CN112239717B - 微藻收获装置及微藻收获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微藻生物技术领域，提供一种微藻收获装置及微藻收获方法。本发明所述的微藻收获装置包括压榨单元，压榨单元包括第一腔室(1)、第二腔室(2)以及分隔第一腔室(1)和第二腔室(2)的过滤单元，第一腔室(1)上开设有用于通入微藻的进料口(3)，第二腔室上开设有抽气口(4)，压榨单元设置为能够通过从抽气口抽真空对第一腔室内的微藻进行压榨以使微藻吸附在过滤单元上。本发明的微藻收获装置能实现第一腔室内的微藻的压榨以使微藻吸附在过滤单元上，且通过多细胞藻经过压缩和抽真空形成的生物膜，从而使单细胞藻能够快速收获；经本装置压榨使得单细胞藻可以快速收获提高了收获效率降低了收获成本且滤饼含固率较高。

Description

微藻收获装置及微藻收获方法
技术领域
本发明涉及微藻生物技术领域，特别涉及一种微藻收获装置及微藻收获方法。
背景技术
微藻生物质的高效采收是其进行加工转化利用的前提，一般说来，微藻收获的成本占微藻生产总成本的20％-30％。现有的微藻收获方法主要包括：离心，絮凝气浮，膜过滤等，应根据藻种类差异、不同的藻浓度与培养条件来选择较适宜的分离方法。其中，离心法收获效率高，但成本也较高；絮凝气浮得到的生物质含水量高，增加后续干燥的负荷；膜过滤过程中极易造成滤膜污染，浓缩倍数低。且单细胞因其大小形状细胞壁的特殊性，无法使用蝶式离心机和膜收获(用蝶式离心机会使其细胞壁损伤，无法收集完整细胞。因为细胞形状为梭形和三角放射型等形状使膜系统或者板框压滤堵塞无法完成收获)。因此，开发一种新型的收获技术及设备是十分必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种微藻收获装置及微藻收获方法，以完成单细胞藻类快速收获且收获含固率较高微藻滤饼，有效降低后续干燥过程的能耗和成本。
为达到上述目的，本发明一方面提供一种微藻收获装置，所述微藻收获装置包括压榨单元，所述压榨单元包括第一腔室、第二腔室以及分隔所述第一腔室和所述第二腔室的过滤单元，所述第一腔室上开设有用于通入微藻的进料口，所述第二腔室上开设有抽气口，所述压榨单元设置为能够通过从所述抽气口抽真空对所述第一腔室内的微藻进行压榨以使所述微藻吸附在所述过滤单元上。
可选地，所述第一腔室上开设有用于通入气体以使所述第一腔室维持在正压状态的进气口；和/或
所述第二腔室设置为能够通过抽真空以维持在负压状态。
可选地，所述第二腔室上开设有用于排出压榨后的液体的排液口。
可选地，所述过滤单元包括滤板、设置在所述滤板上的滤布以及将所述滤布压紧在所述滤板上的板框，所述板框与所述滤板的尺寸相配合。
可选地，所述微藻收获装置包括至少两个压榨单元，相邻所述压榨单元之间通过隔板隔开。
可选地，每个所述压榨单元的进气口之间通过进气管连通，每个所述压榨单元的抽气口之间通过抽气管连通；和/或
所述微藻收获装置包括壳体，所述壳体内部设有放置所述隔板和所述过滤单元的止挡件。
本发明另一方面提供一种微藻收获方法，所述微藻混合收获方法采用上述任意方案所述的微藻收获装置，所述微藻混合收获方法包括如下步骤：
S1、通过所述进料口向所述第一腔室内通入微藻；
S2、在所述第二腔室内抽真空以对所述微藻进行压榨并使其吸附在所述过滤单元上。
可选地，所述步骤S2还包括同时对所述第一腔室内通气加压。
可选地，所述微藻包括单细胞藻和多细胞藻，所述步骤S1包括：
首先向所述第一腔室内通入多细胞藻，随后对所述第二腔室内抽真空以使所述多细胞藻在所述过滤单元上形成生物过滤膜；其次向所述第一腔室内通入单细胞藻，随后再对所述第二腔室内抽真空以使所述单细胞藻经压榨后覆盖在所述生物过滤膜上。
可选地，所述微藻收获方法还包括对所述单细胞藻进行预处理的步骤S0，步骤S0包括：
