摘要：考察了明礬、硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、殼聚糖6種常用絮凝劑對小球藻（Chlorella vulgaris）細胞采收的效果，并研究了pH對絮凝采收效果的影響。結(jié)果表明，三氯化鐵和明礬的絮凝效果較好，當絮凝劑濃度分別為0.6、1.6 g/L時，小球藻細胞采收率分別達到98.3%和98.2%。pH對小球藻細胞最大采收率的影響差異顯著，以三氯化鐵和明礬為絮凝劑時，pH分別為10和8時為最佳，此時細胞采收率最大。

關(guān)鍵詞：小球藻（Chlorella vulgaris）；絮凝沉降；細胞采收；采收率

中國分類號：Q819 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2206-04

單細胞綠藻小球藻（Chlorella vulgaris）因其含有優(yōu)質(zhì)蛋白、不飽和脂肪酸等營養(yǎng)成分被用作食品、保健品、餌料等，開發(fā)市場廣闊[1]。近幾年，小球藻因其生長過程能夠利用氮、磷而被用于污水處理等方面，并在微藻生物柴油的生產(chǎn)中表現(xiàn)出巨大潛力[2]。但是，與其他藻類比較，小球藻因其細胞?。?～12 μm），采收困難，影響了其工業(yè)化應(yīng)用。

目前，小球藻細胞采收的方法有絮凝法、離心法、過濾法和氣浮法等[3-5]，其中離心分離是國內(nèi)外工廠微藻采收普遍使用的方法，但是此法設(shè)備投資大，采收成本高。絮凝沉降法因成本低廉、操作簡單被廣泛應(yīng)用于微藻細胞的采收，其主要是利用化學(xué)絮凝劑的帶電性質(zhì)使藻細胞聚集沉降，可與其他方法配合使用[6-8]。在絮凝采收方法的研究中，國內(nèi)外研究大多集中于絮凝劑的選擇上，雖然大多數(shù)化學(xué)絮凝劑對小球藻有毒害作用，影響小球藻后續(xù)的工業(yè)化應(yīng)用，但是，在小球藻用于污水處理耦合生物柴油的生產(chǎn)過程中，對此可以不予考慮[4，9]。

本研究考察了絮凝劑的濃度、種類、絮凝時間、pH對小球藻采收率的影響。通過比較明礬、硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、殼聚糖6種常用絮凝劑對小球藻細胞的沉降效果，尋找一種針對小球藻的絮凝沉降條件，以期為小球藻用于污水處理等工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

藻種：普通小球藻，原種購自中國科學(xué)院淡水藻種庫，試驗用藻株是由煙臺大學(xué)微藻生物技術(shù)實驗室保存并提供。

絮凝劑：明礬、硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、殼聚糖，均為化學(xué)純。

儀器：752S型紫外可見分光光度計（上海棱光技術(shù)有限公司）；PHS-25型數(shù)顯pH計（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；AB104-L型分析天平[馭锘實業(yè)（上海）有限公司]。

1.2 方法

1.2.1 小球藻的培養(yǎng) 小球藻培養(yǎng)所用培養(yǎng)基為SE培養(yǎng)基，將其放在1 000 mL三角瓶中培養(yǎng)8 d，得到處于穩(wěn)定生長期的小球藻懸浮液。

1.2.2 小球藻生物量的測定 小球藻在680 nm處有特征吸收峰，因此測定藻液在680 nm處的吸光度OD680 nm，以O(shè)D680 nm來間接表示小球藻的生物量，根據(jù)以下公式計算小球藻細胞的采收率。

小球藻細胞采收率=■×100%

式中，OD680 nm-0為初始時刻藻液的吸光度，OD680 nm-t為絮凝時間為t時的藻液吸光度。

1.2.3 絮凝沉降試驗 將300 mL小球藻懸浮液置于三角瓶中，其后分別加入不同劑量的鐵系、鋁系及高分子絮凝劑（表1），用玻璃棒攪勻后靜置，然后分別在0、5、15、30、45、60、90、120 min時取上清液在680 nm下測其吸光度，考察其不同絮凝劑對小球藻的絮凝效果。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用Origin 8.0軟件和SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析，根據(jù)需要進行單因素方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同絮凝劑對小球藻絮凝效果的影響

