行沉降；沉降至与微藻分离后的水的OD₆₈₀≤0.5。

本发明的采收微藻的方法，沉降率高；本发明方法由于采用了通过结构和刮除结构的设计，因此可以方便、高效地采收粘滞的藻泥；由于获得的浓缩微藻液仍具有可流动性，因此可以方便地从沉降采收器排出，较好地解决了微藻采收能耗大、操作繁琐的缺点；本发明方法简单易行、效率高。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明方法所用装置的一种优选实施方式的结构示意图。

图2是沉降采收盘的一种优选实施方式的俯视图。

附图标记说明

a沉降采收器；b沉降采收盘；b1通过结构；b2围挡；c刮除结构；d轴；e搅拌装置；f底部空间；g浓缩微藻液出口；h出水口。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种采收微藻的方法，该方法包括：

(1)将待采收的微藻液置于包括至少一层沉降采收盘b的沉降采收器a中，所述沉降采收盘b具有通过结构b1，在所述沉降采收器a中设置有与所述通过结构b1适配的刮除结构c；

(3)将分离后的水排出75-85％；

(4)通过刮除结构c将步骤(2)中沉降在所述沉降采收盘b上的微藻泥刮除并经所述通过结构b1离开所述沉降采收盘b，进入步骤(3)中剩余的水中，混合得到浓缩微藻液，从所述沉降采收器a中排出并收集。

本领域技术人员应该理解的是，本发明方法是通过微藻的重力自沉降作用进行沉降，因此，沉降采收器a应该垂直放置，即沉降采收器a的底面与水平面平行，沉降采收盘b也与水平面平行。

本领域技术人员应该理解的是，本发明中，沉降采收器a中包括至少一层沉降采收盘b，是为了扩大微藻的沉降面积，使得微藻在沉降采收盘b上和沉降采收器a的底面上均可沉降，因此，沉降采收盘b的直径应该小于沉降采收器a的底面直径，如图1所示。

本发明中，为了进一步提高沉降率，沉降采收盘b优选为至少两层，例如可以为3-5层，如图1所示，且相邻的每两层间隔开一定的距离。为了使微藻更好更多地沉降，并充分利用沉降采收器a中的空间，相邻的沉降采收盘b间间隔的距离优选为50-500mm，更优选为100-200mm。该距离指的是相邻两层沉降采收盘b在垂直方向上的距离。

本发明的发明人在研究中发现，微藻沉降在沉降采收盘b上形成微藻泥，其中有超过10％以上的成分不具有流动性，在没有外力的情况下无法采收，本发明方法通过刮除结构c将沉降在沉降采收盘b上的微藻泥刮除并经通过结构b1离开沉降采收盘b，进入剩余的水中，解决了上述问题，充分地采收了沉降采收盘b上的微藻泥。

本发明中，通过结构b1即是指可使微藻泥通过的结构，当然也可以使分离后的水通过。对于通过结构b1的具体形状和大小无特殊要求，但为了使微藻有更大的沉降面积，并使沉降后的微藻泥更完全地通过沉降采收盘b，通过结构b1优选为缝隙，当沉降采收盘b为圆形盘，且刮除结构c沿着沉降采收盘b的半径刮除微藻泥时，缝隙优选为沿沉降采收盘b的半径设置，即缝隙的长优选等于沉降采收盘b的半径，缝隙的开口宽优选≥2mm，更优选为5-20mm。

本发明中，为了使微藻在沉降采收盘b上更多更好地沉降，并且为了进一步减少分离后的水排出时对沉降在沉降采收盘b上的微藻泥的影响，沉降采收盘b的边缘优选具有向上的围挡b2，如图1所示。对于围挡b2的高度，优选为10-20mm。

本发明中，刮除结构c优选为贴合沉降采收盘b上表面的刮刀。为了更完全地刮落微藻泥，刮刀的材质优选具有一定的刚性和韧性，例如可以为橡胶。

本发明中，为了更方便刮除结构c刮落沉降采收盘b上的微藻泥，沉降采收器a优选包括位于沉降采收盘b中心的用于固定沉降采收盘b与刮除结构c的轴d，如图1所示，以轴d为中心转动刮除结构c刮除微藻泥。

