欢迎访问骰宝玩法官方网站!
 
热门标签:
污染防治攻坚 电子产业
骰宝玩法科技动态
Technology News
中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展
中国科学院水生生物研究所藻类生物技术和生物能源研发中心 王岚 / 时间:2019-08-08 07:43:12

  据藻类生物技术和生物能源研发中心微信公众平台2019年8月7日讯 微藻在生物燃料生产、碳的捕获、封存和利用,以及废水养分回收等方面具有其独特优势。然而,微藻产业化始终受到生产成本高的阻碍。藻类收获是造成这一困局的主要瓶颈之一。因此,寻求高效低成本的收获技术已成为降低微藻生物质生产成本的重要研发方向。微藻体积小(2~30μm)、密度与水接近、培养浓度低(约0.1%)、培养条件各异,如上等等制约条件是发展高效低成本收获方式的极大挑战。
  微藻膜收获技术利用膜的选择性分离将藻液中的细胞与水进行分离与浓缩,进而实现微藻生物质的收获。与离心、絮凝等收获方式相比,微藻膜收获技术既能高效收获微藻生物质,又能实现培养液的回用,且不会对生物质和水造成污染,是一种绿色收获技术。然而,在待收获微藻生物量不断增加的背景下,悬浮固体和有机物的浓度不断增加,导致收获过程中膜污染程度急剧加重。膜污染将造成膜过滤性能下降,通量降低,能耗升高,清洗或更换膜的频繁增大,运行和维护成本增加。因此,控制、减轻膜污染和增加膜通量是微藻膜收获的主要目标。

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(a)

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(b)

图1.(a)管状光生物反应器培养系统和(b)膜收获系统


  近日,微藻中心在微藻膜收获工艺上获得了突破性进展,并将其成功运用于中试微藻收获。研究采用两阶段膜收获策略(常规过滤结合强化浓缩)对53立方米微藻悬浮液进行收获,同时获得了较高的平均膜通量和浓缩倍数:即成功实现了145倍的微藻浓缩,平均膜通量达53.6升/(平方米·小时),最终生物质干重达136克/升,生物质回收率达到93%。技术经济分析结果表明,在10000吨/年干藻粉生产规模下,收获总成本为0.30美元/千克干藻生物质(体积压缩倍数为50倍)。体积压缩倍数和错流速度对膜收获成本具有显著影响;敏感性分析结果表明,体积压缩倍数为50倍时,在错流速度为0.5~0.6米/秒的范围内,可获得60~66.6升/(平方米·小时)的中等平均膜通量和0.27美元/千克干藻生物质的最低收获成本。分离后的培养液无藻、无菌,浊度低于0.05NTU,有望实现培养液及其中的营养盐的循环利用,进一步降低微藻规模化培养成本,为实现微藻生物质稳定、可持续性生产奠定了基础。

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(a)

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(b)

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(c)

图2.采用两阶段膜微藻收获策略收获53立方米微藻悬浮液(a)通量随时间的变化,(b)生物质浓度随时间的变化,(c)膜过滤原液、浓缩液和渗透液的照片


  此前,研究团队瞄准了膜收获微藻的潜力及在培养液回用方面的优势,先后研发了藻液错流过滤、交替进样的多项动态膜过滤技术、气助反洗技术等,经多次攻关有效控制并减缓了膜污染进程;并在实验室小试设备的基础上,设计出了处理量10立方米/小时的中试膜收获设备。通过对系统的持续测试、优化和升级,此次成功完成中试放大并建立了膜收获技术工艺包。


中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(a)

中科院微藻中心高效膜收获工艺及其中试获突破性进展

(b)

图3.体积压缩倍数和错流速度对(a)微藻膜收获通量和(b)总收获成本的影响


  本研究以Efficient membrane microalgal harvesting: Pilot-scale performance and techno-economic analysis为题发表于国际清洁生产领域顶级刊物Journal of Cleaner Production。本研究由中国科学院水生生物研究所藻类生物技术和生物能源研发中心胡强研究员和微藻生产下游技术与工程学科组张学治研究员主持,与乔治亚理工学院陈勇生教授合作完成。藻类生物技术和生物能源研发中心王岚助理研究员为论文第一作者。本研究获得国家自然科学基金(51678561和31672625)、国家开发投资公司(Y341151Z09)和中国科学院百人计划(Y62305-1-Z01)的资助。