一种用于微藻的气压式膜浓缩系统及浓缩方法

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，更特别地，涉及一种用于微藻的气压式膜浓缩系统和浓缩方法。

背景技术

作为生物合成的主要载体之一，微藻逐渐成为研究热点之一。微藻细胞可积累油脂、高不饱和脂肪酸、虾青素等活性物质，可用于生物柴油或保健品等其他高附加值产业，在能源、医药、化妆品、保健品、精细化工等领域有着光明的应用前景。

从微藻培养液中浓缩和收获微藻是目前微藻产业化进程中的重要难题。目前，微藻浓缩和采收一般通过三种方式实现：絮凝、离心和过滤。其中，絮凝法需要加入化学物质，不适用于很多领域的应用。离心法不仅耗能巨大，而且对藻细胞具有一定的损伤，容易影响产品品质。过滤法以微孔滤膜过滤方式为主。现有的膜式微藻浓缩系统存在两个问题。首先，藻液往往通过循环的方式多次进入膜处理器来达到浓缩目的，这就需要多次通过水泵，水泵对藻细胞的剪切力太大，容易影响产品品质；其次，微藻容易附着在滤膜上，造成膜污染。

因此，需要一种新的微藻过滤系统和方法。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于微藻的气压式膜浓缩系统，包括藻液容器、膜处理器、储气罐，所述膜处理器内部分为壳程和管程，被微孔滤膜隔开，所述微孔滤膜的孔径小于藻细胞直径；

所述藻液容器与所述膜处理器的壳程连接，向所述膜处理器的壳程提供待浓缩的藻液，所述储气罐与所述膜处理器的壳程和管程均连接，向所述膜处理器的壳程和管程中提供气压。

在一个具体实施方案中，所述膜处理器设置有位于下方的第一壳程开口、第一管程开口，和位于上方的第二壳程开口和第二管程开口，所述藻液容器通过管路与所述第一壳程开口连接，所述储气罐通过管路与所述第二壳程开口和第二管程开口连接，并且设置有第二阀用于控制所述第二壳程开口处的气压，以及第三阀用于控制所述第二管程开口处的气压。

在一个具体实施方案中，气压式膜浓缩系统还包括第一泵和第一阀，设置于所述藻液容器与所述膜处理器之间，所述第一泵用于将藻液从所述藻液容器输送至所述膜处理器，所述第一阀用于关闭所述藻液容器与所述膜处理器之间的连通。

通过使用本发明的气压式膜浓缩系统，可以对藻液进行按批次地浓缩，而不是循环浓缩，因此，使用该气压式膜浓缩系统藻液只需要经过一次水泵，减少了对藻细胞的损害。此外，本发明的气压式膜浓缩系统可在过滤时调节壳程和管程中的气压，使管程中的气压略大于壳程中的气压，使得藻细胞不易贴附在滤膜上，减少了滤膜被污染的概率。

在一个具体实施方案中，所述膜处理器的下部还设置有第三壳程开口。第三壳程开口用来收集藻浓缩液可便于操作，无需拆下藻液容器与第一壳程开口来收集藻浓缩液。

在一个具体实施方案中，本发明的气压式膜浓缩系统还设置有洗液容器，所述洗液容器与所述第二壳程开口和第二管程开口连接。该设置使得本发明的气压式膜浓缩系统还可便于清洗。

