一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收微藻的方法及分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收微藻的方法及分离装置。所述方法包括如下步骤：1)对藻液进行pH调节；2)将调节pH后的藻液于沉降池中进行絮凝沉降，得到絮凝藻液和上清液；3)向装有絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的泡沫分离塔中通入空气，使微藻富集于泡沫中，收集泡沫，即采收得到微藻。所述分离装置包括沉降池和环流泡沫塔，其中，所述沉降池中的絮凝藻液出口通过所述中间储罐与所述环流泡沫塔中的藻液入口相连。环流泡沫塔由泡沫段和上升段组成，导流筒将环流段分成上升区和下降区，强化了气液固接触传质，使分离效率得到提高。本发明专利技术回收率和浓缩比高，可进行连续操作，分离时间短，适合大工业生产，产能高，成本较低，同时，实现了水的循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收微藻的方法及分离装置
本专利技术属于微藻的分离采收
，具体涉及一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收微藻的方法及分离装置。
技术介绍
微藻采收被认为是微藻制取生物燃料过程中最困难的因素之一。通常，微藻培养液中藻干重仅有0.02-0.5kg/m3，一般需要浓缩到20-70kg/m3以上，然后才能进入下一步的工艺。目前，微藻的分离采收技术主要包括离心分离、絮凝分离、气浮/泡载分离和膜分离等。离心分离和膜分离虽然可以取得较高的浓缩倍数和回收率，但是其成本高，产能小，只适合于作为食品和药物原料微藻的分离采收。对于产油微藻，目前最广泛采用和研究的技术主要是絮凝和气浮/泡载分离。如何在获得高回收率和浓缩倍数的同时，实现低成本、高产能的分离采收，是这类产油微藻分离采收技术必须面对和解决的问题。对于絮凝过程，无机絮凝剂最常用，如中国专利技术专利CN102382769公开了一种采用三氯化铁絮凝采收微藻及培养水体的再循环利用的技术，三氯化铁在溶液中浓度5-150ppm，沉降时间2～36h，对小球藻的回收率为76％。现有技术为了获得高的回收率，往往需要还加入高效的聚合物絮凝助剂，如中国专利技术专利CN102051332公开了了一种采用壳聚糖-路易斯酸为絮凝剂，搅拌后絮凝沉降沉降分离微藻的方法，其中藻液中壳聚糖浓度2-30mg/L，路易斯酸浓度3-9mg/L，回收率最高达到99％；该法回收率高，但絮凝剂的成本同样较高，且絮凝剂的加入也给分离后清液的循环使用、浓缩液的后续处理带来困难。物理絮凝如电絮凝无絮凝剂消耗。中国专利CN102787070公开了一种采用太阳能盐桥电絮凝装置进行微藻絮凝采收的方法，电解6h后，回收率大于95％，浓缩倍数大于15倍。该法相比传统的电絮凝法，随降低了能源和电极的消耗，但其工艺和设备复杂，成本高，且产能低，不宜工业放大。中国专利技术专利CN102839127、CN103013833中均采用了调节pH沉降絮凝后过滤分离的海生绿球藻的方法，其中CN102839127报道的调节pH超过11，沉降3天以上，回收率可达99％，但未公开浓缩倍数；其沉淀时间长，对沉降液中微藻采取过滤分离的方法，产能低且动力成本高，并不适合于大规模产油微藻的分离，且采用NaOH调节pH造成系统中Na+的积累。对于气浮分离的方法，中国专利技术专利CN1472306公开了一种采用溶气式气浮连续采收微藻的方法，但未公开回收率和浓缩倍数。中国专利CN101549231则公开了一种将溶气浮选和旋液分离耦合，以快速分离泡载微藻的方法，旋液分离需要液体以较高流速进入旋液分离器，能耗高且同样不宜工业放大。泡沫分离，或称泡沫浮选，通过在气浮体系中加入特定的表面活性剂，形成稳定的泡沫层，通过将待分离物质吸附在泡沫层中而实现分离，在蛋白分离等方面已有成功的应用。泡沫浮选的核心是优选的表面活性剂体系和分离装置，以获得稳定的泡沫层，并使分离物质向泡沫层快速富集。中国专利CN102127509公开了一种采用表面活性剂泡沫浮选微藻的方法和装置，其装置实质是个鼓泡塔。在其实施例中，采用该法分离拟球藻，表面活性剂采用CTAB或TBP，最好情况下回收率可超过98％，浓缩比未报道。该法需要将气泡分散到1mm左右，采用了成本较高的表面活性剂，因为采用间歇操作直至泡沫中无绿色，其高回收率是以延长分离时间为代价的。中国专利CN102127509也公布了一种采用泡沫浓缩采收微藻的方法，所采用的浮选装置也是鼓泡塔，内部增加了特殊的泡沫内构件。