МЕМБРАННЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ВЗВЕСИ МИКРОВОДОРОСЛИ

Полезная модель относится к технологиям получения растительного сырья из микроводоросли для последующего использования в сельском хозяйстве, медицине, фармакологии, пищевой промышленности, а также для выработки биотоплив третьего поколения.
Биомасса микроводоросли широко используется в качестве сырья растительного происхождения для приготовления пищевых и кормовых добавок, косметических средств. В последние десятилетия интенсивно ведутся работы по созданию технологий производства из микроводорослей биотоплив третьего поколения для использования на транспорте и в энергетике. Одной из наиболее трудоемких и энергозатратных операций при получении биомассы промышленного применения является отделение органического вещества от культуральной жидкости (воды) для дальнейшей переработки.
Известны устройства, в которых сепарацию клеток микроводоросли осуществляют методом флотации или гравиметрическим способом (заявка №94024594/13, 30.06.1994. Дата публикации заявки 10.08.1996 МПК С12М 1/00). При этом используют отличие объемной плотности микроводоросли от объемной плотности культуральной жидкости.
Недостатком известных устройств является их низкая производительность.
Известны мембранные устройства разделения твердых и жидких компонентов, обладающих различными механическими свойствами (RU 2012148247 C02F 3/28 Анаэробный мембранный биореактор для обработки потока отходов. Заявка: 2012148247/05, 13.04.2011, по данным на 08.04.2015 состояние делопроизводства: Экспертиза по существу. 30) Конвенционный приоритет: 14.04.2010 US 12/760,168. Заявка РСТ: US 2011/032293 20110413. Публикация РСТ: WO 2011/130392 20111020).
Недостатком известных устройств является отсутствие в их конструкции возможности очистки рабочих поверхностей разделительной мембраны в ходе процесса сепарации. В результате на рабочих поверхностях образуется осадок, препятствующий прохождению соответствующего компонента взвеси через мембрану. Требуется остановка процесса для чистки или замены мембраны.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает создание устройства, не требующего остановки для чистки сепарирующего элемента.
В результате применения устройства увеличивается производительность процесса отделения микроводоросли от культуральной жидкости за счет непрерывной очистки разделительной мембраны.
Технический результат достигается тем, что мембранный сепаратор для получения концентрированной взвеси микроводоросли, содержащий три последовательно расположенные на пути потока культуральной жидкости проточные камеры: камеру загрузки с входным патрубком, отделенную от нее сплошной перегородкой с центральным отверстием, разделительную камеру, периферийная часть которой снабжена патрубком для отбора суспензии, и камеру сброса балласта с выходным патрубком, отделенную от разделительной камеры пористой перегородкой, имеющей мембранное покрытие, которое пропускает балластную жидкость в камеру сброса балласта и не пропускает клетки микроводорослей, со стороны разделительной камеры, внутри которой с возможностью вращения на оси, проходящей через отверстие в сплошной перегородке между камерой загрузки и разделительной камерой, установлена крыльчатка, лопасти которой при вращении непрерывно очищают рабочую поверхность мембранного покрытия от слоя клеток микроводоросли.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема мембранного сепаратора для получения концентрированной взвеси микроводоросли.
Устройство содержит три последовательно расположенные на пути потока культуральной жидкости проточные камеры: камеру загрузки 1 с входным патрубком 2, при этом камера загрузки отделена от разделительной камеры сплошной перегородкой 3 с центральным отверстием 4, разделительную камеру 5, периферийная часть 6 которой снабжена патрубком для отбора суспензии 7, и камеру сброса балласта 8 с выходным патрубком 9. Внутри разделительной камеры 5 установлена крыльчатка 13 с лопастями 14, которая имеет возможность вращения на оси 12, проходящей с зазором через отверстие 4 в сплошной перегородке 3. Между разделительной камерой 5 и камерой сброса балласта 8 расположена пористая перегородка 10, на которую со стороны разделительной камеры нанесена мембрана 11, пропускающая балластную жидкость и не пропускающая клетки микроводорослей.
В качестве молекулярной мембраны может быть использована диафрагма, изготовленная из полидиметилсилоксана или из стеклообразного полимера типа политриметилсилилпропина. Такая диафрагма пропускает пары метанола и не пропускает пары продуктов реакции. Пары метанола, проходя через холодильную камеру, охлаждаются до температуры ниже точки кипения (например, до +17°С) и конденсируются, накапливаясь в холодильной камере, продуты реакции выгружают из шлюзовой камеры через вывод 9 для последующей сепарации МЭЖК.
Работа устройства на примере процесса извлечения микроводоросли Chlorella Vulgaris с размером клетки в диапазоне 5-10 мкм из водоема по производству биомассы для получения котельного композитного минерально-органического биотоплива КМОБТ) осуществляется следующим образом.
Культуральную жидкость (воду из водоема со взвешенными в ней клетками микроводоросли) непрерывно подают насосом под давлением в сепаратор через входной патрубок 2 приемной камеры 1, откуда через зазор между осью 12 крыльчатки 13 и внутренней стенкой отверстия 4 в сплошной перегородке 3 она поступает в центральную часть разделительной камеры 5 и достигает пористой перегородки 10 фронтальная (по отношению к направлению движения потока) поверхность пористой перегородки, изготовленной, например, из алюмосиликатной керамики, покрыта мембраной 11 с микроскопическими порами, имеющими линейные размеры <5 мкм в ее поперечном сечении. В результате балластная жидкость (вода с растворенными в ней солями) беспрепятственно проходит через мембрану и далее - через пористую перегородку в камеру сброса балласта 8, в то время как клетки микроводоросли остаются в разделительной камере и, вместе с небольшим количеством культуральной жидкости, за счет вращения крыльчатки на оси 12 отбрасываются лопастями 14 в периферийную часть 6 разделительной камеры, откуда их виде концентрированной суспензии отбирают для целей производства (например, КМОБТ) через патрубок 7. Перегородка 10 с размерами пор в поперечном сечении значительно больше 5 мкм выполняет функцию жесткой подложки для мембраны, позволяющей сохранить ее форму и прочность при контакте с вращающимися лопастями крыльчатки. Балластную жидкость из камеры сброса балласта 8 подают на очистку и дальнейшее использование в хозяйственных целях через выпускной патрубок 9.
Лопасти крыльчатки при ее вращении своими торцевыми (перпендикулярными оси вращения крыльчатки) плоскостями постоянно касаются мембраны. При этом кромки лопастей срезают слой клеток микроводоросли, непосредственно прилегающих к мембране, непрерывно очищая ее рабочую (фронтальную) поверхность и препятствуя прилипанию к ней микроводорослей. Это постоянно обеспечивает максимальную пропускную способность мембраны и, соответственно, высокую производительность сепаратора, а также освобождает от необходимости частого профилактического обслуживания (чистки) или замены мембраны.