将絮凝剂加入到所述单细胞藻中，通过搅拌形成絮凝沉淀，随后去除上层清液得到待通入所述第一腔室的浓藻液。
相对于现有技术，本发明所述的微藻收获装置具有以下优势：
本发明的微藻收获装置通过在第二腔室内抽真空实现第一腔室内的微藻的压榨以使微藻吸附在过滤单元上，从而通过快速过滤脱水的方式来收获微藻；经本装置压榨后的微藻滤饼含固率较高，生物质含水量较低，有效增加收获过程的处理量，降低了人力成本，并大大降低了后续干燥过程的能耗和成本。
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
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种实施方式所述的微藻收获装置的结构示意图；
图2为图1的主视图。
附图标记说明：
1—第一腔室、2—第二腔室、3—进料口、4—抽气口、5—排液口、6—滤板、7—板框、8—隔板、9—进气管、10—抽气管、11—总进气口、12—总抽气口、13—壳体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
结合图1、图2，根据本发明的一个方面，提供了一种微藻收获装置，所述微藻收获装置包括压榨单元，所述压榨单元包括第一腔室1、第二腔室2以及分隔所述第一腔室1和所述第二腔室2的过滤单元，所述第一腔室1上开设有用于通入微藻的进料口3，所述第二腔室2上开设有抽气口4，所述压榨单元设置为能够通过从所述抽气口4抽真空对所述第一腔室1内的微藻进行压榨以使所述微藻吸附在所述过滤单元上。
可以理解的是，为了从所述第二腔室2同时对所述第一腔室1和所述第二腔室2内进行抽真空，所述第一腔室1和第二腔室2需通过所述过滤单元连通，也就是说所述过滤单元上至少应设置有透气孔，以保证从所述抽气口4进行抽真空时，能够透过上述透气孔对所述第一腔室1内进行抽真空。
此外，考虑到抽真空的效果，所述第一腔室1和第二腔室2均需为封闭空间，当然封闭空间的密封性越好，抽真空的效果和效率也将越高。
通过上述技术方案，本发明的微藻收获装置通过在第二腔室内抽真空实现第一腔室内的微藻的压榨以使微藻吸附在过滤单元上，能够形成微藻滤饼便于取出，从而通过快速过滤脱水的方式来收获微藻；经本装置压榨后的微藻滤饼含固率较高，通常能够达到25％以上，生物质含水量较低，有效增加收获过程的处理量，降低了人力成本，并大大降低了后续干燥过程的能耗和成本。
为加快抽真空速率，增强抽真空效果，以加速微藻的收获，所述第一腔室1上开设有用于通入气体以使所述第一腔室1维持在正压状态的进气口；和/或所述第二腔室2设置为能够通过抽真空以维持在负压状态。
通过从所述进气口向所述第一腔室1内通入气体，以使第一腔室1内维持在正压状态，同时，通过从抽气口4对所述第二腔室2抽真空，以使第二腔室2内维持在负压状态，由此，通过增加压差对微藻进行有效快速的压榨。微藻从进料口3进入第一腔室1后，落在过滤单元上，由于过滤单元能够透气且两侧分别为第一腔室1和第二腔室2，通过对第一腔室1内通气并对第二腔室2内抽气，使得第一腔室1和第二腔室2之间形成压力差作为推动力从而对第一腔室1内部的微藻进行压榨，实现固液分离的目的，以便于微藻能够附着在过滤单元上，方便收获。整个微藻收获过程即为正压压榨和负压抽滤的快速过滤脱水过程。
可以理解地，微藻在压榨后不可避免地会产生一定的液体，因此为方便将上述液体排出，以便得到相对干燥的滤饼，所述第二腔室2上开设有用于排出压榨后的液体的排液口5。
其中，过滤单元可以为任意形式，只要保证具有透气孔不影响通过第二腔室2对第一腔室1抽真空即可。作为其中的一种实施方式，所述过滤单元包括滤板6、设置在所述滤板6上的滤布以及将所述滤布压紧在所述滤板上的板框7，所述板框7与所述滤板6的尺寸相配合。所述滤布可以为涤纶、丙纶或锦纶等材质的滤布。
