专利名称：微藻收集装置和微藻收集方法
技术领域：
本发明涉及微藻的生产领域，尤其涉及一种用于收集微藻的装置和方法。
背景技术：
在微藻的收集过程中，如何高效、快速并且低成本的收集微藻是一个世界性的难题。目前微藻收集方法有絮凝法、过滤法、离心法和沉降法等。使用絮凝法收集微藻时，需要添加一定量的絮凝剂，絮凝剂或者价格昂贵，或者含有重金属离子。进行微藻下游产品生产时，需要对残存于微藻中的絮凝剂含有的有毒重金属离子进行去除处理，导致工序复杂，成本偏高，因此在实际微藻收集的应用上有很大的局限性。使用过滤法进行微藻收集也不是轻而易举的，由于微藻体积太小，利用普通滤布及滤纸根本无法将微藻滤出，只能采用微滤及超滤方式，但微滤及超滤方式又因为过滤孔过小容易堵塞，而使过滤过程难以进行，加之又存在能耗大的弊端，所以也不被业界看好。使用离心法收集微藻，收集量明显提高，但能耗巨大，成本太高。目前普遍采用沉降法收集微藻将藻液通入到开口形沉降池中静置24小时左右后，60%左右的微藻能够沉降到沉降池的底部，使用泵抽回法将微藻含量已经显著变低的上清液抽出，然后对留存于沉降池底部的微藻含量高的藻液进行干燥处理，从而收集微藻。 该方法虽然有操作简便，节省能源的优点，但仍然存在有如下不足之处1、沉降时间过长，影响工作效率；2、虽然可以通过降低沉降池的深度的方式缩短沉降距离，从而缩短沉降时间，但这会减小沉降池的容积，导致藻液处理量小，仍然影响工作效率。
发明内容
本发明提供一种微藻收集装置，用以解决现有技术中存在的技术问题中的至少一个。根据本发明的一个方面，提供一种放置在微藻养殖光生物反应器中的微藻收集装置，包括在上下方向上相互间隔开的至少两层收集板。所述至少两层收集板的第一端分别支撑在第一杆上，第二端分别支撑在第二杆上；所述每层收集板的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部，所述每层收集板的第二端为利于微藻流出的开放端；在沉积微藻时，向上拉起第二杆使所述每层收集板相对于水平方向倾斜成第一倾斜角度，从而使微藻沉积在每层收集板的第一端处的凸起角部；并且在收集微藻时，向上拉起第一杆使所述每层收集板相对于水平方向倾斜成第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板的开放的第二端流入微藻养殖光生物反应器中。根据本发明的一个优选实施例，在每层收集板的第一端附近形成有第一孔，所述第一杆穿过所述第一孔，并在所述第一孔的下方用销插入所述第一杆，从而将所述每层收集板的第一端支撑在所述第一杆上；并且在每层收集板的第二端附近形成有第二孔，所述第二杆穿过所述第二孔，并在所述第二孔的下方用销插入所述第二杆，从而将所述每层收集板的第二端支撑在所述第二杆上。根据本发明的另一个优选实施例，每层所述收集板的第一端处的凸起角部由向上凸起的边缘形成。根据本发明的另一个优选实施例，所述第一杆和第二杆为空心圆柱杆或实心圆柱杆。根据本发明的另一个优选实施例，所述每层收集板的形状为长方形、正方形、圆形或椭圆形。根据本发明的另一个优选实施例，所述每层收集板由聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯等材料制成。根据本发明的另一个优选实施例，所述第一倾斜角度为15° 30°。根据本发明的另一个优选实施例，所述第二倾斜角度为60° 75°。根据本发明的另一个方面，还提供一种放置在微藻养殖光生物反应器中的微藻收集组件，包括至少两个上述微藻收集装置。根据本发明的另一个优选实施例，所述的微藻收集组件包括第一微藻收集装置和第二微藻收集装置；所述第一微藻收集装置的开放的第二端与所述第二微藻收集装置的开放的第二端相对；并且所述第一微藻收集装置的每层收集板与所述第二微藻收集装置的每层收集板在上下方向上相互间隔地错开。根据本发明的另一个方面，还提供一种微藻收集方法，包括如下步骤SlO 将上述微藻收集装置放置在微藻养殖光生物反应器中；S20 向上拉起第二杆，使每层收集板相对于水平方向倾斜第一倾斜角度，并使每层收集板保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板的第一端处的凸起角部；S30 待微藻沉积后，排出所述微藻养殖光生物反应器中的微藻澄清液；S40:放下第二杆并向上拉起第一杆，使每层收集板相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板的开放的第二端流入微藻养殖光生物反应器中；S50 排出所述微藻养殖光生物反应器中的微藻，从而完成微藻的收集。根据本发明的另一个优选实施例，在所述步骤SlO和步骤S20之间还包括步骤S12 向上拉起第一杆，使每层收集板相对于水平方向倾斜第三倾斜角度，然后在微藻养殖光生物反应器中添加絮凝剂和向微藻养殖光生物反应器的底部通入气体，从而使絮凝剂与微藻养殖液均勻混合。根据本发明的另一个优选实施例，所述第三倾斜角度可以在0° 90°的范围内，优选地为60° 75°。根据本发明的另一个优选实施例，所述絮凝剂为无机阳离子盐类絮凝剂、高分子有机类絮凝剂或微生物絮凝剂。根据本发明的另一个优选实施例，所述絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁或壳聚糖等。根据本发明的另一个方面，还提供一种微藻收集方法，包括如下步骤SlO 将上述微藻收集组件放置在微藻养殖光生物反应器中；
