8种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

Ｊ．ｓ姒ＮＸＩ

ＡＧＲＩＣ，ＵＮＩＶ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｌｉｏｎ）

报（自然科学版）２０１７，３７（１）：０５４

０３５０５

８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

赵奎，王亚君，武振晋，陈通，季春丽，薛金爱，李润植’

（山西农业大学分子农业与生物能源研究所，山西太谷０３０８０１）

摘要：［目的］建立简易高效收集能源微藻的技术体系。［方法］以埃氏小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）为目标藻株，选

取金属盐类（氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾，）、碱类（氢氧化钠、氢氧化钙）和有机高分子化合物类（聚丙烯酰胺、壳聚糖）为絮凝剂比较分析其在小球藻采收时絮凝效率和相应的絮凝条件。［结果］综合考虑絮凝效果和絮凝剂用量，这８种絮凝剂里硫酸铁、硫酸铝钾，氢氧化钙和氢氧化钠可以有效地絮凝小球藻，具体结果为：静置８０ｍｉｎ，硫酸铁浓度

为０．３ｇ・Ｌ～，絮凝效率为９５％；硫酸铝钾浓度为０．７ｇ・Ｌ～，絮凝效率９５％；氢氧化钙浓度为０．５ｇ・Ｌ～，絮凝效率

９７％；氢氧化钠浓度为０．９ｇ・Ｌ～，絮凝效率９３％。［结论］综合成本、絮凝效率、环境影响等因素，氢氧化钙是最佳的采收小球藻的絮凝剂，其最佳絮凝条件为藻液ｐＨ一８，ＯＤ。８。＝１．２，搅拌速率１５０ｒ・ｍｉｎ～，搅拌时间２ｍｉｎ。

关键词：埃氏小球藻；采收；絮凝；絮凝剂；絮凝效率

中图分类号：Ｑ９４９．２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１—８１５１（２０１７）０１—００５４—０６

ＥｉｇｈｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｓｔｕｄｙｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ

ＺｈａｏＫｕｉ，Ｗａｎｇ

Ｙａｊｕｎ，ＷｕＺｈｅｎｊｉｎ，Ｃｈｅｎ

Ｔｏｎｇ，ｄｉＣｈｕｎｌｉ，Ｘｕｅｄｉｎ’ａｉ，ＬｉＲｕｎｚｈｉ。

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ

ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＢｉｏｅｎｅｒｇｙ，ＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ０３０８０１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｈｊｅｃｔｉｖｅ］Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

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ｍｉｎ～ａｎｄｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅ２ｍｉｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ，Ｈａｒｖｅｓｔ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

小球藻是一种光合自养型单细胞淡水藻类，饱和脂肪酸、色素和维生素等营养成分，广泛用属于绿藻门、小球藻属，是最早出现在地球上的于食品、保健品和饲料等领域，也因此受到全世生命之一。小球藻分布范围极其广泛，具有光合界越来越多的关注嘲。近年来，我国先后出现一效率高、繁殖周期短、抗逆性强等优点‘川。除此批小球藻规模化养殖基地，用于以上领域产品的之外，小球藻还含有极其丰富的蛋白质、多糖、不

商业化生产。值得注意的是，一些小球藻藻株细

收稿日期：２０１６－０８—０５

修回日期：２０１６—０９—１３

作者简介：赵奎（１９９２一），男（汉），山西武乡人。硕士研究生，研究方向：生物能源代谢工程＊通信作者：李润植，教授，博士生导师。Ｔｅｌ：０３５４－６２８８３７４；Ｅ—ｍａｉｌ：ｒｌｉ２００１＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ基金项目：国家“９４８”项目（２０１４一Ｚ３９），山西省煤基重点科技攻关项目（Ｆｎ２０１４—０１）

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

５５

胞中可以大量积累油脂，且油脂中脂肪酸类型主要为Ｃ１６：０和Ｃ１８：０，与柴油分子中的碳原子数相近［３］，因此小球藻还可用作生产生物柴油的原料，在生物柴油规模化生产中具有巨大优势和发展潜力。然而，成本过高一直是制约微藻生物柴油产业化发展的主要因素。由于小球藻藻体仅有３～８ｂｔｍ，收集难度较大，从藻液中收集藻体的成本占到小球藻生产总成本的２０％～３０％［４］。因此，建立高效、低成本的小球藻采收方法是有效降低微藻产业成本的重要途径。

采收微藻的方式中比较常见的有离心、过滤、絮凝、气浮等方法［５］，不同种类的微藻对应不同的采收方法，藻体比较大的如螺旋藻等，宜采用过滤法，而某些藻体较小的饵料藻如小球藻等，大多采用离心的方法［６］。但离心采收不仅成本较高，而且也不适合微藻规模培养后的收获［７］。絮凝沉降法能够浓缩悬浮液，分离操作简便，使后续设备费用降低，是采收微藻尤其是规模采收时的理想方法［８］。目前常用的絮凝剂有金属盐（氯化铁、氯化铝等）、无机高分子聚合物（聚合氯化铝等）、有机高分子聚合物（壳聚糖等）等［９］，但这些絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效果和条件还有待研究。

本研究以本实验室筛选获得、含油量较高的埃氏小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）藻株＃３３为目标藻株，选取了３类共８种不同类型絮凝剂：金属盐类（氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾）、碱类（氢氧化钙、氢氧化钠）和有机高分子化合物类（壳聚糖、聚丙烯酰胺），首先考察和比较这几种絮凝剂的浓度和絮凝静置时间对埃氏小球藻的絮凝效应，从而筛选出适合小球藻絮凝的理想絮凝剂，然后对其絮凝条件进一步优化，确立高效采收埃氏小球藻的絮凝工艺条件。本研究可为建立规模化培养小球藻高效低成本采收工艺体系提供理论参考。

