[發明專利]一種基于死端正滲透技術的藻液脫水裝置及方法

在審

• 申請號: 201910176934.3
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109876663A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 馬聰;黃敬云;王亮;王天一;張國偉;張朝暉;趙斌;李君敬;胡建
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開了一種基于死端正滲透技術的藻液脫水裝置及方法，脫水裝置包括滲透裝置、攪拌裝置和汲取液循環系統，滲透裝置包括正滲透膜、上箱體和下箱體，上箱體和下箱體通過螺栓相互連接，上箱體內上下貫通設置有藻液存儲槽，下箱體上表面設置有汲取液循環槽，上箱體和下箱體之間設置有密封圈，正滲透膜夾置于上箱體和下箱體之間；攪拌裝置包括驅動電機、連接桿和攪拌槳，驅動電機的輸出軸與連接桿一端相連，連接桿另一端連接位于藻液存儲槽內底部的攪拌槳；汲取液循環系統包括蠕動泵、連接管道及汲取液存儲器，應用該脫水裝置的藻類脫水方法，使藻液可以用較低能量消耗，濃縮得到較低含水率的濾餅層。

技術領域

本發明涉及藻液脫水領域，特別是涉及一種基于死端正滲透原理的藻液脫水裝置及方法。

背景技術

微藻是低等植物,其種類繁多、分布極其廣泛,海洋、淡水湖泊等水域均有微藻存在。其特有的化學組成和結構使其成為最有潛力的生物柴油和生物質油的優良原料。化石能源蘊藏量逐漸下降,溫室氣體排放日益嚴重,發展微藻生物能源被認為是一種最具前景替代能源。微藻濃縮脫水是微藻生物能源生產中的關鍵技術之一。

現有的微藻濃縮脫水技術,一般采用濃縮和脫水串聯處理的方式,濃縮方法主要有膜過濾法、氣浮法和沉淀法，其中膜濾法以其不會對藻液造成二次污染而被廣泛研究和應用。膜慮法有錯流和死端兩種操作方式。錯流即水流在膜表面產生兩個分力，一個是垂直于膜面的法向力，使水分子透過膜面，另一種是垂直于膜面的切向力，把膜面的截留沖刷掉。死端即水流在膜面上方只產生垂直于膜面的力，隨著過濾時間增長，被截留顆粒將在膜表面形成污染層，使過濾阻力增加。

現有使用膜進行藻濃縮技術中，一般使用錯流系統對藻進行濃縮，即藻液側通過管道和泵對藻液循環，在膜面上形成剪切力，進而降低濃差極化和膜污染。然而在錯流系統中，藻液側的管路中持有大量藻液，為了達到循環，管道中僅能為流態，因而當藻液濃縮到一定濃度后將無法進一步循環脫水。因此現有的膜濃縮藻技術僅停留在藻濃縮層面，還需要經過濃縮后的藻液中的含水率仍然高達以上,需要再進一步做脫水處理。

在脫水階段主要有離心脫水法和機械壓濾法,進行進一步脫水可以使藻液中的含水率降到85％左右。離心脫水使利用藻液中微藻與培養液比重不同從而具有不同離心力的原理使微藻和培養液脫離，離心脫水主要問題是能耗過高；機械壓濾是通過對藻液施加外加壓力，利用壓濾機中濾布或篩網具有不同的透過孔徑，對藻液中的微藻進行攔截過濾，而水分子由于具有更小的體積，故而通過小孔而進行脫水，機械壓濾存在的主要問題是運行密封性低，容易造成污染，濾布或篩網的清洗需要大量的水源，耗水量大。另外，用這兩種方法對藻液脫水時也可能要摻入絮凝劑，影響微藻產業附加產品的純度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有膜法濃縮脫水微藻技術中因管路持有量而無法進行進一步脫水，而現有藻類脫水技術能耗高，以及膜慮技術中死端操作方式膜污染嚴重等技術問題，提供一種基于死端正滲透技術的藻液脫水裝置及方法，死端操作方式可以有效減少錯流操作方式中管路對藻液的持有量，使藻液可以進一步在正滲透的滲透壓驅動下脫水至含水率較低的濾餅層。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于死端正滲透技術的藻液脫水裝置，包括滲透裝置、攪拌裝置和汲取液循環系統，所述滲透裝置包括正滲透膜、上箱體和下箱體，所述上箱體和下箱體通過螺栓相互連接，所述上箱體內上下貫通設置有藻液存儲槽，所述下箱體上表面設置有汲取液循環槽，所述上箱體和下箱體之間設置有密封圈，所述正滲透膜夾置于上箱體和下箱體之間；

所述攪拌裝置包括驅動電機、連接桿和攪拌槳，所述驅動電機的輸出軸與連接桿一端相連，連接桿另一端連接位于藻液存儲槽內底部的攪拌槳；

所述汲取液循環系統包括蠕動泵、連接管道及汲取液存儲器，所述汲取液循環槽內兩側開設有長方形凹槽，所述長方形凹槽通過連接管道與汲取液存儲器相連通形成一條循環管路，所述蠕動泵用于為該循環管路提供循環動力。