生物微藻收获和脱水
   
  

1 发展现状

微藻培养液中微藻的浓度约为0.02-0.07%(~1 gm 微藻/5000 gm 水),必须首先浓缩到浓度为1%或者更高。最终的浓缩浓度取决于提取工艺方法,并且是最终能量输出的一个重要影响因素。

微藻的现行处理工艺采用絮凝和沉淀技术,通过沉淀作用,可以将微藻浓度浓缩到1%,回收80%的微藻。

回收采用过滤、离心、气爆等技术。气爆技术最先用于水草的处理中,是通过培养液中的气泡使微藻聚合物浮到水面上,富含微藻的上层培养液收集到浓缩装置中进一步处理。通过这一技术,浓缩液中微藻浓度可以达到1%以上,微藻回收量高达98%。过滤和离心技术虽然原理简单,在其它领域应用广泛,但成本高。

微藻的其他收集脱水技术还包括在可移动的介质上固化培养微藻,利用声波或电场等使微藻在培养液中聚集等。
2 领域发展方向

2.1 絮凝和沉淀

絮凝剂的类型、浓度、配比等与藻种密切相关,研究微藻-絮凝剂间的相互
作用机理,选择合适的培养技术,对促进絮凝沉淀技术发展都有重要作用。
目前的絮凝沉淀研究主要考虑以下问题:
降低成本和提高水资源利用率的絮凝剂回收技术。
研究回收水中残余的絮凝剂对微藻生长、稳定性及油脂产量的影响;
絮凝剂的存在对下游油脂提取与燃料转化过程的影响。排放水中絮凝剂的存在对环境的影响。
沉淀装置的设计要充分考虑结合下游的脱水技术、水循环技术和絮凝技术。

2.2 回收技术

气爆技术要与絮凝技术结合使用,絮凝效率及微藻收获由气泡大小和沉淀物的悬浮分布所决定,装置的设计要结合下游技术的需要。过滤法成本高,实现产业化应用需要首先解决以下问题:

过滤网孔径问题。过滤网的孔径决定于藻种的不同和微藻聚合作用的不同。

过滤材料也影响过滤和回收效率。材料应该适合过滤和下一步的清洁。

过滤装置的设置要同时适应静止操作和动态操作,目前使用的技术有滚筒技术(in drum)和汽缸压力技术(cylinder press)。

最后也是重要的一步是如何将微藻从过滤器上洗脱下来。水洗是一种方法,但是这需要再一次脱水。过滤器的设计中应尽量减少水的使用量或者不用水洗。

4.3 工程系统

前面已经分别讨论了各项技术的现状和发展方向。下一步的发展规划应该是将这些处理过程整合在一起,形成中试/小试规模,要达到这一步还有许多困难。首先每一步都有需要攻克的技术壁垒,其次这一过程中需要消耗的能量还是未知数,能量的投入与产出无法计算。

如果将微藻中含有的油脂、蛋白质、碳水化合物等的能量都计算在内,微藻的能量密度约为5wh/g。

分析表明,任何包含微藻干燥的收获/提取方案,在能量平衡方面都是不可取的,这一工艺所需能量约为微藻所含能量的60%,需要筛选构建能量密度更高的微藻藻株。