１材料与方法

１．１藻种及培养条件１．１．１藻种来源

本研究所采用的小球藻种筛选自野外水样，经平板分离所得，纯化培养后经１８ｓＲＮＡ鉴定其为埃氏小球藻，是常见的淡水小球藻。１．１．２培养条件

试验所用液体培养基为ＢＧｌｌ培养基［１

０｜，

１２１℃高压灭菌２０ｍｉｎ备用。试验用固体培养基

为琼脂一ＢＧｌｌ培养基，称取适量的琼脂粉添加到液体培养基ＢＧｌｌ中，使其质量分数为１．２％，高压灭

菌２０ｍｉｎ后倒平板备用。

１．２小球藻的培养

本试验中小球藻的培养方法为：（１）将原藻液稀释１０００倍，取２００肚Ｌ稀释后的藻液涂布于平板固体培养基上，置于光照培养箱（２５℃、光强

２０００

ｌｘ、光暗比１２ｈ：１２ｈ）中培养。（２）１５ｄ后待

长出肉眼可见的绿色藻落后用显微镜进行观察，如藻体有污染需进一步纯化，直到平板中的藻落没有杂藻和细菌等污染时，挑取部分藻落放入装有

５０

ｍＬ已灭菌液体培养基的锥形瓶中，置于光照培

养箱（２５℃、光强４

０００

ｌｘ、光暗比１２

ｈ：１２

ｈ）中培

养。（３）培养２０ｄ后取上述锥形瓶中的藻液接种于装有１Ｌ的ＢＧｌｌ培养基的蓝盖瓶中，通入含有体积比３％ＣＯ：的空气一ＣＯ。混合气，置于培养架（光照４

０００

ｌｘ、光暗比１２ｈ：１２ｈ）培养，每天定时

取样，在６８０ｎｍ处测定吸光度并绘制生长曲线。

１．３小球藻的絮凝方法

根据生长曲线和藻液的０Ｄ值，取１００ｍＬ处于对数期的小球藻藻液，置于１００ｍＬ小烧杯中，并加入一定浓度的絮凝剂，在磁力搅拌器上快速搅拌２ｍｉｎ后静置一定时间，待静置结束后用移液枪从溶液中部同一位置吸取适量藻液，测定吸光度值。加入的絮凝剂共有８种，分别为氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾、氢氧化钙、氢氧化钠、壳聚糖和聚丙烯酰胺，每种絮凝剂共设置７个浓度梯度

０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．２、１．５

ｇ・Ｌ～，和７个静

置时间梯度５、１０、２０、３０、４０、６０、８０ｍｉｎ。注意：吸取藻液时不能改变位置，动作幅度尽量要小，避免已絮凝的藻体上浮。

１．４小球藻絮凝效率的计算

根据式（１）计算微藻的絮凝效率［１１１。絮凝效率一（ＯＤ。一ＯＤ２）／ＯＤ。×１００％

（１）

式中：ＯＤ，为取适量对数期藻液的ＯＤ值，０Ｄ。为絮凝沉降后的的ＯＤ值。１．５絮凝条件的优化

１．５．１

藻液ｐＨ

用１ｍｏｌ・Ｌ＿１的ＨＣｌ溶液和ＮａＯＨ溶液调节

藻液ｐＨ，设定ｐＨ为５、６、７、８、９，藻液ＯＤ为１．２，加入浓度为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率

山西农业大学学报（自然科学版）

１５０

ｒ・ｍｉｎ～，搅拌时间２ｍｉｎ，静置８０ｒａｉｎ观察絮

凝情况，计算絮凝效率。１．５．２搅拌时间

设定搅拌时间０．５、１、２、４、６ｒａｉｎ，加入浓度为

０．５

ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率１５０

ｒ・

ｒａｉｎ～，ｐＨ调节至８，藻液ｏＤ为１．２，静置８０观察絮凝情况。１．５．３搅拌速率

设定搅拌速率５０、１００、１５０、２００、３００

ｍｉｎ

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ｒ・ｒａｉｎ～，

Ｆｉｇ．２

图２硫酸铁对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｒｒｉｃｓｕｌｆａｔｅｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆ

加入浓度为０．５ｇ・Ｌ－１的氢氧化钙絮凝，搅拌时间为２ｍｉｎ，ｐＨ调至８，藻液ＯＤ为１．２，静置８０观察絮凝情况。Ｉ．５．４藻液浓度

取原藻液用ＢＧｌｌ培养基稀释至不同浓度，测定ＯＤ值分别为０．５、０．８、１．２、１．７、２．２，加入浓度

为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率１５０

ｒ・

ｍｉｎ

这两种铁盐对小球藻均有较显著的絮凝效果，但高浓度的硫酸铁含有更多的Ｆｅ３＋，大量的阳离子吸附在藻体表面，反而使得絮体相斥，降低了絮凝效率，因此适合小球藻絮凝的铁盐为０．３９５％。

２．１．２铝盐对小球藻的絮凝效应

如图３、图４所示，静置８０ｒａｉｎ，氯化铝浓度为

０．７

ｇ・Ｌ＿１

硫酸铁，絮凝后静置８０ｒａｉｎ，最大絮凝效率为

ｍｉｎ～，搅拌时间２ｒａｉｎ，静置８０ｒａｉｎ观察絮凝情况。

２结果与分析

２．１不同金属盐对小球藻絮凝效应２．１．１铁盐对小球藻的絮凝效应

如图１、图２所示，氯化铁浓度在０．１～０．９率增长较为突出，其中氯化铁浓度为１．５

ｇ・

ｇ・Ｌ叫时，絮凝效率达到最大７９％，；硫酸铝钾

浓度达到０．５～０．９ｇ・Ｌ＿１时，静置８０ｒａｉｎ絮凝效率随浓度的增加而增大，浓度为０．９ｇ・Ｌ～，絮凝效率达到最大９７％。

Ｌ－１之间絮凝效果不显著，１．２～１．５ｇ・Ｌ－１絮凝效

ｇ・Ｌ～，

静置８０ｍｉｎ达到最大絮凝效率８７％；而硫酸铁浓度在０．１～０．９ｇ・Ｌ＿１之间絮凝效率随时间增长而增大，在１．２～１．５ｇ・Ｌ＿１时，絮凝效率较低，其中硫酸铁浓度达到０．３ｇ・Ｌ～，静置８０ｒａｉｎ，达到最大絮凝效率９５％。

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５

１０

２０

３０

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絮凝时问／ｒａｉｎＦｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

