一種微藻集成裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微藻集成裝置，包括濾膜系統(tǒng)、熱泵室和連動(dòng)軸；濾膜系統(tǒng)是由前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)和后段水平式濾膜系統(tǒng)構(gòu)成，前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)為在平面支架上鋪設(shè)濾膜，后段水平式濾膜系統(tǒng)由電機(jī)、從動(dòng)軸、主動(dòng)軸和濾膜組成，后輪軸為從動(dòng)軸，前輪軸為主動(dòng)軸，主動(dòng)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從動(dòng)軸和主動(dòng)軸上設(shè)有傳送帶，傳送帶上設(shè)有超吸水軟體材料，超吸水軟體材料外側(cè)設(shè)有一層濾膜，主動(dòng)軸處的濾膜外側(cè)設(shè)有刮刀，刮刀下方設(shè)有熱泵室，所述熱泵室為漏斗狀板框式結(jié)構(gòu)，熱泵室位于主動(dòng)軸的軸向兩端為吹風(fēng)孔，熱泵輸出的熱風(fēng)通向兩端的吹風(fēng)孔。本實(shí)用新型無需添加絮凝劑，無需離心/過濾等步驟，成本低、能耗低，并可以實(shí)現(xiàn)水的再循環(huán)利用。
【專利說明】一種微藻集成裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及生物工程領(lǐng)域，尤其涉及微藻培養(yǎng)、收獲與干燥的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 微藻是制取的生物能源的理想來源，與其他陸生生物質(zhì)資源相比其具有如下優(yōu) 勢：光合作用效率高、生長周期短、油脂含量高，微藻單位面積產(chǎn)油量是油料作物30倍，并 且它不占耕地、產(chǎn)品附加值高，在淡水，海水甚至污染水域生長，能利用水體中的有機(jī)物，在 制造生物能源的同時(shí)解決水體富營養(yǎng)化等環(huán)境難題等。如今能源微藻的研究已經(jīng)成為世界 生物質(zhì)能源科技發(fā)展的新趨勢和新熱點(diǎn)。
[0003] 微藻采收是能源微藻規(guī)?；a(chǎn)的另一個(gè)亟待解決的瓶頸問題。微藻個(gè)體微?。?1 一 30 μπι)，培養(yǎng)液中濃度低(通常為0.5 - 3.0 g/L)。再者，藻細(xì)胞表面多帶負(fù)電，個(gè) 體在培養(yǎng)液中可以較均勻地分散懸浮，形成穩(wěn)定的分散體系，很難沉降。這些都給微藻收獲 增加難度，造成收獲成本很高。通常采用物理/化學(xué)/生物法先對微藻培養(yǎng)液進(jìn)行絮凝預(yù) 處理，然后氣浮、離心、膜分離或微濾法對其收集。但微藻培養(yǎng)液濃度低和顆粒細(xì)的特性使 得微藻采收的成本占其培養(yǎng)成本(包括培養(yǎng)和采收）的20% - 30%。即使通過以上兩種步 驟采收到的微藻，其含水量仍高達(dá)80%以上。根據(jù)全生命周期分析（Life cycle analysis, LCA)，若將如此高含水量微藻干燥后生產(chǎn)微藻生產(chǎn)能源產(chǎn)品，其過程能耗高，加工效率底， 整體能量"入不敷出"，顯著降低了微藻能源的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 針對目前能源微藻收獲與干燥過程存在的難題，本發(fā)明創(chuàng)新性地集成微藻培養(yǎng)、 收集、脫水和干燥等工藝和裝置，設(shè)計(jì)出國內(nèi)原創(chuàng)性的微藻采收與干燥成套裝備，這一集成 裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，占地面積小，可以有效降低微藻收獲干燥能耗與成本投入，易于 投入生產(chǎn)使用。為提高能源微藻規(guī)?；a(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性提供可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是提供一種微藻培養(yǎng)、收獲與干燥的集成裝置。