[發(fā)明專利]一種工業(yè)化用微藻磁性分離收集裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210013113.6
• 申請(qǐng)日: 2012-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN102586101A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭晨;王鋒;劉春朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C12M1/42
• 分類號(hào): C12M1/42
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微藻分離收集裝置，特別涉及到一種工業(yè)化用微藻磁性分離收集裝置。

背景技術(shù)

微藻是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)迅速的單細(xì)胞藻類，其分布極其廣泛，從熱帶、溫帶到寒帶直至南北兩極，從淡水湖泊、鹽堿沼澤到海水，從水表到大洋深處幾乎都有微藻存在和繁衍。許多微藻具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。長(zhǎng)期以來，人們僅僅是把微藻作為魚、蝦、貝類幼體或成體的直接或間接的活餌料。近幾十年來，尤其在20世紀(jì)80年代后，微藻生物技術(shù)迅速發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到微藻在進(jìn)化上的多源性、遺傳的多樣性，藻細(xì)胞中含有多種特殊的次級(jí)代謝物，此外微藻還具有光能轉(zhuǎn)換率高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于遺傳改良等特點(diǎn)，可以對(duì)其進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)。目前，微藻在食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，微藻培養(yǎng)和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)成為新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

微藻的分離和收集成為制約微藻培養(yǎng)大規(guī)模生產(chǎn)的主要因素之一。目前微藻的分離和收集的方法主要包括：離心、過濾、絮凝、氣浮。采用離心方法需要昂貴的固定資產(chǎn)(離心機(jī))投資且能耗大；采用過濾方法的效率低，膜容易堵塞，操作難度大；采用絮凝方法分離和收集微藻需要使用各種絮凝劑，而絮凝劑與微藻分離困難，容易造成目標(biāo)產(chǎn)物的污染；氣浮/泡載分離在微藻中應(yīng)用時(shí)通常需要表面活性劑的輔助，存在著和絮凝方法同樣的問題。

為了改善傳統(tǒng)微藻分離方法存在的缺陷或不足，研究開發(fā)人員設(shè)計(jì)了不同的微藻分離裝置。CN?101457201B公開了一種襯桿式泡載分離裝置，該裝置通過法蘭蓋上固定的均勻分布的多條襯桿減少泡沫持液量，提高分離獲得的微藻細(xì)胞的濃度，但是這一改進(jìn)并沒能解決泡載分離中表面活性劑的污染問題；CN101693878A公開了一種微藻濃縮和收集的方法與裝置，其核心是采用微濾器過濾微藻中的水分和截留微藻，通過電磁閥控制的反沖，實(shí)現(xiàn)微藻的濃縮和連續(xù)操作，該設(shè)備采用的傳統(tǒng)的反沖方法來解決膜賭塞的問題，難度大，效果不佳，僅對(duì)微藻培養(yǎng)液起到一定的濃縮作用；CN?102127509A公開了一種分離微藻的方法和裝置，該分離方法的實(shí)質(zhì)為表面活性劑輔助的氣浮分離，同樣面臨著表面活性劑的污染問題；CN?20202555U公開了一種BFM膜分離除藻系統(tǒng)，該專利只是將微孔過濾裝置與彎曲板式膜(BFM)分離系統(tǒng)相結(jié)合，在除藻的同時(shí)增加氮磷和COD的去除率，而對(duì)于微藻膜分離中存在的膜堵塞的核心問題未能提出較好的解決方法；CN?102234613A和CN?101811757A均公開了一種氣浮輔助的電絮凝微藻分離方法，分別設(shè)計(jì)了正負(fù)極交錯(cuò)的振動(dòng)篩板塔和正負(fù)極交錯(cuò)的同心圓筒電極板實(shí)現(xiàn)微藻的分離，但是，電絮凝過程由于陽極的溶解同樣會(huì)帶來絮凝劑對(duì)微藻細(xì)胞的污染問題。綜上所述，研發(fā)人員對(duì)于微藻分離裝置的研制和開發(fā)雖然取得了一些進(jìn)展，但尚未解決傳統(tǒng)微藻分離方法中存在的核心問題，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

由于磁性材料具有易于分離、分離操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，近幾年來，采用磁性材料進(jìn)行微藻分離的方法已有報(bào)道。Gao和Peng等(Gao?Z.W.，Peng?X.J.，ZhangH.M.，Luan?Z.K.，F(xiàn)an?B.Desalination，2009，247，337)采用蒙脫石和銅鐵氧化物的復(fù)合物，成功從水中分離有害微藻銅綠微囊藻(Microcystis?aeruginosa)，其磁性分離介質(zhì)可以重復(fù)使用，但該磁性復(fù)合物的合成較為繁瑣而且用量較大；Liu和Li等(Liu?D.，Li?F.T.，Zhang?B.R.Water?Sci.Technol.2009，59，1085)采用殼聚糖修飾的磁性聚合物作為磁性分離介質(zhì)，成功去除淡水中的藻華，但其磁性分離介質(zhì)的合成較為復(fù)雜，磁性分離介質(zhì)無法重復(fù)使用，受離子強(qiáng)度影響較大。為了降低微藻磁性分離的成本、實(shí)現(xiàn)磁性分離介質(zhì)的回收，Xu和Guo采用裸露的磁性納米Fe₃O₄顆粒進(jìn)行微藻細(xì)胞的磁性分離，并通過酸溶的方法實(shí)現(xiàn)了磁性分離介質(zhì)的回收(Ling?Xu，Chen?Guo，F(xiàn)eng?Wang，Sen?Zheng，Chun-Zhao?Liu.Bioresource?Technology?2011，102，10047)。由此可見，微藻磁性分離在工藝和方法上是可行的。實(shí)現(xiàn)磁性分離在微藻工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用，其關(guān)鍵問題之一是提供成套的微藻磁性分離設(shè)備，而微藻磁性分離是一個(gè)全新的領(lǐng)域，目前尚無相關(guān)的微藻磁性分離設(shè)備的報(bào)道和商業(yè)化的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有微藻分離技術(shù)存在的一系列問題，特別為了滿足微藻磁性分離在設(shè)備上的需求，提供了一種工業(yè)化用微藻磁性分離收集裝置。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：