使用过程中，将滤布摊平覆盖在滤板6上，再将板框7压紧在滤板6上，从而将滤布夹紧在滤板6上，此时滤板6位于板框7的中部。由于滤布自身具有透气孔，为保证透气性，便于抽真空，滤板6上也需相应设置一定数量的透气孔，具体数量多少可根据需要自行设置。
可以理解地，为方便微藻压榨后在重力作用下附着在过滤单元的上方，可选地，所述压榨单元的所述第一腔室1位于所述第二腔室2的上方。
当然，为提高压榨效率，本发明的所述微藻收获装置可包括不止一个压榨单元，具体来说，所述微藻收获装置包括至少两个压榨单元，相邻所述压榨单元之间通过隔板8隔开。如图1所示的为微藻收获装置包括两个压榨单元的情形，两个压榨单元可以如图中所示上下设置，也可以采用并排设置等方式，本发明对此不作特殊限制。
为保证多个压榨单元之间进气和出气的便利性，每个所述压榨单元的进气口之间通过进气管9连通，每个所述压榨单元的抽气口4之间通过抽气管10连通，进一步地，进气管9上设有总进气口11，抽气管10上设有总抽气口12。由此，可通过总进气口11和进气管9同时对多个压榨单元的第一腔室1内进行通气，也可利用外接的抽真空装置同时通过总抽气口12对多个压榨单元的第二腔室2内进行抽真空。
为方便设计，提高整个装置的便携性，所述微藻收获装置包括壳体13，所述壳体13内部设有放置所述隔板8和所述过滤单元的止挡件。通过在所述壳体13内放置隔板8从而能够将壳体13分隔成多个压缩单元，可以同时对微藻进行压榨。而使用隔板8分隔后，多个压缩单元彼此之间也能形成独立的封闭空间。
另外，所述壳体13上可设有拉门(图中未示出)，拉门可设置在壳体的正前方，在抽真空过程中，将拉门关闭以在壳体内部形成封闭空间，当抽真空完成微藻形成滤饼时，可将拉门打开，以方便将滤饼从第一腔室1内取出。
具体地，止挡件可以采用任意结构，只要能够支撑隔板8或过滤单元即可，例如，止挡件可以为设置在壳体内壁上的凸起，隔板8或过滤单元可直接搭设在凸起的上方。止挡件可以采用螺纹连接或卡接等方式固定在壳体内部，此处不作限制。值得注意的是，为配合本实施方式中过滤单元的结构，止挡件从壳体内壁向内延伸至至少超过滤板6的外缘，以防止滤板6从板框7上滑落，提高过滤单元的稳定性。
本发明另一方面提供一种微藻收获方法，所述微藻混合收获方法采用上述任意方案所述的微藻收获装置，所述微藻混合收获方法包括如下步骤：
S1、通过所述进料口3向所述第一腔室1内通入微藻；
S2、在所述第二腔室2内抽真空以对所述微藻进行压榨并使其吸附在所述过滤单元上。
进一步地，为提高压榨效率，所述步骤S2还包括同时对所述第一腔室1内通气加压，从而尽可能提高第一腔室1和第二腔室2之间的压差，缩短对第一腔室1内微藻的压榨时间，使微藻能够迅速吸附在过滤单元上。
通常来说，微藻包括单细胞藻和多细胞藻，为了利用本装置分别对单细胞藻和多细胞藻进行回收，所述步骤S1包括：
首先向所述第一腔室1内通入多细胞藻，随后对所述第二腔室2内抽真空以使所述多细胞藻在所述过滤单元上形成生物过滤膜；其次向所述第一腔室1内通入单细胞藻，随后再对所述第二腔室2内抽真空以使所述单细胞藻经压榨后覆盖在所述生物过滤膜上。
需要说明的是，先通入多细胞藻的目的是让多细胞藻先吸附在过滤单元上，相当于形成一层生物过滤膜，而后续通入单细胞藻时，通过多细胞藻经过压缩和抽真空形成的生物过滤膜能够对单细胞藻进行阻挡，从而在多细胞藻滤饼上方形成单细胞藻滤饼，使单细胞藻能够快速收获。反之，若先通入单细胞藻，因单细胞结构的特殊性，将使过滤单元堵塞，无法完成过滤收获操作。
通过上述过程，能够实现单细胞藻和多细胞藻的混合收获。且单细胞藻会在多细胞藻的上方形成一层单细胞藻滤饼，也便于单细胞藻和多细胞藻收获后各自分开。其中，所述的多细胞藻为黄丝藻、枝鞘藻等，所述的单细胞藻为较难收集的硅藻、小球藻等。
另外，为便于单细胞藻的收获，收获前通常需对单细胞藻进行预处理。因此，所述微藻收获方法还包括对所述单细胞藻进行预处理的步骤S0，步骤S0包括：
将絮凝剂加入到所述单细胞藻中，通过搅拌形成絮凝沉淀，随后去除上层清液得到待通入所述第一腔室1的浓藻液。
