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CN106845128B - 一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法 - Google Patents

一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法 Download PDF

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CN106845128B
CN106845128B CN201710074370.3A CN201710074370A CN106845128B CN 106845128 B CN106845128 B CN 106845128B CN 201710074370 A CN201710074370 A CN 201710074370A CN 106845128 B CN106845128 B CN 106845128B
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Abstract

本发明公开了一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法，该预测装置包括控制器、接触角检测模块、Zeta电位测量仪和数据处理设备，所述控制器的输入端接有空气流量计、PH检测计、参数设置模块和定时器，所述控制器的输出端接有搅拌模块、离心模块和显示器；该预测方法包括：步骤一、微藻和探测液接触角的测定；步骤二、微藻Zeta电位的测定；步骤三、微藻表面自由能的计算；步骤四、微藻的浮选；步骤五、微藻浮选效率的计算；步骤六、获取浮选效率和微藻表面自由能的关系。本发明能够获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻高效率浮选条件提供依据。

Description

一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法
技术领域
本发明属于微藻浮选技术领域，尤其是涉及一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法。
背景技术
现如今经济飞速发展，能源需求不断增加，化石燃料将无法满足人类的正常需求，开发可持续生产的化石代替燃料成为未来能源发展的主导方向。能源微藻制取生物柴油，作为一种新兴的生物质产业，过去十年得到了广泛持续的关注，成为生物能源领域的研究热点。藻类作为一种重要的可再生资源，具有分布广、生物量大、光合效率高、环境适应能力强、生长周期短、油脂含量高和环境友好等突出特点。藻类尤其是微型藻类将会成为提供新能源和新资源的重要生物质。据研究，在微藻产业链中浮选环节所消耗的成本占整个生产成本的20％～30％，大规模低能耗高效经济连续浮选己成为微藻的工业应用的重要环节，因此研究和发展新型分离方法与技术，降低浮选成本与能耗，提高微藻产品品质以适应微藻产业化发展的要求压迫在眉捷。
最早报道于废水处理过程中活性污泥回收的溶解气浮法，后来经过不断发展，逐渐开始应用于微藻浮选过程。溶解气浮法是在一定的压力下让空气溶解在水中，然后在减压条件下析出溶解空气，形成微气泡。根据气泡析出时所处压力的不同可以分为真空气浮法和加压容气气浮法两种形式。应用于微藻浮选时，基本流程为:在一定压力下通入空气，并使之在水中呈饱和溶解状态，气泡黏附于藻团降低絮凝团整体密度，然后压力骤降，导致气体溶解度降低，水中溶解的空气从水体析出，形成直径0.01～0.1mm的微小气泡，密集度大且粒度均匀的气泡上浮，带动疏松的微藻絮凝团浮于水面便于收集。微藻与气泡的粘附能力，是决定微藻浮选效率的关键，而微藻的粘附能力是由微藻表面特性即微藻表面自由能决定的。对于亲水性的微藻，由于在气泡与水之间更容易与水相互粘附，因此，直接进行浮选效果是很差的，需要添加合适的浮选剂改变其表面自由能使其更容易与气泡粘附，才可以获得较高的浮选效率；对于疏水性不强的微藻，也需要添加适当的浮选剂增强其表面自由能。另外，微藻表面自由能还会受到所处生长环境的PH值影响。但是，目前对于微藻表面自由能和浮选剂的浮选效率之间的关系还没有相关研究，不能够获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，从而不能准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率为微藻浮选条件提供依据。因此需要一种操作简便、实现方便且使用效果好的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置及方法，能够获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其设计合理、操作简便且使用效果好，能够获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，且准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：包括控制器、接触角检测模块和对微藻Zeta电位进行检测的Zeta电位测量仪，以及与控制器相接的数据处理设备，所述控制器的输入端接有空气流量计、PH检测计和定时器，所述控制器的输出端接有搅拌模块、离心模块和显示器，所述接触角检测模块包括摄像机和与摄像机输出端相接的图像采集模块，所述图像采集模块与控制器相接。
