一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置。该装置由底座、筒体和上盖三部分组成，底座上固定有微气泡发生器及出水管，微气泡发生器由一对电极组构成，阴极置于下方为板状，阳极置于上方为梳状或栅状或网状，采用石墨作为电极组材料，通过直流电源供电；上盖中设有进水口和出渣口，进水口略低于出水口，出渣口略高于出水口，出水口上部为管道混合器。本发明专利技术利用装置底部的耐腐蚀无损耗电极组电解水产生微气泡，通过微气泡的黏附及浮升作用采收或去除液体中的颗粒物质，达到提高采收效率或去除效率、降低能耗、简化工艺的效果，同时具备便于移动、易于携带的特点。本发明专利技术特别适用于沙漠、海上等环境下微藻规模化培养的采收过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气浮装置及其使用方法，具体而言，本专利技术涉及一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置及其使用方法。
技术介绍
微藻具有生长速度快，营养物质丰富等特点，被广泛地应用于生物饵料、保健食品、食品添加剂等领域。特别是近年来，随着常规石化能源的日益匮乏，全球环境问题的日益严峻，以富油微藻为原料的可再生生物燃料被认为是缓解能源危机、降低环境损害的最佳选择。但由于微藻细胞个体小，培养液中的浓度低，导致了其在采收时存在难度较大、成本较高的问题。据统计，在规模化养殖中，微藻的采收成本可达到养殖总成本的30％左右。目前，微藻的采收方法主要有离心法、过滤法、絮凝法和气浮法等。离心法具有能耗投入高的不足，过滤法则往往会因藻细胞堵塞滤孔而导致滤膜失效。絮凝法与气浮法常常联合使用，以达到高效率、低成本的连续采收。气浮法是一种通过向藻液中导入微小气泡使藻絮凝体黏附于其上从而达到浮升收集目的的技术。在微藻的采收过程中，气浮法常常作为絮凝法的后续步骤，两者的联合使用将使规模化采收过程的连续性变得可行。如何稳定地产生丰富而微小的气泡是该方法获得较高采收效率的关键所在。目前，微气泡的生成方式主要有机械法和溶气法。前者所形成的微气泡粒径较大，不易与藻絮凝体黏附。相对而言，后者则可形成粒径较小的气泡，较适用于藻絮凝体的富集采收。尽管如此，溶气气浮法仍然存在能耗投入高、工艺复杂、微气泡生成难以持续稳定的不足。申请号为201310719153.7的中国专利公开了一种微藻泡沫浓缩采收装置，该装置包括气泡发生单元、浓缩分离塔、液流循环单元以及泡沫收集单元，气体经气体分布器打散后粘附在微藻细胞表面，将其带至液体表面形成泡沫层，该泡沫层通过泡沫导流管输入泡沫收集单元，经消泡后获得浓缩藻液。然而，该装置涉及的单元较多，结构相对复杂，占地面积较大，便携性不佳，设备投入和运行成本都相对较高，而且气体分布器所产生的气泡粒径较大，导致气浮效果受到很大的限制。申请号为201420310778.8的中国专利公开了一种电解充气浮选柱，该装置通过在浮选柱底部安装一组圆环形电极，依靠电解水产生的气泡以及配合加入的起泡剂，达到浮选矿物质的目的。该采用竖直圆环形电极组，其电解所产生的气泡会沿着电极板壁上升，导致气泡在体系内分散不均匀，且气泡在沿电极板壁上升过程中会不断聚集成粒径较大的气泡，从而降低气浮效率。另一方面，该装置的应用于选矿设备

技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，目前亟需开发一种结构简单、便携性佳、能耗较低且效率较高的微藻采收装置，以满足微藻规模化培养(尤其是沙漠、海上等环境下微藻规模化培养)的采收环节。本专利技术旨在提供一种新的便携式低能耗气浮装置，既能满足微藻的连续性采收，又可保证较高而稳定的采收效率。为实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置，其特征在于：该装置由底座、筒体和上盖三部分组成，所述三部分可拆离，便于移动及携带。所述底座上通过固定柱固定有微气泡发生器，该微气泡发生器由一对电极组构成，其中，阴极置于下方，为板状，阳极置于上方，为梳状或栅状或网状。所述阴极与阳极之间置有绝缘垫。所述电极组材料优选为石墨。所述电极组材料也可是不锈钢、各类合金、钛及其氧化物、钽及其氧化物等。所述电极组由直流电源供电。所述底座侧面设有开口，通过三通与出水口和排空管相连，该出水口高度可调节，兼具控制气浮装置内液位的功能，该排空管处设有阀门。所述筒体下端与底座连接，上端与上盖连接，其材质为透明的玻璃或有机玻璃等硬质材料，也可为透明的塑料等软质材料。当筒体使用软质材料时，筒体周围置有网状围挡。所述上盖中设有高度可调的进水口，上盖侧面设有出渣口，其中，进水口略低于出水口，出渣口略高于出水口。所述出水口为水平辐射状，液体通过进液小口以水平方向流入筒体内。所述进水口上部为管道混合器，用以充分混匀含有絮凝剂的待气浮液体。所述的便携式低能耗气浮装置可固定于基面上或悬挂于支架上。所述的便携式低能耗气浮装置用于微藻的采收时，收获每千克微藻(干重)仅需消耗0.043～0.075kWh电能。