本發(fā)明屬于微藻生物采收領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于微藻浮選的紫球藻采收方法。
背景技術(shù)：
作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，我國(guó)正面臨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化迅猛發(fā)展所帶來(lái)的傳統(tǒng)化石能源短缺及環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等問(wèn)題，能源微藻是一種可再生的生物質(zhì)能源，具有分布范圍廣、光合效率高、生長(zhǎng)周期短、油脂含量足、環(huán)境友好、不占用耕地資源等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為未來(lái)能夠取代傳統(tǒng)化石能源。紫球藻作為能源微藻中較為常見(jiàn)的一類(lèi)，更是具有來(lái)源廣泛(太原、晉中、安徽、武漢、荊州等地分布廣泛)、便于培養(yǎng)(抗鹽性強(qiáng)，馴化后可使用海水培養(yǎng)基)、油脂含量高(c16和c18系脂肪酸含量可達(dá)50％)等突出優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多研究者的目光。
但是現(xiàn)有關(guān)于紫球藻的研究基本以紫球藻培養(yǎng)為主，另有部分涉及油脂提取及加工環(huán)節(jié)，缺乏對(duì)中間采收環(huán)節(jié)的關(guān)注，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，依照目前能源微藻計(jì)劃產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)路線(xiàn)，采收環(huán)節(jié)所消耗的成本將占到整個(gè)生產(chǎn)成本的20％～30％，因而強(qiáng)化采收環(huán)節(jié)的效率，控制采收環(huán)節(jié)的成本，將有助于推進(jìn)整個(gè)能源微藻產(chǎn)業(yè)鏈的長(zhǎng)足發(fā)展。
由于不同藻細(xì)胞和培養(yǎng)液，具有各自不同的特殊性質(zhì)，現(xiàn)有的分離方法應(yīng)用于紫球藻采收時(shí)除針對(duì)性不強(qiáng)外，還存在一系列其它問(wèn)題。其中，過(guò)濾法和膜分離法采收的回收率雖然高，但是存在濾料及膜易堵塞且再生困難，成本居高不下，采收過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)、效率低的缺陷；而離心法則對(duì)待采收藻液的藻細(xì)胞密度要求較為嚴(yán)苛，且分離過(guò)程中離心的高轉(zhuǎn)速會(huì)破壞微藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)，影響后續(xù)的油脂提取環(huán)節(jié)；絮凝法則因金屬鹽絮凝劑對(duì)藻細(xì)胞的選擇性較差而受到限制，并且最終形成沉淀的絮凝體分離需要配合額外的過(guò)濾步驟，此外大劑量的絮凝劑還會(huì)加劇水體的二次污染。
泡沫浮選作為一種高效、快速的分離技術(shù)，在選礦、石油開(kāi)采和廢水處理等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，但目前仍未有成熟的浮選方法應(yīng)用于能源微藻的采收環(huán)節(jié)。例如《紫球藻溶氣氣浮法采收條件研究》(高莉麗等，2010年11月，中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào))公開(kāi)了通過(guò)調(diào)節(jié)ph獲得藻細(xì)胞絮體，從而為無(wú)絮凝劑添加的紫球藻細(xì)胞氣浮采收創(chuàng)造條件，并確定了最佳溶氣條件，ph為10.1，溶氣壓力0.6mpa，溶氣時(shí)間17h，但是該方法時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且紫球藻的濃縮倍數(shù)僅僅只有4倍左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到將紫球藻高度濃縮的效果。
專(zhuān)利2010100008664《分離微藻的方法、裝置和系統(tǒng)》公開(kāi)了向藻類(lèi)懸浮液中加入鼠李糖脂，再?gòu)膽腋∫旱撞砍淙霘馀?，上浮形成泡沫層，達(dá)到分離微藻的效果，但是鼠李糖脂是按0.001-100mmol/l加入藻類(lèi)懸浮液中，鼠李糖脂的變化范圍極大，且該方法雖然披露對(duì)絕大多少微藻細(xì)胞普遍使用，但是卻強(qiáng)調(diào)該方法尤其適用于細(xì)胞微小、細(xì)胞壁厚實(shí)、沉降性極差的眼瞼擬微球藻，并且實(shí)施例中都是對(duì)眼瞼擬微球藻進(jìn)行的回收實(shí)驗(yàn)。而在《產(chǎn)油微藻培養(yǎng)與回收的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展》(環(huán)境污染與防治，第35卷，2013年9月)上公開(kāi)了“回收技術(shù)的選擇主要根據(jù)微藻自身的特性以及其后續(xù)利用途徑”，同時(shí)專(zhuān)利cn102382769b《通過(guò)三氯化鐵絮凝作用采收微藻及培養(yǎng)水體的再循環(huán)利用》公開(kāi)了“依不同的微藻種類(lèi)，微藻細(xì)胞的沉淀率可達(dá)43-99％”，“其中對(duì)青島大扁藻和三角褐指藻的絮凝沉淀作用特別顯著，例如在很低的濃度、而且短期的沉淀時(shí)間里…92.90％和81.70％，…其次，三氯化鐵對(duì)橢圓小球藻、杜氏鹽藻、牟氏角毛藻的沉淀效果亦相當(dāng)顯著…絮凝沉淀的藻細(xì)胞可達(dá)80-92％，比較起來(lái)，三氯化鐵對(duì)球等鞭金藻、叉鞭金藻的絮凝作用相對(duì)弱一些…絮凝沉淀的藻細(xì)胞仍可達(dá)到55-67％”，以上間接說(shuō)明了當(dāng)采用同一種方法對(duì)不同種類(lèi)微藻處理時(shí)，處理效果可能相差極大。