上述的一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：还包括存储器和参数设置模块，所述存储器和参数设置模块均与控制器相接。
上述的一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述数据处理设备为计算机，所述计算机通过数据通信模块和控制器进行双向通信。
上述的一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述Zeta电位测量仪包括用于产生激光的激光发生装置和用于检测微藻Zeta电位的探测针。
上述的一种基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述数据通信模块为RS232串口通信接口电路或者RS485串口通信接口电路。
同时，本发明还公开一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的微藻浮选效率预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、微藻和探测液接触角的测定，过程如下：
步骤101、微藻液的洗涤和PH调节：将微藻液用去离子水洗涤两次，再向洗涤后的微藻液中加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计对洗涤后的微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的洗涤后的微藻液的PH值发送至控制器，使洗涤后的微藻液的PH值为5～10，得到待处理微藻液；
步骤102、待处理微藻液的离心：将步骤101中得到的待处理微藻液放入盛有去离子水的离心杯中，再将离心杯置入离心模块进行离心处理，得到离心处理后的待处理微藻液；
步骤103：藻坪的制作：采用注射器抽取步骤102中离心处理后的待处理微藻液的下层微藻液1mL～2mL，得到滤液；再将所述滤液滴4滴～5滴平铺于载玻片上，载玻片在常温下自然晾干制成藻坪；
步骤104：微藻和探测液接触角的检测：采用所述注射器将探测液滴在步骤103中制成的藻坪上，得到微藻探测液测定样本，当达到定时器设定的时间时，摄像机对微藻探测液测定样本的图像进行采集，并将采集到的微藻探测液测定样本图像通过图像采集模块和控制器发送至数据处理设备，所述数据处理设备调用接触角计算模块，得到微藻和探测液接触角θ，并将检测到的微藻和探测液接触角θ发送至控制器，且通过显示器对微藻和探测液接触角θ进行同步显示；
步骤二、微藻Zeta电位的测定，过程如下：
步骤201、微藻测定样本的制作：先向微藻液加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计对微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的微藻液的PH值发送至控制器，使微藻液的PH值为5～10，得到待检测微藻液，再从待检测微藻液中取10mL待检测微藻液微藻液放入试管中，将所述试管静置10min～15min，然后从所述试管中取上清液，得到微藻测定样本；
步骤202、微藻Zeta电位的测定：采用Zeta电位测量仪对步骤201中得到的微藻测定样本进行检测，并将检测到的微藻Zeta电位发送至控制器，同时通过显示器对微藻Zeta电位进行同步显示，并根据微藻Zeta电位选择浮选剂十六烷基三甲基溴化铵；
步骤三、微藻表面自由能的计算：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000041
得到探测液总表面能，其中，
Figure GDA0004182615460000042
为探测液的范德华力，
Figure GDA0004182615460000043
为探测液得电子能力，
Figure GDA0004182615460000044
为探测液失电子能力；然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000045
得到微藻表面的范德华力
Figure GDA0004182615460000046
微藻表面得电子能力
Figure GDA0004182615460000047
和微藻表面失电子能力
Figure GDA0004182615460000048
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000049
得到微藻表面自由能ΔGcoh；
步骤四、微藻的浮选：先取1.0L微藻液置入锥形瓶中，将锥形瓶放入搅拌模块中搅拌2min～4min后，将锥形瓶中1.0L微藻液放入浮选槽中，再向所述浮选槽中添加HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计对所述浮选槽中微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的所述浮选槽中微藻液的PH值发送至控制器，使所述浮选槽中微藻液的PH值为5～10，然后向所述浮选槽中添加45mg/L～55mg/L浮选剂十六烷基三甲基溴化铵，调节所述浮选槽的转速为800rpm～1000rpm搅拌5min～7min后向所述浮选槽充气，通过空气流量计对充气流量进行实时检测并将检测到的充气流量发送至控制器，使所述浮选槽的充气流量为180L/h～200L/h，边搅拌边充气进行浮选，得到尾料，其中，浮选时间为10min～15min；
