一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收微藻的方法及分离装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微藻的分离采收技术领域，具体涉及一种弱碱性絮凝-泡沫分离采收 微藻的方法及分离装置。
【背景技术】
[0002] 微藻采收被认为是微藻制取生物燃料过程中最困难的因素之一。通常，微藻培养 液中藻干重仅有〇. 02-0. 5kg/m3, 一般需要浓缩到20-70kg/m3以上，然后才能进入下一步的 工艺。目前，微藻的分离采收技术主要包括离心分离、絮凝分离、气浮/泡载分离和膜分离 等。离心分离和膜分离虽然可以取得较高的浓缩倍数和回收率，但是其成本高，产能小，只 适合于作为食品和药物原料微藻的分离采收。对于产油微藻，目前最广泛采用和研究的技 术主要是絮凝和气浮/泡载分离。如何在获得高回收率和浓缩倍数的同时，实现低成本、高 产能的分离采收，是这类产油微藻分离采收技术必须面对和解决的问题。
[0003] 对于絮凝过程，无机絮凝剂最常用，如中国发明专利CN102382769公开了一种 采用三氯化铁絮凝采收微藻及培养水体的再循环利用的技术，三氯化铁在溶液中浓度 5-150ppm，沉降时间2~36h，对小球藻的回收率为76%。现有技术为了获得高的回收率， 往往需要还加入高效的聚合物絮凝助剂，如中国发明专利CN102051332公开了了一种采用 壳聚糖-路易斯酸为絮凝剂，搅拌后絮凝沉降沉降分离微藻的方法，其中藻液中壳聚糖浓 度2-30mg/L，路易斯酸浓度3-9mg/L，回收率最高达到99% ;该法回收率高，但絮凝剂的成 本同样较高，且絮凝剂的加入也给分离后清液的循环使用、浓缩液的后续处理带来困难。
[0004] 物理絮凝如电絮凝无絮凝剂消耗。中国专利CN102787070公开了一种采用太阳能 盐桥电絮凝装置进行微藻絮凝采收的方法，电解6h后，回收率大于95%，浓缩倍数大于15 倍。该法相比传统的电絮凝法，随降低了能源和电极的消耗，但其工艺和设备复杂，成本高， 且产能低，不宜工业放大。
[0005] 中国发明专利CN102839127、CN103013833中均采用了调节pH沉降絮凝后过滤分 离的海生绿球藻的方法，其中CN102839127报道的调节pH超过11，沉降3天以上，回收率可 达99 %，但未公开浓缩倍数；其沉淀时间长，对沉降液中微藻采取过滤分离的方法，产能低 且动力成本高，并不适合于大规模产油微藻的分离，且采用NaOH调节pH造成系统中Na+的 积累。
[0006] 对于气浮分离的方法，中国发明专利CN1472306公开了一种采用溶气式气浮连续 采收微藻的方法，但未公开回收率和浓缩倍数。中国专利CN101549231则公开了一种将溶 气浮选和旋液分离耦合，以快速分离泡载微藻的方法，旋液分离需要液体以较高流速进入 旋液分离器，能耗高且同样不宜工业放大。
[0007] 泡沫分离，或称泡沫浮选，通过在气浮体系中加入特定的表面活性剂，形成稳定的 泡沫层，通过将待分离物质吸附在泡沫层中而实现分离，在蛋白分离等方面已有成功的应 用。泡沫浮选的核心是优选的表面活性剂体系和分离装置，以获得稳定的泡沫层，并使分离 物质向泡沫层快速富集。中国专利CN102127509公开了一种采用表面活性剂泡沫浮选微藻 的方法和装置，其装置实质是个鼓泡塔。在其实施例中，采用该法分离拟球藻，表面活性剂 采用CTAB或TBP，最好情况下回收率可超过98%，浓缩比未报道。该法需要将气泡分散到 Imm左右，采用了成本较高的表面活性剂，因为采用间歇操作直至泡沫中无绿色，其高回收 率是以延长分离时间为代价的。中国专利CN102127509也公布了一种采用泡沫浓缩采收微 藻的方法，所采用的浮选装置也是鼓泡塔，内部增加了特殊的泡沫内构件。在该专利的一个 实施例中，采用该装置采收某种自产泡沫的微藻，浓缩比达到20倍，但回收率以及采收时 间等均未报到，由于缺少必要的技术特征，无法对效率进行判断。而且上述方法，均直接从 稀藻液进行泡沫浮选，所需泡沫助剂用量大，设备体积大，分离时间长，其经济性仍然不佳； 采用间歇分离的工艺路线不适于工业化稳定生产。
[0008] 综上所述，尽管现有技术提供了多种微藻分离的技术方法，但具有高回收率和浓 缩倍数，同时低成本、高产能，适合于大规模产油微藻分离采收的工业化技术仍有待进一步 的开发。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种具有高回收率和浓缩倍数，同时低成本和高产能的微藻 采收的方法及相应的分离装置。
[0010] 本发明所提供的微藻采收的方法，包括如下步骤：
[0011] 1)对藻液进行PH调节，得到调节pH后的藻液；
[0012] 2)将步骤1)中的调节pH后的藻液于沉降池中进行絮凝沉降，得到絮凝藻液和上 清液；
[0013] 3)向装有步骤2)中的絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的泡沫分离塔中通入空 气，使微藻富集于泡沫中，收集泡沫，即采收得到微藻。
