專利名稱：一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，更具體地說是利用臭氧氧化和加壓-減壓共同作用于藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的裝置。
背景技術(shù)：
人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了大量的含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的廢水，這些廢水經(jīng)由市政排水管網(wǎng)等系統(tǒng)進(jìn)入湖泊、河流、海灣等水體，引起藻類迅速繁殖，水體中溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，繼而導(dǎo)致魚類及其它生物大量死亡。近年來由于污染造成的環(huán)境惡化逐步加重，水體藻類污染的程度也逐年加深。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，由于藻類等浮游生物大量繁殖，往往使水體呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、綠色等，這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱為水華，在海洋中稱為赤潮。赤潮或水華在全球范圍內(nèi)頻繁出現(xiàn)是藻類污染程度加深的直接反映。我國在1933年到1979年的46年中僅發(fā)生過12次赤潮；1990年到1994年的5年中就發(fā)生了 139次赤潮；2002年發(fā)生79起，影響面積為10150平方公里；2003年發(fā)生119起，影響面積為14550平方公里；2005年發(fā)生82起，影響面積為27070平方公里；2006年93起，影響面積為19840平方公里；2012年我國深圳南澳海面出現(xiàn)較大面積夜光藻赤潮。隨著各自然水體中富營養(yǎng)化程度的日趨嚴(yán)重，藻類生長對水體的危害也變得日趨嚴(yán)重，湖泊海洋等水體中水華、赤潮現(xiàn)象的層出不窮使得快速有效地殺死水體中藻類技術(shù)的研發(fā)顯得愈發(fā)重要和急迫。目前世界范圍內(nèi)有多種除藻技術(shù)，如物理除藻、化學(xué)除藻以及生物除藻等。隨著世界范圍內(nèi)化石能源的逐年減少，研究熱點(diǎn)從單一的除藻問題轉(zhuǎn)向藻類的綜合利用，破碎藻類細(xì)胞壁提取藻類體內(nèi)的生物油脂就是一個重要的方向。目前國內(nèi)外藻類細(xì)胞破碎所用的裝置均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難，適用范圍有限，提取步驟繁多，成本過高等技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述的提取裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難，提取步驟繁多，適用范圍有限等技術(shù)問題而提供一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，包括高壓反應(yīng)釜、臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)通過管道與高壓反應(yīng)釜頂部連接，所述的高壓反應(yīng)釜帶有攪拌裝置，進(jìn)一步所述的高壓反應(yīng)釜設(shè)有排氣閥和壓力顯示裝置，本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例中為壓力表。利用上述的一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、將收獲的藻液置于高壓反應(yīng)釜中，控制120 130 r/min轉(zhuǎn)動5 min將藻液攪拌混勻；(3)、打開臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，控制臭氧和空氣混合氣體的流量為2 L/min，并控制反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速為120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液混合均勻；[0012]其中所述的臭氧和空氣混合氣體按體積比計(jì)算，即臭氧空氣為1:150 ;(4)、將壓カ條件設(shè)置為0.4 0.8 MPa、維持I 2 s時間后降壓至常壓，然后再升壓至0. 4 0. 8 MPa、維持I 2 s時間后再降壓至常壓，反復(fù)40 80個循環(huán)，即完成藻類細(xì)胞破碎。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，由于含有臭氧發(fā)生器、空壓機(jī)和高壓反應(yīng)釜，可實(shí)現(xiàn)利用壓カ輔助臭氧法對藻類細(xì)胞破壁。進(jìn)ー步本實(shí)用新型的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置用于藻類細(xì)胞破壁，可有效地殺死水體中的藻類，抑制富營養(yǎng)化對水體的危害。實(shí)驗(yàn)證明，在最大壓カ為0.8 MPa，加壓-減壓循環(huán)數(shù)為80的條件下，可以有效破碎藻類細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)含物外流，且某些易被氧化的葉綠素等物質(zhì)可以被臭氧進(jìn)ー步氧化，從而降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。進(jìn)ー步，采用本實(shí)用新型的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對小球藻細(xì)胞進(jìn)行破碎，對比實(shí)驗(yàn)前后水體中的化學(xué)需氧量COD可以發(fā)現(xiàn)，體系中溶解性有機(jī)物含量有著明顯的增多。另外，本實(shí)用新型的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，設(shè)備簡単，操作方便，對藻類細(xì)胞的破碎效果好，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。

圖1、本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置示意圖，圖中I為高壓反應(yīng)釜、2為臭氧發(fā)生器、3為空壓機(jī)、11為高壓反應(yīng)釜的攪拌裝置、12為高壓反應(yīng)釜的排氣閥、13為高壓反應(yīng)釜的壓カ表。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置進(jìn)ー步詳細(xì)描述，但并不限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)施例中所用的小球藻藻種、所用的BGll培養(yǎng)基，購買于中國科學(xué)院水生生物研究所。本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)施例中所述的藻種培養(yǎng)與藻液獲取，即將中國科學(xué)院水生生物研究所購買小球藻藻種按接種量為5%接種于BGll培養(yǎng)基中，于塞福PGX-350B智能培養(yǎng)箱25°C，5000 lx，光暗比12h :12h條件下培養(yǎng)，待小球藻生長到穩(wěn)定期時收獲藻液。