而紫球藻與眼瞼擬微球藻細(xì)胞雖然都屬于微藻，但是從生物學(xué)分類(lèi)來(lái)說(shuō)，卻是屬于不同種的藻類(lèi)，因此不能認(rèn)為直接加入相同量的鼠李糖脂+通氣氣浮的條件就能達(dá)到和眼瞼擬微球藻相同的回收率，且發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只采用鼠李糖脂+充氣氣浮的方式，紫球藻的回收率不高于50％。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)收集紫球藻時(shí)存在的不足，提供一種基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，該采收方法具有處理時(shí)間短、紫球藻濃度倍數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，通過(guò)大量試驗(yàn)研究并不懈努力探索浮選工藝參數(shù)，最終獲得如下技術(shù)方案：一種基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，包括以下步驟：
步驟1、用ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻液的ph為7～9，按照固液比(kg：l)(0.05～0.09)：1000的比例，加入鼠李糖脂，之后室溫避光攪拌，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液，其中待采收紫球藻藻液中紫球藻藻細(xì)胞密度為6.0×106cells/l～2.0×109cells/l；
步驟2、將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液投入浮選裝置中進(jìn)行浮選處理，浮選處理前相紫球藻藻液中加入起泡劑，起泡劑與鼠李糖脂的質(zhì)量比為(0.033～0.1)：1；
步驟3、收集上浮產(chǎn)物，在上浮產(chǎn)物中加入消泡劑后靜置，得到紫球藻。
優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟2中，所述浮選裝置為單槽浮選機(jī)。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟2中，所述起泡劑為非離子型起泡劑。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述非離子型起泡劑為松醇油。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟3中，所述消泡劑與所述上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為(0.006～0.01)：1，靜置時(shí)間3-5min。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟3中，所述消泡劑包括硅油、聚二甲基硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述消泡劑為硅油。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟1中，攪拌轉(zhuǎn)速為800～1200rpm，攪拌時(shí)間5～15min。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟2中，浮選參數(shù)為充氣流量為50～150l/h，葉輪轉(zhuǎn)速400rpm～800rpm，浮選時(shí)間6～10min。
進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于泡沫浮選的紫球藻采收方法，其中步驟1中，所述ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉溶液或稀鹽酸。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下技術(shù)效果：
(1)本發(fā)明方法采用鼠李糖脂與起泡劑配合，適用于對(duì)藻細(xì)胞密度為6.0×106cells/l～2.0×109cells/l范圍內(nèi)的紫球藻藻液進(jìn)行處理，通過(guò)氣浮浮選方式，可以將處理前后紫球藻液中藻細(xì)胞密度的濃縮倍數(shù)達(dá)到102倍，采收過(guò)程用時(shí)不超過(guò)1h，且紫球藻的回收率可以達(dá)到90％以上；
(2)本發(fā)明方法可在單槽浮選機(jī)中進(jìn)行浮選，投入成本低，便于產(chǎn)業(yè)化；
(3)本發(fā)明所用鼠李糖脂為純天然產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境無(wú)害，同時(shí)起泡劑添加量低，將對(duì)水體的影響降至最低程度，尾料廢水易于處理；
(4)本發(fā)明方法通過(guò)攪拌與充氣達(dá)到浮選，無(wú)需高壓生成微氣泡，節(jié)能環(huán)保。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。
下述實(shí)施例中，調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液ph時(shí)，ph調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量體積比濃度均為2％。
實(shí)施例1
一種紫球藻泡沫選浮分離方法，包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph至7，之后將鼠李糖脂以固液比(kg：l)0.05：1000的比例加入待采收紫球藻藻液，室溫下避光，以800rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌5min，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液；
