基于正滲透原理的藻液脫水設備和正滲透裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于正滲透原理的藻液脫水設備，包括：多個正滲透裝置，每一個包括供應來自藻液供應源的待脫水藻液的藻液供應管道，供應汲取液的汲取液供應管道，和排出至少一部分水分被去除了的藻液的出液管道；使吸收了水分的汲取液濃縮再生的汲取液再生裝置；和控制裝置，所述控制裝置被設計為使得每個正滲透裝置的進液操作、正滲透脫水過程以及出液操作連續、不間斷地進行，并且，對于進液操作、正滲透脫水過程和出液操作中任一個來說，相鄰兩個正滲透裝置中的后一正滲透裝置的相應操作在前一正滲透裝置完成該相應操作之后開始。本實用新型還涉及包括藻液脫水設備的正滲透裝置。
【專利說明】
基于正滲透原理的藻液脫水設備和正滲透裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于正滲透原理的藻液脫水設備以及包括該藻液脫水設備的正滲透裝置。
【背景技術】
[0002]微藻是低等植物，其種類繁多、分布極其廣泛，海洋、淡水湖泊等水域均有微藻存在。其特有的化學組成和結構使其成為最有潛力的生物柴油和生物質油的優良原料。化石能源蘊藏量逐漸下降，溫室氣體排放日益嚴重，發展微藻生物能源被認為是一種最具前景的替代能源。微藻濃縮脫水是微藻生物能源生產中的關鍵技術之一。
[0003]目前在微藻的規模化培養中，微藻的固體含量很低，僅有0.1~0.5%，在微藻的收獲到產品開發過程中，需要將藻液濃縮脫水，除去其中的大量水分，這一過程能耗高，制約著微藻生物能源開發的進程。
[0004]現有的微藻濃縮脫水技術，一般采用濃縮和脫水串聯處理的方式，濃縮方法主要有膜過濾法、氣浮法和沉淀法，經過濃縮后的藻液中的含水率仍然高達98%以上，需要再進一步做脫水處理。在脫水階段主要有離心脫水法和機械壓濾法，進行進一步脫水可以使藻液中的含水率降到85%左右。
[0005]離心脫水法和機械壓濾、例如螺旋壓濾法都會消耗大量能量。離心脫水是利用藻液中微藻與培養液比重不同從而具有不同離心力的原理使微藻和培養液脫離，離心脫水與其它幾種技術相比存在的主要問題是能耗過高;機械壓濾是通過對藻液施加外加壓力，利用壓濾機中濾布或篩網具有不同的透過孔徑，對藻液中的微藻進行攔截過濾，而水分子由于具有更小的體積，故而通過小孔而進行脫水，機械壓濾存在的主要問題是運行密封性低，容易造成污染，濾布或篩網的清洗需要消耗大量的水源，耗水量大。另外，用這兩種方法對藻液脫水時也可能要摻入絮凝劑，影響微藻產業附加產品的純度。
[0006]為了克服利用上述方法對微藻進行濃縮脫水時出現的問題，比如能耗高，現有技術中研制出一種利用正滲透(Forward Osmosis,F0)技術進行微藻脫水的方法，但是目前該方法尚處于實驗室的試驗階段，不能在大規模微藻培養中實現工業化生產所要求的連續性作業。
[0007]然而，隨著微藻培養技術的不斷改進、微藻培養規模的不斷擴大，處于不同培養階段的微藻會連續地輸出，這對于微藻的濃縮脫水過程提出更高的要求，希望微藻的濃縮脫水過程能夠連續進行，以避免連續不斷排出的大量藻液沉積和存放造成的污染或變質，并且使得濃縮后的藻液與后續進一步干燥等加工作業設備能夠實現連續性作業。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的是將正滲透技術應用到大規模微生物培養及產業化生產工藝中，實現從微藻培養階段輸出的藻液能夠不經過存儲而直接進入濃縮脫水階段、之后直接進入微藻產品加工階段的連續式一條龍模式。
[0009]正滲透技術也稱為正滲透膜分離技術。正滲透的過程是水從較高水化學勢(或較低滲透壓)的一側通過正滲透膜(選擇透過性)流向較低水化學勢(或較高滲透壓)一側的過程。本過程是不需外加壓力做驅動力、而僅僅依靠滲透壓驅動的膜分離過程，因而，正滲透膜分離技術最大的優點在于不需要外加壓力或者在很低的壓力下運行，而且膜污染小、能夠持續長時間而不需清洗。
