一種藻類細胞破碎所用的裝置的製作方法

2023-05-03 04:16:01

專利名稱：一種藻類細胞破碎所用的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種藻類細胞破碎所用的裝置，更具體地說是利用臭氧氧化和加壓-減壓共同作用於藻類細胞進行破碎的裝置。
背景技術：
人類的生產生活產生了大量的含氮、磷等營養物質的廢水，這些廢水經由市政排水管網等系統進入湖泊、河流、海灣等水體，引起藻類迅速繁殖，水體中溶解氧含量下降，水質惡化，繼而導致魚類及其它生物大量死亡。近年來由於汙染造成的環境惡化逐步加重，水體藻類汙染的程度也逐年加深。水體出現富營養化現象時，由於藻類等浮遊生物大量繁殖，往往使水體呈現藍色、紅色、綠色等，這種現象在江河湖泊中稱為水華，在海洋中稱為赤潮。赤潮或水華在全球範圍內頻繁出現是藻類汙染程度加深的直接反映。我國在1933年到1979年的46年中僅發生過12次赤潮；1990年到1994年的5年中就發生了 139次赤潮；2002年發生79起，影響面積為10150平方公裡；2003年發生119起，影響面積為14550平方公裡；2005年發生82起，影響面積為27070平方公裡；2006年93起，影響面積為19840平方公裡；2012年我國深圳南澳海面出現較大面積夜光藻赤潮。隨著各自然水體中富營養化程度的日趨嚴重，藻類生長對水體的危害也變得日趨嚴重，湖泊海洋等水體中水華、赤潮現象的層出不窮使得快速有效地殺死水體中藻類技術的研發顯得愈發重要和急迫。目前世界範圍內有多種除藻技術，如物理除藻、化學除藻以及生物除藻等。隨著世界範圍內化石能源的逐年減少，研究熱點從單一的除藻問題轉向藻類的綜合利用，破碎藻類細胞壁提取藻類體內的生物油脂就是一個重要的方向。目前國內外藻類細胞破碎所用的裝置均存在結構複雜，操作困難，適用範圍有限，提取步驟繁多，成本過高等技術問題。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述的提取裝置結構複雜，操作困難，提取步驟繁多，適用範圍有限等技術問題而提供一種藻類細胞破碎所用的裝置。本實用新型的技術方案一種藻類細胞破碎所用的裝置，包括高壓反應釜、臭氧發生器和空壓機，臭氧發生器和空壓機通過管道與高壓反應釜頂部連接，所述的高壓反應釜帶有攪拌裝置，進一步所述的高壓反應釜設有排氣閥和壓力顯示裝置，本實用新型一優選實施例中為壓力表。利用上述的一種藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、將收穫的藻液置於高壓反應釜中，控制120 130 r/min轉動5 min將藻液攪拌混勻；(3)、打開臭氧發生器和空壓機，控制臭氧和空氣混合氣體的流量為2 L/min，並控制反應釜轉速為120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液混合均勻；[0012]其中所述的臭氧和空氣混合氣體按體積比計算，即臭氧空氣為1:150 ;(4)、將壓カ條件設置為0.4 0.8 MPa、維持I 2 s時間後降壓至常壓，然後再升壓至0. 4 0. 8 MPa、維持I 2 s時間後再降壓至常壓，反覆40 80個循環，即完成藻類細胞破碎。本實用新型的有益效果本實用新型的ー種藻類細胞破碎所用的裝置，由於含有臭氧發生器、空壓機和高壓反應釜，可實現利用壓カ輔助臭氧法對藻類細胞破壁。進ー步本實用新型的ー種藻類細胞破碎所用的裝置用於藻類細胞破壁，可有效地殺死水體中的藻類，抑制富營養化對水體的危害。實驗證明，在最大壓カ為0.8 MPa，加壓-減壓循環數為80的條件下，可以有效破碎藻類細胞的細胞壁和細胞膜，使細胞內含物外流，且某些易被氧化的葉綠素等物質可以被臭氧進ー步氧化，從而降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。進ー步，採用本實用新型的ー種藻類細胞破碎所用的裝置對小球藻細胞進行破碎，對比實驗前後水體中的化學需氧量COD可以發現，體系中溶解性有機物含量有著明顯的增多。另外，本實用新型的ー種藻類細胞破碎所用的裝置，設備簡単，操作方便，對藻類細胞的破碎效果好，易於實現自動化控制。

圖1、本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置示意圖，圖中I為高壓反應釜、2為臭氧發生器、3為空壓機、11為高壓反應釜的攪拌裝置、12為高壓反應釜的排氣閥、13為高壓反應釜的壓カ表。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖對本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置進ー步詳細描述，但並不限制本實用新型。本實用新型的應用實施例中所用的小球藻藻種、所用的BGll培養基，購買於中國科學院水生生物研究所。本實用新型的應用實施例中所述的藻種培養與藻液獲取，即將中國科學院水生生物研究所購買小球藻藻種按接種量為5%接種於BGll培養基中，於塞福PGX-350B智能培養箱25°C，5000 lx，光暗比12h :12h條件下培養，待小球藻生長到穩定期時收穫藻液。實施例1ー種藻類細胞破碎所用的裝置，其示意圖如圖2所示，包括高壓反應釜1、臭氧發生器2和空壓機3，臭氧發生器2和空壓機3通過管道與高壓反應釜I頂部連接，所述的高壓反應釜I帶有攪拌裝置11，進ー步所述的高壓反應釜設有排氣閥12和壓カ表13。