图３氯化铝对小球藻絮凝效率的影响

ＯＯ００

ＬＬＬＬＬＬ

Ｆｉｇ．３

Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ

ｔｉｏｎ

ｏｎｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａ—

ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

总体而言，两种铝盐对小球藻均有絮凝效果，硫酸铝钾的效果要优于氯化铝，综合成本考虑，浓度为０．７ｇ・Ｌ＿１硫酸铝钾是最适合小球藻絮凝的铝盐，静置８０ｒａｉｎ，最大絮凝效率为９５％。２．１．３碱类对小球藻的絮凝效应

如图５、图６所示，氢氧化钙对藻液的絮凝效率随浓度增加而增加，而氢氧化钠对藻液的絮凝效率随浓度增加先增大后减小。氢氧化钠浓度为

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絮凝时间／ｒａｉｎＦｌｏｃｃｕｆａｔｉｏｎｔｉｍｅ

０●●

蟮豫裾豫昭必取

Ｌ

图１

Ｆｉｇ．１

氯化铁对小球藻絮凝效率的影响

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Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｒｒｉｃｃｈｌｏｒｉｄｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

＋０１９・Ｌ

酰胺浓度和絮凝时间的增加而增大，但不显著；絮凝效应随着絮凝时间的增长而呈增加趋势，随着时间延长絮凝效应增加趋势明显。静置８０ｍｉｎ，壳聚糖浓度１．５ｇ・Ｌ一，最大絮凝效率３４％；聚丙烯酰胺１．２ｇ・Ｌ～，最大絮凝效率４５％。总得看来，有机高分子聚合物类的絮凝剂对小球藻絮凝效果并不理想，不宜作为小球藻的絮凝剂。

ｏｎ

４０３５

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Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

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絮凝时间／ｒａｉｎ

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图４硫酸铝钾对小球藻的絮凝效率的影响

Ｆｉｇ．４

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

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ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

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２０～…３０……４…０…６…０絮凝时间／ｒａｉｎＦｌｏｃｅｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

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５１０２０３０４０６０８０

絮凝时间／ｍｉｎＦｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

图７

Ｆｉｇ．７

壳聚糖对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

培踞嚣馏噌勰鳟

Ｌ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈｉｔｏｓａｎ

ｃｌｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉ

氢氧化钙对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

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ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

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５９・Ｌ

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絮凝时间／ｍｉｎ

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图８

Ｆｉｇ．８

聚丙烯酰胺对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

—一１．５９・Ｌ

图６

Ｆｉｇ．６

氢氧化钠对小球藻絮凝效率的影响

Ｅｆｆｅｃｔ

ｏｆ

ｃａｌｃｉｕｍ

ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ

ｏｎ

２．２最优絮凝剂的选择

由上述试验可以得出：硫酸铁、硫酸铝钾、氢氧化钠、氢氧化钙可有效的对小球藻进行絮凝。在达到最大絮凝效率时，各絮凝剂浓度分别是硫酸铁

ｇ・Ｌ～、硫酸铝钾０．７ｇ・Ｌ～、氢氧化钠０．９

ｇ・Ｌ～。

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

０．９

ｇ・Ｌ－１时静置８０ｍｉｎ，小球藻的絮凝效率最高

０．３

ｇ・

为９３％；氢氧化钙浓度在０．７～１．５ｇ・Ｌ一１区间时，静置２０ｍｉｎ，絮凝效应≥９０％，高浓度的氢氧化钙虽然加速了小球藻的絮凝，但过多的钙盐会附着在藻体表面，使得藻体发白，影响小球藻下游产业发展，综合考虑，浓度为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙为适宜小球藻絮凝的浓度，絮凝后静置８０ｒｎｉｎ，絮凝效率９７％。

２．１．４有机类对小球藻的絮凝效应

如图７、图８所示，絮凝效应随壳聚糖、聚丙烯

Ｌ～、和氢氧化钙０．５

在选择絮凝剂时除了絮凝效率，絮凝成本也是一个重要因素。絮凝成本用式（２）计算。如表１所示，综合成本、絮凝效果、絮凝效率、选择氢氧化钙作为最优絮凝剂。

絮凝成本＝纛糍矮蒜罄‰㈣

５８

山西农业大学学报（自然科学版）

表１几种絮凝剂效率与成本的比较

Ｔａｂｌｅ１

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图１０不同搅拌速率对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．１０

氢氧化钠０．９

硫酸铁０．３硫酸铝钾０．７

Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｉｒｒｉｎｇ

ｓｐｅｅｄ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

２．３．３搅拌时间

不同搅拌时间条件下絮凝效率如图１１所示。

２．３对氢氧化钙絮凝条件的优化

在对小球藻絮凝时发现，絮凝效率的高低还可能受其它方面因素的影响，本研究选择氢氧化钙为小球藻的絮凝剂，对絮凝过程中藻液ｐＨ值、搅拌速率、搅拌时间、藻液浓度、进行条件优化。２．３．１藻液ｐＨ对絮凝效率的影响

不同ｐＨ条件下絮凝效率如图９所示。氢氧化钙对小球藻的絮凝效率随ｐＨ值增大而先增加后降低，当藻液呈酸性时，氢氧化钙絮凝效率降低，絮凝体生成减缓，而当藻液呈弱碱性时，絮体较快生成，总得结果表明，ｐＨ值为８时，絮凝效率最高，达到９７％。

图１１

Ｆｉｇ．１１

随搅拌时间的延长，絮凝效率先增加后降低，搅拌时间为０．５ｍｉｎ时，絮凝效果不完全，而时间为

６２

ｍｉｎ时，形成的絮体又会再次分散，搅拌时间为ｒａｉｎ时，达到最高絮凝效率。

ＩＩ－ＩＩ

搅拌时Ｉｈｌ／ｍｍ

Ｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅｍｉｎ

不同搅拌时间对小球藻的絮凝效率

ｏｎ

Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃ

ＩＩＩ＿Ｉ

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ＡｌｇａｅｐＨ

２．３．４

藻液浓度

不同藻液浓度条件下絮凝效率如图１２所示。随ＯＤ值的增加，絮凝效率先增大后降低，藻液浓度在藻液ＯＤ值为０．８、１．２时，均达到最高絮凝效

图９不同ｐＨ值对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．９

ｐＨ

ｏｎ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

２．３．２搅拌速率

不同搅拌速率条件下絮凝效率如图１０所示。随搅拌速率的增加，小球藻絮凝效率先增加后降低，搅拌速率５０ｒ・ｍｉｎ－１时，氢氧化钙无法完全溶解，藻体与絮凝剂接触时间减少，絮凝效率降低，而搅拌速率达到３００ｒ・ｍｉｎ－１时，已形成的絮体又再次分散开来，总得结果表明，搅拌速率为１５０ｍｉｎ叫时，絮凝效率最高，达到９７％。