在该专利的一个实施例中，采用该装置采收某种自产泡沫的微藻，浓缩比达到20倍，但回收率以及采收时间等均未报到，由于缺少必要的技术特征，无法对效率进行判断。而且上述方法，均直接从稀藻液进行泡沫浮选，所需泡沫助剂用量大，设备体积大，分离时间长，其经济性仍然不佳；采用间歇分离的工艺路线不适于工业化稳定生产。综上所述，尽管现有技术提供了多种微藻分离的技术方法，但具有高回收率和浓缩倍数，同时低成本、高产能，适合于大规模产油微藻分离采收的工业化技术仍有待进一步的开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高回收率和浓缩倍数，同时低成本和高产能的微藻采收的方法及相应的分离装置。本专利技术所提供的微藻采收的方法，包括如下步骤：1)对藻液进行pH调节，得到调节pH后的藻液；2)将步骤1)中的调节pH后的藻液于沉降池中进行絮凝沉降，得到絮凝藻液和上清液；3)向装有步骤2)中的絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的泡沫分离塔中通入空气，使微藻富集于泡沫中，收集泡沫，即采收得到微藻。上述方法中，步骤1)中，所述pH调节是通过如下方法进行：向所述藻液中加入pH调节剂，调节所述藻液的pH至10～10.5，其中，所述pH调节剂具体可为NaOH水溶液、KOH水溶液或NH3水溶液，优选为NH3水溶液。进一步的，pH调节剂的浓度可以根据实际生产情况进行选择。所述藻液中的微藻具体可为球藻或拟球藻，所述球藻具体可为海生小球藻(MarineChlorella)或紫球藻(Porphyridiumcruentum)；所述拟球藻具体可为微拟球藻(Nannochloropsissp.)。上述方法中，步骤2)和步骤3)选自如下a)连续操作或b)间隙操作，当步骤2)和步骤3)选自a)连续操作时：(藻液以一定流量流入沉降槽，在沉降槽底部连续流出絮凝藻液并导入环流泡沫塔，环流泡沫塔中流加表面活性剂和分离助剂，在泡沫槽中连续采出泡沫以收集浓藻液)步骤2)中，所述絮凝沉降的水力停留时间为0.5～2h。步骤3)中，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠(Sodiumdodecylsulfate，SDS)和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0.5～2，物质A选自Tween20和/或Tween80，当物质A为Tween20和Tween80时，两者可依任意比例加入，本领域技术人员根据实际情况进行配制即可。所述分离助剂具体可为FeCl3。所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入20～250g所述表面活性剂和30～120g所述分离助剂，优选为1m3所述絮凝藻液中加入30～120gSDS、20～60gTween20和40～80gFeCl3，按照上述比例根据絮凝藻液的流量匀速流加表面活性剂和分离助剂。所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的水力停留时间为0.3～2h。所述泡沫分离塔中体系的pH为10～11，空塔气速为0.06～0.3cm/s。当步骤2)和步骤3)选自b)间歇操作时：(一批培养藻液加入沉降槽，沉降一定时间后，在沉降槽底部采出絮凝藻液，存入中间储罐。而后将一批絮凝藻液加入环流泡沫塔，在环流泡沫塔中一次性加入或者匀速流加表面活性剂和分离助剂，在泡沫槽中连续采出泡沫以收集浓藻液)所述表面活性剂和分离助剂一次性加入到泡沫分离塔时：步骤2)中，所述絮凝沉降的沉降时间为0.5～4h。步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0.5～2，物质A选自Tween20和/或Tween80，当物质A为Tween20和Tween80时，两者可依任意比例加入，本领域技术人员根据实际情况进行配制即可。所述分离助剂具体可为FeCl3。所述絮凝藻液、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻采收的方法，包括如下步骤：1)对藻液进行pH调节，得到调节pH后的藻液；2)将步骤1)中的调节pH后的藻液于沉降池中进行絮凝沉降，得到絮凝藻液和上清液；3)向装有步骤2)中的絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的泡沫分离塔中通入空气，使微藻富集于泡沫中，收集泡沫，即采收得到微藻。