S20:向上拉起所述至少两个微藻收集装置的第二杆，使每层收集板相对于水平方向倾斜第一倾斜角度，并使每层收集板保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板的第一端处的凸起角部；S30 待微藻沉积后，排出所述微藻养殖光生物反应器中的微藻澄清液；S40:放下第二杆并向上拉起所述至少两个微藻收集装置的第一杆，使每层收集板相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板的开放的第二端流入微藻养殖光生物反应器中；S50 排出所述微藻养殖光生物反应器中的微藻，从而完成微藻的收集。在本发明中，由于采用倾斜角度可以调节的微藻收集装置，通过调节收集板的倾斜角度，易于实现微藻藻体富集、微藻浓缩液的排出和缩短了微藻的沉积时间，而且微藻收集装置的结构简单，适于大规模应用。
图1显示根据本发明的一个优选实施例的放置在微藻养殖光生物反应器中的两个微藻收集装置的示意图；图2显示图1中的两个微藻收集装置的立体结构示意图；图3显示图2中的一个微藻收集装置沿上下方向的剖视图；图4显示图2中的两个微藻收集装置的一对相邻的收集板的立体结构示意图；图5a_5b显示一种微藻收集方法的主要过程；和图6a_6c显示另一种微藻收集方法的主要过程。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。图1显示根据本发明的一个优选实施例的放置在微藻养殖光生物反应器中的两个微藻收集装置的示意图。如图1所示，在微藻养殖光生物反应器10中放置有一对微藻收集装置，分别第一微藻收集装置100和第二微藻收集装置200。但是，请注意，在微藻养殖光生物反应器10中放置的微藻收集装置的数量取决于微藻养殖光生物反应器10的大小，如果微藻养殖光生物反应器10比较大，放置的微藻收集装置的数量就会随之增加，例如3个、4个或更多个。如果微藻养殖光生物反应器10比较小，放置的微藻收集装置的数量也可以为1个。如图1所示，在一个优选实施例中，在微藻养殖光生物反应器10的底部设置有一个排放阀20，用于排出微藻澄清液和用于排出微藻浓缩液。图2显示图1中的两个微藻收集装置的立体结构示意图。如图2所示，第一微藻收集装置100包括在上下方向上相互间隔开的至少两层收集板103。如图2所示，至少两层收集板103的第一端分别支撑在第一杆101上，第二端分别支撑在第二杆102上。图4显示图2中的两个微藻收集装置的一对相邻的收集板的立体结构示意图。如图4所示，第一微藻收集装置100的每层收集板103的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部103a，并且每层收集板103的第二端103b没有任何凸起部分，为利于微藻流出的开放端。与第一微藻收集装置100类似，请继续参见图2，第二微藻收集装置200包括在上下方向上相互间隔开的至少两层收集板203。如图2所示，至少两层收集板203的第一端分别支撑在第一杆201上，第二端分别支撑在第二杆202上。每层收集板203的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部203a，并且每层收集板203的第二端203b没有任何凸起部分，为利于微藻流出的开放端。图3显示图2中的第一微藻收集装置100沿上下方向的剖视图。如图2和图3所示，在第一微藻收集装置100的每层收集板103的第一端(图3中的左端)附近形成有第一孔，第一杆101穿过第一孔，并在第一孔的下方用销104插入第一杆101，从而将每层收集板103的第一端支撑在第一杆101上；并且在每层收集板103的第二端(图3中的右端) 附近形成有第二孔，第二杆102穿过第二孔，并在第二孔的下方用销104插入第二杆102，从而将每层收集板103的第二端支撑在第二杆102上。