步骤五、微藻浮选效率的计算：采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000051
得到浮选效率W，其中，T表示尾料的重量，F表示1.0L微藻液的重量，α表示1.0L微藻液中微藻的密度，β表示尾料中微藻的密度；
步骤六、获取浮选效率和微藻表面自由能的关系：在步骤一中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取微藻表面自由能为ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn，同时，在步骤五中所述浮选槽中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取浮选效率W1、W2、W3、...、Wn；采用所述数据处理设备调用绘图软件，以微藻表面自由能ΔGcohi为横坐标，浮选效率Wi为纵坐标，绘制出微藻表面自由能ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn和浮选效率W1、W2、W3、...、Wn对应的各个点，并拟合得到微藻表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，且通过显示器进行同步显示，其中，i的取值分别为1、2、3、...、n，5≤p1＜p2＜p3＜....＜pn≤10。
上述的微藻浮选效率预测方法，其特征在于：步骤101中离心处理的转速为2500rpm～3000rpm，离心处理的时间为5min～10min。
上述的微藻浮选效率预测方法，其特征在于：所述探测液包括去离子水、乙二醇和二碘甲烷，则l的取值分别为1、2和3；
在步骤104中所述探测液为离子水、乙二醇和二碘甲烷时，分别获取微藻和离子水接触角θ1、微藻和乙二醇接触角θ2以及微藻和二碘甲烷接触角θ3；
步骤三中微藻表面自由能的计算，具体过程为：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000061
得到去离子水总表面能γ1、乙二醇总表面能γ2和二碘甲烷表面能γ3；其中，
Figure GDA0004182615460000062
为去离子水的范德华力，
Figure GDA0004182615460000063
为去离子水得电子能力，
Figure GDA0004182615460000064
为去离子水失电子能力，
Figure GDA0004182615460000065
为乙二醇的范德华力，
Figure GDA0004182615460000066
为乙二醇得电子能力，
Figure GDA0004182615460000067
为乙二醇失电子能力，
Figure GDA0004182615460000068
为二碘甲烷的范德华力，
Figure GDA0004182615460000069
为二碘甲烷得电子能力，
Figure GDA00041826154600000610
为二碘甲烷失电子能力；
然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA00041826154600000611
得到微藻表面的范德华力
Figure GDA00041826154600000612
微藻表面得电子能力
Figure GDA00041826154600000613
和微藻表面失电子能力
Figure GDA00041826154600000614
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA00041826154600000615
得到微藻表面自由能ΔGcoh。
上述的微藻浮选效率预测方法，其特征在于：所述微藻液为小球藻液、鱼腥藻液、紫球藻液、三角褐指藻液或者杜氏盐液藻。
上述的微藻浮选效率预测方法，其特征在于：步骤104中定时器设定的时间为0.5s；
所述注射器针头的直径为0.2mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的微藻浮选效率预测装置结构简单、设计合理且投入成本较低、且安装布设方便。
2、所采用的微藻浮选效率预测装置功能全面，通过设置接触角检测模块对微藻和探测液接触角进行检测，经过数据处理设备得到微藻表面自由能，通过设置Zeta电位测量仪对对微藻Zeta电位进行检测，并根据微藻Zeta电位选择浮选剂，通过设置PH检测计，可实时检测洗涤后的微藻液的PH值和所述浮选槽中微藻液的PH值，且使洗涤后的微藻液的PH值和所述浮选槽中微藻液的PH值满足要求，保证数据准确；通过设置离心模块实现待处理微藻液的离心处理，以便制成藻坪便于微藻和探测液接触角的检测；通过设置搅拌模块实现锥形瓶中微藻液的搅拌，避免微藻沉淀，通过设置空气流量计对所述浮选槽的充气流量进行实时检测，保证浮选槽的充气流量满足要求，保证微藻的浮选效果；通过设置定时器保证摄像机采集设定时间的微藻探测液测定样本图像，避免探测液刚滴在藻坪上的抖动，又能避免探测液重力的影响，提高微藻和探测液接触角的检测准确性。