(2)浮選：將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液轉(zhuǎn)移至單槽浮選機(jī)中，再將松醇油以固液比(固液比為kg：l，這里指的是松醇油與待采收紫球藻藻液的固液比，后續(xù)實(shí)施例中加入松醇油的固液比含義與本實(shí)施例的相同)0.003：1000的比例加入，之后設(shè)置充氣流量為50l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為400rpm，浮選6min后停止，得到上浮產(chǎn)物及尾料廢水；
(3)后處理：利用刮板收集步驟二得到的上浮產(chǎn)物，按照硅油與上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為0.006：1的比例將硅油加入上浮產(chǎn)物，靜置3min后即得到采收的紫球藻。
采用分光光度法測(cè)定采收的紫球藻藻細(xì)胞密度，得到采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為3.6045×109cells/l，計(jì)算得到回收率為88.35％，由此可知本實(shí)施例方法采收紫球藻，回收率高，采收效果好。
實(shí)施例2
一種紫球藻泡沫選浮分離方法，包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph至9，之后將鼠李糖脂以固液比(kg：l)0.09：1000的比例加入待采收紫球藻藻液，室溫下避光以1200rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌15min，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液；
(2)浮選：將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液轉(zhuǎn)移至單槽浮選機(jī)中，再將松醇油以固液比(kg：l)0.005：1000的比例加入，之后設(shè)置充氣流量為150l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為800rpm，浮選10min后停止，得到上浮產(chǎn)物及尾料廢水；
(3)后處理：利用刮板收集步驟二得到的上浮產(chǎn)物，按照硅油與上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為0.01：1的比例將硅油加入上浮產(chǎn)物，靜置5min后即得到采收的紫球藻。
經(jīng)分光光度法測(cè)定得到采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為3.7709×109cells/l，計(jì)算得到回收率為92.43％，由此可知本實(shí)施例方法采收紫球藻，回收率高，采收效果好。
實(shí)施例3
一種紫球藻泡沫選浮分離方法，包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph至8，之后將鼠李糖脂以固液比(kg：l)0.07：1000的比例加入待采收紫球藻藻液，室溫下避光以1000rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌10min，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液；
(2)浮選：將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液轉(zhuǎn)移至單槽浮選機(jī)中，再將松醇油以固液比(kg：l)0.004：1000的比例加入，之后設(shè)置充氣流量為100l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為600rpm，浮選8min后停止，得到上浮產(chǎn)物及尾料廢水；
(3)后處理：利用刮板收集步驟二得到的上浮產(chǎn)物，按照硅油與上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為0.008：1的比例將硅油加入上浮產(chǎn)物，靜置4min后即得到采收的紫球藻。
經(jīng)分光光度法測(cè)定得到采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為4.0344×109cells/l，計(jì)算得到回收率為95.18％，由此可知本實(shí)施例方法采收紫球藻，回收率高，采收效果好。
實(shí)施例4
一種紫球藻泡沫選浮分離方法，包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph至7，之后將鼠李糖脂以固液比(kg：l)0.06：1000的比例加入待采收紫球藻藻液，室溫下避光以900rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌7min，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液；
(2)浮選：將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液轉(zhuǎn)移至單槽浮選機(jī)中，再將松醇油以固液比(kg：l)0.003：1000的比例加入，之后設(shè)置充氣流量為70l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為500rpm，浮選7min后停止，得到上浮產(chǎn)物及尾料廢水；
(3)后處理：利用刮板收集步驟二得到的上浮產(chǎn)物，按照硅油與上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為0.007：1的比例將硅油加入上浮產(chǎn)物，靜置5min后即得到采收的紫球藻。
經(jīng)分光光度法測(cè)定得到采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為3.6950×109cells/l，計(jì)算得到回收率為90.57％，由此可知本實(shí)施例方法采收紫球藻，回收率高，采收效果好。
實(shí)施例5