如图1和图4所示，当在微藻养殖光生物反应器10中放置第一微藻收集装置100 和第二微藻收集装置200时，为了便于浓缩的微藻液流出，第一微藻收集装置100的开放的第二端103b与第二微藻收集装置200的开放的第二端203b相对地设置(如图4所示)； 并且第一微藻收集装置100的每层收集板103与第二微藻收集装置200的每层收集板203 在上下方向上相互间隔地错开(如图1所示)，优选地，相互错开的距离可以等于每个微藻收集装置的上下相邻的两层收集板之间的间距的50 %。如图4所示，在本发明的一个优选实施例中，每层收集板103、203的第一端处的凸起角部103a、203a由向上凸起的边缘103f、203f形成。在本发明的一个优选实施例中，第一杆101和第二杆102为空心圆柱杆或实心圆柱杆。为了节省材料，优选空心圆柱杆。在图示的优选实施例中，每层收集板103、203的形状为长方形。但是，本发明不局限于此，每层收集板103、203的形状还可以为正方形、圆形或椭圆形。每层收集板103、203 的形状主要取决于微藻养殖光生物反应器10的形状。在本发明的一个优选实施例中，每层收集板103由聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯等材料制成。图5a_5b显示一种微藻收集方法的主要过程，其主要用于沉降性能好的微藻(例如，雨生红球藻、微藻细胞体积> 20 μ m等)采收。对于沉降性能好的微藻的收集方法主要包括如下步骤SlO 参见图1，将微藻收集装置100、200放置在微藻养殖光生物反应器10中，并将微藻养殖液体打入到微藻养殖光生物反应器10中；S20 参见图5a，向上拉起第二杆102、202，使每层收集板103、203相对于水平方向倾斜第一倾斜角度，并使每层收集板103、203保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板103、203的第一端处的凸起角部103a、203a ；S30 参见图5a，待微藻沉积后，打开微藻养殖光生物反应器10底部的排放阀20， 排出微藻澄清液；
S40 参见图5b，放下第二杆102、202并向上拉起第一杆101、201，使每层收集板 103,203相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板103、203的开放的第二端103b、203b沿图示的箭头方向流入微藻养殖光生物反应器10中；S50:参见图5b，再次打开微藻养殖光生物反应器10底部的排放阀20，排出微藻养殖光生物反应器10中的微藻，从而完成微藻的收集。在本发明的一个优选实施例中，微藻收集装置100、200的两端边缘与微藻养殖光生物反应器10的间距不超过3cm，但是，本发明不局限于此。在本发明的一个优选实施例中，第一倾斜角度在0° 90°的范围内，优选 15° 30°。在本发明的一个优选实施例中，第二倾斜角度在0° 90°的范围内，优选 60° 75°。沉降性能较好的微藻，在普通沉降池一般需3小时左右沉降完全，使用本装置，通过收集板角度变化可使时间缩短到1. 5 2小时便可沉降完全，提高微藻收集效率，易于操作。图6a_6c显示另一种微藻收集方法的主要过程，其主要用于自身沉降性能不好的微藻采收，需添加絮凝剂进行采收。对于自身沉降性能不好的微藻采收，主要包括如下步骤SlO 参见图1，将微藻收集装置100、200放置在微藻养殖光生物反应器10中，并将微藻养殖液体打入到微藻养殖光生物反应器10中；S12 参见图6a，向上拉起微藻收集装置100、200的第一杆101、201，使每层收集板 103、203相对于水平方向倾斜第三倾斜角度，然后在微藻养殖光生物反应器10中添加絮凝剂和向微藻养殖光生物反应器10的底部通入气体(例如空气)，气体会沿图6a中的箭头所示一层一层地向上流动，从而使絮凝剂与微藻养殖液均勻混合；S20 参见图6b，放下第一杆101、201并向上拉起第二杆102、202，使每层收集板 103,203相对于水平方向倾斜第一倾斜角度，并使每层收集板103、203保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板103、203的第一端处的凸起角部103a、 203a ；S30 参见图6b，待微藻沉积后，打开微藻养殖光生物反应器10底部的排放阀20， 排出微藻澄清液；S40 参见图6c，放下第二杆102、202并向上拉起第一杆101、201，使每层收集板 103,203相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板103、203的开放的第二端103b、203b沿图示的箭头方向流入微藻养殖光生物反应器10中；S50:参见图6c，再次打开微藻养殖光生物反应器10底部的排放阀20，排出微藻养殖光生物反应器10中的微藻，从而完成微藻的收集。