全 文 ：贴壁培养布朗葡萄藻净化工业废水的小试研究
邓雅雄a1 王 艳a2 汤 明3 杨期勇3 程鹏飞3
收稿日期:2016 － 3 － 26
通讯作者:程鹏飞，pfcheng1792@ 163. com。“a”表示共同第一作者。
(1 九江市科技局科学技术交流服务中心;2 九江学院电子商务学院;
3 九江学院鄱阳湖生态经济研究中心 江西九江 332005)
摘要:随着传统化石燃料短缺和环境污染日趋严重，微藻因其繁殖快、含油量高、固
碳效率高及易于与现代工业技术集成等优势成为近年来生物能源研究的热点。与其它微藻
相比，布朗葡萄藻更多的是合成与传统化石原料更相近的烃类。因此，通过生物炼制制备
的生物燃料与传统汽柴油更接近，更易于实现燃料替代。文章以布朗葡萄藻 Botryococcus
braunii SAG 807 － 1 为主要研究对象，尝试了含钴废水进行葡萄藻贴壁培养的可行性。结
果表明，含钴废水可用于葡萄藻 Bbraunii SAG 807 － 1 贴壁培养，并可以促进烃类的合成。
关键词:布朗葡萄藻 Botryococcus braunii SAG 807 － 1，贴壁培养，含钴废水
中图分类号:Q 949. 93 文献标识码:A 文章编号:1674 － 9545 (2016)02 － 0023 － (04)
随着世界工业的迅速发展，能源消耗急剧增
长，不可再生能源与资源的开发和利用正面临着
严峻的挑战。开发利用 “绿色”生物质可再生能
源，不但有助于缓解化石燃料日益枯竭给全球经
济发展带来的能源危机，还可以减少二氧化碳的
排放，有利于维护生态平衡，改善人类的生存环
境［1］。大力发展包括微藻在内的生物质能源代替
传统矿物燃料对经济的可持续发展、生态环境保
护等方面具有重要的战略意义。
在众多微藻中，布朗葡萄藻产生的烃组分和
结构与石油非常接近，燃烧后产热值高且对大气
CO2 含量无净增加，被认为是一种非常有潜力的
可再生能源［2］。传统悬浮培养光反应器培养各种
布朗葡萄藻的生物产率均较低，开发高效的光反
应器或培养方法成为关键。水在传统的藻类培养
方式中作用很大，但它是否可被替代了?近几年，
中科院青岛生物能源与过程研究所的刘天中等人
提出了一种新型的微藻贴壁培养方法［3 － 4］。它是
将藻细胞直接接种于滤膜 (纸)材料上形成生物
膜，通过培养基浸湿的滤膜为藻细胞提供营养盐
和水分，系统通入含 1% CO2 的空气提供碳源。
发现栅藻、葡萄藻、微拟球藻、筒柱藻 (硅藻)、
螺旋藻等均可实现良好的贴壁生长，生长速度与
藻种关系不大，但与光照强度、培养基组成有关，
一般在 4 － 10 gm －2·d －1左右。而栅藻缺氮诱导后
含油量可达 50%左右。
一直以来，布朗葡萄藻由于生长缓慢、培养
成本高等原因，葡萄藻高密度培养及商业化生产
还未能实现，仍处于实验室研究阶段。因此，寻
求最适的生长条件、提高细胞增殖速度、降低培
养成本是首要问题。许多人对葡萄藻生长的适宜
条件进行了研究，并取得了不少成果。但从最近
十几年来的报道结果看，相互之间的差异很大，
问题主要集中在培养基条件以及各种基本营养元
素上［5 － 6］。培养基是藻类生活的直接介质，对于
藻类的生长、发育、繁殖和其它生命活动发挥着
重要的作用。目前，可用来培养葡萄藻的培养基
配方很多，主要有 Chu 13、Chu 10、BBM、BG11、
Prat medium等［7 － 8］。微藻可直接利用的氮源形式
主要是 NH4
+，其它形态的氮源都要经过氧化还原
转化成铵态氮供藻类利用。微藻虽对铵态氮和硝
态氮都能吸收和利用，但在吸收的速度和利用的
2016 年第 2 期
No. 2，2016
九江学院学报 (自然科学版)
Journal of jiujiang University (natural sciences)
(总第 113 期)
(Sum No. 113)
情况方面有差异。硝酸盐的还原需要能量，所以
在能量不足时，硝酸盐对藻细胞生长的效用就低
于铵盐。除微藻生长代谢过程中对 C、N 等大量
元素的需求外，微量元素对微藻的培养生长影响
不可低估。众所周知，布朗葡萄藻是光能自养型
生物，在其光合作用生长过程中能够吸收大量的
氮、磷等营养物质，从而可以降低水体中的营养
负荷，净化水质。Sawayama 等研究人员用经过二
次处理的生活污水 (Second Treated Sewage，STS)
培养布朗葡萄藻，发现生活污水中的氮和磷含量
大大减少，而同时有毒重金属元素砷、铬、镉等
的浓度也大为降低［9］。在优化培养基及培养基条
件的基础上，利用废水培养葡萄藻可以净化环境、
