申请日2019.07.11
公开(公告)日2019.09.10
IPC分类号C12N1/12; C02F3/32; C12R1/89
摘要
本发明涉及一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，主要包括：(1)微藻附着式培养，向装置中投加适量大小适中的透光性载体，将适量浓度的藻液通入到该装置中，城市污水为微藻快速生长繁殖提供高N、P环境，在光照条件下，利用微藻在载体表面易附着形成生物膜的原理培养微藻。(2)微藻的收获，装置底部设置磁力转子，利用磁力转子快速转动下产生的离心力以及微藻生物膜自身的重力进行固液分离，微藻沉积在装置底部，上清液从装置上部排出，达到微藻高效收获的目的。此方法将传统的微藻培养和微藻收获两部分工艺结合在一起，具有高效率、低成本、低能耗、无污染、具有工业化前景的优势。
权利要求书
1.一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)微藻附着式培养，向装置中投加适量大小适中的透光性载体，将适量浓度的藻液通入到该装置中，城市污水为微藻快速生长繁殖提供高N、P环境;在光照条件下，微藻在载体表面附着形成生物膜，在一定时间内使装置中产生并积累一定量的微藻，使生物膜达到一定的厚度;
(2)微藻的收获，装置底部设置磁力转子，利用磁力转子快速转动下产生的离心力以及微藻生物膜自身的重力进行固液分离，微藻沉积在装置底部，上清液从装置上部排出，在此过程中95%以上的藻体都会被收获出来，达到微藻高效收获的目的。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：该装置采用由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的、能够充分接受光照的透明有机玻璃材料，所述透光性载体采用透光效果好、易挂膜的半软性填料。
3.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：所述微藻是从自然界筛选获得的硅藻、栅藻、小球藻和菱形藻中的一种或几种;所述半软性材料为聚乙烯材质，直径为150mm，用纤维绳串联竖直固定在装置中，安装距离为50mm。
4.根据权利要求3所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：所述纤维绳为3-10条;每条纤维绳上的半软性材料个数为5-10个。
5.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：微藻附着式培养时选用城市污水为培养基，并用50-100目滤网进行过滤，总氮含量为30-60mg/L，总磷含量为4-6mg/L，pH值为6-8。
6.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：投加微藻时藻液浓度为0.5-1.0g/L。
7.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：采用磁力转子高速搅拌，搅拌速率设为1000-2000rad/min，时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，其特征在于：以微藻絮凝效率作为指标，絮凝效率高达95%以上。
说明书
一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统
技术领域
本发明属于微藻收获领域，尤其是一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统。
背景技术
微藻可吸收利用废水中的富营养成分如氮、磷等化合物合成自身的细胞结构，有效降解去除废水中的氮磷污染物，微藻含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸和色素等营养物质，同时具有生长速度快，单位体积产量高等优点。因此，微藻在各个领域如生物饲料，生物制药，保健品及燃料等都有广泛的应用前景。但微藻收获成本高是目前面临的一大问题，主要包括三个方面：第一、微藻个体及其微小，微藻直径一般在3-30mm范围，且藻液浓度较低(<1g/L)，这一特性导致微藻不易采收;第二、微藻细胞表面多带负电荷，细胞之间相互排斥，因而其个体在培养液中可以均匀地分散悬浮，形成稳定的分散体系，难以聚集;第三、藻液含水率高导致含有微藻的液体处理量大，尤其是对工业规模来说处理量大是一个非常值得注意的问题。因此对高效收获微藻方法的研究是非常必要的。
目前微藻的收获方法主要有离心、过滤、气浮、絮凝等。常规的离心法优点是脱水效果好，可有效去除藻液中绝大部分的自由水，但是处理大量的微藻培养液会消耗巨大费用，难以实现工业化;过滤法优点是回收率和脱水率较高，适用于各种过滤器和各种类型膜，缺点是在运行时会造成膜阻塞等问题，且能耗高，膜更换费用大，难以实现工业化;气浮法的优点是对低浓度藻液能达到较高回收率，可以连续操作，但存在脱水率低、成本高的问题;絮凝法絮凝效果好，但很容易造成二次污染或生物污染。因此寻找一种高效、无污染、成本低、易于工业化的微藻收获方法是目前微藻收获工艺面临的一大难题。
现有技术CN201210464953.4公开了一种利用磁性絮凝纳米微粒快速收集藻体的方法与应用。该方法首先将微藻培养液的pH值调至≥6.0，加入磁性絮凝纳米微粒，混合搅拌，得到微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物;接着通过磁场发生器对微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物进行磁性吸附，分离得到微藻细胞和磁性絮凝纳米微粒的聚合物。通过大量的研究发现，该方法对于微藻培养还待进一步提高。
本发明将微藻的培养与收获相结合，装置占地面积小，无二次污染，产生的生物膜絮凝效果易于个体微藻，在微藻收获方面具有可观的工业化前景。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，以克服现有微藻收获方法能耗大，速度慢，效率低，难以工业化的问题，微藻收获率可达95%以上。
本发明是这样实现的，一种利用磁力转子收获城市污水附着式培养含油微藻的系统，主要包括：
(1)微藻附着式培养，向装置中投加适量大小适中的透光性载体，将适量浓度的藻液通入到该装置中，城市污水为微藻快速生长繁殖提供高N、P环境;在光照条件下，微藻在载体表面附着形成生物膜，在一定时间内使装置中产生并积累一定量的微藻，使生物膜达到一定的厚度;
(2)微藻的收获，装置底部设置磁力转子，利用磁力转子快速转动下产生的离心力以及微藻生物膜自身的重力进行固液分离，微藻沉积在装置底部，上清液从装置上部排出，在此过程中95%以上的藻体都会被收获出来，达到微藻高效收获的目的。
通过大量的实验研究发现，采用此系统，微藻聚集而成的生物膜絮凝沉降效率远高于微藻个体絮凝效率，大大提高了微藻收获率。
本发明的进一步技术方案是：装置采用由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的、能够充分接受光照的透明有机玻璃材料，所述透光性载体采用透光效果好、易挂膜的半软性填料，以保证装置中的微藻更好地进行光合作用和生长繁殖。
本发明的进一步技术方案是：所述微藻是从自然界筛选获得的硅藻、栅藻、小球藻和菱形藻中的一种或几种;所述半软性材料为聚乙烯材质，直径为150mm，用纤维绳串联竖直固定在装置中，安装距离为50mm。
优选所述纤维绳选择为3-10条;每条纤维绳上的半软性材料个数为5-10个。
本发明的进一步技术方案是：微藻附着式培养时选用城市污水为培养基，并用50-100目滤网进行过滤，总氮含量为30-60mg/L，总磷含量为4-6mg/L，pH值为6-8。
本发明的进一步技术方案是：投加微藻时藻液浓度为0.5-1.0g/L。
本发明的进一步技术方案是：该方法采用高速搅拌，搅拌速率设为1000-2000rad/min，时间为10-15min。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本方案构建了一种高效率、低成本、低能耗、可以实现工业化应用的微藻收获技术，在巨大的离心力作用下，微藻生物膜可以快速沉降下来，微藻絮凝效率高达95%以上，具有良好的工业化前景。