本发明中，为了更方便地排出分离后的水，也为了使刮除的微藻泥与剩余的水更好地混合，优选地，在沉降采收器a的底部设有底部空间f、出水口h和浓缩微藻液出口g，底部空间f位于最下面一层沉降采收盘b的下面，出水口h的位置使分离后的水排出75-85％，浓缩微藻液出口g位于底部空间f的最下部，出水口h和浓缩微藻液出口g可设置阀门分别调节分离后的水和浓缩微藻液的排放，如图1所示。

本发明中，为了使刮落的微藻泥与剩余的水更好地混合，在底部空间f中优选设置有搅拌装置e，例如，轴d可以延伸至底部空间f中，搅拌装置e可以固定在轴d上，如图1所示。转动轴d，刮除结构c和搅拌装置e随同轴d转动，刮落微藻泥的同时搅拌微藻泥和剩余的水，使微藻泥和剩余的水混合均匀得到浓缩微藻液。本领域技术人员应该理解的是，虽然沉降采收盘b也固定在轴d上，但沉降采收盘b不随轴d的转动而转动，即沉降采收盘b是静止不动的，可以采用本领域技术人员所能想到的各种方式完成上述设置，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

本发明中，为了更方便浓缩微藻液排出，底部空间f优选为倒圆锥形，即优选地，沉降采收器a的底部空间f为倒圆锥形，沉降采收器a排除底部空间f的部分为圆柱形，相应地，沉降采收盘b优选为圆形盘，如图1和图2所示。对于沉降采收器a的大小无特殊要求，可以根据实际需要设定。

本发明中，重力自沉降条件优选包括：待采收的微藻液的光密度值OD₆₈₀≥1，优选为2-8；pH值≥7，优选为8-9；温度≤40℃，优选为25-35℃；在避光的条件下进行沉降。在上述优选情况下，可以进一步提高微藻的沉降率。对于沉降时间，本领域技术人员应该理解的是，沉降的时间越长，微藻沉降得越完全，但当到达一定时间后，沉降的量随时间的延长变化不明显，因此，优选沉降至与微藻分离后的水的OD₆₈₀≤0.5，即可将分离后的水排出沉降采收器a。

本发明中，重力自沉降即是指在自身重力作用下进行沉降。分离后的水即是指微藻沉降后与微藻分离后的水，即是指微藻沉降后的清液。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

在下述实施例中：

藻液光密度值(OD₆₈₀值)测定方法：用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值。

沉降率测定方法：通过沉降前后藻液的光密度值计算，记沉降前的光密度值为OD₁，沉降后的光密度值为OD₂，通过下式计算得出。

沉降率＝(OD₁–OD₂)/OD₁×100％

均采用图1和图2所示的装置进行采收，装置包括：沉降采收器a，底部空间f为倒圆锥形，除底部空间f外，为圆柱形，圆柱半径为20cm，高40cm，底部空间f的高为10cm，沉降采收盘b为圆形，共4层，半径为19.5cm，间距为10cm，沉降采收盘b上设置有通过结构b1，b1为沿沉降采收盘b的半径设置的缝隙，缝隙长即为沉降采收盘b的半径，开口宽为5mm，沉降采收盘b的边缘带有高度2cm的向上的围挡b2，沉降采收盘b固定于沉降采收器a中间的轴d上，刮除结构c紧贴沉降采收盘b的上表面设置且固定于轴d上，刮除结构c为橡胶材质的刮刀，轴d延伸到底部空间f中，且固定一对搅拌装置e，刮除结构c和搅拌装置e可随轴d的转动而转动，沉降采收盘b静止不动。沉降采收器a的下部设置有出水口h，用于排出分离后的水，底部空间f的最下部设置有浓缩微藻液出口g。

实施例1

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

用水泵将小球藻藻液(以BG11培养基养殖，OD₆₈₀为2.3)输送到沉降采收器a中，并充满沉降采收器a，调节pH＝8，温度为25℃，避光沉降24h，沉降后，分离后的水(即指沉降后的清液，下同)OD₆₈₀为0.21，沉降率达到91％。然后开启出水口h，出水口h的位置可排出沉降采收器a容积80％的水，缓慢将分离后的水放出，沉降的藻泥留在沉降采收盘b上和沉降采收器a的底部，转动轴d通过刮刀将沉降的藻泥刮落于底部空间f中剩余的藻液中，同时，搅拌装置e也随轴d转动，形成均匀的浓缩藻液，最后从浓缩微藻液出口g将浓缩藻液放出并收集。