應用實施例1利用實施例1所述的ー種藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收穫的藻液於I L的高壓反應釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；[0027](2)、打開臭氧發生器和空壓機，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應爸中，繼續以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、控制高壓反應釜壓カ為0. 6 MPa，當達到0. 6 Mpa時，維持1 2 s時間，打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然後再升壓至0.6 MPa，當達到0.6 Mpa時，再次打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環升壓、降壓過程40次即得到破碎的藻類細胞。收集上述所得的破碎的藻類細胞100 ml於潔淨的燒杯中，體系中溶液溫度為230C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加275 mg/L,葉綠素a減少了 0. 3 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 3 mg/L,總葉綠素含量減少了 0. 6 mg/L,可萃取有機物產率為17. 6g/100g幹藻。同時可以觀察到小球藻藻液在利用本實用新型的藻類細胞破碎裝置進行破碎前呈現綠色，破碎後呈現白色，並且顯微鏡鏡檢結果顯示有大量藻類細胞碎片生成，由此表明了本エ藝可以成功破碎小球藻細胞並氧化其細胞內含物葉綠素a和葉綠素b。對比實施例1目前最為常用的藻類細胞破碎所用的裝置為超聲波藻類破碎裝置，生產廠家為上海之信儀器有限公司，型號為JYD-1200L。利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細胞的進行破碎的方法，具體包括如下步驟(I)、量取培養好的小球藻藻液80 mL,置於200 mL燒杯之中；(2)、將超聲頭置入小球藻藻液中部區域，並且將超聲頻率設置為20 kHz，功率設置為360 W ；(3)、打開超聲波發生器電源，設置超聲時間為30 min，即得破碎的小球藻藻類細胞。上述藻類細胞破碎完畢後，測定溶液溫度，溶解性C0D，葉綠素含量，結果表明，經過上述超聲波方法處理後，體系中溶液溫度上升至70°C，溶解性COD含量増加979 mg/L,葉綠素a增加了 3. 5 mg/L,葉綠素b含量增加了 3. 7 mg/L,總葉綠素含量增加了 7. 2 mg/L,可萃取有機物產率為14. lg/100g幹藻。通過應用實施例1和對比實施例1進行對比，可以看出，利用本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎後，體系的溫度基本維持恆定，而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細胞進行破碎後體系溫度上升很高，這說明了部分能量轉化為熱量散失於周圍環境中，並未有效地應用於藻類破碎エ藝過程中。進ー步，本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置對細胞進行破碎後，溶解性COD含量増加僅為275 mg/L，相對於超聲破碎減少了 654 mg/L，由此表明藻類碎裂後有機物進入水體中，部分有機物被臭氧氧化，減少了水體溶解性化學需氧量；進ー步，本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置對細胞進行破碎後，葉綠素a減少了 0. 3 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 3 mg/L,總葉綠素含量減少了 0. 6 mg/L,而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細胞進行破碎後，葉綠素a増加了 3. 5 mg/L,葉綠素b含量増加了 3. 7 1し總葉綠素含量增加了7.2 mg/L,由此表明了葉綠素容易被臭氧氧化，細胞破碎後很快與臭氧反應而得到去除，而超聲波破碎裝置則無此功效。[0041]進ー步，本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置對細胞進行破碎後，可萃取有機物產率為17. 6g/100g幹藻，而利用上述的超聲波藻類破碎裝置對藻類細胞進行破碎後可萃取有機物產率為14. lg/100g幹藻，由此表明了本エ藝過程生成的某些易萃取有機物與超聲波方法相當，具有相似的萃取效率。綜上所述，運用本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎，不但可以有效地破碎藻類細胞壁和細胞膜，使細胞內含物外流，得到17. 6g/100g幹藻產率，與超聲エ藝14. lg/100g幹藻產率相當。且某些易被氧化的葉綠素等物質可以被臭氧進ー步氧化，破碎後體系中葉綠素含量下降0.6 1^/し而超聲エ藝則上升了7.2 mg/L，因此本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置在藻類細胞破碎方面的應用可以有效降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。