一种微藻采收系统及方法

技术领域

本发明涉及微藻生产技术领域，具体而言，涉及一种微藻采收系统及方法。

背景技术

传统意义上的微藻是鱼类养殖重要的饲料饵料，而在环境污染、能源危机日趋严峻的今天，微藻对社会可持续发展的意义更为重大。由于微藻可以高效地利用CO

虽然，微藻用途广泛，但是在产业化过程中仍然面临着成本过高的问题，其中最大的瓶颈就是微藻的采收。由于微藻具有个体微小、细胞表面带有负电荷和培养浓度低等特点，给采收带来很大困难。随着微藻产业的快速发展，微藻采收在整个产业链中的重要性逐渐凸显。据估算，该环节可能占整个产业生产成本的20％-30％。因此，寻求一种高效率、低成本的采收方法是当前亟需解决的问题。目前微藻采收的主要方式为化学絮凝法，化学絮凝法虽然简便快捷，但在微藻采收过程中需要使用大量的化学絮凝剂，现有的化学絮凝剂的价格昂贵，导致采收生产成本较高，而且化学絮凝法的采收效率也有待提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是化学絮凝法在微藻采收过程中需要使用大量的化学絮凝剂，导致采收生产成本较高，而且化学絮凝法的采收效率也有待进一步提高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微藻采收系统，包括：

化学絮凝装置，所述化学絮凝装置用于向微藻培养池中投放化学絮凝剂；

电解辅助絮凝装置，所述电解辅助絮凝装置用于对投放有所述化学絮凝剂的藻液进行电解；

藻液采集装置，所述藻液采集装置用于采集所述微藻培养池中电解后的藻液；

藻液分离装置，所述藻液分离装置用于接收从所述藻液采集装置转移的藻液，并对所述藻液中的微藻与液体进行分离；

其中，所述化学絮凝装置投放的所述化学絮凝剂在所述藻液中电离生成的絮凝金属离子与所述电解辅助絮凝装置在所述藻液中电解生成的金属离子相同。

优选地，所述化学絮凝装置包括储料罐、化学絮凝剂泵和喷头，所述化学絮凝剂泵通过管路分别与所述储料罐和所述喷头连接，所述储料罐用于存储所述化学絮凝剂，所述化学絮凝剂泵用于将所述储料罐中储存的所述化学絮凝剂输送到所述喷头。

优选地，所述电解辅助絮凝装置包括电源、阳电极和阴电极，所述电源分别与所述阴电极和所述阳电极电连接，所述化学絮凝剂选自FeCl

优选地，所述微藻采收系统还包括总成框架，总成框架架设在所述微藻培养池中，所述藻液采集装置和所述藻液分离装置并排设置在所述总成框架上。

优选地，所述总成框架包括第一支架、第二支架和伸缩杆，所述第一支架和所述第二支架相对平行设置，所述伸缩杆水平设置在所述第一支架和所述第二支架之间，所述总成框架的高度可调节。

优选地，所述微藻采收系统还包括浓度检测装置和控制器，所述浓度检测装置设在所述总成框架的下部，所述化学絮凝装置、所述电解辅助絮凝装置和所述浓度检测装置分别与所述控制器电连接。

优选地，所述微藻采收系统还包括微米气泡发生器，所述微米气泡发生器设置于所述总成框架的下部，所述微米气泡发生器的气泡出口位于所述藻液采集装置与所述电解辅助絮凝装置之间。

优选地，所述微藻采收系统还包括pH检测仪和pH调节装置，所述pH检测仪和所述pH调节装置均设置于所述总成框架上，所述pH检测仪位于所述总成框架的下部，所述pH调节装置包括调节泵，通过所述调节泵向藻液中投放pH调节试剂。