[0010]具體地，采用正滲透技術所用的正滲透裝置主要包括正滲透膜，在正滲透膜的兩側分別放置兩種具有不同滲透壓的溶液，一種為具有較低滲透壓的原料液(Feedsο I u t i on )，在本申請中即為待濃縮脫水的藻液，另一種是具有較高滲透壓的驅動液(Drawsolut1n)，在本申請中稱為汲取液。利用正滲透膜兩側的滲透壓差為驅動力，水自發地從原料液一側透過正滲透膜到達驅動液一側。
[0011 ]這樣，在原料液一側的藻液中的水分被去除，藻液中微藻的濃度越來越高，達到濃縮的效果;而在正滲透膜的另一側，汲取液中的水分越來越多。通常來說，需要對驅動液采取一定措施使驅動液保持原有的組成和較高的滲透壓，例如調節汲取液(鹽水)的濃度，以便能夠持續不斷地、長時間、高效地吸收滲透來的水分。
[0012]隨著正滲透過程的進行，汲取液中的水分越來越多，為了使汲取液維持在一個恒定的濃度范圍內，保證吸水的效率，可對汲取液進行反滲透處理。此外，本領域內已知的任何其它工藝，比如蒸餾，也可以用來維持汲取液濃度。
[0013]優選地，可以以海鹽作為溶質制作汲取液，吸水后的汲取液可作為海藻的培養基，從而使藻液中的水分又回到培養基中。因此，如用海鹽作為汲取液的溶質，可不需要濃縮，而直接將海鹽汲取液作為海藻的培養基回收利用。
[0014]在本申請的藻類脫水應用實施例中，采用的汲取液是高濃度鹽水或溶質為MgCl2的溶液。然而，汲取液也可以是其他溶質的溶液，例如，溶質可以是NaCl、KCl、Al2(S04)3、NH4HC03、葡萄糖、果糖或其它任何適當的溶質中的任一種或者根據特定需要選擇多種組合使用。
[0015]為實現本申請的目的，根據本申請的第一方面，提供了一種基于正滲透原理的藻液脫水設備，包括:一種基于正滲透原理的藻液脫水設備，包括:多個正滲透裝置，每個正滲透裝置包括將來自藻液供應源的待脫水藻液直接供應到該正滲透裝置的藻液供應管道，將用于汲取所述待脫水藻液中的水分的汲取液供應到該正滲透裝置的汲取液供應管道，和將所述待脫水藻液中的水分的至少一部分去除之后生成的藻液排出該正滲透裝置的出液管道;使吸收了水分的汲取液濃縮再生的汲取液再生裝置;和控制裝置，所述控制裝置被設計為使得每個正滲透裝置的進液操作、正滲透脫水過程以及出液操作連續、不間斷地進行，并且，對于構成脫水周期的進液操作、正滲透脫水過程和出液操作中任一個來說，相鄰兩個正滲透裝置中的后一正滲透裝置的相應操作在前一正滲透裝置完成該相應操作的時刻即開始;其中每一個正滲透裝置從進液操作開始到出液操作結束的時間構成一個脫水周期。
[0016]根據一種可選的實施方式，每個正滲透裝置包括水分能夠透過的正滲透膜，位于所述正滲透膜一側的藻液容器，以及位于正滲透膜另一側的汲取液容器，所述藻液容器與所述藻液供應管道連通而被供應所述待脫水藻液，所述汲取液容器與所述汲取液供應管道連通而被供應所述汲取液，并且所述汲取液容器與所述汲取液再生裝置連通。
[0017]根據一種可選的實施方式，每個正滲透裝置包括串聯連接的多個子正滲透裝置，每個子正滲透裝置包括水分能夠透過的正滲透膜，位于所述正滲透膜一側的藻液容器，以及位于正滲透膜另一側的汲取液容器，并且所述藻液脫水設備包括與每個子正滲透裝置的汲取液容器連通的多個汲取液再生裝置；
[0018]在每個正滲透裝置中，所述多個子正滲透裝置中的第一個子正滲透裝置的藻液容器與所述藻液供應管道連通而被供應所述待脫水藻液，所述多個子正滲透裝置中的最后一個子正滲透裝置的藻液容器與該正滲透裝置的出液管道連通，并且，相鄰兩個子正滲透裝置串聯連接使得前一子正滲透裝置的藻液容器被供應到后一子正滲透裝置中；并且
[0019]對每個正滲透裝置的進液操作是對該正滲透裝置的第一個子正滲透裝置的藻液容器進行的進液操作，對每個正滲透裝置的出液操作是對該正滲透裝置的最后一個子正滲透裝置的藻液容器進行的出液操作，每個正滲透裝置的正滲透脫水過程是對該正滲透裝置的第一個子正滲透裝置的進液操作完成之后、對該正滲透裝置的最后一個子正滲透裝置進行出液操作之前的過程。