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图１２不同藻液ＯＤ值对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．１２

ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｇａｅＯＤｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｅ—

３７（１）

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

率，当藻液ＯＤ为２．２时，藻体浓度过高，絮凝体生成不完全，絮凝效率最低，综合经济效益考虑最适藻液ＯＤ值选择１．２。

出，壳聚糖絮凝机理主要是由于其一ＮＨ。基团在藻液中结合游离的Ｈ＋形成一ＮＨ＋，形成阳离子型高分子，通过吸附和电中和作用实现藻体的絮凝沉降［１引。高伟等研究认为，一方面可能是培养液中含有其他离子影响了壳聚糖的絮凝，另一方面可能是微藻受网捕沉淀作用较强，而受壳聚糖的吸附中和作用弱［２０１。笔者认为，本研究中的埃氏小球藻个体较小，且经过遗传改良，藻体表面电荷可能已经改变，对于有机高分子絮凝剂的作用力减弱，无法形成絮体，所以絮凝效率减弱，但仍需做进一步研究。

微藻作为一种高效的光合自养型生物，以其“不与人争粮、不与粮争地”的特性，具有广阔的应用前景，随着科技进步，当前微藻产业已进人蓬勃发展的时期，微藻的培养、采收、加工也必将实现科技化、规范化、产业化发展。其中采收环节效率的提高将更进一步的减少下游产业的成本。当前规模化采收方法种类众多，絮凝法简便易行成本低廉，本研究通过对比８种不同絮凝剂对小球藻絮凝沉降实验，得出以下结果：静置８０ｒａｉｎ，使用

０．３

３讨论与结论

从埃氏小球藻絮凝试验中发现，不同类型絮凝剂对小球藻絮凝效果不同，金属盐类絮凝剂，通过中和藻体表面的负电荷，使藻体斥力减弱、极性降低、碰撞几率增大，形成絮体，而金属阳离子还可与水结合生成弱电解质形成氢氧化物，絮体与其呈网捕作用，随着自然重力沉降；本文选用的４种金属盐中，硫酸铁和硫酸铝钾絮凝效果较好，这与郭婷婷等ｎ２］研究结果一致；曲孟口朝在海水小球藻絮凝采收工艺中研究发现氢氧化钙、硫酸铝、三氯化铁均对小球藻均有明显絮凝效果，与本文所得结果一致。碱类絮凝剂中氢氧化钙与金属盐的絮凝机理类似，而氢氧化钠的絮凝机理是通过调节藻液的ｐＨ，使藻体斥力减少，实现自絮凝Ｄ４］，研究发现弱碱性的藻液有利于藻体絮凝，相较于金属盐絮凝后培养液阳离子不易去除而言，氢氧化钙絮凝后的培养液中残存的钙离子通入适量二氧化碳即可去除，本研究选用氢氧化钙作为最优絮凝剂，这与王鹰燕［１５１选取５种絮凝剂对小球藻的絮凝工艺的研究以及薛蓉等［１６１在絮凝法采收小球藻的研究中所得结果均一致。

本研究中聚丙烯酰胺和壳聚糖这两种有机高分子聚合物絮凝剂对微藻未能实现高效絮凝，这与刘平怀等［１７］选取７种试剂对单针藻絮凝时，结果相近，黄振华等［１８３研究时也发现，壳聚糖的絮凝效率较低；董锐等在壳聚糖絮凝微藻的研究进展中指

ｇ・Ｌ叫硫酸铁，０．７ｇ・Ｌ－１硫酸铝钾，０．５

ｇ・Ｌ矗１

氢氧化钙，絮凝效率均≥９５％，而０．９ｇ・Ｌ－１的氢氧化钠作为絮凝剂，絮凝效率达到９３％；其余絮凝剂，都未能对小球藻实现高效絮凝；在以上４种备选絮凝剂中综合经济效益考虑，选择氢氧化钙作为埃氏小球藻最优絮凝剂。对其絮凝条件优化后发现，藻液ｐＨ值为８、藻液ＯＤ值为１．２、搅拌速率

１５００．５

ｒ・ｍｉｎ～、搅拌时间２ｍｉｎ时，静置８０

ｍｉｎ，

ｇ・Ｌ＿１氢氧化钙对埃氏小球藻的絮凝效率最高

达到９７％。

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ｏｎ

ｓｏｉｌｆｕｍｉｇａｔｉｏｎ－ＩＩＩ：Ｅｆｆｅｃｔｓ

ｏｎ

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（编辑：武英耀）

Ｊ．ｓ姒ＮＸＩ

ＡＧＲＩＣ，ＵＮＩＶ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｌｉｏｎ）

报（自然科学版）２０１７，３７（１）：０５４

０３５０５

８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

赵奎，王亚君，武振晋，陈通，季春丽，薛金爱，李润植’

（山西农业大学分子农业与生物能源研究所，山西太谷０３０８０１）

摘要：［目的］建立简易高效收集能源微藻的技术体系。［方法］以埃氏小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）为目标藻株，选

取金属盐类（氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾，）、碱类（氢氧化钠、氢氧化钙）和有机高分子化合物类（聚丙烯酰胺、壳聚糖）为絮凝剂比较分析其在小球藻采收时絮凝效率和相应的絮凝条件。［结果］综合考虑絮凝效果和絮凝剂用量，这８种絮凝剂里硫酸铁、硫酸铝钾，氢氧化钙和氢氧化钠可以有效地絮凝小球藻，具体结果为：静置８０ｍｉｎ，硫酸铁浓度