應用實施例2利用實施例1所述的ー種藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎的方法，具體包括下列步驟(I)、量取200 ml收穫的小球藻溶液於I L的高壓反應釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發生器和空壓機，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應爸中，繼續以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設定壓カ為0.6 MPa，當達到0. 6 Mpa時，維持I 2 s時間，打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然後再升壓至0.6 MPa，當達到0.6 Mpa時，再次打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細胞。收集上述所得的破碎的藻類細胞100 ml於潔淨的燒杯中，體系中溶液溫度為240C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加243 mg/L,葉綠素a減少了 0.1 mg/L,葉綠素b含量減少了 0. 2 mg/L,總葉綠素含量減少了 0. 3 mg/L,可萃取有機物產率為26. 7g/100g幹藻。應用實施例3利用實施例1所述的ー種藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收穫的小球藻溶液於I L的高壓反應釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發生器和空壓機，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應爸中，繼續以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設定壓カ為0. 8 MPa,當達到0. 8 Mpa時，打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，然後再升壓至0.8 MPa，當達到0.8 Mpa時，再次打開高壓反應釜的排氣閥使壓カ降至常壓，循環升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細胞。收集上述所得的破碎的藻類細胞100 ml於潔淨的燒杯中，體系中溶液溫度為24°C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加1126 mg/L，葉綠素a減少了 0. 3 mg/L，葉綠素b含量減少了 0. 4 mg/L，總葉綠素含量減少了 0. 7 mg/L,可萃取有機物產率為24. 3g/100g幹藻。應用實施例4利用實施例1所述的ー種藻類細胞破碎所用的裝置對藻類細胞進行破碎的方法，具體包括下列步驟(1)、量取200 ml收穫的小球藻溶液於1L的高壓反應釜中，在120 130 r/min條件下攪拌5 min ；(2)、打開臭氧發生器和空壓機，將按體積比即臭氧空氣為1:150的臭氧和空氣組成的混合氣體控制總流量為2 L/min通入到高壓反應爸中，繼續以120 130 r/min勻速攪動藻液，使通入的臭氧、空氣和藻液均勻混合；(3)、設定壓力為0.4 MPa,當達到0.4 MPa時，打開高壓反應釜的排氣閥使壓力降至常壓，然後再升壓至0.4 MPa，當達到0.4 MPa時，再次打開高壓反應釜的排氣閥使壓力降至常壓，循環升壓、降壓過程80次即得到破碎的藻類細胞。收集上述所得的破碎的藻類細胞100 ml於潔淨的燒杯中，體系中溶液溫度為24°C，未見明顯變化。溶解性COD含量增加201 mg/L，葉綠素a減少了 0. 2 mg/L，葉綠素b含量減少了 0.2 mg/L，總葉綠素含量減少了 0.4 mg/L,可萃取有機物產率為22. 5 g/100g幹藻。綜上所述，本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置，由於含有臭氧發生器、空壓機和高壓反應釜，利用其對藻類細胞進行破碎，可以實現利用壓力輔助臭氧法對藻類細胞破壁，以有效地殺死水體中的藻類，抑制富營養化對水體的危害。實驗證明，在最大壓力為0. 8MPa，加壓-減壓循環數為80的條件下，可以有效破碎藻類細胞的細胞壁和細胞膜，使細胞內含物外流，且某些易被氧化的葉綠素等物質可以被臭氧進ー步氧化，從而降低藻類在自然水體中腐敗氧化時所需的氧量。以上所述僅是本實用新型的實施方式的舉例，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種藻類細胞破碎所用的裝置，其特徵在於包括高壓反應釜、臭氧發生器和空壓機，所述的臭氧發生器和空壓機通過管道與高壓反應釜頂部連接； 所述的高壓反應釜帶有攪拌裝置，所述的高壓反應釜還設有排氣閥和壓力顯示裝置。
2.如權利要求1所述的一種藻類細胞破碎所用的裝置，其特徵在於所述的壓力顯示裝置為壓力表。
專利摘要本實用新型公開一種藻類細胞破碎所用的裝置。所述的藻類細胞破碎所用的裝置包括高壓反應釜、臭氧發生器和空壓機，臭氧發生器和空壓機通過管道與高壓反應釜頂部連接，所述的高壓反應釜帶有攪拌裝置，進一步所述的高壓反應釜設有排氣閥和壓力顯示裝置。本實用新型的一種藻類細胞破碎所用的裝置可以實現以臭氧為媒介，通過氣-液反應，作用於藻液，在攪拌器作用下使臭氧與藻液混合均勻進而破碎藻類細胞。本實用新型的藻類細胞破碎所用的裝置具有設備簡單，操作方便、破壁效果好，易於實現自動化控制等特點。
文檔編號C12M1/02GK202849399SQ2012205721
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者黃遠星, 李亮, 李洋洋, 許智華, 金小穎, 崔晨晨, 宋翠紅, 方學友 申請人:上海理工大學