[0020]根據一種可選的實施方式，所述控制裝置還被設計成使得，每個正滲透裝置的正滲透脫水過程的持續時間與出液操作的持續時間的和略小于或等于其余所有正滲透裝置的進液操作的持續時間的和;或者，每個正滲透裝置的脫水周期略大于或等于所有正滲透裝置的進液操作的持續時間的和。
[0021]根據一種可選的實施方式，所述汲取液再生裝置包括反滲透裝置、蒸發器、膜蒸餾組件、機械壓縮蒸發組件、低溫多效蒸發組件中的一個或多個。
[0022]根據一種可選的實施方式，所述汲取液再生裝置還用作:對所述汲取液容器中的汲取液起擾動作用的汲取液擾動裝置，和/或汲取液均質裝置。
[0023]根據一種可選的實施方式，所述藻液脫水設備還包括用于擾動藻液容器中的藻液的藻液擾動裝置。
[0024]根據一種可選的實施方式，所述藻液擾動裝置是設置于所述藻液容器內的葉片。
[0025]根據一種可選的實施方式，所述藻液擾動裝置是與所述藻液容器流體流體的栗。
[0026]根據一種可選的實施方式，作為所述藻液擾動裝置的栗還為出液操作提供動力。
[0027]根據一種可選的實施方式，所述藻液脫水設備還包括設置于所述汲取液容器內部的單獨的汲取液擾動裝置。
[0028]根據一種可選的實施方式，不同汲取液容器具有相同的溶質或不同的溶質，或者具有相同濃度或不同濃度的溶質。
[0029]根據一種可選的實施方式，所述汲取液是溶質為MgCl2,NaCl、KC1、A12(S04)3、NH4HCO3、葡萄糖、果糖中的一種或多種的溶液。
[0030]根據一種可選的實施方式，所述汲取液是天然海水，所述藻液脫水設備還包括用于收集被稀釋的海水的收集器。
[0031]根據一種可選的實施方式，所述汲取液的滲透壓保持在200?300atm。
[0032]根據本申請的第二方面，本實用新型還提供了一種正滲透裝置，所述正滲透裝置是由上述的多個子正滲透裝置構成的正滲透裝置。
[0033]根據本申請的第三方面，還提供了一種藻液脫水的方法，所述方法包括:I)對所述藻液脫水設備中的每一個正滲透裝置重復地、連續地執行由進液操作、正滲透脫水過程和出液操作構成的脫水周期;2)對于構成脫水周期的進液操作、正滲透脫水過程和出液操作中任一個來說，相鄰兩個正滲透裝置中的后一正滲透裝置的相應操作在前一正滲透裝置完成該相應操作的時刻即開始。
[0034]根據本申請的第四方面，本實用新型還提供了一種用于上述的藻液脫水設備的控制裝置，所述控制裝置被配置用于執行上述藻液脫水方法。
[0035]根據一種可選的實施方式，所述控制裝置是被預先編程的芯片、單片機或微控制器。
[0036]根據本申請的藻液脫水設備包括多個正滲透裝置，既具有正滲透技術帶來的優勢:不需要絮凝劑從而避免了新雜質的引入，降低了藥劑消耗的費用，提高了微藻產業中附加產品的純度，為藻的食品用途或藥品用途提供可能，不需要外加壓力從而節省能耗;又具有在大規模藻類培養和工業化流水線生產模式中的應用優勢，能夠使從培養階段連續不斷輸出的藻液不需要大量存儲、集中和等待而是即刻以藻液輸出的方式進入后續濃縮脫水操作，隨后經濃縮脫水后的藻液又能夠順序地、連續不斷地從不同的正滲透裝置輸出進行藻的干燥和產品加工，為藻類培養、濃縮脫水、產品加工的連續式、不間斷一條龍模式提供了技術支持。
[0037]本實用新型公開了包含多個脫水裝置的脫水設備及其脫水方法，使整個脫水設備對外呈現出進料和連續出料的生產模式，可以避免藻液從光生物反應器收集出來后暫存所帶來的污染或變質，同時也能防止后續的干燥設備不斷開停的間斷性操作，因此具有產業上的應用優勢。根據本申請的藻液脫水設備和方法實現了微藻培養、濃縮脫水和微藻產品加工三個階段的連續性。
【附圖說明】
[0038]圖1是根據本申請第一實施方式的序批式藻類脫水設備的簡化示意圖；
[0039]圖2是圖1中的序批式藻類脫水設備的第一示例的時序操作示意圖；
[0040]圖3是圖1中的序批式藻類脫水設備的第二示例的時序操作示意圖；
[0041]圖4是根據本申請第二實施方式的接力式藻類脫水設備的簡化示意圖；和
[0042]圖5是根據本申請第三實施方式的混合式藻類脫水設備的簡化示意圖。
【具體實施方式】