3、所采用的微藻浮选效率预测装置操作简便，通过摄像机对微藻探测液测定样本图像进行实时采集，通过图像采集模块和控制器发送至数据处理设备进行处理，得到微藻和探测液接触角，根据微藻和探测液接触角得到微藻表面自由能；通过微藻浮选得到浮选效率，从而获取浮选效率和微藻表面自由能之间的关系，准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
4、所采用的微藻浮选效率预测装置，能对洗涤后的微藻液的PH值、所述浮选槽中微藻液的PH值、充气流量进行实时检测，且能够对搅拌模块的搅拌时间、离心处理的转速和离心处理的时间进行实时控制，实现对微藻浮选效率预测装置的智能控制，最大程度地满足操作需求。
5、所采用的微藻浮选效率预测方法步骤简单，计算准确，采用数据处理设备对微藻浮选效率预测计算过程进行整合，既可以减少繁琐的人工计算，并且通过高精度功能提高了计算结果的准确性。
6、所采用的微藻浮选效率预测方法设计合理，首先，通过接触角检测模块对微藻和探测液接触角进行检测，经过数据处理设备得到微藻表面自由能；通过Zeta电位测量仪对对微藻Zeta电位进行检测，并根据微藻Zeta电位选择浮选剂；然后将微藻液和浮选剂加入浮选槽进行浮选，并计算得到微藻浮选效率；最后，在微藻液为不同的PH值下，获取微藻表面自由能，同时，在浮选槽中微藻液为不同的PH值下，获取浮选效率，得到微藻表面自由能和浮选效率之间的关系。
7、所采用的微藻浮选效率预测方法实现方便且使用效果好，能够获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，且准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率。实际使用过程中，通过对浮选剂的浮选效率进行预测，能对简易、快速且准确判别浮选剂对微藻的浮选效果，从而为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
综上所述，本发明设计合理、操作简便且使用效果好，获取浮选效率和微藻表面自由能的关系，准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置的电路原理框图。
图2为本发明预测方法的流程框图。
图3为本发明实施例2中小球藻表面自由能和浮选效率的关系曲线图。
图4为本发明实施例3中鱼腥藻表面自由能和浮选效率的关系曲线图。
图5为本发明实施例4中紫球藻表面自由能和浮选效率的关系曲线图。
附图标记说明:
1—控制器； 2—空气流量计； 3—摄像机；
4—图像采集模块； 5—Zeta电位测量仪；6—定时器；
7—搅拌模块； 8—显示器； 9—存储器；
10—参数设置模块； 11—离心模块； 12—数据通信模块；
13—计算机； 14—PH检测计。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置通过实施1进行详细描述。
实施例1
本实施例包括控制器1、接触角检测模块和对微藻Zeta电位进行检测的Zeta电位测量仪5，以及与控制器1相接的数据处理设备，所述控制器1的输入端接有空气流量计2、PH检测计14和定时器6，所述控制器1的输出端接有搅拌模块7、离心模块11和显示器8，所述接触角检测模块包括摄像机3和与摄像机3输出端相接的图像采集模块4，所述图像采集模块4与控制器1相接。
本实施例中，还包括存储器9和参数设置模块10，所述存储器9和参数设置模块10均与控制器1相接。
本实施例中，通过设置参数设置模块10可对所述浮选槽的充气流量、搅拌时间、离心处理的时间和离心处理的转速进行预先设定，便于操作控制。
本实施例中，其特征在于：所述数据处理设备为计算机13，所述计算机13通过数据通信模块12和控制器1进行双向通信。
本实施例中，所述Zeta电位测量仪5包括用于产生激光的激光发生装置和用于检测微藻Zeta电位的探测针。
本实施例中，所述数据通信模块12为RS232串口通信接口电路或者RS485串口通信接口电路。
如图2所示，本发明基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测方法通过实施例2～实施例4进行描述：
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、微藻和探测液接触角的测定，过程如下：
步骤101、微藻液的洗涤和PH调节：将微藻液用去离子水洗涤两次，再向洗涤后的微藻液中加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计14对洗涤后的微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的洗涤后的微藻液的PH值发送至控制器1，使洗涤后的微藻液的PH值为5～10，得到待处理微藻液；
本实施例中，步骤101中离心处理的转速为2500rpm，实际使用过程中，可根据具体需求将离心处理的转速在2500rpm～3000rpm的范围内进行调节。离心处理的时间为5min，实际使用过程中可根据具体需求将离心处理的时间再5min～10min的范围内进行调节。
步骤102、待处理微藻液的离心：将步骤101中得到的待处理微藻液放入盛有去离子水的离心杯中，再将离心杯置入离心模块11进行离心处理，得到离心处理后的待处理微藻液；
本实施例中，通过待处理微藻液经过离心模块11的离心处理，实现待处理微藻液的离心处理，以便制成藻坪便于微藻和探测液接触角的检测。