2.1.1 三氯化鐵 不同劑量三氯化鐵對小球藻的絮凝效果如圖1所示。除了低劑量0.2 g/L三氯化鐵處理外，其他濃度處理下小球藻均在加入絮凝劑5 min 后，細胞采收率達到較大值，并且隨著絮凝時間的延長，采收率變化很小。其中，三氯化鐵濃度為0.4 g/L和0.6 g/L時，細胞沉降效果最好，分別在60 min和30 min時，細胞采收率達到最大，分別為98.0%和98.3%；但當絮凝劑濃度大于0.8 g/L時，細胞采收率反而下降，當三氯化鐵濃度為1.0 g/L和1.2 g/L時，小球藻最大采收率僅為84.7%和77.4%。

2.1.2 硫酸亞鐵 加入硫酸亞鐵后攪拌，小球藻藻液顏色由黃綠色變?yōu)槟G色，之后迅速變?yōu)辄S棕色，并出現(xiàn)絮凝物，顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)有許多黃棕色的團狀絮凝物，藻液顏色的變化可能與Fe3+在藻液中的顯色效果有關(guān)。由圖2可知，小球藻細胞的絮凝沉降效果隨硫酸亞鐵濃度的增加而增大，當絮凝劑濃度小于1.0 g/L時，總體沉降效果較差，最大絮凝采收率均未超過75%，而當硫酸亞鐵濃度為1.4 g/L時，藻細胞沉降效果最好，在90 min時最大采收率達到80.7%。

2.1.3 明礬 不同濃度的明礬對小球藻絮凝采收效果的影響如圖3所示。從圖3可以看出，當明礬濃度為0.6 g/L和0.8 g/L時，絮凝效果較差，最大絮凝采收率分別為47.0%和56.1%。當絮凝劑濃度超過1.0 g/L時，細胞采收率明顯提高，但隨著明礬濃度的進一步增大，采收率提高不明顯；當明礬濃度為1.2、1.6 g/L時，小球藻分別在60 min和30 min采收率達到最大，最大采收率分別為97.6%和98.2%。

2.1.4 硫酸鋁 如圖4所示，硫酸鋁濃度對小球藻細胞采收的影響較為明顯，小球藻細胞采收率隨著硫酸鋁鹽濃度的增加而增大，當硫酸鋁濃度為1.2 g/L時，細胞的絮凝采收效果最好，45 min時采收率達到最大96.2%，而硫酸鋁濃度為1.4 g/L時，小球藻細胞采收率反而下降，其絮凝效果與濃度為1.0 g/L時相當，120 min時最大采收率僅為68.5%。因此，以硫酸鋁作為小球藻的絮凝劑時，硫酸鋁的用量以1.2 g/L為最佳。

2.1.5 聚合氯化鋁 不同濃度聚合氯化鋁對小球藻的絮凝效果如圖5所示，當聚合氯化鋁的濃度分別為0.6、1.0、1.2 g/L時，3種濃度聚合氯化鋁對小球藻的絮凝效果相當，絮凝采收率都在沉降120 min時達到最大，分別為95.6%、95.8%和95.5%；當聚合氯化鋁濃度為0.8 g/L時，絮凝采收效果最好，絮凝采收率在沉降45 min時達到最大，為96.5%；但當聚合氯化鋁的濃度大于1.2 g/L時，隨著絮凝劑濃度的增大，絮凝效果反而降低，當聚合氯化鋁的濃度為1.6 g/L時，最大絮凝采收率僅為88.3%。

2.1.6 殼聚糖 如圖6所示，以殼聚糖作為小球藻的絮凝劑時，不同濃度殼聚糖處理細胞采收率隨著沉降時間的延長呈上升趨勢，但是總體上殼聚糖對小球藻的絮凝效果較差。不同濃度殼聚糖處理條件下，殼聚糖對小球藻細胞的最大絮凝采收率僅為49.2%。因此，殼聚糖作為一種高分子絮凝劑，對小球藻絮凝作用不明顯，不適合作為小球藻采收的絮凝劑。分析原因可能是水溶液中的離子強度較大和某些反鍵離子的屏蔽作用，妨礙了陽離子高分子絮凝劑靠近帶有負電荷的藻細胞，從而使高分子絮凝劑無法起到較好的絮凝沉降作用。