[0043]在本申請中，術語“藻類”不僅限于狹義意義上的“藻”類，而是泛指具有相同或類似培養方法或特性的任何光生物。術語“脫水”或“濃縮脫水”是指去除經過培養得到的、含有大量(比如大于90%或98%)水分的藻液中的部分或大部分水分，使藻液濃度升高至預期值以進行后續藻泥加工的過程。
[0044]本申請主要涉及正滲透技術在大規模藻類培養環境中的應用，實現了從藻類培養階段連續不斷排出藻液不經過存儲放置而以連續不斷的方式濃縮脫水繼而進行產品后續加工的過程，避免對培養生成的藻液進行存儲以及節省了與其相關的成本。下面詳細描述了根據本原理的藻液脫水設備和方法。
[0045]如圖1、4和5所示，根據本申請的藻液脫水設備100、200和300包括兩個、優選更多個正滲透裝置50 ο每個正滲透裝置50 (50-1，…50-N)主要包括正滲透膜(F0膜)52以及位于正滲透膜52兩側的原料液容器和汲取液容器56。原料液被供應到原料液容器，并且汲取液被供應到汲取液容器56。除此之外，正滲透裝置50還包括使吸水后的汲取液濃縮再生以獲得恒定濃度的汲取液再生裝置60。根據本申請，原料液是待脫水的藻液或任何其它含有光生物懸浮物的溶液，為方便起見，原料液以藻液為例進行說明，原料液容器在下文中描述為藻液容器54。
[0046]下面就序批式藻類脫水技術(包括設備和方法)進行詳細描述。圖1示出了根據本申請第一實施方式的序批式藻類脫水設備100的簡化示意圖。在本第一實施方式中，序批式藻類脫水設備100包括4個正滲透裝置50-1，50-2，50-3和50-4。對于每一個正滲透裝置50執行下述操作:
[0047]進液操作，包括:將配好的汲取液，在本實驗中為滲透壓在200?300atm的MgCl2溶液，通過輸送栗輸送到正滲透裝置50的汲取液容器56，將來自藻液供應源(未示出)的待脫水藻液供應到正滲透裝置500的藻液容器54;
[0048]正滲透脫水過程:利用滲透壓的驅動，藻液中的水分通過正滲透膜52而被汲取液吸收。然而，為了使此過程效率更高，所需時間更短，可以為藻液容器54中的藻液和汲取液容器56在的汲取液分別配備藻液擾動裝置和汲取液擾動裝置，使得藻液和汲取液分別藻液容器54和汲取液容器56內循環運動，這樣在正滲透膜52表面形成剪切力，更有利于藻液中的水分滲透到正滲透膜52另一側的汲取液中，也可以避免與滲透膜52接觸的局部藻液或汲取液隨著滲透的進行二者濃度變化，滲透壓差逐漸減小致使滲透停止；
[0049]出液操作:經過預先設定的正滲透脫水時間之后，藻液容器52中的藻液達到預期的目標濃度，即輸出預期濃度的藻液到藻液產品加工地A。
[0050]上述是對每一個正滲透裝置50的藻液脫水流程的介紹，進液操作、正滲透脫水過程和出液操作構成了完整的藻液脫水周期。下面結合圖2的時序圖、描述圖1中的包括4個正滲透裝置50 (50-1，50-2，50-3，50-4)的藻液脫水設備100的序批式操作過程。這里應說明，在本申請的時序圖中，相同的操作步驟用相同的陰影線表示，以使說明更清楚，本領域內的技術人員更容易理解。
[0051]首先對第一正滲透裝置50-1(例如，圖1中最左側的正滲透裝置50)供應待脫水藻液和汲取液，其中，待脫水藻液來自藻液供應源(未示出)，即進液步驟，歷時預設的2個小時Tll;進液完成后，第一正滲透裝置50-1開始預設的4個小時(T12+T13)的正滲透脫水過程，優選地，對藻液和汲取液一直進行擾動。
[0052]在第一正滲透裝置50-1的此4個小時的正滲透脫水過程期間，即第一正滲透裝置50-1完成進液操作的即刻，對第二正滲透裝置50-2供應待脫水藻液和汲取液，即進液步驟，持續2個小時，如圖2所示的T12;在對第二正滲透裝置50-2的進液操作結束的即刻，開始第二正滲透裝置50-2的正滲透脫水過程的同時，對第三正滲透裝置50-3進行進液步驟，持續預設的2個小時，如圖2所示的T13。
[0053]對第三正滲透裝置50-3的進液步驟完成的即刻，一方面，第三正滲透裝置50-3開始正滲透脫水過程，同時對第四正滲透裝置50-4進行進液步驟，持續預設的2個小時，如圖2所示的T14;另一方面，對第三正滲透裝置50-3的進液步驟完成的即可，第一正滲透裝置50-1的正滲透脫水過程(T12+T13)基本上結束，藻液達到預期濃度，在T14期間進行出液操作。