步骤103：藻坪的制作：采用注射器抽取步骤102中离心处理后的待处理微藻液的下层微藻液1mL，得到滤液；再将所述滤液滴4滴～5滴平铺于载玻片上，载玻片在常温下自然晾干制成藻坪；
步骤104：微藻和探测液接触角的检测：采用所述注射器将探测液滴在步骤103中制成的藻坪上，得到微藻探测液测定样本，当达到定时器6设定的时间时，摄像机3对微藻探测液测定样本的图像进行采集，并将采集到的微藻探测液测定样本图像通过图像采集模块4和控制器1发送至数据处理设备，所述数据处理设备调用接触角计算模块，得到微藻和探测液接触角θ，并将检测到的微藻和探测液接触角θ发送至控制器1，且通过显示器8对微藻和探测液接触角θ进行同步显示；
本实施例中，所述注射器针头的直径为0.2mm。
本实施例中，所述探测液包括去离子水、乙二醇和二碘甲烷。
本实施例中，在步骤104中所述探测液为离子水、乙二醇和二碘甲烷时，分别获取微藻和离子水接触角θ1、微藻和乙二醇接触角θ2以及微藻和二碘甲烷接触角θ3。
本实施例中，通过定时器6设定时间，保证摄像机3采集设定时间的微藻探测液测定样本图像，避免探测液刚滴在藻坪上的抖动，又能避免探测液重力的影响，提高微藻和探测液接触角的检测准确性。
本实施例中，步骤104中定时器6设定的时间为0.5s。
步骤二、微藻Zeta电位的测定，过程如下：
步骤201、微藻测定样本的制作：先向微藻液加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计14对微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的洗涤后的微藻液的PH值发送至控制器1，使微藻液的PH值为5～10，得到待检测微藻液，再从待检测微藻液中取10mL待检测微藻液微藻液放入试管中，将所述试管静置10min，然后从所述试管中取上清液，得到微藻测定样本；
本实施例中，步骤201中试管静置10min，实际使用过程中，可根据具体需求将试管静置的时间在10min～15min的范围内进行调节。
步骤202、微藻Zeta电位的测定：采用Zeta电位测量仪5对步骤201中得到的微藻测定样本进行检测，并将检测到的微藻Zeta电位发送至控制器1，同时通过显示器8对微藻Zeta电位进行同步显示，并根据微藻Zeta电位选择浮选剂十六烷基三甲基溴化铵；
实际操作过程中，通过检测微藻Zeta电位，选择浮选剂且使浮选剂的电位和微藻Zeta电位相反。
步骤三、微藻表面自由能的计算：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000121
得到探测液总表面能，其中，
Figure GDA0004182615460000122
为探测液的范德华力，
Figure GDA0004182615460000123
为探测液得电子能力，γl -为探测液失电子能力；然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000124
得到微藻表面的范德华力
Figure GDA0004182615460000125
微藻表面得电子能力
Figure GDA0004182615460000126
和微藻表面失电子能力
Figure GDA0004182615460000127
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000128
得到微藻表面自由能ΔGcoh；
本实施例中，所述探测液包括去离子水、乙二醇和二碘甲烷，则l的取值分别为1、2和3；
在步骤104中所述探测液为离子水、乙二醇和二碘甲烷时，分别获取微藻和离子水接触角θ1、微藻和乙二醇接触角θ2以及微藻和二碘甲烷接触角θ3；
步骤三中微藻表面自由能的计算，具体过程为：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000129
得到去离子水总表面能γ1、乙二醇总表面能γ2和二碘甲烷表面能γ3；其中，
Figure GDA00041826154600001210
为去离子水的范德华力，
Figure GDA00041826154600001211
为去离子水得电子能力，
Figure GDA00041826154600001212
为去离子水失电子能力，
Figure GDA00041826154600001213
为乙二醇的范德华力，
Figure GDA00041826154600001214
为乙二醇得电子能力，
Figure GDA00041826154600001215
为乙二醇失电子能力，
Figure GDA00041826154600001216
为二碘甲烷的范德华力，
Figure GDA00041826154600001217
为二碘甲烷得电子能力，
Figure GDA00041826154600001218
为二碘甲烷失电子能力,如表1所示；
表1探测液体的参数(MJ/m2)
名称 γl LW γl + γl -
去离子水 21.8 25.5 25.5
乙二醇 29.0 1.92 47.0
二碘甲烷 50.8 0 0
然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000131
得到微藻表面的范德华力
Figure GDA0004182615460000132
微藻表面得电子能力
Figure GDA0004182615460000133
和微藻表面失电子能力
Figure GDA0004182615460000134