降低培养成本，为葡萄藻商业化生产生物燃料奠
定基础。
文章结合贴壁培养反应装置的特殊性及前人
的实验研究，主要考察研究了电镀厂排放的含钴
工业废水对布朗葡萄藻 Bbraunii SAG807 － 1 贴壁
培养生长及烃积累的影响，以期优化葡萄藻贴壁
培养工艺。
1 材料与方法
1. 1 实验试剂
所用化学试剂均为分析纯，正己烷、甲醇、
氯仿、乙醇、硫酸、盐酸、K2HPO4·3H2O、磷酸
缓冲液、液氮、柠檬酸、柠檬酸铁铵、NaCl、Na-
CO3 · 7H2O、Na2EDTA、NaNO3、H2O2、Tris －
HCl、MnCl·4H2O、Co (NO3)2·6H2O 分别由国
药集团、Sigma公司和天津巴斯夫等公司提供。
1. 2 实验藻种
藻株:A品系布朗葡萄藻 (Botryococcus brau-
nii SAG 807 － 1，A race)购买于德国哥廷根大学。
布朗葡萄藻种子液培养:将培养至对数期葡
萄藻接种于 Chu 13 培养基中［10］，并在玻璃柱
(高 80 cm × 直径 5 cm)培养中，使其初始培养
浓度约 0. 1 g·L －1，温度 25 ± 1℃，连续光照强
度 100 ± 10 μmol·m －2·s － 1，通入含有 1% CO2
(v /v)的压缩空气 (0. 1 MPa)，气体流速为 0. 1
vvm，培养液的 pH值约 7. 5 左右。
1. 3 布朗葡萄藻贴壁反应器及生物量，烃类的测
定
文章所用贴壁反应装置见图 1。培养基在培养
过程中循环使用，定时补充适量蒸馏水，以免蒸
发。文章贴壁培养条件与种子液培养条件相同。
布朗葡萄藻 B. braunii SAG807 － 1 贴壁培养生物量
测定采用干重法［4］，烃类提取与测定采用正己烷
试剂法［11］。
图 1 葡萄藻贴壁培养反应装置
1. 4 含钴废水应用于布朗葡萄藻的贴壁培养
将布朗葡萄藻 B. braunii SAG 807 － 1 种子液培
养 14 d后，在温度 25 ± 1℃，连续光照强度 100
± 10 μmol·m －2·s － 1，1% CO2 (v /v)条件下接
种于含钴废水中 (由青岛黄岛废水处理厂友情提
供)，培养 8 d后，研究葡萄藻贴壁培养生长及烃
类积累情况。
2 结果与讨论
文章将废水处理厂提供含钴废水与正常 Chu
13 培养基在相同条件下贴壁培养，比较研究其生
长 (图 2 a和 b)与烃积累 (图 2 c)情况，其中
含钴废水各指标见表 2。由图 2 a 和 b 可看出，葡
萄藻 Bbraunii SAG 807 － 1 在含钴废水及正常 Chu
13 培养基下长势相当，培养 8 d 后含钴废水贴壁
培养葡萄藻生长状况略优于正常培养基下培养，
分别约为 6. 0 g·m －2·d －1与 5. 6 g·m －2·d －1。
对于烃类积累而言 (图 2 c)，葡萄藻在含钴废水
中烃含量明显高于正常 Chu 13 培养基中的含量，
分别约是 60. 2%和 51. 2%;而相应的含钴废水贴
壁培养葡萄藻生物产率为 3. 6 g·m －2·d －1，高于
正常 Chu 13 培养基中的 2. 9 g·m －2·d －1。
·42· 九江学院学报 (自然科学版) 2016 年第 2 期
图 2 含钴废水对葡萄藻贴壁培养生长与烃积累的影响
同时，实验还观察了葡萄藻 B. braunii SAG
807 － 1 在含钴废水与正常 Chu 13 培养基贴壁培养
8 d的细胞显微图 (见图 3)。
从图 3 的光学显微照片可看出，葡萄藻在正
常 Chu 13 培养基中贴壁培养藻细胞较为鲜绿 (图
3 a)。对比图 a 与 b 可看出，整个藻体细胞串状
集落生，类似成串葡萄，由形态不规则且长短各
图 3 葡萄藻在含钴废水与正常培养基贴壁培养下藻细胞显微图
异的绳索状透明胶质部分———折射绍丝连接
而成外型不规则或略近球形的复合集落。相比较
而言，葡萄藻 B. braunii SAG 807 － 1 在含钴废水中
培养，藻细胞中脱落在培养基中 “杯鞘”较正常
Chu 13 培养基中的多，而且培养基中分散的透明
颗粒状堆积物也较正常培养基中多 (图 3 b)，这
些或许是分泌烃类的产物。
总之，葡萄藻 B. braunii SAG 807 － 1 在含钴废
水中贴壁培养生长与烃类的积累均优于正常 Chu
13 培养基，这可能与培养基营养组分有关。含钴
废水各参数指标详见表 2。
表 2 含钴废水各参数指标
Items pH Na + NH4 + K + Mg2 + Co2 + Ca2 + Cl － NO3
