[发明专利]一种工业化用气助藻水分离收集的电絮凝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微藻电絮凝装置，特别涉及到一种工业化用气助藻水分离收集的电絮凝装置及方法。

背景技术

从生物能源应用领域来看，微藻培养己经被广泛的应用于海产养殖、食品、制药和能源等领域，然而微藻的分离和收集成为制约微藻培养大规模放大主要因素之一。从环境保护领域来看，随着城市化进度加快和工业发展，水体中氨氮磷类营养物质不断增加，湖泊水体中，蓝藻等微生物藻类大面积爆发性繁殖，向水体排放有毒的代谢物质，给生态环境和人类的生产、生活带来不利的影响，对人类的健康构成严重威胁。如何对富含微藻的水体进行藻水分离处理，对净化水体具有积极的意义。目前微藻的分离和收集的方法主要包括：离心、过滤、絮凝。由于微藻体粒度极细，采用离心方法不仅效率低下且需要昂贵的固定资产（离心机）投资及较大能耗；采用过滤方法的膜容易堵塞、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，容易造成目标产物的污染或水体的二次污染。

近年来，采用电絮凝进行藻水分离的工艺引起了人们极大关注。电絮凝分离微藻的机理主要有：①电氧化对微藻生物体破坏导致团聚絮凝；②洁性金属电极使用时从电极溶解出的金属离子作为絮凝剂产生絮凝作用；③水电解过程中产生的氢气和氧气对微藻气浮分离。与其他藻水分离方法相比，电絮凝具有分离效率高、无需添加化学絮凝剂、操作简便和工艺过程可控等优点。电絮凝己经被尝试用于不同微藻水体的分离：Alfafara和Nakano等采用电絮凝的方法除去湖水中的微囊藻（Microcrystissp）（Alfafara C.G.,Nakano K.,Nomura N.,Igarashi T.,Matsumura M.].Chem.Technol.Biotechnol.,2002,77,871）；Poelman和DePauw等通过实验验证了电絮凝用于各种不同绿藻、硅藻等微藻的回收（Poelman E.,DePauw N.,Jeurissen B.,Resour.Conserv.Recy.,1997,19,1）。然而，微藻的电絮凝分离过程仍存在问题：①微藻细胞絮凝后在电极表面沉淀，吸附在电极表面，有效电极极板面积降低导致电絮凝效率下降。若采用槽式装置，由于操作过程中需要经常对电极表面进行除垢处理，连续化操作难度大。②电解产气量不大，气浮效率低。③槽式电絮凝装置的工业化放大也不利，设备结构复杂，检修不易。

微藻电絮凝常采用槽式装置，由于操作过程中需要经常对电极表面进行除垢处理，所以进行槽式微藻电絮凝连续操作的难度大；同时，这对于微藻电絮凝的工业化放大也是不利的，目前尚未有微藻电絮凝工业化的报道。

转盘萃取塔是萃取操作中的一种常用设备，其基本原理是通过塔内中心轴上，安装一种平行设置的若干塔板，由设在塔顶的转动装置带动板串平行转动输入机械能。塔板旋转的转速及塔板大小可以调节。转盘塔具有如下特点：①通量大且效率高；②由于塔板一直处于旋转运动状态，因而易于处理含固体原料；③结构简单，容易放大；④维修及操作费用较低。

CN 102234613 A公开了一种工业化用微藻分离收集的电絮凝装置，包括：机械传动系统、塔体、若干筛板和辅助设备；所述的机械传动系统中的连杆系统带动塔体内的筛板一起随之上下振动；其特征在于，所述的连杆系统包括两根主轴，所述的主轴的材质为导电金属材质，分别连接直流电源的正负极；所述的若干筛板串连套设于两主轴上，所述的两主轴与筛板接触处依次每层左右交错用绝缘层包覆，以使筛板在塔体内呈正负极交错分布。但是该电絮凝装置采用的是震动筛板装置，机械震动过程中克服重力和阻力做往复运动会消耗较大的机械能，对偏心轮的磨损也比较严重。

CN 101811757 A公开了一种气助电絮凝藻水分离装置及其使用方法，该装置包括塔体、主轴、同心圆筒电极板、机械传动装置、连杆机构、浮球装置、气体分布器、脉冲送气装置等部分。该装置采用偶数对同心圆筒作为电絮凝的阴阳极，交错分布，极板表面积大，电絮凝效率高，并可有效防止微藻在电极表而的吸附沉淀。塔内液体流动方向与微藻的沉降力一向相反，形成错流，可增强传质，提高电絮凝效率。浮球装置可使塔内主轴及阴阳极同心圆筒电极板等运动部件处于浮游状态，可降低传动电机的运转负荷。但是该装置采用的是同心滚筒做电极板，同心滚筒在转动过程中阻力较大且容易对流体产生较大扰动，且容易发生非同心偏转，引起气浮电絮凝的效率降低。

由此可见，开发一种稳定、高效、低能耗的的微藻电絮凝的连续化装置具有十分重要的意义，也只有开发出能适应工业上连续生产要求的微藻电絮凝设备，才能发挥电絮凝在微藻分离中的优势，使其具有推广应用价值。