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000135
得到微藻表面自由能ΔGcoh。
步骤四、微藻的浮选：先取1.0L微藻液置入锥形瓶中，将锥形瓶放入搅拌模块7中搅拌2min后，将锥形瓶中1.0L微藻液放入浮选槽中，再向所述浮选槽中添加HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计14对所述浮选槽中微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的所述浮选槽中微藻液的PH值发送至控制器1，使所述浮选槽中微藻液的PH值为5～10，然后向所述浮选槽中添加45mg/L浮选剂十六烷基三甲基溴化铵，调节所述浮选槽的转速为800rpm搅拌5min～7min后向所述浮选槽充气，通过空气流量计2对充气流量进行实时检测并将检测到的充气流量发送至控制器1，使所述浮选槽的充气流量为180L/h，边搅拌边充气进行浮选，得到尾料，其中，浮选时间为10min～15min；
本实施例中，步骤五中搅拌模块7进行搅拌的时间为2min，实际使用过程中，可根据具体需求将搅拌模块7搅拌的时间在2min～4min的范围内进行调节。浮选剂十六烷基三甲基溴化铵的添加量为45mg/L，实际使用过程中，可根据具体需求将浮选剂十六烷基三甲基溴化铵的添加量在45mg/L～55mg/L的范围内进行调节。所述浮选槽的转速为800rpm，实际使用过程中，可根据具体需求将所述浮选槽的转速在800rpm～1000rpm的范围内进行调节。所述浮选槽的充气流量为180L/h，实际使用过程中，可根据具体需求将所述浮选槽的充气流量在180L/h～200L/h的范围内进行调节。浮选时间为10min，实际使用过程中，可根据具体需求将浮选时间在10min～15min的范围内进行调节。
本实施例中，将锥形瓶放入搅拌模块7搅拌，实现锥形瓶中微藻液的搅拌，避免微藻沉淀；调节所述浮选槽的转速为800rpm搅拌5min～7min，是所述浮选槽中的微藻液和添加的浮选剂十六烷基三甲基溴化铵进行充分均匀混合，保证微藻的浮选效果。
本实施例中，通过空气流量计2对所述浮选槽的充气流量进行实时检测，保证浮选槽的充气流量满足要求，保证微藻的浮选效果。
步骤五、微藻浮选效率的计算：采用所述数据处理设备且根据公式
Figure GDA0004182615460000141
得到浮选效率W，其中，T表示尾料的重量，F表示1.0L微藻液的重量，α表示1.0L微藻液中微藻的密度，β表示尾料中微藻的密度；
实际操作过程中，所述1.0L微藻液中微藻的密度α和尾料中微藻的密度β采用血球计数板进行检测。
步骤六、获取浮选效率和微藻表面自由能的关系：在步骤一中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取微藻表面自由能为ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn，同时，在步骤五中所述浮选槽中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取浮选效率W1、W2、W3、...、Wn；采用所述数据处理设备调用绘图软件，以微藻表面自由能ΔGcohi为横坐标，浮选效率Wi为纵坐标，绘制出微藻表面自由能ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn和浮选效率W1、W2、W3、...、Wn对应的各个点，并拟合得到微藻表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，且通过显示器8进行同步显示，其中，i的取值分别为1、2、3、...、n，5≤p1＜p2＜p3＜....＜pn≤10。
本实施例中，n＝6，p1＝5，p2＝6，p3＝7，p4＝8，p5＝9，p6＝10。
本实施例中，所述微藻液为小球藻液、鱼腥藻液、紫球藻液、三角褐指藻液或者杜氏盐液藻。
本实施例中，所述微藻液进一步优选为小球藻液，得到小球藻表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，如图3所示。
实施例3
本实施例中，与实施例2不同的是：本实施例中，所述微藻液为鱼腥藻液，步骤101中离心处理的转速为3000rpm，离心处理的时间为10min，步骤201中试管静置15min，步骤五中搅拌模块7搅拌的时间为4min，浮选剂十六烷基三甲基溴化铵的添加量为55mg/L，所述浮选槽的转速为1000rpm，所述浮选槽的充气流量为200L/h，浮选时间为15min。本实施例中，其余步骤和工艺参数均与实施例2相同。
本实施例中，得到鱼腥藻表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，如图4所示。
实施例4
本实施例中，与实施例2不同的是：本实施例中，所述微藻液为紫球藻液，步骤101中离心处理的转速为2800rpm，离心处理的时间为8min，步骤201中试管静置8min，步骤五中搅拌模块7进行搅拌的时间为3min，浮选剂十六烷基三甲基溴化铵的添加量为50mg/L，所述浮选槽的转速为900rpm，所述浮选槽的充气流量为190L/h，浮选时间为13min。本实施例中，其余步骤和工艺参数均与实施例2相同。
本实施例中，得到紫球藻液表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，如图5所示。