为０．３ｇ・Ｌ～，絮凝效率为９５％；硫酸铝钾浓度为０．７ｇ・Ｌ～，絮凝效率９５％；氢氧化钙浓度为０．５ｇ・Ｌ～，絮凝效率

９７％；氢氧化钠浓度为０．９ｇ・Ｌ～，絮凝效率９３％。［结论］综合成本、絮凝效率、环境影响等因素，氢氧化钙是最佳的采收小球藻的絮凝剂，其最佳絮凝条件为藻液ｐＨ一８，ＯＤ。８。＝１．２，搅拌速率１５０ｒ・ｍｉｎ～，搅拌时间２ｍｉｎ。

关键词：埃氏小球藻；采收；絮凝；絮凝剂；絮凝效率

中图分类号：Ｑ９４９．２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１—８１５１（２０１７）０１—００５４—０６

ＥｉｇｈｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｓｔｕｄｙｏｆＣｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ

ＺｈａｏＫｕｉ，Ｗａｎｇ

Ｙａｊｕｎ，ＷｕＺｈｅｎｊｉｎ，Ｃｈｅｎ

Ｔｏｎｇ，ｄｉＣｈｕｎｌｉ，Ｘｕｅｄｉｎ’ａｉ，ＬｉＲｕｎｚｈｉ。

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ

ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＢｉｏｅｎｅｒｇｙ，ＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ０３０８０１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｈｊｅｃｔｉｖｅ］Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

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ｓｅｎ

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ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅＣｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉ

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ｅｘｐｌｏｒｅｄ．［Ｒｅｓｕｌｔｓ］Ｆｅｒｒｉｃ

ｓｕｌｆａｔｅ，ａｌｕｍｉｎｉｕｍｐｏｔａｓｓｉｕｍｓｕｌｐｈａｔｅ，ｓｏｄｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅａｎｄ

ｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｗｅｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｆｏｒｍｉｃｒｏａｌｇａｅｆｌｏｃｅｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｒｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃｏｎ—

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ，Ｈａｒｖｅｓｔ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ，Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

小球藻是一种光合自养型单细胞淡水藻类，饱和脂肪酸、色素和维生素等营养成分，广泛用属于绿藻门、小球藻属，是最早出现在地球上的于食品、保健品和饲料等领域，也因此受到全世生命之一。小球藻分布范围极其广泛，具有光合界越来越多的关注嘲。近年来，我国先后出现一效率高、繁殖周期短、抗逆性强等优点‘川。除此批小球藻规模化养殖基地，用于以上领域产品的之外，小球藻还含有极其丰富的蛋白质、多糖、不

商业化生产。值得注意的是，一些小球藻藻株细

收稿日期：２０１６－０８—０５

修回日期：２０１６—０９—１３

作者简介：赵奎（１９９２一），男（汉），山西武乡人。硕士研究生，研究方向：生物能源代谢工程＊通信作者：李润植，教授，博士生导师。Ｔｅｌ：０３５４－６２８８３７４；Ｅ—ｍａｉｌ：ｒｌｉ２００１＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ基金项目：国家“９４８”项目（２０１４一Ｚ３９），山西省煤基重点科技攻关项目（Ｆｎ２０１４—０１）

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

５５

胞中可以大量积累油脂，且油脂中脂肪酸类型主要为Ｃ１６：０和Ｃ１８：０，与柴油分子中的碳原子数相近［３］，因此小球藻还可用作生产生物柴油的原料，在生物柴油规模化生产中具有巨大优势和发展潜力。然而，成本过高一直是制约微藻生物柴油产业化发展的主要因素。由于小球藻藻体仅有３～８ｂｔｍ，收集难度较大，从藻液中收集藻体的成本占到小球藻生产总成本的２０％～３０％［４］。因此，建立高效、低成本的小球藻采收方法是有效降低微藻产业成本的重要途径。

采收微藻的方式中比较常见的有离心、过滤、絮凝、气浮等方法［５］，不同种类的微藻对应不同的采收方法，藻体比较大的如螺旋藻等，宜采用过滤法，而某些藻体较小的饵料藻如小球藻等，大多采用离心的方法［６］。但离心采收不仅成本较高，而且也不适合微藻规模培养后的收获［７］。絮凝沉降法能够浓缩悬浮液，分离操作简便，使后续设备费用降低，是采收微藻尤其是规模采收时的理想方法［８］。目前常用的絮凝剂有金属盐（氯化铁、氯化铝等）、无机高分子聚合物（聚合氯化铝等）、有机高分子聚合物（壳聚糖等）等［９］，但这些絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效果和条件还有待研究。

本研究以本实验室筛选获得、含油量较高的埃氏小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）藻株＃３３为目标藻株，选取了３类共８种不同类型絮凝剂：金属盐类（氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾）、碱类（氢氧化钙、氢氧化钠）和有机高分子化合物类（壳聚糖、聚丙烯酰胺），首先考察和比较这几种絮凝剂的浓度和絮凝静置时间对埃氏小球藻的絮凝效应，从而筛选出适合小球藻絮凝的理想絮凝剂，然后对其絮凝条件进一步优化，确立高效采收埃氏小球藻的絮凝工艺条件。本研究可为建立规模化培养小球藻高效低成本采收工艺体系提供理论参考。