在本发明中，沉降性能不好的微藻(小球藻、微藻细胞体积<10 μ m等)，在普通沉降池沉降基本没有效果，使用本装置，可使絮凝剂、微藻藻细胞有效、均勻的混合，不需借助机械搅拌，可有效收集沉降性能不好的微藻，易于大规模应用，操作方便，节能降耗。而在传统技术中，传统絮凝沉降采收微藻使用的是沉降池，待微藻液和絮凝剂加入到沉降池中需外加动力搅拌进行混勻，每处理1000立方微藻液约需消耗180度电能。经静置后，澄清液排出，底部得藻浓缩液。在本发明的一个优选实施例中，第三倾斜角度在0° 90°的范围内，优选 60° 75°。在本发明的一个优选实施例中，絮凝剂为如铝盐、铁盐等无机阳离子盐类，壳聚糖等高分子有机类絮凝剂或微生物絮凝剂。虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
权利要求
1.一种放置在微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻收集装置(100)，包括在上下方向上相互间隔开的至少两层收集板(103)，其特征在于所述至少两层收集板(103)的第一端分别支撑在第一杆(101)上，第二端分别支撑在第二杆(102)上；所述每层收集板(103)的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部(103a)，所述每层收集板(103)的第二端为利于微藻流出的开放端(103b)；在沉积微藻时，向上拉起第二杆(101)使所述每层收集板(103)相对于水平方向倾斜成第一倾斜角度，从而使微藻沉积在每层收集板(103)的第一端处的凸起角部(103a)；并且在收集微藻时，向上拉起第一杆(101)使所述每层收集板(103)相对于水平方向倾斜成第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板(103)的开放的第二端(103b)流入微藻养殖光生物反应器(10)中。
2.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，在每层收集板(103)的第一端附近形成有第一孔，所述第一杆(101)穿过所述第一孔， 并在所述第一孔的下方用销(104)插入所述第一杆(101)，从而将所述每层收集板(103)的第一端支撑在所述第一杆(101)上；并且在每层收集板(103)的第二端附近形成有第二孔，所述第二杆(102)穿过所述第二孔， 并在所述第二孔的下方用销(104)插入所述第二杆(102)，从而将所述每层收集板(103)的第二端支撑在所述第二杆(102)上。
3.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，每层所述收集板(103)的第一端处的凸起角部由向上凸起的边缘(103f)形成。
4.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，所述第一杆(101)和第二杆(102)为空心圆柱杆或实心圆柱杆。
5.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，所述每层收集板(103)的形状为长方形、正方形、圆形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，所述每层收集板(103)由聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚氯乙烯等材料制成。
7.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，所述第一倾斜角度为 15° 30°。
8.根据权利要求1所述的微藻收集装置(100)，其特征在于，所述第二倾斜角度为 60° 75°。
9.一种放置在微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻收集组件，包括至少两个根据权利要求1-8中任一项所述的微藻收集装置(100、200)。
10.根据权利要求9所述的微藻收集组件，其特征在于，包括第一微藻收集装置(100) 和第二微藻收集装置(200)；所述第一微藻收集装置(100)的开放的第二端(103b)与所述第二微藻收集装置(200) 的开放的第二端(203b)相对；并且所述第一微藻收集装置(100)的每层收集板(103)与所述第二微藻收集装置(200)的每层收集板(203)在上下方向上相互间隔地错开。