一種紫球藻泡沫選浮分離方法，包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，通過(guò)ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph至9，之后將鼠李糖脂以固液比(kg：l)0.08：1000的比例加入待采收紫球藻藻液，室溫下避光以1100rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌12min，得到預(yù)處理完畢的紫球藻藻液；
(2)浮選：將預(yù)處理完畢的紫球藻藻液轉(zhuǎn)移至單槽浮選機(jī)中，再將松醇油以固液比(kg：l)0.005：1000的比例加入，之后設(shè)置充氣流量為120l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為700rpm，浮選9min后停止，得到上浮產(chǎn)物及尾料廢水；
(3)后處理：利用刮板收集步驟二得到的上浮產(chǎn)物，按照硅油與上浮產(chǎn)物質(zhì)量比為0.009：1的比例將硅油加入上浮產(chǎn)物，靜置3min后即得到采收的紫球藻。
經(jīng)分光光度法測(cè)定得到采收的紫球藻藻細(xì)胞密度可達(dá)3.8329×109cells/l，計(jì)算得到回收率為93.95％，由此可知本實(shí)施例方法采收紫球藻，回收率高，采收效果好。
實(shí)施例6
發(fā)明人還將鼠李糖脂和松醇油單獨(dú)添加進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度均為3.2638×107cells/l，且單獨(dú)添加時(shí)的鼠李糖脂或松醇油的量與實(shí)施例3中相同，且其余參數(shù)條件及過(guò)程均與實(shí)施例3相同，包括待采收紫球藻藻液的ph為7，室溫下避光以900rpm轉(zhuǎn)速磁力攪拌7min，充氣流量為70l/h，葉輪轉(zhuǎn)速為500rpm，浮選7min，靜置5min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
表1對(duì)比試驗(yàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
由表1可知，單獨(dú)添加鼠李糖脂和松醇油時(shí)紫球藻的回收率均低于50％，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)添加鼠李糖脂的回收率較低是因?yàn)槠鋵?duì)氣相的優(yōu)化能力不足，形成泡沫的穩(wěn)定性差，因而上浮產(chǎn)物受到明顯的負(fù)面影響，而單獨(dú)添加松醇油時(shí)，雖然會(huì)產(chǎn)生泡沫，但由于小球藻的表面屬性(親疏水性)，和泡沫之間的黏附效果差，因而難以隨泡沫上浮，因此形成的泡沫雖然穩(wěn)定性強(qiáng)但選擇性差，無(wú)法黏附紫球藻共同上浮，而加入鼠李糖脂后，由于鼠李糖脂可以在小球藻表面吸附，吸附后修飾表面屬性，使得紫球藻回收率高，因此由對(duì)比實(shí)驗(yàn)和實(shí)施例3表明，需要鼠李糖脂與起泡劑需搭配使用。
發(fā)明人同時(shí)還將本發(fā)明實(shí)施例3的處理過(guò)程及參數(shù)應(yīng)用于不同培養(yǎng)階段的待采收紫球藻藻液，觀察比較了藻細(xì)胞密度對(duì)采收效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2不同濃度待采收紫球藻藻液的采收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
由表2可知，將實(shí)施例3的處理過(guò)程應(yīng)用于不同培養(yǎng)階段(不同藻密度)的待采收紫球藻藻液時(shí)，在鼠李糖脂和松醇油用量不變的前提下，在藻細(xì)胞密度為6.7388×106cells/l～1.5079×109cells/l范圍內(nèi)，本發(fā)明方法對(duì)紫球藻的回收率均在90％以上。
實(shí)施例7
(1)待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，其余處理過(guò)程及參數(shù)與實(shí)施例3的相同，僅改變松醇油的固液比(kg：l)為0.01：1000。
經(jīng)測(cè)定計(jì)算得到，采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為1.3782×109cells/l，紫球藻回收率為57.29％。
(2)待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，其余處理過(guò)程與參數(shù)與實(shí)施例3的相同，僅改變松醇油的固液比(kg：l)為0.015：1000；
經(jīng)測(cè)定計(jì)算得到，采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為1.0278×109cells/l，紫球藻回收率為46.85％。
對(duì)比例1
待采收紫球藻藻液的藻細(xì)胞密度為3.2638×107cells/l，處理步驟及參數(shù)與實(shí)施例3的相同，僅調(diào)節(jié)待采收紫球藻藻液的ph為10。
經(jīng)檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)，采收的紫球藻藻細(xì)胞密度為1.6752×109cells/l，紫球藻回收率為62.54％。
對(duì)比例2
將200g氧化銅礦石(原礦品位為≥0.9％，氧化率≥87，結(jié)合率≤8％)進(jìn)行濕磨至礦細(xì)度為75微米的礦占85％，加入3000ml水，調(diào)漿4min后，對(duì)其進(jìn)行泡沫浮選，浮選過(guò)程及氣浮參數(shù)與實(shí)施例3相同。
經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)氧化銅的回收率僅僅只有21.57％。
由此可知，鼠李糖脂雖然也是表面活性劑，但是將其作為捕收劑應(yīng)用于礦物浮選時(shí)，與采用化學(xué)合成的表面活性劑作為捕收劑相比較，其浮選效果極差。