１材料与方法

１．１藻种及培养条件１．１．１藻种来源

本研究所采用的小球藻种筛选自野外水样，经平板分离所得，纯化培养后经１８ｓＲＮＡ鉴定其为埃氏小球藻，是常见的淡水小球藻。１．１．２培养条件

试验所用液体培养基为ＢＧｌｌ培养基［１

０｜，

１２１℃高压灭菌２０ｍｉｎ备用。试验用固体培养基

为琼脂一ＢＧｌｌ培养基，称取适量的琼脂粉添加到液体培养基ＢＧｌｌ中，使其质量分数为１．２％，高压灭

菌２０ｍｉｎ后倒平板备用。

１．２小球藻的培养

本试验中小球藻的培养方法为：（１）将原藻液稀释１０００倍，取２００肚Ｌ稀释后的藻液涂布于平板固体培养基上，置于光照培养箱（２５℃、光强

２０００

ｌｘ、光暗比１２ｈ：１２ｈ）中培养。（２）１５ｄ后待

长出肉眼可见的绿色藻落后用显微镜进行观察，如藻体有污染需进一步纯化，直到平板中的藻落没有杂藻和细菌等污染时，挑取部分藻落放入装有

５０

ｍＬ已灭菌液体培养基的锥形瓶中，置于光照培

养箱（２５℃、光强４

０００

ｌｘ、光暗比１２

ｈ：１２

ｈ）中培

养。（３）培养２０ｄ后取上述锥形瓶中的藻液接种于装有１Ｌ的ＢＧｌｌ培养基的蓝盖瓶中，通入含有体积比３％ＣＯ：的空气一ＣＯ。混合气，置于培养架（光照４

０００

ｌｘ、光暗比１２ｈ：１２ｈ）培养，每天定时

取样，在６８０ｎｍ处测定吸光度并绘制生长曲线。

１．３小球藻的絮凝方法

根据生长曲线和藻液的０Ｄ值，取１００ｍＬ处于对数期的小球藻藻液，置于１００ｍＬ小烧杯中，并加入一定浓度的絮凝剂，在磁力搅拌器上快速搅拌２ｍｉｎ后静置一定时间，待静置结束后用移液枪从溶液中部同一位置吸取适量藻液，测定吸光度值。加入的絮凝剂共有８种，分别为氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾、氢氧化钙、氢氧化钠、壳聚糖和聚丙烯酰胺，每种絮凝剂共设置７个浓度梯度

０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．２、１．５

ｇ・Ｌ～，和７个静

置时间梯度５、１０、２０、３０、４０、６０、８０ｍｉｎ。注意：吸取藻液时不能改变位置，动作幅度尽量要小，避免已絮凝的藻体上浮。

１．４小球藻絮凝效率的计算

根据式（１）计算微藻的絮凝效率［１１１。絮凝效率一（ＯＤ。一ＯＤ２）／ＯＤ。×１００％

（１）

式中：ＯＤ，为取适量对数期藻液的ＯＤ值，０Ｄ。为絮凝沉降后的的ＯＤ值。１．５絮凝条件的优化

１．５．１

藻液ｐＨ

用１ｍｏｌ・Ｌ＿１的ＨＣｌ溶液和ＮａＯＨ溶液调节

藻液ｐＨ，设定ｐＨ为５、６、７、８、９，藻液ＯＤ为１．２，加入浓度为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率

山西农业大学学报（自然科学版）

１５０

ｒ・ｍｉｎ～，搅拌时间２ｍｉｎ，静置８０ｒａｉｎ观察絮

凝情况，计算絮凝效率。１．５．２搅拌时间

设定搅拌时间０．５、１、２、４、６ｒａｉｎ，加入浓度为

０．５

ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率１５０

ｒ・

ｒａｉｎ～，ｐＨ调节至８，藻液ｏＤ为１．２，静置８０观察絮凝情况。１．５．３搅拌速率

设定搅拌速率５０、１００、１５０、２００、３００

ｍｉｎ

ｏ

一一一一一一一

亏一‘而…‘葡…’面～菇…。丽…葡

００Ｏ００ｌｌ

ＬＬＬＬＬＬ

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Ｌ

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ｒ・ｒａｉｎ～，

Ｆｉｇ．２

图２硫酸铁对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｒｒｉｃｓｕｌｆａｔｅｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆ

加入浓度为０．５ｇ・Ｌ－１的氢氧化钙絮凝，搅拌时间为２ｍｉｎ，ｐＨ调至８，藻液ＯＤ为１．２，静置８０观察絮凝情况。Ｉ．５．４藻液浓度

取原藻液用ＢＧｌｌ培养基稀释至不同浓度，测定ＯＤ值分别为０．５、０．８、１．２、１．７、２．２，加入浓度

为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙絮凝，搅拌速率１５０

ｒ・

ｍｉｎ

这两种铁盐对小球藻均有较显著的絮凝效果，但高浓度的硫酸铁含有更多的Ｆｅ３＋，大量的阳离子吸附在藻体表面，反而使得絮体相斥，降低了絮凝效率，因此适合小球藻絮凝的铁盐为０．３９５％。

２．１．２铝盐对小球藻的絮凝效应

如图３、图４所示，静置８０ｒａｉｎ，氯化铝浓度为

０．７

ｇ・Ｌ＿１

硫酸铁，絮凝后静置８０ｒａｉｎ，最大絮凝效率为

ｍｉｎ～，搅拌时间２ｒａｉｎ，静置８０ｒａｉｎ观察絮凝情况。

２结果与分析

２．１不同金属盐对小球藻絮凝效应２．１．１铁盐对小球藻的絮凝效应

如图１、图２所示，氯化铁浓度在０．１～０．９率增长较为突出，其中氯化铁浓度为１．５

ｇ・

ｇ・Ｌ叫时，絮凝效率达到最大７９％，；硫酸铝钾

浓度达到０．５～０．９ｇ・Ｌ＿１时，静置８０ｒａｉｎ絮凝效率随浓度的增加而增大，浓度为０．９ｇ・Ｌ～，絮凝效率达到最大９７％。

Ｌ－１之间絮凝效果不显著，１．２～１．５ｇ・Ｌ－１絮凝效

ｇ・Ｌ～，

静置８０ｍｉｎ达到最大絮凝效率８７％；而硫酸铁浓度在０．１～０．９ｇ・Ｌ＿１之间絮凝效率随时间增长而增大，在１．２～１．５ｇ・Ｌ＿１时，絮凝效率较低，其中硫酸铁浓度达到０．３ｇ・Ｌ～，静置８０ｒａｉｎ，达到最大絮凝效率９５％。

∞∞加印∞∞∞∞ｍ

ｏ

５

１０

２０

３０

４０

６０

８０

絮凝时问／ｒａｉｎＦｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

图３氯化铝对小球藻絮凝效率的影响

ＯＯ００

ＬＬＬＬＬＬ

Ｆｉｇ．３

Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ

ｔｉｏｎ

ｏｎｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａ—

ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

总体而言，两种铝盐对小球藻均有絮凝效果，硫酸铝钾的效果要优于氯化铝，综合成本考虑，浓度为０．７ｇ・Ｌ＿１硫酸铝钾是最适合小球藻絮凝的铝盐，静置８０ｒａｉｎ，最大絮凝效率为９５％。２．１．３碱类对小球藻的絮凝效应