综上所述，本发明设计合理、操作简便且使用效果好，获取浮选效率和微藻表面自由能之间的关系，准确、可靠地预测微藻在不同表面自由能下的浮选效率，为微藻浮选工业中快速选择高效率浮选条件提供依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种对微藻浮选效率进行预测的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、微藻和探测液接触角的测定，过程如下：
步骤101、微藻液的洗涤和PH调节：将微藻液用去离子水洗涤两次，再向洗涤后的微藻液中加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计(14)对洗涤后的微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的洗涤后的微藻液的PH值发送至控制器(1)，使洗涤后的微藻液的PH值为5～10，得到待处理微藻液；
步骤102、待处理微藻液的离心：将步骤101中得到的待处理微藻液放入盛有去离子水的离心杯中，再将离心杯置入离心模块(11)进行离心处理，得到离心处理后的待处理微藻液；
步骤103：藻坪的制作：采用注射器抽取步骤102中离心处理后的待处理微藻液的下层微藻液1mL～2mL，得到滤液；再将所述滤液滴4滴～5滴平铺于载玻片上，载玻片在常温下自然晾干制成藻坪；
步骤104：微藻和探测液接触角的检测：采用所述注射器将探测液滴在步骤103中制成的藻坪上，得到微藻探测液测定样本，当达到定时器(6)设定的时间时，摄像机(3)对微藻探测液测定样本的图像进行采集，并将采集到的微藻探测液测定样本图像通过图像采集模块(4)和控制器(1)发送至数据处理设备，所述数据处理设备调用接触角计算模块，得到微藻和探测液接触角θ，并将检测到的微藻和探测液接触角θ发送至控制器(1)，且通过显示器(8)对微藻和探测液接触角θ进行同步显示；
步骤二、微藻Zeta电位的测定，过程如下：
步骤201、微藻测定样本的制作：先向微藻液加入HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计(14)对微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的微藻液的PH值发送至控制器(1)，使微藻液的PH值为5～10，得到待检测微藻液，再从待检测微藻液中取10mL待检测微藻液微藻液放入试管中，将所述试管静置10min～15min，然后从所述试管中取上清液，得到微藻测定样本；
步骤202、微藻Zeta电位的测定：采用Zeta电位测量仪(5)对步骤201中得到的微藻测定样本进行检测，并将检测到的微藻Zeta电位发送至控制器(1)，同时通过显示器(8)对微藻Zeta电位进行同步显示，并根据微藻Zeta电位选择浮选剂十六烷基三甲基溴化铵；
步骤三、微藻表面自由能的计算：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA0004182615450000021
得到探测液总表面能，其中，
Figure FDA0004182615450000022
为探测液的范德华力，
Figure FDA0004182615450000023
为探测液得电子能力，
Figure FDA0004182615450000024
为探测液失电子能力；然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA0004182615450000025
得到微藻表面的范德华力
Figure FDA0004182615450000026
微藻表面得电子能力
Figure FDA0004182615450000027
和微藻表面失电子能力
Figure FDA0004182615450000028
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA0004182615450000029
得到微藻表面自由能ΔGcoh；
步骤四、微藻的浮选：先取1.0L微藻液置入锥形瓶中，将锥形瓶放入搅拌模块(7)中搅拌2min～4min后，将锥形瓶中1.0L微藻液放入浮选槽中，再向所述浮选槽中添加HCL溶液或者NaOH溶液，通过PH检测计(14)对所述浮选槽中微藻液的PH值进行实时检测并将检测到的所述浮选槽中微藻液的PH值发送至控制器(1)，使所述浮选槽中微藻液的PH值为5～10，然后向所述浮选槽中添加45mg/L～55mg/L浮选剂十六烷基三甲基溴化铵，调节所述浮选槽的转速为800rpm～1000rpm搅拌5min～7min后向所述浮选槽充气，通过空气流量计(2)对充气流量进行实时检测并将检测到的充气流量发送至控制器(1)，使所述浮选槽的充气流量为180L/h～200L/h，边搅拌边充气进行浮选，得到尾料，其中，浮选时间为10min～15min；
步骤五、微藻浮选效率的计算：采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA0004182615450000031
得到浮选效率W，其中，T表示尾料的重量，F表示1.0L微藻液的重量，α表示1.0L微藻液中微藻的密度，β表示尾料中微藻的密度；