实施例2

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

用水泵将小球藻藻液(以BG11培养基养殖，OD₆₈₀为7.2)输送到沉降采收器a中，并充满沉降采收器a，调节pH＝9，温度为30℃，避光沉降24h，沉降后，分离后的水OD₆₈₀为0.45，沉降率达到94％。然后开启出水口h，出水口h的位置可排出沉降采收器a容积75％的水，缓慢将分离后的水放出，沉降的藻泥留在沉降采收盘b上和沉降采收器a的底部，转动轴d通过刮刀将沉降的藻泥刮落于底部空间f中剩余的藻液中，同时，搅拌装置e也随轴d转动，形成均匀的浓缩藻液，最后从浓缩微藻液出口g将浓缩藻液放出并收集。

实施例3

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

用水泵将小球藻藻液(以BG11培养基养殖，OD₆₈₀为5.1)输送到沉降采收器a中，并充满沉降采收器a，调节pH＝8.5，温度为35℃，避光沉降24h，沉降后，分离后的水OD₆₈₀为0.19，沉降率达到96％。然后开启出水口h，出水口h的位置可排出沉降采收器a容积85％的水，缓慢将分离后的水放出，沉降的藻泥留在沉降采收盘b上和沉降采收器a的底部，转动轴d通过刮刀将沉降的藻泥刮落于底部空间f中剩余的藻液中，同时，搅拌装置e也随轴d转动，形成均匀的浓缩藻液，最后从浓缩微藻液出口g将浓缩藻液放出并收集。

实施例4

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

按照实施例1的方法采收微藻，不同的是，小球藻藻液的OD₆₈₀为1，分离后的水的OD₆₈₀为0.15，沉降率为85％。

实施例5

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

按照实施例1的方法采收微藻，不同的是，调节pH＝7，分离后的水的OD₆₈₀为0.39，沉降率为83％。

实施例6

本实施例用于说明本发明的采收微藻的方法。

按照实施例1的方法采收微藻，不同的是，调节温度为20℃，分离后的水的OD₆₈₀为0.3，沉降率为87％。

从上述实施例可以看出，本发明的采收微藻的方法，沉降率高，可达80％以上。

将实施例1分别与实施例4-6进行比较可以看出，重力自沉降条件包括：待采收的微藻液的光密度值为2-8；pH值为8-9；温度为25-35℃，可以进一步提高沉降率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种采收微藻的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将待采收的微藻液置于包括至少一层沉降采收盘(b)的沉降采收器(a)中，所述沉降采收盘(b)具有通过结构(b1)，在所述沉降采收器(a)中设置有与所述通过结构(b1)适配的刮除结构(c)；

(3)将分离后的水排出75-85％；

(4)通过刮除结构(c)将步骤(2)中沉降在所述沉降采收盘(b)上的微藻泥刮除并经所述通过结构(b1)离开所述沉降采收盘(b)，进入步骤(3)中剩余的水中，混合得到浓缩微藻液，从所述沉降采收器(a)中排出并收集；

所述重力自沉降条件包括：所述待采收的微藻液的光密度值OD₆₈₀为2-8；pH值为8-9；温度为25-35℃；

所述沉降采收盘(b)为至少两层，且相邻的每两层间隔开一定的距离，所述距离为100-200mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过结构(b1)为缝隙，所述缝隙的开口宽≥2mm。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述通过结构(b1)为缝隙，所述缝隙的开口宽为5-20mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉降采收盘(b)的边缘具有向上的围挡(b2)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述刮除结构(c)为贴合沉降采收盘(b)上表面的刮刀。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述刮刀的材质为橡胶。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉降采收器(a)包括位于沉降采收盘(b)中心的用于固定沉降采收盘(b)与刮除结构(c)的轴(d)，以所述轴(d)为中心转动刮除结构(c)刮除微藻泥。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在沉降采收器(a)的底部设有底部空间(f)、出水口(h)和浓缩微藻液出口(g)，所述底部空间(f)位于最下面一层所述沉降采收盘(b)的下面，所述出水口(h)的位置使分离后的水排出75-85％，所述浓缩微藻液出口(g)位于所述底部空间(f)的最下部。