微藻细胞的气浮法采收

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1、第21卷第期3海洋通报Vol.21，No.32002年月6MARINESCIENCEBULLETINJun.2002微藻细胞的气浮法采收111211曾文炉李浩然丛威李宝华蔡昭铃欧阳藩（1.中国科学院过程工程研究所，生化工程国家重点实验室，北京100080；2.北京华大基因研究中心，北京）100084摘要：实验以螺旋藻为模型藻种，较为系统地研究了气固比、气浮塔构造特性、溶气压力和溶气时间等操作条件对微藻气浮采收效率的影响。结果表明，调节藻液pH值为12.0可使藻液产生良好的絮凝性能；高径比较大的气浮塔具有更优越的采收效能；气浮采收率随气固比、溶气压力的增加以及溶气时间的延长而

2、上升。提出的气浮采收动力学模型与实验数据拟合良好。关键词：气浮分离；螺旋藻；微藻；动力学模型中图分类号：TQ028文献标识码：A文章编号：1001-6392(2002)03-0055-07引言微藻细胞富含蛋白质、脂肪、碳水化合物以及其它生物活性物质，是一类重要的生物资源，具有巨大的开发利用前景。但微藻细胞培养过程中生物量浓度通常较低，而且由于藻细胞密度与水体相当，传统的固液分离手段如离心、絮凝沉淀或过滤等，由于效率和成本等方[1]面的原因，不太适用于微藻领域。气浮分离是通过向水体导入气泡，使其粘附于絮粒上形成“气泡-絮粒”聚集体，从而大幅度地降低絮粒整体密度，并借气泡上升的

3、浮力使絮粒体上浮，由此实现固液快速分离的[2]一种新型技术。气浮法现已被广泛应用于发酵产品的浓缩、给水排水、废水处理、石油化[3，4]工、食品工业等诸多领域，并取得良好效果，但应用于微藻细胞采收的研究较少。本文以螺旋藻细胞培养液为实验对象，通过实验确定了藻液最适絮凝条件，在此基础上，研究了分离塔构造特性以及气固比、溶气压力、溶气时间等操作条件对藻细胞气浮采收性能的影响，并提出了相应的动力学模型，以期对生产实践提供相关实验依据。1材料与方法1.1藻种钝顶螺旋藻（Spirulinaplatensis）由烟台大学生化工程研究所提供。1.2气浮装置实验装置（图1）主要由空压机、饱和

4、溶气罐和气浮分离塔等部分组成。其中，溶气罐由碳钢制成，有效容积约50L，操作压力为0.1MPa～0.6MPa。分离塔有两种，均由有机收稿日期：2001-07-30基金项目：国家自然科学基金资助项目（）No.2977604456海洋通报卷21玻璃制成，其中细塔的内径和高度分别为32234mm和500mm，而粗塔则对应分别为40mm和。320mm1.3实验方法91.3.1气浮实验8先将藻液倒入气浮分离塔，再自塔底通入51经空气饱和的溶气水。实验开始后每隔一定时7间自距离液面下方5cm处的取样口用注射器6取出一定体积的藻液测定其光吸收值，计算采1.空压机2.进气阀3.安全阀4.压

5、力表5.溶气罐收率。为保证溶气水充分为空气所饱和，在实6.针形阀7.排液口8.气浮分离塔9.取样口验设定的溶气压力下，维持气体的溶解时间在1.AirCompressor2.Valve3.SaftyValve4.PressureGauge24h左右。5.Saturator6.NeedleValve7.DrainagePort1.3.2絮凝实验8.FlotationColumn9.SamplingPort取细胞培养液以Zarrouk培养基稀释得到图1实验装置与流程图一系列浓度梯度的样品。再以的3mol/LHClFig.1Schematicdiagramofdissolvedai

6、rflotationsetup或NaOH溶液调节藻液pH值。之后加入一定量的絮凝剂聚合氯化铝（PAC），由此得到一系列具有不同细胞浓度、不同PAC浓度和pH梯度的螺旋藻液。取藻液100mL，先在磁力搅拌仪上快速处理10min，再缓慢搅拌5min。之后，将其倒入150mL量筒中静置絮凝。每隔1min用注射器小心吸取下清液3mL，在分光光度计上测定其OD560，计算絮凝率。1.4测定方法1.4.1藻液浓度测定[5]以空白Zarrouk培养基为对照，在分光光度计(Beckman)上测定藻液在560nm处的光吸收值(OD560)，依此反映藻液浓度。藻细胞质量浓度(mg/L)：根据细

7、胞干重浓度与藻液OD560之间的标准曲线关系，由下式计算得到：藻细胞质量浓度（mg/L）×=0.6449OD5601.4.2气固比As的测定[2]参照陈冀孙的方法测定溶气水中空气体积浓度(mL/L)，并将其换算为质量浓度(mg/L)。结合前述藻细胞的质量浓度以及气浮塔中溶气水和藻液总体积，换算得到气固比As。1.5计算方法1.5.1絮凝率Y以OD560,0和OD560,t分别表示藻液在初始和t时刻的光吸收值，则絮凝率Y定义为：OD560,o-OD560,tY=×>100%OD560,o1.5.2采收率R以OD560