优选地，所述微藻采收系统还包括流速计，所述流速计设置于所述总成框架的下部且与所述控制器电连接。

本发明提供的微藻采收系统，采用化学絮凝装置与电解辅助絮凝装置相结合的方式进行微藻采收，使用时，化学絮凝装置向藻液中投放化学絮凝剂，化学絮凝剂在藻液中电离产生絮凝金属离子，一部分絮凝金属离子可以通过电中和作用消除微藻细胞表面所带的负电荷，降低细胞间的静电排斥，达到微藻絮凝的效果，电解辅助絮凝装置的阴电极可以电解生成氢氧根，氢氧根与一部分絮凝金属离子反应生成胶体，胶体对微藻的吸附效果更好，从而可以进一步提升微藻的采收效率；电解辅助絮凝装置通电时产生的电场可以富集微藻起到协助化学絮凝的作用，从而进一步提高微藻的采收效率，另外，由于电解辅助絮凝装置的阳电极电解生成的金属离子与化学絮凝剂在藻液中电离产生的絮凝金属离子相同，因而可以减少化学絮凝剂的使用量，降低微藻的采收成本。综上所述，与单纯采用化学絮凝方式的采收装置相比，本发明提供的微藻采收系统，由于电解辅助絮凝装置起到了辅助絮凝的作用，因而采收效率更高，由于电解辅助絮凝装置的阳电极电解生成的金属离子与化学絮凝剂在藻液中电离产生的絮凝金属离子相同，因而可以减少化学絮凝法采收过程中化学絮凝剂的使用量，采收成本更低。

本发明还提供了一种微藻采收方法，采用如上所述的微藻采收系统进行采收，微藻采收的过程包括：将微藻采收系统放置在微藻培养池中，使用化学絮凝装置向所述微藻培养池中投放化学絮凝剂，使用电解辅助絮凝装置电解所述微藻培养池中的藻液，待所述微藻培养池中的微藻絮凝设定时间后，使用藻液采集装置将流经其附近的藻液转移到藻液分离装置中进行微藻与液体的分离。

本发明提供的微藻采收方法相比于现有技术的有益效果与微藻采收系统的相比于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中的微藻采收系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的浓度检测装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、化学絮凝装置，11、化学絮凝剂泵，12、喷头，13、储料罐，2、电解辅助絮凝装置，3、藻液采集装置，4、藻液分离装置，41、转动辊，42、固定辊，43、滤水带，5、总成框架，51、第一支架，511、竖向支撑杆，512、连接杆，52、第二支架，53、伸缩杆，6、浓度检测装置，61、光敏传感器，62、遮光筒，63、杆体，64、激光发射器，7、微米气泡发生器，8、电动伸缩杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，本发明中提及的坐标系XYZ中，X轴的正向代表右方，X轴的反向代表左方，Y轴的正向代表后方，Y轴的反向代表前方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示，本发明实施例提供了一种微藻采收系统，包括：

化学絮凝装置1，所述化学絮凝装置1用于向微藻培养池中投放化学絮凝剂；

电解辅助絮凝装置2，所述电解辅助絮凝装置2用于对投放有所述化学絮凝剂的藻液进行电解；

藻液采集装置3，所述藻液采集装置3用于采集所述微藻培养池中电解后的藻液；

藻液分离装置4，所述藻液分离装置4用于接收从所述藻液采集装置3转移的藻液，并对所述藻液中的微藻与液体进行分离；

其中，所述化学絮凝装置1投放的所述化学絮凝剂在所述藻液中电离生成的絮凝金属离子与所述电解辅助絮凝装置2在所述藻液中电解生成的金属离子相同。

需要说明的是，使用时，可以将化学絮凝装置1放在微藻培养池内，也可以放在微藻培养池上游侧的岸边，电解辅助絮凝装置2、藻液采集装置3和藻液分离装置4均放在微藻培养池中。