2.2 最佳絮凝劑的選擇

絮凝沉降法采收微藻時，絮凝劑濃度、絮凝時間和采收率都是評估絮凝劑性能的重要指標，對6種絮凝劑采收小球藻時的性能進行比較，結(jié)果如表2所示。綜合考慮絮凝劑的最大采收率和最佳絮凝時間，得到6種絮凝劑中明礬和三氯化鐵均適合作為小球藻絮凝采收的絮凝劑。

2.3 pH對絮凝效果的影響

選取絮凝效果較好的2種絮凝劑明礬和三氯化鐵，在兩者最佳絮凝劑濃度，即三氯化鐵濃度為0.6 g/L，明礬的濃度為1.6 g/L的前提下，研究pH對小球藻絮凝沉降效果的影響，結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7為不同pH對明礬絮凝小球藻的影響，當藻液pH 7或pH 8時，1.6 g/L明礬對小球藻的絮凝效果較好，最大絮凝采收率分別達到95.6%和97.4%；當pH 6時，不利于小球藻細胞的絮凝采收，最大采收率僅為79.1%。因此，偏酸性的條件不利于明礬對小球藻的絮凝采收，但是當pH大于9，沉降效果反而有所降低，這與報道的高pH有利于藻細胞的絮凝沉降結(jié)果不一致[10]，分析可能與所加絮凝劑所帶電荷受pH影響不同造成的。

不同pH對三氯化鐵絮凝小球藻的影響如圖8所示。當pH 6～10時，三氯化鐵對小球藻的絮凝效果相當，最大采收率均在97.1%以上，但是隨著pH繼續(xù)增大，絮凝效果反而下降，不利于對小球藻細胞的絮凝采收；當pH 12時，最大絮凝細胞采收率僅為87.34%。調(diào)節(jié)藻液的pH 10時，絮凝采收效果最好，最大采收率為98.2%。因此，偏堿性的條件有利于三氯化鐵對小球藻的絮凝沉降，但堿性不易過強。

不同pH條件下兩種絮凝劑對小球藻細胞的最大采收率如圖9所示。通過單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，當以三氯化鐵和明礬對小球藻進行絮凝沉降時，pH對小球藻細胞的最大采收率有顯著影響（P<0.05）。通過多重比較得知，當以三氯化鐵對小球藻進行絮凝沉降時，pH 6～9時，三氯化鐵對小球藻細胞最大采收率的影響差異不顯著；當以明礬作為絮凝劑時，所選pH范圍內(nèi)，不同的pH對小球藻最大采收率的影響差異顯著。

3 小結(jié)

本試驗所用的6種絮凝劑對小球藻都有一定的絮凝效果，金屬鹽類絮凝劑主要是通過吸附電中和、吸附架橋和卷掃網(wǎng)捕作用使藻細胞絮凝沉降[11]。Fe3+和Al3+等金屬陽離子可以中和帶有負電荷的藻細胞，使藻細胞間的排斥力降低，從而形成聚集體。在某些條件下，這些金屬陽離子還可以形成難溶性的鹽，從而通過卷掃網(wǎng)捕作用輔助藻細胞的絮凝沉降[12]。金屬鹽類絮凝劑中三氯化鐵和明礬的絮凝效果較好，當三氯化鐵和明礬的濃度分別為0.6、1.6 g/L藻液時，最大絮凝采收率分別達到98.3%和98.2%。硫酸亞鐵對小球藻的絮凝效果較差，高分子聚合物殼聚糖對小球藻的絮凝采收效果最差，小球藻細胞的最大絮凝采收率分別為80.7%和49.2%，因此兩者不適合作為小球藻采收的絮凝劑。pH對小球藻細胞絮凝采收效果有顯著影響，并且最佳pH與所采用的絮凝劑的種類有關(guān)。本試驗中，以三氯化鐵為絮凝劑時，在pH 10時最佳，而以明礬為絮凝劑時，pH 8時最佳。

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