其中，上述絮凝剂为壳聚糖等食品级天然大分子絮凝剂。通过步骤S0便于将单细胞藻的小分子集团聚集起来，提高抽滤效果，防止堵塞滤布，更易于在多细胞藻滤饼上附着，有利于单细胞藻收获完全。
本发明中微藻的收获方法，具体步骤如下：
首先对单细胞藻进行预处理，将絮凝剂加入到单细胞藻溶液中，搅拌形成絮凝体，随后去除上层清液得到浓藻液；在微藻收获装置中放入滤布和滤板6，使第一腔室1和第二腔室2间只能通过滤布进行连通。
随后，将多细胞藻从进料口3注入第一腔室1，打开抽气口4，从第二腔室2进行抽真空，多细胞藻在压差作用下形成滤饼层附着在滤布上，该滤饼层为后续单细胞藻类的过滤提供了一种有效的生物过滤膜。
最后，将预处理后絮凝的单细胞藻从进料口3注入第一腔室1，关闭进料口3，打开进气口，对第一腔室1内通气，同时打开抽气口4，对第二腔室2进行抽真空，以在压榨单元中进行正压压榨和负压抽滤，压榨抽滤一段时间后，沿进料口3再次注入单细胞藻类进行抽滤压榨的过程，反复多次后，当第一腔室1和第二腔室2的正负压差值达到极限值时，即完成压榨抽滤的过程。
最终，得到单细胞藻和多细胞藻浓缩的滤饼，完成批次的收获过程；收获结束后，可对整个装置进行冲洗。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微藻收获装置，其特征在于，所述微藻收获装置包括压榨单元，所述压榨单元包括第一腔室（1）、第二腔室（2）以及分隔所述第一腔室（1）和所述第二腔室（2）的过滤单元，所述第一腔室（1）上开设有用于通入微藻的进料口（3）以及用于通入气体以使所述第一腔室（1）维持在正压状态的进气口，所述第二腔室（2）上开设有抽气口（4），该第二腔室（2）设置为能够通过抽真空维持在负压状态，所述压榨单元设置为能够通过从所述抽气口（4）抽真空对所述第一腔室（1）内的微藻进行压榨以使所述微藻吸附在所述过滤单元上；
其中，所述微藻收获装置可包含至少两个压榨单元，相邻所述压榨单元之间通过隔板（8）隔开，每个所述压榨单元的进气口之间通过进气管（9）连通，每个所述压榨单元的抽气口（4）之间通过抽气管（10）连通。
2.根据权利要求1所述的微藻收获装置，其特征在于，所述第二腔室（2）上开设有用于排出压榨后的液体的排液口（5）。
3.根据权利要求1所述的微藻收获装置，其特征在于，所述过滤单元包括滤板（6）、设置在所述滤板（6）上的滤布以及将所述滤布压紧在所述滤板上的板框（7），所述板框（7）与所述滤板（6）的尺寸相配合。
4.根据权利要求1所述的微藻收获装置，其特征在于，所述微藻收获装置包括壳体（13），所述壳体（13）内部设有放置所述隔板（8）和所述过滤单元的止挡件。
5.一种微藻收获方法，其特征在于，所述微藻收获方法采用权利要求1-4中任意一项所述的微藻收获装置，所述微藻收获方法包括如下步骤：
S1、通过所述进料口（3）向所述第一腔室（1）内通入微藻；
S2、通过所述第一腔室（1）上设置的进气口对第一腔室（1）通气加压的同时对所述第二腔室（2）内抽真空以对所述微藻进行压榨并使其吸附在所述过滤单元上。
6.根据权利要求5所述的微藻收获方法，其特征在于，所述微藻包括单细胞藻和多细胞藻，所述步骤S1包括：
首先向所述第一腔室（1）内通入多细胞藻，随后对所述第二腔室（2）内抽真空以使所述多细胞藻在所述过滤单元上形成生物过滤膜；其次向所述第一腔室（1）内通入单细胞藻，随后再对所述第二腔室（2）内抽真空以使所述单细胞藻经压榨后覆盖在所述生物过滤膜上。
7.根据权利要求6所述的微藻收获方法，其特征在于，所述微藻收获方法还包括对所述单细胞藻进行预处理的步骤S0，步骤S0包括：
将絮凝剂加入到所述单细胞藻中，通过搅拌形成絮凝沉淀，随后去除上层清液得到待通入所述第一腔室（1）的浓藻液。
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