[0054]第四正滲透裝置50-4的進液步驟結束的同時，第一正滲透裝置50-1的出液操作也結束。至此，第一正滲透裝置50-1完成第一脫水周期P1。重復對第一正滲透裝置50-1的進液步驟Tl I，同時對第二正滲透裝置50-2進行出液操作…以此類推。
[0055]在本實驗中，根據設定，對于每一個正滲透裝置50來說，每一批藻液的脫水周期為8小時，進液2小時(Tll)，正滲透脫水過程4小時(T12+T13)，出液2小時(T14)，對于具有4個正滲透裝置50的正滲透藻液脫水設備100來說，最高效率地、完美地實現了出液和進液操作的連續性，這對于微藻連續不斷地從培養階段輸出的工業化生產作業場合來說是非常具有優勢的，這使得從培養階段連續不斷輸出的微藻能夠不經過大量存儲而連續不斷地進入到濃縮脫水流程中，繼而能夠連續不斷地進入微藻產品后續加工階段，實現了微藻培養、濃縮脫水、產品加工的連續、一條龍模式。
[0056]擴展來講，對于包括N個(N大于或等于2)正滲透裝置的正滲透藻液脫水設備來說，為保證正滲透藻液脫水設備中各正滲透裝置出液操作的連貫性，每個正滲透裝置的正滲透脫水時間(T12+T13)與每個正滲透裝置的出液時間(T14)的和應小于或等于其余N-1個正滲透裝置的進液時間(T12*(N-1))的和(在圖2的示例中為最佳地“等于”)；另外，為保證正滲透藻液脫水設備各正滲透裝置進液的連續性，每個正滲透裝置的脫水周期P應大于或等于N個正滲透裝置的進液時間的和(在圖2的示例中為最佳地“等于”)。
[0057]對于時間的控制來說，還優選地，每個正滲透裝置的正滲透脫水過程完成后，其前一正滲透裝置剛好完成出液操作；并且每個正滲透裝置的出液完成后，其后一正滲透裝置剛好完成正滲透脫水過程。
[0058]上面是包括4個正滲透裝置50的正滲透藻液脫水設備100的第一示例。
[0059]作為第一實施方式的第二個示例，序批式藻液脫水設備可包括6個正滲透裝置50-1，…，50-6。每個正滲透裝置的操作周期設定為7小時，其中對各正滲透裝置的進液時間為I小時，脫水過程持續5小時，出液時間為I小時。
[0060]第二個示例的時序圖如圖3所示，其中T21，T22和T23分別表示每一個正滲透裝置50-1，...，50-6的進液時間、脫水過程時間和出液時間。其中，在第一正滲透裝置的脫水過程Τ12期間(5個小時)，完成其它5個正滲透裝置的進液操作，類似操作過程參考上述第一示例，這里不再贅述。
[0061 ]在本第一實施方式的第三示例中，序批式藻液脫水設備可包括8個正滲透裝置。在本示例中，每個正滲透裝置的操作周期設定為12小時，其中對各正滲透裝置的進液時間為1.5小時，脫水過程持續10小時，出液時間為0.5小時。同樣，在第一正滲透裝置進液完成的即刻，進行第二正滲透裝置的進液，依次類推，在第一正滲透裝置的出液完成的同時，最后一個正滲透裝置的進液操作也完成，即開始對第一正滲透裝置的下一脫水循環的進液操作。
[0062]上面給出了根據本申請的第一實施方式的序批式藻液脫水設備的三個示例。根據本申請第一實施方式的包括多個正滲透裝置的藻類脫水設備，既具有正滲透技術帶來的優勢:不需要絮凝劑從而避免了新雜質的引入，降低了藥劑消耗的費用，提高了微藻產業中附加產品的純度，為藻的食品用途或藥品用途提供可能，不需要外加壓力從而節省能耗;又具有在大規模藻類培養環境中的應用優勢，能夠使從培養階段連續不斷輸出的藻液不需要大量存儲、集中和等待而是即刻以藻液輸出的順序進入后續濃縮脫水操作，隨后順序地、連續不斷地從不同的正滲透裝置輸出進行藻類產品加工，為藻類培養、濃縮脫水、產品加工的連續式、不間斷一條龍模式提供了技術支持。
[0063]在上述優選的三個示例中，在藻類的正滲透脫水過程期間，對原料液(藻液)和汲取液同時施加了擾動、攪拌或循環操作，使得藻液容器中的藻液的脫水能夠均勻進行、藻液濃度能夠均勻提高，使得汲取液能夠保持均一的濃度、能夠均勻地吸收穿過正滲透膜的水分從而能夠以大致恒定的高效率對藻類脫水。