11.一种微藻收集方法，包括如下步骤SlO 将权利要求1-8中任一项所述的微藻收集装置(100)放置在微藻养殖光生物反应器(10)中；S20 向上拉起第二杆(102)，使每层收集板(103)相对于水平方向倾斜第一倾斜角度， 并使每层收集板(103)保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板(103)的第一端处的凸起角部(103a)；S30:待微藻沉积后，排出所述微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻澄清液；S40 放下第二杆(102)并向上拉起第一杆(101)，使每层收集板(103)相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板(103)的开放的第二端(103b)流入微藻养殖光生物反应器(10)中；S50 排出所述微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻，从而完成微藻的收集。
12.根据权利要求11所述的微藻收集方法，其特征在于，在所述步骤SlO和步骤S20之间还包括步骤S12 向上拉起第一杆，使每层收集板(103)相对于水平方向倾斜第三倾斜角度，然后在微藻养殖光生物反应器(10)中添加絮凝剂和向微藻养殖光生物反应器(10)的底部通入气体，从而使絮凝剂与微藻养殖液均勻混合。
13.根据权利要求12所述的微藻收集方法，其特征在于，所述第三倾斜角度为60° 75°。
14.根据权利要求12所述的微藻收集方法，其特征在于，所述絮凝剂为无机阳离子盐类絮凝剂、高分子有机类絮凝剂或微生物絮凝剂。
15.根据权利要求14所述的微藻收集方法，其特征在于，所述絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁或壳聚糖等。
16.一种微藻收集方法，包括如下步骤SlO 将权利要求9-10中任一项所述的微藻收集组件放置在微藻养殖光生物反应器 (10)中；S20:向上拉起所述至少两个微藻收集装置(100、200)的第二杆(102、202)，使每层收集板(103、203)相对于水平方向倾斜第一倾斜角度，并使每层收集板(103、203)保持第一倾斜角度静止第一预定时间，从而使微藻沉积在每层收集板(103、203)的第一端处的凸起角部(103a,203a)；S30 待微藻沉积后，排出所述微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻澄清液；S40:放下第二杆(102、202)并向上拉起所述至少两个微藻收集装置(100、200)的第一杆(101、201)，使每层收集板(103、203)相对于水平方向倾斜第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板(103、203)的开放的第二端(103b、203b)流入微藻养殖光生物反应器 (10)中；S50 排出所述微藻养殖光生物反应器(10)中的微藻，从而完成微藻的收集。
17.根据权利要求16所述的微藻收集方法，其特征在于，在所述步骤SlO和步骤S20之间还包括步骤S12 向上拉起所述至少两个微藻收集装置(100、200)的第一杆(101、201)，使每层收集板(103、203)相对于水平方向倾斜第三倾斜角度，然后在微藻养殖光生物反应器(10)中添加絮凝剂和向微藻养殖光生物反应器(10)的底部通入气体，从而使絮凝剂与微藻养殖液均勻混合。
18.根据权利要求15所述的微藻收集方法，其特征在于，所述第三倾斜角度为60° 75°。
19.根据权利要求17所述的微藻收集方法，其特征在于，所述絮凝剂为无机阳离子盐类絮凝剂、高分子有机类絮凝剂或微生物絮凝剂。
20.根据权利要求19所述的微藻收集方法，其特征在于，所述絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁或壳聚糖等。
全文摘要
本发明公开一种微藻收集装置，包括在上下方向上相互间隔开的至少两层收集板。所述至少两层收集板的第一端分别支撑在第一杆上，第二端分别支撑在第二杆上；每层收集板的第一端处形成有防止沉积的微藻流出的凸起角部，每层收集板的第二端为利于微藻流出的开放端；在沉积微藻时，向上拉起第二杆使每层收集板相对于水平方向倾斜成第一倾斜角度，从而使微藻沉积在每层收集板的第一端处的凸起角部；并且在收集微藻时，向上拉起第一杆使每层收集板相对于水平方向倾斜成第二倾斜角度，从而使沉积的微藻从每层收集板的开放的第二端流入光生物反应器中。本发明缩短了微藻的沉积时间、易于实现微藻富集和收集，且微藻收集装置结构简单，适于大规模应用。
文档编号C12N1/12GK102453669SQ20101052968
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者张晋阳 申请人:新奥科技发展有限公司