本专利技术提供了一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置，既能满足微藻的连续性采收，又可保证较高而稳定的采收效率，有效解决了如下所述的技术问题：1.传统的微藻采收方式具有设备成本高、运行成本高的不足，本专利技术专利提供的气浮装置具有材料价格低廉、运行成本极低的优势，大幅降低了微藻采收过程的物料和能耗投入，节约了成本。2.传统的微藻采收设备具有结构繁冗、工艺复杂、设备庞大的不足，不但操作过程繁琐，而且占地面积大，便携性不佳，严重限制了其实用性。本专利技术专利提供的气浮装置具有结构简单、工艺简洁，体积小巧的优势，便于移动，易于携带，可被灵活而广泛地应用于微藻各种类型的规模化培养模式，尤其适用于沙漠、海上等环境下微藻规模化培养的采收。3.传统的气浮采收设备因气泡的产生难以长时间持续稳定，且所产生的气泡粒径较大，导致气浮采收效率低下，本专利技术专利提供的气浮装置基于电解水的原理，可稳定地产生大量粒径较小的气泡，特别是针对微藻的浮载，有效提高了采收效率；专利技术人通过研究发现，同样是通过气浮法收集颗粒，所产生的气泡大小不同，其所针对不同大小颗粒的浮载效果明显不同，专利申请201420310778.8所述装置采用的是大气泡粘附小颗粒的泡载模式，而本申请是针对微藻这种大颗粒，大气泡的泡载模式对于微藻的收集效率极低，而改为小气泡，更能有效的粘附微藻大颗粒，提高微藻的采收率。4.传统的电解气浮装置采用易被腐蚀的金属铁、铝等物质作为电解电极，在电解过程中易产生金属盐类混杂到收获物中，严重污染了收获物的品质，因此不适于微藻的采收，而且，电极的消耗一方面会增加损耗性成本，另一方面也使得电极逐渐钝化，导致导电性能降低，气浮效果变差。专利技术人在实验过程中，替换了多种材料的电极进行组合实验，发现金属铁、铝等物质作为电解电极在经济性和电解性能上，明显低于石墨、不锈钢合金、钛及其氧化物、钽及其氧化物等几种电极材料，并且相对而言，石墨电极更为合适，其耐腐蚀性高，不但价格低廉，而且完全避免了上述污染、损耗以及钝化等问题。5.本专利技术专利提供的气浮装置原理简明，结构合理，尤其是安装于底座上用于产生微气泡的电极组，由于电解过程中，阴极所产生的气泡量远远多于阳极，所以将阴极设计为板状置于下方，将阳极设计为梳状或栅状或网状置于上方，这样既可避免气泡分布的不均匀性，又能保证气泡不会滞留而聚集成较大的气泡。采用直流电进行电解而非交流电，更是为了更稳定的产生微气泡，避免扰动，从而连续稳定的进行微藻采收；另外，在优选的电极间距及电解电压条件下，该装置极大地降低了收获单位质量微藻的能耗投入。6.本专利技术专利提供的气浮装置，位于进水口上端的管道混合器可以起到搅拌和混匀的作用，使含有絮凝剂的待气浮液体得到充分的絮凝。这一设计避免了以往气浮采收装置中附带的常规搅拌设备如搅拌电机、混匀池的使用，使气浮装置的构造得以精简，增大了其便携性，同时也有效降低了搅拌能耗。此外，本申请通过出水口、进水口、出渣口的相对位置设定，从而通过调控筒体内的液面变化，即可实现微藻通过出渣口溢出而进行收集，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置，包括底座(6)、筒体(8)和上盖(13)，其特征在于：所述底座上固定有至少一对用于电解水的电极组，所述电极组中阴极(2)位于阳极(1)的下方，所述电极组由直流电源(5)供电，所述阴极为圆形或方形板状，所述阳极为圆形或方形的梳状、栅状或网状构造；所述底座侧面设有开口，通过三通与出水口(11)和排空管(7)相连；所述上盖侧面设有出渣口(14)，中间设有进水口(12)，所述进水口上部为管道混合器(10)。

【技术特征摘要】
1.一种用于微藻采收的便携式低能耗气浮装置，包括底座(6)、筒体(8)和上盖(13)，其特征在于：所述底座上固定有至少一对用于电解水的电极组，所述电极组中阴极(2)位于阳极(1)的下方，所述电极组由直流电源(5)供电，所述阴极为圆形或方形板状，所述阳极为圆形或方形的梳状、栅状或网状构造；所述底座侧面设有开口，通过三通与出水口(11)和排空管(7)相连；所述上盖侧面设有出渣口(14)，中间设有进水口(12)，所述进水口上部为管道混合器(10)。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进水口为水平辐射状，液体通过进液小口以水平方向流入筒体内。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述电极组材质为石墨、各类合金、钛及其氧化物、钽及其氧化物中的一种或多种。4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述电极组材料为石墨。5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的进水口低于出水口，所述的出渣口高于出水口，所述的排空管处设有阀门，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天中，周文俊，陈林，高莉丽，王俊峰，汪辉，张维，程文涛，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37