【技术特征摘要】
1.一种微藻采收的方法，包括如下步骤：1)对藻液进行pH调节，得到调节pH后的藻液；2)将步骤1)中的调节pH后的藻液于沉降池中进行絮凝沉降，得到絮凝藻液和上清液；3)向装有步骤2)中的絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的泡沫分离塔中通入空气，使微藻富集于泡沫中，收集泡沫，即采收得到微藻；步骤2)和步骤3)为连续操作或间隙操作：所述步骤2)和步骤3)为连续操作时：步骤2)中，所述絮凝沉降的水力停留时间为0.5～2h；步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0.5～2，物质A选自Tween20和/或Tween80；所述分离助剂为FeCl3；所述絮凝藻液、所述表面活性剂和所述分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入20～250g所述表面活性剂和30～120g所述分离助剂；所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的水力停留时间为0.3～2h；或，所述步骤2)和步骤3)为间歇操作时：所述表面活性剂和分离助剂一次性加入到泡沫分离塔时：步骤2)中，所述絮凝沉降的沉降时间为0.5～4h；步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0.5～2，物质A选自Tween20和/或Tween80；所述分离助剂为FeCl3；所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入60～240g所述表面活性剂和60～120g所述分离助剂；所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的泡沫分离时间为0.5～4h；所述表面活性剂和分离助剂匀速流加到泡沫分离塔时：步骤2)中，所述絮凝沉降的沉降时间为0.5～4h；步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0.5～2，物质A选自Tween20和/或Tween80；所述分离助剂为FeCl3；所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入20～250g所述表面活性剂和30～120g所述分离助剂；所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的泡沫分离时间为0.5～2h；所述泡沫分离塔为环流泡沫分离塔。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述pH调节是通过如下方法进行：向所述藻液中加入pH调节剂，调节所述藻液的pH至10～10.5，其中，所述pH调节剂为NaOH水溶液、KOH水溶液或NH3水溶液；和/或，所述藻液中的微藻为球藻或拟球藻。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述球藻为海生小球藻或紫球藻；所述拟球藻为微拟球藻。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)为连续操作或间隙操作：所述步骤2)和步骤3)为连续操作时：所述絮凝藻液、所述表面活性剂和所述分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入30～120gSDS、20～60gTween20和40～80gFeCl3；或，所述步骤2)和步骤3)为间歇操作时：所述表面活性剂和分离助剂一次性加入到泡沫分离塔时：所述絮凝藻液、所述表面活性剂和所述分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入40～160gSDS、30～90gTween20和60～90gFeCl3；所述表面活性剂和分离助剂匀速流加到泡沫分离塔时：所述絮凝藻液、所述表面活性剂和所述分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入30～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋国强，于常军，王桂伟，张建涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11