專利名稱：一種微藻濃縮和收集的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于能源、水產、保健品、水處理、環境治理、保護和修復等主要領域，具體
地說，涉及一種可用于上述領域的微藻濃縮和收集的方法。 本發明還涉及一種用于上述方法的裝置。
背景技術：
能源微藻規模培養不僅可以固定太陽能，提供大量可再生能源需要的生物質原料，同時大量吸收溫室氣體二氧化碳，實現節能減排，發展循環經濟。作為能源微藻產業鏈中最主要環節之一-微藻生物質的濃縮和收集，一直是微藻生產中的難點之一，也是造成生產成本居高不下原因之一。因此開發新型的、低耗能、高效率的微藻濃縮和收集方法和裝置成為了目前能源微藻產業的研究焦點之一。除此之外，能源微藻規模培養過程中水耗較大，生產l噸(t)藻粉需要2500 3000t水。因此，為了高效、可循環利用水資源，需要開發出在濃縮和收集微藻過程中不能污染培養水體的收集方法，從而使微藻規模培養成為真正的環境友好、可持續發展的產業。 常用收集微藻的方法有絮凝法，要添加一定量的絮凝劑，絮凝劑成本較高，養殖用水回用困難，絮凝劑殘留還會對微藻產品品質產生嚴重影響；沉降法是利用沉降作用進行收集，成本較低，但同時效率也較低， 一般需要一天甚至更長的時間，微藻的品質不好并且沉降時間過長會導致藻類腐爛；離心法收集微藻的效果明顯但能耗巨大，成本太高；過濾法收集微藻，由于微藻體積太小，普通濾布及濾紙無法收集，而常規的微濾及超濾通常通過加壓或者抽真空實現過濾，由于微藻的沉積方向和水流方向相同，所以導致沉積的微藻很容易堵塞濾孔而使過濾過程難以持續進行。
發明內容
本發明的目的在于提供一種濃縮和收集微藻的方法。
本發明的又一 目的在于提供一種用于實現上述方法的裝置。 為實現上述目的，本發明提供的濃縮和收集微藻的方法，是將微藻液體中的水分
過濾后通過虹吸排出并收集水分，以實現微藻和水分的分離。 本發明提供的實現上述微藻濃縮和收集方法的裝置，主要包括 微藻培養池，用于培養和收集微藻； 微濾器，置于微藻培養池中，微濾器中安裝有能通過水分的微濾膜，用于過濾微藻中的水分和截流微藻； 虹吸管，其一端為三通管，其中的一通連接微濾器的出水口，用于水的自吸，防止斷流，另一通連接水分收集池，將微藻培養池中的水分通過虹吸管以自流的方式流向位于水分收集池，第三通連接為氣/液反沖入口 ； 在連接水分收集池的虹吸管上和氣/液反沖入口處均分別各安裝一電磁閥，該電磁閥用于控制反沖，實現微藻濃縮和收集連續操作。
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本發明的裝置中，微藻培養池的液面高度高于水分收集池液面的高度。 本發明的裝置中，微濾器內設置孔徑0. 2 10 m的微濾膜和支撐微濾膜的支撐
部件，使微濾膜具有能夠承受反沖過程中產生的壓力的強度。 本發明的裝置中，微濾器中微濾膜為有機聚合物材料或者不銹鋼材料；支撐部件為沙芯材料或者不銹鋼材料。 本發明的裝置中，在微濾器的微濾膜與虹吸管之間填充有絲狀物。
本發明的裝置中，填充的絲狀物為脫脂棉或紗布。
本發明的裝置中，虹吸管的內徑為2 8mm。 本發明的裝置中，電磁閥通過繼電器或者PLC控制電磁閥的通閉實現反沖。
本發明使微藻在過濾過程中的沉積方向與水流方向相異，使濾膜堵塞現象大大緩解，從而實現低能耗的微藻與水分離。 本發明的裝置結構設計，是利用微藻培養池與微藻收集池液面間的壓差，通過虹吸現象實現無外界能量輸入的方式自流，實現"零"能耗，采用水流方向自下而上過濾的方法，微藻由于自身的重力，大大緩解了濾膜堵塞現象，相對較小的液位壓差使得微藻較難沉積到濾膜表面。本發明在收集過程中再利用反沖作用，以很小的能耗實現微藻的連續收集和濃縮。
圖1是本發明的一種微藻收集方法和裝置的示意 圖1A是圖1中微濾器的放大示意圖。
具體實施例方式
本發明是將微藻培養液中的水分通過虹吸作用由位于高水位的微藻培養池自下
而上通過微濾器后自發流入位于低水位的水分收集池，在入水口位置使用微濾器進行微藻
過濾，利用虹吸管的虹吸作用，除去培養液中的水分，收集除去水分的微藻濃縮液，實現微
藻的濃縮和收集。該方法的優點是在培養微藻過程中，利用培養液自身的壓力，能夠將藻液
進行分離濃縮，分離出來的水分可以重新用于微藻培養。 本發明的用于實現上述方法的裝置，主要包括 微藻培養池(或者是微藻收集池)1 ，與水分收集池7通過虹吸管6相連通，水分收集池7可以是開放式微藻培養池的一部分或者是光生物反應器中的微藻培養液容器組成，水分收集池收集7的水分可以用于進一步微藻培養。 虹吸管6的入水端有微濾器2，針對不同的微藻對微濾器內的微濾膜9構成進行調整，微濾膜的孔徑在0.2 20ym，可以根據微藻培養池(或微藻收集池)中微藻濃度和微藻的品種選擇合適的微孔濾膜(此為公知技術)，濾膜層數選擇2 4層，以提高分離過程中的水通量。在微濾膜9與虹吸管6之間填加有密度的絲狀物IO(比如脫脂棉，紗布等)，利用毛細現象使得水位能夠自發升至上升管段最高水位，維持水的自發流動。