實(shí)施例1ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，其示意圖如圖2所示，包括高壓反應(yīng)釜1、臭氧發(fā)生器2和空壓機(jī)3，臭氧發(fā)生器2和空壓機(jī)3通過管道與高壓反應(yīng)釜I頂部連接，所述的高壓反應(yīng)釜I帶有攪拌裝置11，進(jìn)ー步所述的高壓反應(yīng)釜設(shè)有排氣閥12和壓カ表13。應(yīng)用實(shí)施例1利用實(shí)施例1所述的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收獲的藻液于I L的高壓反應(yīng)釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；[0027](2)、打開臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應(yīng)爸中，繼續(xù)以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、控制高壓反應(yīng)釜壓カ為0. 6 MPa，當(dāng)達(dá)到0. 6 Mpa時，維持1 2 s時間，打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然后再升壓至0.6 MPa，當(dāng)達(dá)到0.6 Mpa時，再次打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環(huán)升壓、降壓過程40次即得到破碎的藻類細(xì)胞。收集上述所得的破碎的藻類細(xì)胞100 ml于潔凈的燒杯中，體系中溶液溫度為230C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加275 mg/L,葉綠素a減少了 0. 3 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 3 mg/L,總?cè)~綠素含量減少了 0. 6 mg/L,可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為17. 6g/100g干藻。同時可以觀察到小球藻藻液在利用本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎裝置進(jìn)行破碎前呈現(xiàn)綠色，破碎后呈現(xiàn)白色，并且顯微鏡鏡檢結(jié)果顯示有大量藻類細(xì)胞碎片生成，由此表明了本エ藝可以成功破碎小球藻細(xì)胞并氧化其細(xì)胞內(nèi)含物葉綠素a和葉綠素b。對比實(shí)施例1目前最為常用的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置為超聲波藻類破碎裝置，生產(chǎn)廠家為上海之信儀器有限公司，型號為JYD-1200L。利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細(xì)胞的進(jìn)行破碎的方法，具體包括如下步驟(I)、量取培養(yǎng)好的小球藻藻液80 mL,置于200 mL燒杯之中；(2)、將超聲頭置入小球藻藻液中部區(qū)域，并且將超聲頻率設(shè)置為20 kHz，功率設(shè)置為360 W ；(3)、打開超聲波發(fā)生器電源，設(shè)置超聲時間為30 min，即得破碎的小球藻藻類細(xì)胞。上述藻類細(xì)胞破碎完畢后，測定溶液溫度，溶解性C0D，葉綠素含量，結(jié)果表明，經(jīng)過上述超聲波方法處理后，體系中溶液溫度上升至70°C，溶解性COD含量増加979 mg/L,葉綠素a增加了 3. 5 mg/L,葉綠素b含量增加了 3. 7 mg/L,總?cè)~綠素含量增加了 7. 2 mg/L,可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為14. lg/100g干藻。通過應(yīng)用實(shí)施例1和對比實(shí)施例1進(jìn)行對比，可以看出，利用本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎后，體系的溫度基本維持恒定，而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎后體系溫度上升很高，這說明了部分能量轉(zhuǎn)化為熱量散失于周圍環(huán)境中，并未有效地應(yīng)用于藻類破碎エ藝過程中。進(jìn)ー步，本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對細(xì)胞進(jìn)行破碎后，溶解性COD含量増加僅為275 mg/L，相對于超聲破碎減少了 654 mg/L，由此表明藻類碎裂后有機(jī)物進(jìn)入水體中，部分有機(jī)物被臭氧氧化，減少了水體溶解性化學(xué)需氧量；進(jìn)ー步，本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對細(xì)胞進(jìn)行破碎后，葉綠素a減少了 0. 3 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 3 mg/L,總?cè)~綠素含量減少了 0. 6 mg/L,而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎后，葉綠素a増加了 3. 5 mg/L,葉綠素b含量増加了 3. 7 1し總?cè)~綠素含量增加了7.2 mg/L,由此表明了葉綠素容易被臭氧氧化，細(xì)胞破碎后很快與臭氧反應(yīng)而得到去除，而超聲波破碎裝置則無此功效。[0041]進(jìn)ー步，本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對細(xì)胞進(jìn)行破碎后，可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為17. 6g/100g干藻，而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎后可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為14. lg/100g干藻，由此表明了本エ藝過程生成的某些易萃取有機(jī)物與超聲波方法相當(dāng)，具有相似的萃取效率。綜上所述，運(yùn)用本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎，不但可以有效地破碎藻類細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)含物外流，得到17. 6g/100g干藻產(chǎn)率，與超聲エ藝14. lg/100g干藻產(chǎn)率相當(dāng)。且某些易被氧化的葉綠素等物質(zhì)可以被臭氧進(jìn)ー步氧化，破碎后體系中葉綠素含量下降0.6 1^/し而超聲エ藝則上升了7.2 mg/L，因此本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置在藻類細(xì)胞破碎方面的應(yīng)用可以有效降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。