[发明专利]一种工业化用微藻磁性分离收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微藻分离收集装置，特别涉及到一种工业化用微藻磁性分离收集装置。

背景技术

微藻是体积小、结构简单、生长迅速的单细胞藻类，其分布极其广泛，从热带、温带到寒带直至南北两极，从淡水湖泊、盐碱沼泽到海水，从水表到大洋深处几乎都有微藻存在和繁衍。许多微藻具有重要的经济价值。长期以来，人们仅仅是把微藻作为鱼、虾、贝类幼体或成体的直接或间接的活饵料。近几十年来，尤其在20世纪80年代后，微藻生物技术迅速发展，人们认识到微藻在进化上的多源性、遗传的多样性，藻细胞中含有多种特殊的次级代谢物，此外微藻还具有光能转换率高、对环境适应性强、易于遗传改良等特点，可以对其进行大规模培养。目前，微藻在食品、医药、化工、环保、能源等领域的应用价值已成为人们关注的热点，微藻培养和相关产品开发成为新兴技术产业。

微藻的分离和收集成为制约微藻培养大规模生产的主要因素之一。目前微藻的分离和收集的方法主要包括：离心、过滤、絮凝、气浮。采用离心方法需要昂贵的固定资产(离心机)投资且能耗大；采用过滤方法的效率低，膜容易堵塞，操作难度大；采用絮凝方法分离和收集微藻需要使用各种絮凝剂，而絮凝剂与微藻分离困难，容易造成目标产物的污染；气浮/泡载分离在微藻中应用时通常需要表面活性剂的辅助，存在着和絮凝方法同样的问题。

为了改善传统微藻分离方法存在的缺陷或不足，研究开发人员设计了不同的微藻分离装置。CN 101457201B公开了一种衬杆式泡载分离装置，该装置通过法兰盖上固定的均匀分布的多条衬杆减少泡沫持液量，提高分离获得的微藻细胞的浓度，但是这一改进并没能解决泡载分离中表面活性剂的污染问题；CN101693878A公开了一种微藻浓缩和收集的方法与装置，其核心是采用微滤器过滤微藻中的水分和截留微藻，通过电磁阀控制的反冲，实现微藻的浓缩和连续操作，该设备采用的传统的反冲方法来解决膜赌塞的问题，难度大，效果不佳，仅对微藻培养液起到一定的浓缩作用；CN 102127509A公开了一种分离微藻的方法和装置，该分离方法的实质为表面活性剂辅助的气浮分离，同样面临着表面活性剂的污染问题；CN 20202555U公开了一种BFM膜分离除藻系统，该专利只是将微孔过滤装置与弯曲板式膜(BFM)分离系统相结合，在除藻的同时增加氮磷和COD的去除率，而对于微藻膜分离中存在的膜堵塞的核心问题未能提出较好的解决方法；CN 102234613A和CN 101811757A均公开了一种气浮辅助的电絮凝微藻分离方法，分别设计了正负极交错的振动筛板塔和正负极交错的同心圆筒电极板实现微藻的分离，但是，电絮凝过程由于阳极的溶解同样会带来絮凝剂对微藻细胞的污染问题。综上所述，研发人员对于微藻分离装置的研制和开发虽然取得了一些进展，但尚未解决传统微藻分离方法中存在的核心问题，不能满足工业化生产的需求。

由于磁性材料具有易于分离、分离操作简单的特点，近几年来，采用磁性材料进行微藻分离的方法已有报道。Gao和Peng等(Gao Z.W.，Peng X.J.，ZhangH.M.，Luan Z.K.，Fan B.Desalination，2009，247，337)采用蒙脱石和铜铁氧化物的复合物，成功从水中分离有害微藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)，其磁性分离介质可以重复使用，但该磁性复合物的合成较为繁琐而且用量较大；Liu和Li等(Liu D.，Li F.T.，Zhang B.R.Water Sci.Technol.2009，59，1085)采用壳聚糖修饰的磁性聚合物作为磁性分离介质，成功去除淡水中的藻华，但其磁性分离介质的合成较为复杂，磁性分离介质无法重复使用，受离子强度影响较大。为了降低微藻磁性分离的成本、实现磁性分离介质的回收，Xu和Guo采用裸露的磁性纳米Fe₃O₄颗粒进行微藻细胞的磁性分离，并通过酸溶的方法实现了磁性分离介质的回收(Ling Xu，Chen Guo，Feng Wang，Sen Zheng，Chun-Zhao Liu.Bioresource Technology 2011，102，10047)。由此可见，微藻磁性分离在工艺和方法上是可行的。实现磁性分离在微藻工业化生产中的应用，其关键问题之一是提供成套的微藻磁性分离设备，而微藻磁性分离是一个全新的领域，目前尚无相关的微藻磁性分离设备的报道和商业化的产品。

发明内容

本发明针对现有微藻分离技术存在的一系列问题，特别为了满足微藻磁性分离在设备上的需求，提供了一种工业化用微藻磁性分离收集装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：