虹吸管6與微濾器2連接處設置一氣/液反沖入口 4，該氣/液反沖入口 4設置一反沖電磁閥3 ;虹吸管6與水分收集池7之間也設置一通水電磁閥5，其中用于通水電磁閥5為常開電磁閥，反沖電磁閥為常閉電磁閥3。當進行反沖時，兩個電磁閥均通電，使得虹吸管中的水保持并且能夠將吸附在微濾膜側的微藻反沖進微藻培養池(或者微藻收集池) 中，恢復虹吸管的水通量。 在進行反沖時，為了使微濾膜具有能夠承受反沖過程中產生的壓力的強度，微濾 膜的一側設有采用沙芯材料或者不銹鋼材料制作的支撐部件8。根據不同的微藻濃度以及 不同的微藻品種，控制反沖的頻率，使得微藻的過濾能夠自發連續進行。 下面結合附圖對本發明實施例中的方法與裝置進行說明。附圖僅用于幫助理解實
施例的方案。在實際操作中，根據實際情況，遵循本設計的基本原理即可，而不限于附圖所
示的形式。 實施例一 微藻的表觀直徑為5ym左右，培養密度為干重0.2g L—、微孔濾膜的面積為 20cm2，選擇5 ii m孔徑的微濾膜+2 y m孔徑的微濾膜，在微濾膜和虹吸管之間加入脫脂棉， 使得水能夠通過毛細現象逐漸向上移動，虹吸管內徑為6mm，微藻培養池與水分收集池之間 的液位差為30cm，每小時的水通量為182ml，持續時間為3小時(h)，用水反沖后，水通量在 2h內沒有明顯降低。
實施例二 微藻的表觀直徑為3ym左右，培養密度為干重0. 7g L—、微濾膜的面積為5cm、選 擇5 ii m孔徑的微濾膜+1 P m孔徑的微濾膜，在微濾膜和虹吸管之間加入脫脂棉，使得水能 夠通過毛細現象逐漸向上移動，虹吸管內徑為2mm，微藻培養池與水分收集池之間的液位差 為30cm，每小時的水通量為40ml，持續時間為2h，用水反沖后，水通量在lh內沒有明顯降 低。 本發明采用純物理方法分離微藻和水分，真正實現養殖用水的回收再用，解決了 現有微濾技術濃縮和收集微藻中耗能較大并且容易堵塞的問題。
權利要求
一種微藻濃縮和收集方法，是將微藻液體中的水分過濾后通過虹吸排出并收集水分，以實現微藻和水分的分離。
2. 根據權利要求1所述微藻濃縮和收集方法，其中，過濾是指利用微孔濾膜和虹吸同 時作用去除藻液中水分的過程。
3. —種實現權利要求1所述微藻濃縮和收集方法的裝置，主要包括 微藻培養池，用于培養和收集微藻；微濾器，置于微藻培養池中，微濾器中安裝有能通過水分的微濾膜，用于過濾微藻中的 水分和截流微藻；虹吸管，其一端為三通管，其中的一通連接微濾器的出水口 ，用于水的自吸，防止斷流， 另一通連接水分收集池，將微藻培養池中的水分通過虹吸管以自流的方式流向位于水分收 集池，第三通連接氣/液反沖入口 ；連接水分收集池的虹吸管上和氣/液反沖入口處均分別各安裝一電磁閥，該電磁閥用 于控制反沖，實現微藻濃縮和收集連續操作。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中，微藻培養池的液面高度高于水分收集池液面的 高度。
5. 根據權利要求3所述的裝置，其中，微濾器內設置孔徑0. 2 10 i！ m的微濾膜和支撐 微濾膜的支撐部件，使微濾膜具有能夠承受反沖過程中產生的壓力的強度。
6. 根據權利要求3或5所述的裝置，其中，微濾器中微濾膜為有機聚合物材料或者不銹 鋼材料；支撐部件為沙芯材料或者不銹鋼材料。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其中，在微濾器的微濾膜與虹吸管之間填充有絲狀物。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其中，填充的絲狀物為脫脂棉或紗布。
9. 根據權利要求3所述的裝置，其中，虹吸管的內徑為2 8mm。
10. 根據權利要求3所述的裝置，其中，電磁閥通過繼電器或者PLC控制電磁閥的通閉 實現反沖。
全文摘要
一種微藻濃縮和收集方法，是將微藻液體中的水分過濾后通過虹吸排出并收集水分，以實現微藻和水分的分離。本發明的裝置包括微藻培養池，用于培養和收集微藻；微濾器，置于微藻培養池中，微濾器中安裝有能通過水分的微濾膜，用于過濾微藻中的水分和截流微藻；虹吸管，其一端為三通管，其中的一通連接微濾器的出水口，用于水的自吸，防止斷流，另一通連接水分收集池，將微藻培養池中的水分通過虹吸管以自流的方式流向位于水分收集池，第三通連接氣/液反沖入口；連接水分收集池的虹吸管上和氣/液反沖入口處均分別各安裝一電磁閥，該電磁閥用于控制反沖，實現微藻濃縮和收集連續操作。本發明可以實現超低能耗收集微藻。
文檔編號C12M1/00GK101693878SQ200910236378
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者張亞杰, 李瀟萍, 羅生軍, 范曉蕾, 許曉暉, 郭榮波 申請人:青島生物能源與過程研究所;