－ SO4
2 － TOC
Sewage
(mgL －1)
8. 3 1250 20. 8 51. 37 40. 94 0. 86 108. 5 155. 4 52. 6 272. 2 84. 3
从表 2 可看出，含钴废水中各营养元素组分
含量都比正常 Chu 13 培养基要高，这样对于藻类
的生长及其次生代谢物的合成都是有利的。因此，
利用贴壁培养方式处理含钴工业污水，不仅可以
生产较高的生物燃料烃类，而且净化了环境。与
此同时，贴壁培养在采收过程中藻细胞与培养基
是分离的，这更有利于节省成本，方便培养基的
循环使用与排放，对藻类规模化培养与环境控制
都有重要意义。
3 展望
随着经济的发展，环境问题尤其是水环境问
题日趋严重，生活污水、农畜牧污水及工业污水
等亟待解决。微藻包括布朗葡萄藻在内，是光能
自养型生物，在藻细胞生长过程中可以吸收大量
的氮、磷及一些金属元素，从而降低水体的营养
负荷，改善水环境。近年来，以生活污水与农畜
牧污水培养藻类的研究成为热点，但关于工业废
水对藻类培养生长的影响较少。布朗葡萄藻
Bbraunii SAG 807 － 1 在贴壁培养下对于金属微量
元素钴的去除效率较高。因此，在尝试利用葡萄
藻贴壁培养净化工业污水的同时，进一步综合开
发利用微藻生物质资源的潜力。
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·52·第 2 期 邓雅雄，等:贴壁培养布朗葡萄藻净化工业废水的小试研究
防止自行车资源浪费。
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点密度，尤其是公园、超市、公交车站等地。
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等优惠方式，例如乘坐地铁后换乘自行车 1h 内免
费等。
Evaluation of the Site Lock Pile Configuration
of Public Bicycle System
FANG Jun1，WANG Ｒuijie1，ZHAO Wenjie2
(1． School of Finance，Anhui University of Finance ＆ Economics;2． School of Finance ＆ Public
Management，Anhui university of Finance ＆ Economics，Bengbu Anhui，233030，Chian)
ABSTＲACT This paper aimedat the operationproblem of Wenzhou Lucheng District public bicycle service sys-
tem． Based on a 20 － day bicycle borrowing dataprovided by management center，weconstructed distance model and the
TOPSIS comprehensive evaluation model by using graph theory and dimensional analysis． City public bicycle use frequency
and the site use were analyzed in SPSS and MATLAB and other software． Based on the result of TOPSIS model，wecarried
out a comprehensive evaluation on city public bicycle system and the problems existedin Luquan district public bicycle op-
eration． Ｒecommendations for improvementwere proposed．
KEY WOＲDS Public bicycle service system;Dijkstra algorithm TOPSIS;comprehensive evaluation model
(责任编辑 李 平)
(上接第 25 页)
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(责任编辑 宁梵西)
·63· 九江学院学报 (自然科学版) 2016 年第 2 期