[0014] 上述方法中，步骤1)中，所述pH调节是通过如下方法进行：向所述藻液中加入pH 调节剂，调节所述藻液的pH至10~10. 5,其中，所述pH调节剂具体可为NaOH水溶液、KOH 水溶液或NH3水溶液，优选为NH 3水溶液。进一步的，pH调节剂的浓度可以根据实际生产情 况进行选择。
[0015] 所述藻液中的微藻具体可为球藻或拟球藻，所述球藻具体可为海生小球藻 (Marine Chlorella)或紫球藻（Porphyridium cruentum);所述拟球藻具体可为微拟球藻 (Nannochloropsis sp.)〇
[0016] 上述方法中，步骤2)和步骤3)选自如下a)连续操作或b)间隙操作，
[0017] 当步骤2)和步骤3)选自a)连续操作时：（藻液以一定流量流入沉降槽，在沉降 槽底部连续流出絮凝藻液并导入环流泡沫塔，环流泡沫塔中流加表面活性剂和分离助剂， 在泡沫槽中连续采出泡沫以收集浓藻液）
[0018] 步骤2)中，所述絮凝沉降的水力停留时间为0· 5~2h。
[0019] 步骤3)中，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠 （Sodium dodecyl sulfate，SDS) 和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质量比为1:0. 5~2,物质A选自Tween 20和/ 或Tween80,当物质A为Tween 20和Tween80时，两者可依任意比例加入，本领域技术人员 根据实际情况进行配制即可。
[0020] 所述分离助剂具体可为FeCl3。
[0021] 所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入 20~250g所述表面活性剂和30~120g所述分离助剂，优选为Im3所述絮凝藻液中加入 30~120g SDS、20~60g Tween 20和40~80g FeCl3,按照上述比例根据絮凝藻液的流 量匀速流加表面活性剂和分离助剂。
[0022] 所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的水力停留时间为0. 3~2h。
[0023] 所述泡沫分离塔中体系的pH为10~11，空塔气速为0. 06~0. 3cm/s。
[0024] 当步骤2)和步骤3)选自b)间歇操作时：（一批培养藻液加入沉降槽，沉降一定时 间后，在沉降槽底部采出絮凝藻液，存入中间储罐。而后将一批絮凝藻液加入环流泡沫塔， 在环流泡沫塔中一次性加入或者匀速流加表面活性剂和分离助剂，在泡沫槽中连续采出泡 沫以收集浓藻液）
[0025] 所述表面活性剂和分离助剂一次性加入到泡沫分离塔时：
[0026] 步骤2)中，所述絮凝沉降的沉降时间为0. 5~4h。
[0027] 步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质 量比为1: 〇· 5~2,物质A选自Tween 20和/或Tween80,当物质A为Tween 20和Tween80 时，两者可依任意比例加入，本领域技术人员根据实际情况进行配制即可。
[0028] 所述分离助剂具体可为FeCl3。
[0029] 所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入 60~240g所述表面活性剂和60~120g所述分离助剂，优选为Im3所述絮凝藻液中加入 40~160g SDS、30~90g Tween 20和60~90g FeCl3,按照上述比例根据絮凝藻液的流 量匀速流加表面活性剂和分离助剂。
[0030] 所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的泡沫分离时间为0. 5~4h。
[0031] 所述表面活性剂和分离助剂匀速流加到泡沫分离塔时：
[0032] 步骤2)中，所述絮凝沉降的沉降时间为0. 5~4h。
[0033] 步骤3)中，所述表面活性剂选自SDS和物质A的混合物，其中，SDS和物质A的质 量比为1: 〇· 5~2,物质A选自Tween 20和/或Tween80,当物质A为Tween 20和Tween80 时，两者可依任意比例加入，本领域技术人员根据实际情况进行配制即可。
[0034] 所述分离助剂具体可为FeCl3。
[0035] 所述絮凝藻液、表面活性剂和分离助剂的比例如下：1m3所述絮凝藻液中加入 20~250g所述表面活性剂和30~120g所述分离助剂，优选为Im3所述絮凝藻液中加入 30~120g SDS、20~60g Tween 20和40~80g FeCl3,按照上述比例根据絮凝藻液的流 量匀速流加表面活性剂和分离助剂。
[0036] 所述絮凝藻液在所述泡沫分离塔中的泡沫分离时间为0. 5~2h。
[0037] 上述方法中，步骤3)中，所述泡沫分离塔中体系的pH为10~11，空塔气速为 0· 06 ~0