本发明还提供了一种浓缩微藻的方法，包括使用上述气压式膜浓缩系统对藻液进行浓缩的步骤。

在一个具体实施方案中，所述方法包括以下步骤：

S1：从所述藻液容器中向所述膜处理器的壳程中注满藻液；

S2：打开并调节所述第二阀，向所述膜处理器的壳程增压；

S3：当所述膜处理器中，管程的液面高于壳程的液面后，打开并调节所述第三阀，向所述所述膜处理器的管程增压，使管程中的水从所述第一管程开口排出；

S4：重复S1-S3，至藻液浓缩至期望的浓度后，从所述膜处理器的壳程排出藻浓缩液。

在一个优选实施方案中，S3中，所述膜处理器管程中的气压大于壳程中的气压。

在一个具体实施方案中，所述方法还包括S4：清洗所述膜处理器。

使用本发明的微藻浓缩方法，结合气压式膜浓缩系统，可对微藻进行批次式的浓缩，减少了藻液经过水泵的次数，降低了藻细胞受到伤害的程度，同时还降低了膜污染。

附图说明

图1示出了实施例1的气压式膜浓缩系统的示意图；

图2示出了实施例2的气压式膜浓缩系统的示意图；

其中，1、藻液容器，2、膜处理器，21、第一壳程开口，22、第一管程开口，23、第二壳程开口，24、第二管程开口，25、第三壳程开口，31、第一阀，32、第四阀，33、第二阀，34、第三阀，35、第五阀，4、储气罐，5、第一泵，6、洗液容器，7第二泵。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的气压式膜浓缩系统包括藻液容器1、膜处理器2、储气罐4，所述膜处理器2内部分为壳程和管程，被微孔滤膜隔开，所述微孔滤膜的孔径小于藻细胞直径；

所述藻液容器1与所述膜处理器2的壳程连接，向所述膜处理器2的壳程提供待浓缩的藻液，所述储气罐4与所述膜处理器2的壳程和管程均连接，向所述膜处理器2的壳程和管程中提供气压。

所述膜处理器2设置有位于下方的第一壳程开口21、第一管程开口22，和位于上方的第二壳程开口23和第二管程开口24，所述藻液容器1通过管路与所述第一壳程开口21连接，所述储气罐4通过管路与所述第二壳程开口23和第二管程开口24连接，并且设置有第二阀33用于控制所述第二壳程开口23处的气压，以及第三阀34用于控制所述第二管程开口24处的气压。

所述藻液容器1与所述膜处理器2之间设置有第一泵5和第一阀31，所述第一泵5用于将藻液从所述藻液容器1输送至所述膜处理器2，所述第一阀31用于关闭所述藻液容器1与所述膜处理器2之间的连通。

使用时，首先打开第一阀31，并开启第一泵5，将藻液容器1中的待浓缩藻液通过第一壳程开口21输送膜处理器2的壳程中，注满壳程。然后打开第二阀33，调节壳程中的气压。在壳程气压的作用下，藻液中的水透过滤膜，进入管程。然后打开并调节第三阀34，调节管程中的气压，使管程中的气压略大于壳程中的气压。保持壳程和管程中的气压至该批次过滤结束。该步骤有两个效果，一方面，有利于管程中的水排出；另一方面，通过保持管程中的气压略大于壳程气压，可以减少微藻细胞贴到滤膜上，从而避免滤膜的微孔被堵以及防止滤膜被污染。以上过程中，待浓缩的藻液仅经过了一次水泵，与循环过滤的方式相比，藻细胞受到的伤害较小。

在一个具体实施方案中，在膜处理器2的下部还可设置第三壳程开口25。当浓缩完成，可打开第三壳程开口25，便于收集藻浓缩液。

实施例2

如图2所示，本实施例的浓缩系统与实施例1在其他方面设置一致，不同之处在于，本实施例的浓缩系统还包括洗液容器6。洗液容器6与第二壳程开口23和第二管程开口24连接，可通过第二泵7向膜处理器2的壳程和管程中注入洗液，用于洗涤壳程和管程。在第一壳程开口21与第一阀31之间还设置了一条用于排出洗液的管路，并在管路上配备第四阀32.为了简化管路配制，洗液容器6和储气罐4可共用管路，并在储气罐4与共用的管路之间设置第五阀35。在清洗前，先关闭第一阀31和第五阀35，打开第二阀33、第三阀34和第四阀32。通过第二泵7从洗液容器6向壳程和管程输送洗液，洗液流经壳程和管程，并分别通过第一壳程开口21和第一管程开口22流出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。