如图５、图６所示，氢氧化钙对藻液的絮凝效率随浓度增加而增加，而氢氧化钠对藻液的絮凝效率随浓度增加先增大后减小。氢氧化钠浓度为

∞知∞加∞∞∞的幻ｍ

ｏ

５

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２０

３０

４０

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８０

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絮凝时间／ｒａｉｎＦｌｏｃｃｕｆａｔｉｏｎｔｉｍｅ

０●●

蟮豫裾豫昭必取

Ｌ

图１

Ｆｉｇ．１

氯化铁对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｅｒｒｉｃｃｈｌｏｒｉｄｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

＋０１９・Ｌ

酰胺浓度和絮凝时间的增加而增大，但不显著；絮凝效应随着絮凝时间的增长而呈增加趋势，随着时间延长絮凝效应增加趋势明显。静置８０ｍｉｎ，壳聚糖浓度１．５ｇ・Ｌ一，最大絮凝效率３４％；聚丙烯酰胺１．２ｇ・Ｌ～，最大絮凝效率４５％。总得看来，有机高分子聚合物类的絮凝剂对小球藻絮凝效果并不理想，不宜作为小球藻的絮凝剂。

ｏｎ

４０３５

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—●０．３９・Ｌ

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—＊－０．７９・Ｌ

－－＊－０９９・Ｌ—．一Ｉ２９・Ｌ

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Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

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５９・Ｌ

絮凝时间／ｒａｉｎ

ｔｉｍｅ

图４硫酸铝钾对小球藻的絮凝效率的影响

Ｆｉｇ．４

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ａｌｕｍｉｎｉｕｍ

ｐｏｔａｓｓｉｕｍｓｕｌｐｈａｔｅ

ｈ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｌ

量３０

苗２５

墨２０

爨黟

图５

Ｆｉｇ．５

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｃａｌｃｉｕｍ

ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

０…５一……１０

２０～…３０……４…０…６…０絮凝时间／ｒａｉｎＦｌｏｃｅｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

８０

蓉１５

＋０＋０十０一Ｏ一０＋ｌ

一

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ＬＬＬＬＬＬ

１０

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０

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１９３９５９７９９９２９５９

５１０２０３０４０６０８０

絮凝时间／ｍｉｎＦｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅ

图７

Ｆｉｇ．７

壳聚糖对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

培踞嚣馏噌勰鳟

Ｌ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈｉｔｏｓａｎ

ｃｌｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉ

氢氧化钙对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

・．．０．１９・Ｌ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

＋０．３９・Ｌ

’ｆ０

５９・Ｌ

一０．７９・Ｌ

‘一０９９・Ｌ

∞∞∞∞如ｍ

—．＿０ｌｇ・Ｌ

ｏ

１０

４０

—ｐ１．２９・Ｌ

一１．５９・Ｌ

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Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

ｍ

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十０．５９・Ｌ

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絮凝时间／ｍｉｎ

ｔｉｍｅ

一０．９９・Ｌ

‘“１

２９・Ｌ

图８

Ｆｉｇ．８

聚丙烯酰胺对小球藻絮凝效率的影响

ｏｎ

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ

—一１．５９・Ｌ

图６

Ｆｉｇ．６

氢氧化钠对小球藻絮凝效率的影响

Ｅｆｆｅｃｔ

ｏｆ

ｃａｌｃｉｕｍ

ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ

ｏｎ

２．２最优絮凝剂的选择

由上述试验可以得出：硫酸铁、硫酸铝钾、氢氧化钠、氢氧化钙可有效的对小球藻进行絮凝。在达到最大絮凝效率时，各絮凝剂浓度分别是硫酸铁

ｇ・Ｌ～、硫酸铝钾０．７ｇ・Ｌ～、氢氧化钠０．９

ｇ・Ｌ～。

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

０．９

ｇ・Ｌ－１时静置８０ｍｉｎ，小球藻的絮凝效率最高

０．３

ｇ・

为９３％；氢氧化钙浓度在０．７～１．５ｇ・Ｌ一１区间时，静置２０ｍｉｎ，絮凝效应≥９０％，高浓度的氢氧化钙虽然加速了小球藻的絮凝，但过多的钙盐会附着在藻体表面，使得藻体发白，影响小球藻下游产业发展，综合考虑，浓度为０．５ｇ・Ｌ＿１的氢氧化钙为适宜小球藻絮凝的浓度，絮凝后静置８０ｒｎｉｎ，絮凝效率９７％。

２．１．４有机类对小球藻的絮凝效应

如图７、图８所示，絮凝效应随壳聚糖、聚丙烯

Ｌ～、和氢氧化钙０．５

在选择絮凝剂时除了絮凝效率，絮凝成本也是一个重要因素。絮凝成本用式（２）计算。如表１所示，综合成本、絮凝效果、絮凝效率、选择氢氧化钙作为最优絮凝剂。

絮凝成本＝纛糍矮蒜罄‰㈣

５８

山西农业大学学报（自然科学版）

表１几种絮凝剂效率与成本的比较

Ｔａｂｌｅ１

Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

ｃＯＳｔ

ｏｆｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｉｏｎ

ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ａｎｄ

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絮凝剂

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０．６０．６Ｏ．６Ｏ．６

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Ｏ．５６３．３８０．８１２．１０

图１０不同搅拌速率对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．１０

氢氧化钠０．９

硫酸铁０．３硫酸铝钾０．７

Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｉｒｒｉｎｇ

ｓｐｅｅｄ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

２．３．３搅拌时间

不同搅拌时间条件下絮凝效率如图１１所示。

２．３对氢氧化钙絮凝条件的优化

在对小球藻絮凝时发现，絮凝效率的高低还可能受其它方面因素的影响，本研究选择氢氧化钙为小球藻的絮凝剂，对絮凝过程中藻液ｐＨ值、搅拌速率、搅拌时间、藻液浓度、进行条件优化。２．３．１藻液ｐＨ对絮凝效率的影响

不同ｐＨ条件下絮凝效率如图９所示。氢氧化钙对小球藻的絮凝效率随ｐＨ值增大而先增加后降低，当藻液呈酸性时，氢氧化钙絮凝效率降低，絮凝体生成减缓，而当藻液呈弱碱性时，絮体较快生成，总得结果表明，ｐＨ值为８时，絮凝效率最高，达到９７％。