應(yīng)用實(shí)施例2利用實(shí)施例1所述的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的方法，具體包括下列步驟(I)、量取200 ml收獲的小球藻溶液于I L的高壓反應(yīng)釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應(yīng)爸中，繼續(xù)以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設(shè)定壓カ為0.6 MPa，當(dāng)達(dá)到0. 6 Mpa時，維持I 2 s時間，打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然后再升壓至0.6 MPa，當(dāng)達(dá)到0.6 Mpa時，再次打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環(huán)升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細(xì)胞。收集上述所得的破碎的藻類細(xì)胞100 ml于潔凈的燒杯中，體系中溶液溫度為240C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加243 mg/L,葉綠素a減少了 0.1 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 2 mg/L,總?cè)~綠素含量減少了 0. 3 mg/L,可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為26. 7g/100g干藻。應(yīng)用實(shí)施例3利用實(shí)施例1所述的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收獲的小球藻溶液于I L的高壓反應(yīng)釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應(yīng)爸中，繼續(xù)以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設(shè)定壓カ為0. 8 MPa,當(dāng)達(dá)到0. 8 Mpa時，打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然后再升壓至0.8 MPa，當(dāng)達(dá)到0.8 Mpa時，再次打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環(huán)升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細(xì)胞。收集上述所得的破碎的藻類細(xì)胞100 ml于潔凈的燒杯中，體系中溶液溫度為24°C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加1126 mg/L，葉綠素a減少了 0. 3 mg/L，葉綠素b含量減少了 0. 4 mg/L，總?cè)~綠素含量減少了 0. 7 mg/L,可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為24. 3g/100g干藻。應(yīng)用實(shí)施例4利用實(shí)施例1所述的ー種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收獲的小球藻溶液于1L的高壓反應(yīng)釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應(yīng)爸中，繼續(xù)以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設(shè)定壓力為0.4 MPa,當(dāng)達(dá)到0.4 MPa時，打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓力降至常壓，然后再升壓至0.4 MPa，當(dāng)達(dá)到0.4 MPa時，再次打開高壓反應(yīng)釜的排氣閥使壓力降至常壓，循環(huán)升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細(xì)胞。收集上述所得的破碎的藻類細(xì)胞100 ml于潔凈的燒杯中，體系中溶液溫度為24°C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加201 mg/L，葉綠素a減少了 0. 2 mg/L，葉綠素b含量減少了 0.2 mg/L，總?cè)~綠素含量減少了 0.4 mg/L,可萃取有機(jī)物產(chǎn)率為22. 5 g/100g干藻。綜上所述，本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，由于含有臭氧發(fā)生器、空壓機(jī)和高壓反應(yīng)釜，利用其對藻類細(xì)胞進(jìn)行破碎，可以實(shí)現(xiàn)利用壓力輔助臭氧法對藻類細(xì)胞破壁，以有效地殺死水體中的藻類，抑制富營養(yǎng)化對水體的危害。實(shí)驗(yàn)證明，在最大壓力為0. 8MPa，加壓-減壓循環(huán)數(shù)為80的條件下，可以有效破碎藻類細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)含物外流，且某些易被氧化的葉綠素等物質(zhì)可以被臭氧進(jìn)ー步氧化，從而降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。以上所述僅是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，其特征在于包括高壓反應(yīng)釜、臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，所述的臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)通過管道與高壓反應(yīng)釜頂部連接； 所述的高壓反應(yīng)釜帶有攪拌裝置，所述的高壓反應(yīng)釜還設(shè)有排氣閥和壓力顯示裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置，其特征在于所述的壓力顯示裝置為壓力表。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置。所述的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置包括高壓反應(yīng)釜、臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)，臭氧發(fā)生器和空壓機(jī)通過管道與高壓反應(yīng)釜頂部連接，所述的高壓反應(yīng)釜帶有攪拌裝置，進(jìn)一步所述的高壓反應(yīng)釜設(shè)有排氣閥和壓力顯示裝置。本實(shí)用新型的一種藻類細(xì)胞破碎所用的裝置可以實(shí)現(xiàn)以臭氧為媒介，通過氣-液反應(yīng)，作用于藻液，在攪拌器作用下使臭氧與藻液混合均勻進(jìn)而破碎藻類細(xì)胞。本實(shí)用新型的藻類細(xì)胞破碎所用的裝置具有設(shè)備簡單，操作方便、破壁效果好，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制等特點(diǎn)。
文檔編號C12M1/02GK202849399SQ2012205721
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者黃遠(yuǎn)星, 李亮, 李洋洋, 許智華, 金小穎, 崔晨晨, 宋翠紅, 方學(xué)友 申請人:上海理工大學(xué)