本發(fā)明針對目 前微藻類生物質(zhì)含水量高，收獲難度大，微藻干燥過程能耗高，加工效率底，整體能量"入不 敷出"的現(xiàn)狀，提供一種新的低耗能收獲與干燥集成的裝置及方法。該裝備收集微藻及方 法，無需經(jīng)添加絮凝劑、離心/過濾、噴霧干燥等步驟。本發(fā)明的裝置為包括濾膜系統(tǒng)、轉(zhuǎn)軸 裝置、傳送帶系統(tǒng)、干燥裝置；濾膜系統(tǒng)是上段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)構(gòu)成，它與地面傾斜 呈3(Γ-9(Γ角度，角度設(shè)置與生物種類及濃度相關(guān)；下段水平式濾膜由一組具滑輪轉(zhuǎn)軸裝置 傳送帶組成，滑輪裝置左側(cè)輪為從動(dòng)軸，右側(cè)輪為主動(dòng)軸，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳送中，轉(zhuǎn)軸由齒帶 與傳送帶扣合連接，超吸水軟體材料靠連動(dòng)軸與主動(dòng)軸擠壓脫水。濾膜系統(tǒng)的微孔濾膜材 料孔徑大小可以根據(jù)不同種類藻門類進(jìn)行選擇，在1 一 1000 μ m之間。濾膜材料可以選擇尼 龍、纖維素酯類、聚砜類、引入共聚單體的聚烯烴類以及其它符合要求的新型制膜材料。傳 送帶系統(tǒng)為下表面緊密貼敷軟體吸水材料的濾膜傳送帶，富含水的微藻水分子被吸入超吸 水軟體材料帶中，材料可以選擇天然或簡單加工的脫脂棉、海綿等及經(jīng)合成的超吸水性聚 合材料如聚氨酯-聚丙烯酸鈉等，傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)，轉(zhuǎn)速因不同藻類含水量有差異。連 動(dòng)軸擠壓吸水材料，實(shí)現(xiàn)對吸水材料的脫水。水平式濾膜系統(tǒng)脫水后微藻生物質(zhì)經(jīng)刮刀，刮 刀由硬質(zhì)橡膠材料組成，藻泥或高濃度藻液刮落至熱泵室干燥。干燥裝置為熱泵干燥裝置 設(shè)計(jì)為斗型板框式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為吹風(fēng)孔，為蜂窩狀或點(diǎn)陣狀小孔，孔徑0. 5 出風(fēng)溫 度能夠達(dá)到80°C以上的空氣源熱泵。整個(gè)脫水過程中產(chǎn)生的水可以經(jīng)泵，泵回培養(yǎng)池，循 環(huán)利用。本發(fā)明的裝置及方法原理：
[0006] (1)依據(jù)重力勢能原理，首先微藻經(jīng)培養(yǎng)裝置排放口排放藻液，微藻經(jīng)傾斜式濾膜 材料上脫水，濾膜截留藻細(xì)胞，利用水分重力作用脫去水產(chǎn)品中大部分的自由水，若水產(chǎn)品 如微藻細(xì)胞直徑小于5 μ m較難沉降收集，控制排放口閥門，適當(dāng)減小排放速度。
[0007] (2)進(jìn)一步經(jīng)由水平式濾膜下表面貼敷軟體吸水材料傳送帶，利用毛細(xì)管作用，水 分子被吸入超吸水軟體材料帶中。超吸水復(fù)合軟體材料主動(dòng)軸與從動(dòng)軸擠壓脫除重力不能 去掉的水，傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，能耗低；
[0008] (3)水平式濾膜系統(tǒng)脫水后微藻生物質(zhì)經(jīng)刮刀落至熱泵室干燥室，干燥后的藻類 生物質(zhì)隨傳送帶向前輸送收集到含水量更低的微藻；
[0009] (4)收獲過程中脫去的含營養(yǎng)素水可以回流到培養(yǎng)池中循環(huán)利用。連續(xù)培養(yǎng)中， 微藻收獲后培養(yǎng)基再次倒會(huì)培養(yǎng)系統(tǒng)中；批式培養(yǎng)中水產(chǎn)品收獲后培養(yǎng)基質(zhì)營養(yǎng)素仍有殘 留，直接排放不僅可以造成環(huán)境污染，而且造成營養(yǎng)物的浪費(fèi)。營養(yǎng)水循環(huán)利用能提高過程 的經(jīng)濟(jì)性。
[0010] 本實(shí)用新型中針對不同水產(chǎn)品的細(xì)胞特性選擇復(fù)合吸水材料以及微孔膜結(jié)合組 件以及干燥轉(zhuǎn)軸等，針對不同生物質(zhì)的特性確定吸水最佳上樣量，干燥轉(zhuǎn)軸溫度及整體運(yùn) 行時(shí)間、處理量、耗能等，獲得一站式微藻采收和干燥的新型裝備及方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本實(shí)用新型一種微藻集成裝置示意圖。