步骤六、获取浮选效率和微藻表面自由能的关系：在步骤一中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取微藻表面自由能为ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn，同时，在步骤五中所述浮选槽中微藻液的PH值为p1、p2、p3、...、pn时，分别获取浮选效率W1、W2、W3、...、Wn；采用所述数据处理设备调用绘图软件，以微藻表面自由能ΔGcohi为横坐标，浮选效率Wi为纵坐标，绘制出微藻表面自由能ΔGcoh1、ΔGcoh2、ΔGcoh3、...、ΔGcohn和浮选效率W1、W2、W3、...、Wn对应的各个点，并拟合得到微藻表面自由能ΔGcohi和浮选效率Wi之间的关系曲线和表达式，且通过显示器(8)进行同步显示，其中，i的取值分别为1、2、3、...、n，5≤p1＜p2＜p3＜....＜pn≤10。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤101中离心处理的转速为2500rpm～3000rpm，离心处理的时间为5min～10min。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述探测液包括去离子水、乙二醇和二碘甲烷，则l的取值分别为1、2和3；
在步骤104中所述探测液为离子水、乙二醇和二碘甲烷时，分别获取微藻和离子水接触角θ1、微藻和乙二醇接触角θ2以及微藻和二碘甲烷接触角θ3；
步骤三中微藻表面自由能的计算，具体过程为：首先，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA0004182615450000032
得到去离子水总表面能γ1、乙二醇总表面能γ2和二碘甲烷表面能γ3；其中，
Figure FDA0004182615450000041
为去离子水的范德华力，
Figure FDA0004182615450000042
为去离子水得电子能力，
Figure FDA0004182615450000043
为去离子水失电子能力，
Figure FDA0004182615450000044
为乙二醇的范德华力，
Figure FDA0004182615450000045
为乙二醇得电子能力，
Figure FDA0004182615450000046
为乙二醇失电子能力，
Figure FDA0004182615450000047
为二碘甲烷的范德华力，
Figure FDA0004182615450000048
为二碘甲烷得电子能力，
Figure FDA0004182615450000049
为二碘甲烷失电子能力；
然后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA00041826154500000410
得到微藻表面的范德华力
Figure FDA00041826154500000411
微藻表面得电子能力
Figure FDA00041826154500000412
和微藻表面失电子能力
Figure FDA00041826154500000413
最后，采用所述数据处理设备且根据公式
Figure FDA00041826154500000414
得到微藻表面自由能ΔGcoh。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述微藻液为小球藻液、鱼腥藻液、紫球藻液、三角褐指藻液或者杜氏盐液藻。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤104中定时器(6)设定的时间为0.5s；
所述注射器针头的直径为0.2mm。
6.一种权利要求1所述的方法所采用的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：包括控制器(1)、接触角检测模块和对微藻Zeta电位进行检测的Zeta电位测量仪(5)，以及与控制器(1)相接的数据处理设备，所述控制器(1)的输入端接有空气流量计(2)、PH检测计(14)和定时器(6)，所述控制器(1)的输出端接有搅拌模块(7)、离心模块(11)和显示器(8)，所述接触角检测模块包括摄像机(3)和与摄像机(3)输出端相接的图像采集模块(4)，所述图像采集模块(4)与控制器(1)相接。
7.按照权利要求6所述的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：还包括存储器(9)和参数设置模块(10)，所述存储器(9)和参数设置模块(10)均与控制器(1)相接。
8.按照权利要求6或7所述的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述数据处理设备为计算机(13)，所述计算机(13)通过数据通信模块(12)和控制器(1)进行双向通信。
9.按照权利要求6或7所述的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述Zeta电位测量仪(5)包括用于产生激光的激光发生装置和用于检测微藻Zeta电位的探测针。
10.按照权利要求8所述的基于微藻表面特性的微藻浮选效率预测装置，其特征在于：所述数据通信模块(12)为RS232串口通信接口电路或者RS485串口通信接口电路。
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