[0064]上述藻液擾動裝置和汲取液擾動裝置可以分別設置于藻液容器54和汲取液容器56內部，例如葉輪或葉片或類似裝置;也可以分別設置于藻液容器54和汲取液容器56外面，例如分別與藻液容器54和汲取液容器56連通的擾動栗。在一個優選例子中，作為藻液擾動裝置的栗也可用于在出液操作中為藻液的排出提供動力。在另一個優選例子中，汲取液再生裝置60也可以為汲取液提供擾動作用。
[0065]汲取液再生裝置60可以包括如圖所示的反滲透裝置64和栗62，它們與汲取液容器56連通，形成汲取液的連續封閉的循環回路。這不但能夠實現汲取液的擾動作用，還能夠在汲取液的循環過程中實現溶質的回收利用，能夠避免與正滲透膜接觸區域的汲取液被稀釋后降低藻類脫水效率的問題，同時不會形成濃水排放，避免造成環境污染。
[0066]可選地，汲取液再生裝置60可還包括蒸發器或蒸餾器(未示出)，比如膜蒸餾器(真空膜蒸餾器或吹掃氣膜蒸餾器)、機械壓縮蒸發器、和低溫多效蒸發器中的一種或幾種，以通過蒸發、蒸餾等方式對汲取液提供濃縮、脫水或再生功能。
[0067]—個優選的例子是使反滲透裝置64和蒸發器或蒸餾器相組合，這能夠提高汲取液再生的效率。這樣，可以將汲取液維持在一個恒定的濃度范圍內，保持較高的滲透壓。優選地，再生后的汲取液可通過循環作用再返回到汲取液容器中循環利用。
[0068]如上述，根據本申請的汲取液再生裝置60可用作對藻液容器54和汲取液容器56的溶液起到均質作用的均質裝置，以避免與正滲透膜接觸的區域中的汲取液被局部過渡稀釋而喪失吸水作用。
[0069]在本申請中，來自藻液供應源的待脫水藻液的密度可以為10?50g/L，脫水后藻液的密度可達200-240g/l。
[0070]如圖所示，根據本申請的正滲透藻液脫水設備100還包括為正滲透裝置50提供的進液管道70和出液管道80及這些管道上的控制閥75和85，以及可以在汲取液再生裝置60、藻液擾動裝置和汲取液擾動裝置上設置有各種閥件。
[0071]與上述正滲透脫水過程相適應地，根據本申請的正滲透藻液脫水設備100還包括控制裝置(未示出)，控制裝置被配置用于執行如上面關于正滲透藻液脫水設備100所述的藻液脫水程序，例如通過控制正滲透藻液脫水設備100中各正滲透裝置50的栗件、控制閥75和85、以及可能存在的其它電器件的開關操作、持續時間等。控制裝置所控制的參數可包括但不限制于:各栗/閥的開/關時間，進液/出液的速度/持續時長，汲取液循環速度/再生速度，反滲透裝置的反滲透壓力/速度，蒸發器的功率等。例如，通過對反滲透裝置64的工作參數(壓力、頻率等)的控制和對汲取液循環的流速控制，可以將汲取液的滲透壓保持在200?300atmo
[0072]具體到圖1和2所示的第一實施方式的第一示例，控制裝置首先允許用于第一正滲透裝置50-1的進液控制閥75打開進行進液操作;Tll時間之后，控制裝置自動關閉第一正滲透裝置50-1的進液控制閥75，同時打開第二正滲透裝置50-2的進液控制閥75，根據需要開啟第一正滲透裝置50-1的汲取液再生裝置60;持續T12之后，控制裝置自動關閉第二正滲透裝置50-2的進液控制閥75，同時打開第三正滲透裝置50-3的進液控制閥75，根據需要開啟第二正滲透裝置50-2的汲取液再生裝置60;持續T13之后，控制裝置自動關閉第三正滲透裝置50-3的進液控制閥75，同時打開第四正滲透裝置50-4的進液控制閥75，根據需要開啟第三正滲透裝置50-3的汲取液再生裝置60，另外同時開啟第一正滲透裝置50-1的出液閥控制85…依次類推。
[0073]控制裝置可以配置為單片機、芯片、微控制器以及其它預先編程的電子控制單元的形式。
[0074]特別優選地，可以將海水作為汲取液，例如常溫25°C時滲透壓為200?300atm的溶液。在以海水作為汲取液時，可以將汲取液容器56的進口連接海水供應源，源源不斷地接收滲透壓在200?300atm的海水，出口連接到收集罐，用于儲備起來養殖海藻，無需另行濃縮處理。
