[发明专利]一种微藻集成装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程领域，尤其涉及微藻培养、收获与干燥的装置及方法。

背景技术

微藻是制取的生物能源的理想来源，与其他陆生生物质资源相比其具有如下优势：光合作用效率高、生长周期短、油脂含量高，微藻单位面积产油量是油料作物30倍，并且它不占耕地、产品附加值高，在淡水，海水甚至污染水域生长，能利用水体中的有机物，在制造生物能源的同时解决水体富营养化等环境难题等。如今能源微藻的研究已经成为世界生物质能源科技发展的新趋势和新热点。

微藻采收是能源微藻规模化生产的另一个亟待解决的瓶颈问题。微藻个体微小( 1－30 μm ) ，培养液中浓度低（通常为0.5－3.0 g /L）。再者，藻细胞表面多带负电，个体在培养液中可以较均匀地分散悬浮，形成稳定的分散体系，很难沉降。这些都给微藻收获增加难度，造成收获成本很高。通常采用物理/化学/生物法先对微藻培养液进行絮凝预处理，然后气浮、离心、膜分离或微滤法对其收集。但微藻培养液浓度低和颗粒细的特性使得微藻采收的成本占其培养成本（包括培养和采收）的20％－30％。即使通过以上两种步骤采收到的微藻，其含水量仍高达80％以上。根据全生命周期分析（Life cycle analysis，LCA），若将如此高含水量微藻干燥后生产微藻生产能源产品，其过程能耗高，加工效率底，整体能量“入不敷出”，显著降低了微藻能源的经济效益。

针对目前能源微藻收获与干燥过程存在的难题，本发明创新性地集成微藻培养、收集、脱水和干燥等工艺和装置，设计出国内原创性的微藻采收与干燥成套装备，这一集成装置结构简单，操作容易，占地面积小，可以有效降低微藻收获干燥能耗与成本投入，易于投入生产使用。为提高能源微藻规模化生产过程的经济性提供可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种微藻培养、收获与干燥的集成装置及方法。本发明针对目前微藻类生物质含水量高，收获难度大，微藻干燥过程能耗高，加工效率底，整体能量“入不敷出”的现状，提供一种新的低耗能收获与干燥集成的装置及方法。该装备收集微藻及方法，无需经添加絮凝剂、离心/过滤、喷雾干燥等步骤。本发明的装置为包括滤膜系统、转轴装置、传送带系统、干燥装置；滤膜系统是上段斜坡式滤膜支持物系统构成，它与地面倾斜呈30?-90?角度，角度设置与生物种类及浓度相关；下段水平式滤膜由一组具滑轮转轴装置传送带组成，滑轮装置左侧轮为从动轴，右侧轮为主动轴，由电机驱动，传送中，转轴由齿带与传送带扣合连接，超吸水软体材料靠连动轴与主动轴挤压脱水。滤膜系统的微孔滤膜材料孔径大小可以根据不同种类藻门类进行选择，在1－1000μm之间。滤膜材料可以选择尼龙、纤维素酯类、聚砜类、引入共聚单体的聚烯烃类以及其它符合要求的新型制膜材料。传送带系统为下表面紧密贴敷软体吸水材料的滤膜传送带，富含水的微藻水分子被吸入超吸水软体材料带中，材料可以选择天然或简单加工的脱脂棉、海绵等及经合成的超吸水性聚合材料如聚氨酯-聚丙烯酸钠等，传送带转动速度可调，转速因不同藻类含水量有差异。连动轴挤压吸水材料，实现对吸水材料的脱水。水平式滤膜系统脱水后微藻生物质经刮刀，刮刀由硬质橡胶材料组成，藻泥或高浓度藻液刮落至热泵室干燥。干燥装置为热泵干燥装置设计为斗型板框式结构，两侧为吹风孔，为蜂窝状或点阵状小孔，孔径0.5 mm-10mm，出风温度能够达到 80℃以上的空气源热泵。整个脱水过程中产生的水可以经泵，泵回培养池，循环利用。本发明的装置及方法原理：

（1）依据重力势能原理，首先微藻经培养装置排放口排放藻液，微藻经倾斜式滤膜材料上脱水，滤膜截留藻细胞，利用水分重力作用脱去水产品中大部分的自由水，若水产品如微藻细胞直径小于5μm较难沉降收集，控制排放口阀门，适当减小排放速度。

（2）进一步经由水平式滤膜下表面贴敷软体吸水材料传送带，利用毛细管作用，水分子被吸入超吸水软体材料带中。超吸水复合软体材料主动轴与从动轴挤压脱除重力不能去掉的水，传送带转动缓慢，能耗低；

（3）水平式滤膜系统脱水后微藻生物质经刮刀落至热泵室干燥室，干燥后的藻类生物质随传送带向前输送收集到含水量更低的微藻；

（4）收获过程中脱去的含营养素水可以回流到培养池中循环利用。连续培养中，微藻收获后培养基再次倒会培养系统中；批式培养中水产品收获后培养基质营养素仍有残留，直接排放不仅可以造成环境污染，而且造成营养物的浪费。营养水循环利用能提高过程的经济性。