本发明的微藻采收系统，使用化学絮凝装置与电解辅助絮凝装置存在相互配合的作用，化学絮凝装置1向藻液中投放化学絮凝剂，化学絮凝剂在藻液中电离产生絮凝金属离子，一部分絮凝金属离子可以通过电中和作用消除微藻细胞表面所带的负电荷，降低细胞间的静电排斥，达到微藻絮凝的效果，电解辅助絮凝装置2的阴电极可以电解生成氢氧根，氢氧根与一部分絮凝金属离子反应生成胶体，胶体对微藻的吸附效果更好，从而可以进一步提升微藻的采收效率；电解辅助絮凝装置2通电时产生的电场，可以富集微藻起到协助化学絮凝的作用，从而进一步提高微藻的采收效率，另外，由于电解辅助絮凝装置2的阳电极电解生成的金属离子与化学絮凝剂在藻液中电离产生的絮凝金属离子相同，因而可以减少化学絮凝剂的使用量，降低微藻的采收成本。培养池中的藻液经过化学絮凝剂和电解辅助絮凝装置2的处理后，流向藻液采集装置3和藻液分离装置4，通过藻液采集装置3将这些藻液转移到藻液分离装置4，藻液分离装置4进一步将藻液中的微藻分离出来。综上所述，与单纯采用化学絮凝方式的采收装置相比，本发明提供的微藻采收系统，由于电解辅助絮凝装置2起到了辅助絮凝的作用，因而采收效率更高，由于电解辅助絮凝装置2的阳电极电解生成的絮凝金属离子与化学絮凝剂在藻液中电离产生的金属离子相同，因而可以减少化学絮凝法采收过程中化学絮凝剂的使用量，采收成本更低。

本发明的实施例中，微藻采收系统还包括总成框架5，总成框架5架设在所述微藻培养池中，所述藻液采集装置3和所述藻液分离装置4并排设置在所述总成框架5的上部。

本发明的实施例中，微藻采收系统还包括流速计，所述流速计设置于所述总成框架5的下部且与所述控制器电连接。使用时，如图1所示，假定Y轴的正向即后方为微藻培养池的上游方向，通过流速计测量藻液的流速，并根据流速，调整化学絮凝装置1、电解辅助絮凝装置2和总成框架5三者之间在前后方向保持合适的距离，这样更有利于保证化学絮凝剂在藻液中电离产生的絮凝金属离子中，有尽可能多的絮凝金属离子与电解辅助絮凝装置2阴极生成的氢氧根反应生成胶体，胶体对微藻的吸附效果更好，从而进一步提升微藻采收系统的采收效率。

示例性地，如图1所示，化学絮凝装置1设置在电解辅助絮凝装置2的后方，藻液采集装置3和所述藻液分离装置4沿前后方向并排设置于总成框架5的上部，总成框架5位于电解辅助絮凝装置2前方。

具体地，化学絮凝装置1包括储料罐13、化学絮凝剂泵11和喷头12，化学絮凝剂泵11通过管路分别与储料罐13和喷头12连接。储料罐13用于存储化学絮凝剂，通过化学絮凝剂泵11将储料罐13中的化学絮凝剂输送到喷头12，通过喷头12最终将化学絮凝剂喷入微藻培养池内的藻液中。具体地，电解辅助絮凝装置2包括电压可调的电源、阳电极和阴电极，且阳电极与阴电极分别与电源电连接。

电解辅助絮凝装置2的阳电极需要与化学絮凝装置1向微藻培养池中投放的化学絮凝剂相互匹配。二者相互匹配的意思是，电解辅助絮凝装置2的阳电极在藻液中电解生成的絮凝金属离子与化学絮凝装置1向微藻培养池中投放化学絮凝剂电离生成的金属离子相同，这样就可以达到减少化学絮凝剂的使用量的效果。示例性地，化学絮凝剂选自FeCl

本发明的实施例中，为了使化学絮凝装置1和电解辅助絮凝装置2的配合效果更佳，微藻采收系统还包括浓度检测装置6和控制器，所述浓度检测装置6设在所述总成框架5的下部，所述化学絮凝装置1、所述电解辅助絮凝装置2和所述浓度检测装置6分别与所述控制器电连接。通过浓度检测装置6对微藻培养池的藻液中的微藻浓度进行实时检测，控制器根据接收到的微藻浓度数据，调整化学絮凝剂的投放速率和电解辅助絮凝装置2的电解电流，使化学絮凝装置1和电解辅助絮凝装置2实现高效的配合。示例性地，可以设置多个微藻浓度范围，以及与各个浓度范围相匹配的最佳的化学絮凝剂的投放速率和电解电流。控制器根据接收到的实时微藻浓度数据，调整化学絮凝装置1的化学絮凝剂的投放速率和电解辅助絮凝装置2的电解电流到合适的值，从而使化学絮凝装置1和电解辅助絮凝装置2实现高效的配合。示例性地，控制器选用单片机控制器。