[0075]如上述，包括多個正滲透裝置的正滲透藻液脫水設備100在大規模的藻類培養環境中實現了藻類培養、濃縮脫水和后續產品加工的連續性。
[0076]下面描述根本申請的第二實施方式，第二種實施方式與第一種實施方式的區別在于正滲透藻液脫水設備200中的各正滲透裝置50為串行布置，對下一正滲透裝置50供應的藻液是從前一正滲透裝置排出的藻液，以實現對藻液的逐級接力式脫水濃縮。
[0077]如圖4所示，待脫水藻液被從藻液供應源(未示出)供應到第一正滲透裝置50-1的藻液容器54，汲取液被供應到第一正滲透裝置50-1的汲取液容器56，經過一段時間的正滲透脫水過程之后，脫水后的藻液被從第一正滲透裝置50-1排出，此排出的藻液被供應到第二正滲透裝置50-2的藻液容器54，進行進一步脫水操作，以此類推，直到進行了 N此脫水后的藻液被從第N個正滲透裝置50-N排出。在圖4的示例中，N等于3。
[0078]此種接力式藻液脫水方式的優勢在于:可以為不同的正滲透裝置50設定相等或不等的藻液脫水時間。對于預期目標濃度相同的藻液來說，此種接力式脫水方式為經過多次脫水過程實現，與如第一種實施方式中那樣經過僅一次脫水過程相比，每一個正滲透裝置50的脫水過程的持續時間被大大縮短，從而每個正滲透裝置50每次進液和出液的時間間隔就會縮短很多。
[0079]本第二實施方式還具有另外一種優勢:因為汲取液濃度越高正滲透的驅動力越大，所以，可以從第一個正滲透裝置50-1到最后一個正滲透裝置50-N依次增大汲取液的濃度，以增大驅動力從而提高吸水能力。與第一實施方式中單一恒定的汲取液濃度相比，本實施方式能夠實現更高效率的脫水。此外，從第一正滲透裝置至最后一個正滲透裝置，可以根據目標藻液特性的要求，改變汲取液的溶質，例如第一個正滲透裝置50-1到最后一個正滲透裝置50-N中汲取液的溶質各不相同，也可以使不同的溶質搭配使用，降低材料成本。
[0080]圖5示出了作為第一種和第二種實施方式的組合的第三種實施方式。
[0081]根據第三實施方式的正滲透藻液脫水設備300包括三組正滲透藻裝置Gl，G2，G3，每一組正滲透藻裝置相當于根據本申請第二實施方式的正滲透藻液脫水設備200，三組之間的關系與根據本申請第一實施方式的正滲透藻液脫水設備100中的正滲透藻裝置50-1，50-2，50-3和50-4之間的關系相同。
[0082]首先第一組正滲透藻裝置Gl中的第一正滲透藻裝置50-1被供應來自藻液供應源(未示出)的待脫水藻液，由此開始第一組Gl的藻液脫水過程，第一組Gl中的各正滲透裝置50-1至50-3的脫水循環過程參考本申請的第二實施方式。
[0083]第一組正滲透藻裝置Gl中的第一正滲透藻裝置50-1的進液操作完成后，開始藻液脫水過程的同時，打開第二組正滲透藻裝置G2中的第一正滲透藻裝置50-1的進液控制閥75以從藻液供應源向第二組正滲透藻裝置G2中的正滲透裝置50-1的藻液容器供應待脫水藻液，由此開始第二組G2的藻液脫水過程，第一組G2中的各正滲透裝置50-1至50-3的脫水循環過程同樣參考本申請的第二實施方式。
[0084]第二組正滲透藻裝置G2中的第一正滲透藻裝置50-1的進液操作完成后，開始藻液脫水過程的同時，打開第三組正滲透藻裝置G3中的第一正滲透藻裝置50-1的進液控制閥75以從藻液供應源向第三組正滲透藻裝置G3中的正滲透裝置50-1的藻液容器供應待脫水藻液，由此開始第二組G3的藻液脫水過程，第三組G3中的各正滲透裝置50-1至50-3的脫水循環過程同樣參考本申請的第二實施方式。
[0085]本第三方式的藻液脫水程序集成了第一實施方式和第二實施方式的優勢，更適合于大規模藻類培養環境，脫水效率更高。本第三實施方式中的正滲透裝置的組與正滲透裝置的關系也可以描述為正滲透裝置與構成該正滲透裝置的多個子正滲透裝置的關系。
[0086]上面基于附圖中示出的特殊實施方式描述了本申請，但本申請并不限制于上面描述的以及圖中示出的細節。相反地，在權利要求及其等效內容的范圍內，可以對本申請的形式和結構等細節進行修改和替換。
【主權項】