[0012] 其中：1-濾膜系統(tǒng),3-傳送帶，4-刮刀，5-超吸水軟體材料，7-主動(dòng)軸，8-熱泵， 9_熱泵室，10-培養(yǎng)裝置，11-排放口，12-泵，13-連動(dòng)軸，14-從動(dòng)軸。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 結(jié)合附圖，本發(fā)明包括濾膜系統(tǒng)1、熱泵室9和連動(dòng)軸13 ;濾膜系統(tǒng)1是由前段斜 坡式濾膜支持物系統(tǒng)和后段水平式濾膜系統(tǒng)構(gòu)成，所述前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)為在平 面支架上鋪設(shè)濾膜，前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)與地面傾斜呈30°-90°角度，角度設(shè)置與生 物種類及濃度相關(guān)；后段水平式濾膜系統(tǒng)由電機(jī)、從動(dòng)軸14、主動(dòng)軸7和濾膜組成，后輪軸 為從動(dòng)軸14,前輪軸為主動(dòng)軸7,所述主動(dòng)軸7由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述從動(dòng)軸14和主動(dòng)軸7上設(shè) 有傳送帶3,所述傳送帶3為齒帶式，傳送帶3與從動(dòng)軸14、主動(dòng)軸7為齒帶式配合，所述傳 送帶3水平設(shè)置，所述傳送帶3上設(shè)有超吸水軟體材料5,所述超吸水軟體材料5外側(cè)設(shè)有 一層濾膜；所述從動(dòng)軸14靠近前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)的下沿；所述主動(dòng)軸7處的濾膜 外側(cè)設(shè)有刮刀4,刮刀4沿主動(dòng)軸7的軸向緊貼濾膜；所述刮刀4下方設(shè)有熱泵室9,所述熱 泵室9為漏斗狀板框式結(jié)構(gòu)，熱泵室9位于主動(dòng)軸7的軸向兩端為吹風(fēng)孔，熱泵8輸出的熱 風(fēng)通向兩端的吹風(fēng)孔；所述主動(dòng)軸7的正下方設(shè)有連動(dòng)軸13,所述連動(dòng)軸13緊壓設(shè)于主動(dòng) 軸7表面的濾膜。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0014] 實(shí)施方案1
[0015] 以收獲干燥柵藻Scefleofes皿5· (juat/ricawt/a (購于武漢中國淡水藻種庫）為 例，該藻隸屬于綠藻門（Chlorophyta)，綠球藻目（Chlorococcales)，真集結(jié)亞目 (Eucoenobianae)。該柵藻可以在污水中生長，對水體凈化中有一定作用，是污水氧化塘中 的優(yōu)勢種類之一。
[0016] 濃度1. 0-3. 0 g/L藻液首先在斜面濾膜1上（10 μ m)利用重力脫去微藻中大部分 的自由水，繼續(xù)流經(jīng)到毛細(xì)管帶區(qū)，即超吸水軟體材料5進(jìn)一步脫水，利用毛細(xì)管作用，水 分子被吸入超吸水軟體材料5帶中。集成封閉的傳送帶系統(tǒng)3由孔徑約2μπι濾膜傳送帶 貼附以寬度50cm，厚10cm的吸水性強(qiáng)的超吸水軟體材料超吸水海綿材料5,超吸水復(fù)合軟 體材料帶經(jīng)主動(dòng)軸7與從動(dòng)軸13擠壓裝置脫除重力不能去掉的水，傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，能耗 低。脫出的水經(jīng)泵12回流到微藻培養(yǎng)裝置中循環(huán)利用。超吸水復(fù)合軟體材料5傳送帶經(jīng) 刮刀4,將藻泥刮落至熱泵9干燥裝置中，熱泵處干燥1 h，干燥后的微藻隨傳送帶向前輸送 收集到含水量低于15%的微藻干粉。
[0017] 實(shí)施方案2
