[發(fā)明專利]用于微藻采收的太陽能鹽橋電絮凝裝置

有效

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• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN102787070A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳方見;劉晨風(fēng);劉智永;侯余勇;陳樹林
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)生物技術(shù)研究所
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微藻采收裝置，尤其涉及一種用于微藻采收的太陽能鹽橋電絮凝裝置。

背景技術(shù)

隨著不可再生化石燃料的日漸枯竭和日益嚴峻的環(huán)境問題，全世界面臨嚴重的能源危機和環(huán)境危機，越來越多的學(xué)者積極研究新能源的開發(fā)利用和環(huán)境的生物修復(fù)。在新能源的開發(fā)利用與環(huán)境的生物修復(fù)中，微藻因具備一些獨特的特點而成為研究熱點，這些特點包括：

微藻廣泛地分布在海洋、湖泊等水域，種類繁多，可直接利用陽光、二氧化碳和含氮、磷等元素的簡單營養(yǎng)物質(zhì)快速生長，并在細胞內(nèi)合成大量油脂。與大豆、油菜和麻風(fēng)樹等油料植物相比，微藻的生長周期短，含油量高，油脂產(chǎn)率高，單位面積產(chǎn)油量是大豆的數(shù)百倍，每公頃可年產(chǎn)幾萬升生物柴油。微藻可利用灘涂、鹽堿地、荒漠，以及海水、荒漠地區(qū)的地下水等生長，不與農(nóng)作物爭地、爭水。微藻在培養(yǎng)過程中還可固定大量二氧化碳，據(jù)計算，每培養(yǎng)1噸微藻，可消耗約2噸二氧化碳，因此，利用微藻制造生物柴油能夠大量固定排放的二氧化碳。此外，微藻還可在光自養(yǎng)培養(yǎng)過程中利用廢水中的氮、磷等營養(yǎng)成分，從而凈化工廠排放的廢水和城市生活污水。

目前微藻產(chǎn)業(yè)仍面臨諸多瓶頸環(huán)節(jié)，如藻液中微藻的密度低，密度小于10g/L，造成采收成本高。據(jù)報道，微藻采收工藝中下游脫水技術(shù)占微藻采收成本的20％-30％。現(xiàn)階段應(yīng)用于工業(yè)化微藻大規(guī)模采收的技術(shù)種類有離心、過濾、絮凝等，其中離心的方法能耗過高，過濾方法一般僅用于濃縮或適用較大藻類，如螺旋藻，而濃縮比較低，其后仍需離心處理。絮凝方法行之有效，一是絮凝物與培養(yǎng)基能夠有效分離，大幅減少后續(xù)處理中藻液的體積，二是絮凝后的絮凝體密度和顆粒增大，有利于離心或過濾。現(xiàn)階段的絮凝技術(shù)是添加絮凝劑絮凝和陽極損耗電絮凝。用于微藻絮凝采收的絮凝劑，主要有鐵鋁鹽系絮凝劑、有機高分子絮凝劑、天然合成絮凝劑和堿性物質(zhì)絮凝劑4種。鐵鋁鹽系絮凝劑主要有FeCl₃、AlCl₃、Fe₂(SO₄)₃、Al₂(SO₄)₃及其衍生物等，在絮凝后鐵鋁離子殘留于藻泥和培養(yǎng)基中，從而導(dǎo)致藻粉品質(zhì)降低和培養(yǎng)基難于重復(fù)使用；有機高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺存在殘留難降解單體的問題，易污染環(huán)境；天然合成絮凝劑，如陽性淀粉或殼聚糖則因造價太高而仍不能工業(yè)化大規(guī)模使用，且在海藻和藻密度較大的藻液中表現(xiàn)不佳；使用堿性物質(zhì)絮凝劑的堿誘絮凝仍存在一些不足，如絮凝后培養(yǎng)基非營養(yǎng)金屬離子累積和營養(yǎng)性離子流失，而不利于培養(yǎng)基的循環(huán)使用。

另外，現(xiàn)有的電絮凝裝置中陽極損耗電絮凝技術(shù)非常不成熟，因為通常使用公網(wǎng)電能，能耗較高，而陽極鐵板或鋁板不斷被腐蝕損耗并進入藻泥中，使得到的藻泥不能直接應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和漁業(yè)飼料等行業(yè)；電絮凝中陽極產(chǎn)生的氯氣破壞微藻細胞從而降低收率；培養(yǎng)基非營養(yǎng)性金屬離子組成發(fā)生不可逆變化，不利于培養(yǎng)基的重復(fù)利用。因此，開發(fā)一種易于工業(yè)化、高效、低成本、可循環(huán)使用培養(yǎng)基的絮凝裝置具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述微藻采收技術(shù)的弊端，設(shè)計開發(fā)了一種用于微藻采收的太陽能鹽橋電絮凝裝置。該裝置將太陽能發(fā)電系統(tǒng)、電解技術(shù)、電滲析和堿誘絮凝等4種技術(shù)集成，具有環(huán)保、高效、低能耗、低成本的優(yōu)點。

本發(fā)明公開的用于微藻采收的太陽能鹽橋電絮凝裝置，由直流電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和鹽橋系統(tǒng)組成。直流電源系統(tǒng)由太陽能電池組件、交流電源、功率調(diào)節(jié)器組成，其中太陽能電池組件、交流電源分別與功率調(diào)節(jié)器連接，并通過功率調(diào)節(jié)器與微機相連，受微機調(diào)控，使太陽能電池組件和交流電源聯(lián)合轉(zhuǎn)化出直流電力；功率調(diào)節(jié)器的正負輸出端分別連接陽電極和陰電極，其中陽電極連接鹽橋的陽極端，陰電極連接鹽橋的陰極端，組成受微機調(diào)控的直流電源系統(tǒng)。在太陽能資源充足時，直流電源系統(tǒng)在微機最大功率點跟蹤算法的調(diào)控下由功率調(diào)節(jié)器輸出優(yōu)質(zhì)直流電力，用于鹽橋系統(tǒng)的絮凝；在太陽能資源不充足時，微機與功率調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化交流電源為直流電力，補充太陽能直流電力的不足。

控制系統(tǒng)由微機、pH計和有效氯儀組成，其中pH計插入分別插入陰極室和陽極室，并與微機連接，有效氯儀插入陽極室并與微機連接，組成用于監(jiān)測藻池絮凝狀態(tài)和陽極室狀態(tài)的調(diào)控系統(tǒng)。