图１１

Ｆｉｇ．１１

随搅拌时间的延长，絮凝效率先增加后降低，搅拌时间为０．５ｍｉｎ时，絮凝效果不完全，而时间为

６２

ｍｉｎ时，形成的絮体又会再次分散，搅拌时间为ｒａｉｎ时，达到最高絮凝效率。

ＩＩ－ＩＩ

搅拌时Ｉｈｌ／ｍｍ

Ｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅｍｉｎ

不同搅拌时间对小球藻的絮凝效率

ｏｎ

Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｃ

ＩＩＩ＿Ｉ

燕液ｐＩｉ

ＡｌｇａｅｐＨ

２．３．４

藻液浓度

不同藻液浓度条件下絮凝效率如图１２所示。随ＯＤ值的增加，絮凝效率先增大后降低，藻液浓度在藻液ＯＤ值为０．８、１．２时，均达到最高絮凝效

图９不同ｐＨ值对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．９

ｐＨ

ｏｎ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａ

ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

２．３．２搅拌速率

不同搅拌速率条件下絮凝效率如图１０所示。随搅拌速率的增加，小球藻絮凝效率先增加后降低，搅拌速率５０ｒ・ｍｉｎ－１时，氢氧化钙无法完全溶解，藻体与絮凝剂接触时间减少，絮凝效率降低，而搅拌速率达到３００ｒ・ｍｉｎ－１时，已形成的絮体又再次分散开来，总得结果表明，搅拌速率为１５０ｍｉｎ叫时，絮凝效率最高，达到９７％。

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图１２不同藻液ＯＤ值对小球藻的絮凝效率

Ｆｉｇ．１２

ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｇａｅＯＤｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

ｃｈｌｏｒｅｌｌａｆｌｏｅ—

３７（１）

赵奎等：８种不同絮凝剂对埃氏小球藻絮凝效应的研究

率，当藻液ＯＤ为２．２时，藻体浓度过高，絮凝体生成不完全，絮凝效率最低，综合经济效益考虑最适藻液ＯＤ值选择１．２。

出，壳聚糖絮凝机理主要是由于其一ＮＨ。基团在藻液中结合游离的Ｈ＋形成一ＮＨ＋，形成阳离子型高分子，通过吸附和电中和作用实现藻体的絮凝沉降［１引。高伟等研究认为，一方面可能是培养液中含有其他离子影响了壳聚糖的絮凝，另一方面可能是微藻受网捕沉淀作用较强，而受壳聚糖的吸附中和作用弱［２０１。笔者认为，本研究中的埃氏小球藻个体较小，且经过遗传改良，藻体表面电荷可能已经改变，对于有机高分子絮凝剂的作用力减弱，无法形成絮体，所以絮凝效率减弱，但仍需做进一步研究。

微藻作为一种高效的光合自养型生物，以其“不与人争粮、不与粮争地”的特性，具有广阔的应用前景，随着科技进步，当前微藻产业已进人蓬勃发展的时期，微藻的培养、采收、加工也必将实现科技化、规范化、产业化发展。其中采收环节效率的提高将更进一步的减少下游产业的成本。当前规模化采收方法种类众多，絮凝法简便易行成本低廉，本研究通过对比８种不同絮凝剂对小球藻絮凝沉降实验，得出以下结果：静置８０ｒａｉｎ，使用

０．３

３讨论与结论

从埃氏小球藻絮凝试验中发现，不同类型絮凝剂对小球藻絮凝效果不同，金属盐类絮凝剂，通过中和藻体表面的负电荷，使藻体斥力减弱、极性降低、碰撞几率增大，形成絮体，而金属阳离子还可与水结合生成弱电解质形成氢氧化物，絮体与其呈网捕作用，随着自然重力沉降；本文选用的４种金属盐中，硫酸铁和硫酸铝钾絮凝效果较好，这与郭婷婷等ｎ２］研究结果一致；曲孟口朝在海水小球藻絮凝采收工艺中研究发现氢氧化钙、硫酸铝、三氯化铁均对小球藻均有明显絮凝效果，与本文所得结果一致。碱类絮凝剂中氢氧化钙与金属盐的絮凝机理类似，而氢氧化钠的絮凝机理是通过调节藻液的ｐＨ，使藻体斥力减少，实现自絮凝Ｄ４］，研究发现弱碱性的藻液有利于藻体絮凝，相较于金属盐絮凝后培养液阳离子不易去除而言，氢氧化钙絮凝后的培养液中残存的钙离子通入适量二氧化碳即可去除，本研究选用氢氧化钙作为最优絮凝剂，这与王鹰燕［１５１选取５种絮凝剂对小球藻的絮凝工艺的研究以及薛蓉等［１６１在絮凝法采收小球藻的研究中所得结果均一致。

本研究中聚丙烯酰胺和壳聚糖这两种有机高分子聚合物絮凝剂对微藻未能实现高效絮凝，这与刘平怀等［１７］选取７种试剂对单针藻絮凝时，结果相近，黄振华等［１８３研究时也发现，壳聚糖的絮凝效率较低；董锐等在壳聚糖絮凝微藻的研究进展中指

ｇ・Ｌ叫硫酸铁，０．７ｇ・Ｌ－１硫酸铝钾，０．５

ｇ・Ｌ矗１

氢氧化钙，絮凝效率均≥９５％，而０．９ｇ・Ｌ－１的氢氧化钠作为絮凝剂，絮凝效率达到９３％；其余絮凝剂，都未能对小球藻实现高效絮凝；在以上４种备选絮凝剂中综合经济效益考虑，选择氢氧化钙作为埃氏小球藻最优絮凝剂。对其絮凝条件优化后发现，藻液ｐＨ值为８、藻液ＯＤ值为１．２、搅拌速率

１５００．５

ｒ・ｍｉｎ～、搅拌时间２ｍｉｎ时，静置８０

ｍｉｎ，

ｇ・Ｌ＿１氢氧化钙对埃氏小球藻的絮凝效率最高

达到９７％。

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（下转第７６页）

７６

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（编辑：武英耀）

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（编辑：武英耀）