示例性地，如图2所示，本发明的实施例中所述浓度检测装置6包括光敏传感器61、遮光筒62、杆体63和激光发射器64，所述遮光筒62的下端开口且安装在所述杆体63的上端，且遮光筒62的内径大于杆体63的直径，所述光敏传感器61设置在所述遮光筒62内，所述激光发射器64安装在所述杆体63的下端。示例性地，浓度检测装置6通过杆体与总成框架5连接，该微藻采收系统放入培养池后，激光发射器64到遮光筒62下端开口之间均处于藻液中，激光发射器64发射光线，光线经过藻液照射到遮光筒62内的光敏传感器61。藻液中微藻浓度会影响光敏传感器接收的光线的强度，根据光敏传感器61接收到的光信号强弱，可以推算出藻液的浓度。该浓度检测装置6具有成本低、响应快的优点。

本发明的实施例中，为了进一步提升微藻的采收效率，微藻采收系统还包括微米气泡发生器7，所述微米气泡发生器7设置于所述总成框架5的下部，所述微米气泡发生器7的气泡出口位于所述藻液采集装置3与所述电解辅助絮凝装置2之间。微米气泡发生器7可以在培养池的藻液中产生大量的微小的气泡，这些气泡附着于絮凝后的微藻细胞表面，使微藻的密度变低，促使絮凝后的微藻上浮到藻液的表面，致使藻液表面附近的微藻浓度升高，进而使藻液采集装置3采集的藻液中微藻浓度变高，藻液分离装置4中分离出来的微藻量也相对变高，从而提高了微藻采收系统的采收效率。

化学絮凝剂的使用和电解辅助絮凝装置2对藻液的电解都会改变藻液的pH值，因而微藻采收作业完成后，及时的将藻液的pH值调整到合适的范围，可以达到培养液循环利用的目的。因此，本发明的实施例中，微藻采收系统还包括pH检测仪和pH调节装置，所述pH检测仪和所述pH调节装置均设置于所述总成框架5上，所述pH检测仪位于所述总成框架5的下部，所述pH调节装置包括调节泵，通过所述调节泵向藻液中投放pH调节试剂。使用时，通过pH检测仪检测培养池中藻液的pH值，并根据检测结果，通过调节泵向微藻培养池中加入相应的试剂，将藻液的pH值调整到合适的范围，确保微藻培养液的循环利用。示例性地，以FeCl

本发明的实施例中，所述总成框架5包括第一支架51和第二支架52和伸缩杆53，所述第一支架51和所述第二支架52相对平行设置，所述伸缩杆53水平设置在所述第一支架51和所述第二支架52之间，所述总成框架的高度可调节。示例性地，如图1所示，所述第一支架51包括两根竖向支撑杆511，两根竖向支撑杆511之间通过多根水平设置的连接杆512连接。第二支架52与第一支架51的结构相同。总成框架5实现高度调节的方式有很多种，本发明的实施例中提供了两种实施方式，其中一种实施方式是：竖向支撑杆511能够伸缩，通过调节竖向支撑杆511的长度，即可实现总成框架5高度的调节。另一种实施方式是：在总成框架5的四个角落均设置一根电动伸缩杆8，电动伸缩杆8的上部分别与对应的竖向支撑杆511连接，通过调整电动伸缩杆8的长度即可实现总成框架5高度的调节，这种方式的总成框架5的承重能力更高。