1.一種基于正滲透原理的藻液脫水設備，包括: 多個正滲透裝置，每個正滲透裝置包括將來自藻液供應源的待脫水藻液直接供應到該正滲透裝置的藻液供應管道，將用于汲取所述待脫水藻液中的水分的汲取液供應到該正滲透裝置的汲取液供應管道，和將所述待脫水藻液中的水分的至少一部分去除之后生成的藻液排出該正滲透裝置的出液管道； 使吸收了水分的汲取液濃縮再生的汲取液再生裝置;和 控制裝置，所述控制裝置被設計為使得每個正滲透裝置的進液操作、正滲透脫水過程以及出液操作連續、不間斷地進行，并且，對于進液操作、正滲透脫水過程和出液操作中任一個來說，相鄰兩個正滲透裝置中的后一正滲透裝置的相應操作在前一正滲透裝置完成該相應操作的即刻開始;其中每一個正滲透裝置從進液操作開始到出液操作結束的時間構成一個脫水周期。2.根據權利要求1所述的藻液脫水設備，其中， 每個正滲透裝置包括水分能夠透過的正滲透膜，位于所述正滲透膜一側的藻液容器，以及位于正滲透膜另一側的汲取液容器，所述藻液容器與所述藻液供應管道連通而被供應所述待脫水藻液，所述汲取液容器與所述汲取液供應管道連通而被供應所述汲取液，并且所述汲取液容器與所述汲取液再生裝置連通。3.根據權利要求1所述的藻液脫水設備，其中， 每個正滲透裝置包括串聯連接的多個子正滲透裝置，每個子正滲透裝置包括水分能夠透過的正滲透膜，位于所述正滲透膜一側的藻液容器，以及位于正滲透膜另一側的汲取液容器，并且所述藻液脫水設備包括與每個子正滲透裝置的汲取液容器連通的多個汲取液再生裝置； 在每個正滲透裝置中，所述多個子正滲透裝置中的第一個子正滲透裝置的藻液容器與所述藻液供應管道連通而被供應所述待脫水藻液，所述多個子正滲透裝置中的最后一個子正滲透裝置的藻液容器與該正滲透裝置的出液管道連通，并且，相鄰兩個子正滲透裝置串聯連接使得前一子正滲透裝置的藻液容器被供應到后一子正滲透裝置中；并且 對每個正滲透裝置的進液操作是對該正滲透裝置的第一個子正滲透裝置的藻液容器進行的進液操作，對每個正滲透裝置的出液操作是對該正滲透裝置的最后一個子正滲透裝置的藻液容器進行的出液操作，每個正滲透裝置的正滲透脫水過程是對該正滲透裝置的第一個子正滲透裝置的進液操作完成之后、對該正滲透裝置的最后一個子正滲透裝置進行出液操作之前的過程。4.根據權利要求2或3所述的藻液脫水設備，其中， 所述控制裝置還被設計成使得，每個正滲透裝置的正滲透脫水過程的持續時間與出液操作的持續時間的和略小于或等于其余所有正滲透裝置的進液操作的持續時間的和；或者，每個正滲透裝置的脫水周期略大于或等于所有正滲透裝置的進液操作的持續時間的和。5.根據權利要求4所述的藻液脫水設備，其中，所述汲取液再生裝置包括反滲透裝置、蒸發器、膜蒸餾組件、機械壓縮蒸發組件、低溫多效蒸發組件中的一個或多個。6.根據權利要求5所述的藻液脫水設備，其中，所述汲取液再生裝置還用作:對所述汲取液容器中的汲取液起擾動作用的汲取液擾動裝置，和/或汲取液均質裝置。7.根據權利要求6所述的藻液脫水設備，還包括用于擾動藻液容器中的藻液的藻液擾動裝置。8.根據權利要求7所述的藻液脫水設備，其中，所述藻液擾動裝置是設置于所述藻液容器內的葉片。9.根據權利要求7所述的藻液脫水設備，其中，所述藻液擾動裝置是與所述藻液容器流體流體的栗。10.根據權利要求9所述的藻液脫水設備，其中，作為所述藻液擾動裝置的栗還為出液操作提供動力。11.根據權利要求10所述的藻液脫水設備，還包括設置于所述汲取液容器內部的單獨的汲取液擾動裝置。12.根據權利要求1-3中任一所述的藻液脫水設備，其中，所述汲取液是天然海水，所述藻液脫水設備還包括用于收集被稀釋的海水的收集器。13.根據權利要求1-3中任一所述的藻液脫水設備，其中，所述汲取液的滲透壓保持在200?300atm。14.一種正滲透裝置，其特征在于，所述正滲透裝置是用于根據權利要求3-13中任一所述的藻液脫水設備中的正滲透裝置。
【文檔編號】C12M1/12GK205473750SQ201520926830
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年11月19日
【發明人】張學治, 周全
【申請人】國家開發投資公司, 中國電子工程設計院