[0018] 以分螺旋藻收獲干燥藻種為例。開放式培養(yǎng)該藻，其含豐富的蛋白 質(zhì)，可達(dá)1.0-2.5 g/L，使用斜面紗網(wǎng)1過濾（孔徑ΙΟΟΟμπι)，利用重力脫去螺旋藻中大部 分的自由水，繼續(xù)流經(jīng)到毛細(xì)管帶區(qū)（即超吸水軟體材料5)進(jìn)一步脫水，海綿材料(寬度 50cm，厚10cm)由。超吸水軟體材料5由主動(dòng)軸7與從動(dòng)軸13擠壓脫出的水回流到微藻培 養(yǎng)裝置中循環(huán)利用。脫水后的螺旋藻經(jīng)刮刀4推送至熱泵處干燥約2. 0 h，干燥后的螺旋藻 隨傳送帶向前輸送收集到含水量低于10%的干藻。
[0019] 以上對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施 例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與任何 改進(jìn)修飾等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種微藻集成裝置，其特征在于，包括濾膜系統(tǒng)（1)、熱泵室（9)和連動(dòng)軸（13);濾 膜系統(tǒng)（1)是由前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)和后段水平式濾膜系統(tǒng)構(gòu)成，所述前段斜坡 式濾膜支持物系統(tǒng)為在平面支架上鋪設(shè)濾膜，前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)與地面傾斜呈 30°-90°角度，角度設(shè)置與生物種類及濃度相關(guān)；后段水平式濾膜系統(tǒng)由電機(jī)、從動(dòng)軸（14)、 主動(dòng)軸（7)和濾膜組成，后輪軸為從動(dòng)軸（14)，前輪軸為主動(dòng)軸（7)，所述主動(dòng)軸（7)由電 機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述從動(dòng)軸（14)和主動(dòng)軸（7)上設(shè)有傳送帶（3)，所述傳送帶（3)為齒帶式，傳送 帶（3)與從動(dòng)軸（14)、主動(dòng)軸（7)為齒帶式配合，所述傳送帶（3)水平設(shè)置，所述傳送帶（3) 上設(shè)有超吸水軟體材料（5)，所述超吸水軟體材料（5)外側(cè)設(shè)有一層濾膜；所述從動(dòng)軸（14) 靠近前段斜坡式濾膜支持物系統(tǒng)的下沿；所述主動(dòng)軸（7)處的濾膜外側(cè)設(shè)有刮刀（4)，刮刀 (4)沿主動(dòng)軸（7)的軸向緊貼濾膜；所述刮刀（4)下方設(shè)有熱泵室（9)，所述熱泵室（9)為漏 斗狀板框式結(jié)構(gòu)，熱泵室（9)位于主動(dòng)軸（7)的軸向兩端為吹風(fēng)孔，熱泵（8)輸出的熱風(fēng)通 向兩端的吹風(fēng)孔；所述主動(dòng)軸（7)的正下方設(shè)有連動(dòng)軸（13)，所述連動(dòng)軸（13)緊壓設(shè)于主 動(dòng)軸（7)表面的濾膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微藻集成裝置，其特征在于，所述濾膜的材料為尼龍、纖 維素酯類、聚砜類或引入共聚單體的聚烯烴類。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微藻集成裝置，其特征在于，所述濾膜的孔徑大小可以 根據(jù)不同種類藻門類進(jìn)行選擇，在1 一 lOOOym之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微藻集成裝置，其特征在于，所述超吸水軟體材料（5)的 材料為脫脂棉、海綿或聚氨酯-聚丙烯酸鈉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微藻集成裝置，其特征在于，所述后段水平式濾膜系統(tǒng) 的尺寸為lOXlm - 50X2m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微藻集成裝置，其特征在于，所述熱泵（8)的吹風(fēng)孔的孔 徑0· 5 mm-10謹(jǐn)，吹風(fēng)孔出風(fēng)溫度為80°C以上。
【文檔編號(hào)】C12M1/02GK203878147SQ201320810453
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】崔鳳杰, 霍書豪, 鄒彬, 陳志蔚, 孫文敬, 林琳, 蔡兆培 申請人:大豐市佳豐油脂有限責(zé)任公司, 江蘇大學(xué)