通过对总成框架5的高度进行调节，通过调整伸缩杆53的伸缩程度，可以达到调整总成框架5的宽度的目的，从而使微藻采收系统的高度和宽度分别与培养池的宽度和高度相适应。需要说明的是，本发明中提到的总成框架5的宽度，也就是总成框架5在伸缩杆53的长度方向的长度，示例性地，如图1所示，总成框架5的宽度就是总成框架5在左右方向的长度。微藻采收系统的高度和宽度分别与培养池的宽度和高度相适应，应理解为微藻采收系统的宽度调整好后，可以放入培养池，而且培养池的宽度方向不会有太大的空档，微藻采收系统中设置在总成框架5上的藻液采集装置3和藻液分离装置4位于藻液的上方，且便于藻液采集装置3从培养池中采集藻液。

本发明的实施例中，所述藻液采集装置3和所述藻液分离装置4沿前后方向并排设置于所述总成框架5的上部。藻液采集装置3为伸缩采收板，伸缩采收板包括多个方形板，方形板为空心结构，相互嵌套在一起。示例性地，伸缩采收板包括三块方形板，分别为第一方形板、第二方形板和第三方形板，三块方形板为空心结构均具有方形的内部通道，第一方形板和第三方形板与相同，第二方形板的宽度和高度分别与第一方形板的内部方形通道的宽度和高度相等，第二方形板长度方向的第一端嵌入到第一方形板的内部，第二方形板长度方向的第二端嵌入第三方形板的内部，形成伸缩采收板。三块方形板的侧边沿其长度方向均匀分布有螺纹孔，当方形板的长度调整合适后，可以通过螺钉对嵌套在一起的方形板进行固定。

伸缩采收板的两端分别通过转轴安装在第一支架51和第二支架52的上部。藻液分离装置4包括转动辊41、固定辊42和滤水带43，转动辊41通过转轴连接第一支架51的上部，固定辊42固定连接在第二支架52的上部，转动辊41和固定辊42的位置相对应，转动辊41和固定辊42的轴向为水平方向且与伸缩杆53垂直，滤水带43的一端与固定辊42连接，另一端缠绕在转动辊41上。滤水带43设有过滤孔，用于将藻液中的微藻和液体进行分离。需要说明的是转动辊41和固定辊42的位置相对应，应理解为它们的高度一致，且在前后方向的位置一致。

使用时，当总成框架5的伸缩杆53伸缩时，滤水带43的张力会发生变化。具体而言，当伸缩杆53缩短时，总成框架5的宽度会变短，转动辊41和固定辊42之间的距离也会相应的变短，因而滤水带43张力会变小而处于松弛状态，通过转动所述转动辊41可将滤水带43的张力调整到合适的范围。当伸缩杆53伸长时，总成框架5的宽度会变大，转动辊41和固定辊42之间的距离也会相应的变大，因而滤水带43的张力变大，会带动转动辊41转动，使滤水带43的宽度也会随着总成框架5的宽度变大而变大。

本发明实施例还提供了一种微藻采收方法，采用上述微藻采收系统进行采收，微藻采收的过程包括：将微藻采收系统放置在微藻培养池中，使用化学絮凝装置1向所述微藻培养池中投放化学絮凝剂，使用电解辅助絮凝装置2电解所述微藻培养池中的藻液，待所述微藻培养池中的微藻絮凝设定时间后，使用藻液采集装置3将流经其附近的藻液转移到藻液分离装置4中进行微藻与液体的分离。需要说明的是，设定时间是根据培养池具体情况而设定。

本发明的微藻采收方法中，化学絮凝装置1向微藻培养池中投放的化学絮凝剂与电解辅助絮凝装置2的阳电极需要相互匹配。二者相互匹配的意思是，电解辅助絮凝装置2的阳电极在藻液中电解生成的絮凝金属离子与化学絮凝装置1向微藻培养池中投放化学絮凝剂电离生成的金属离子相同，这样就可以达到减少化学絮凝剂的使用量的效果。

示例性地，化学絮凝剂选自FeCl

优选地，所述化学絮凝剂包括FeCl

本发明提供的微藻采收方法相比于现有技术的有益效果与微藻采收系统的相比于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。