全 文 ：第26卷 第5期
2014年5月
Vol. 26, No. 5
May, 2014
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2014)05-0509-14
DOI: 10.13376/j.cbls/2014075
微藻规模培养技术研究进展
刘天中1*，张　维1，王俊峰1，郎　莹2，张　静2
(1 中国科学院青岛生物能源与过程研究所，中国科学院生物燃料重点实验室，青岛 266101；
2 新疆庆华能源集团，伊犁 835100)
摘　要：产油微藻是最具潜力的生物能源油脂资源之一，有关微藻生物能源的技术研究开发近年来受到国
内外持续重视。微藻能源生产是一个涉及到从藻种、规模培养技术与装备，到能量转化加工全产业链的复
杂过程，其中以解决微藻生物量资源的规模培养是整个产业过程的核心。从微藻的产能潜力分析出发，对
微藻的光自养与异养模式以及微藻的开放池和光反应器培养研究进展进行了总结，特别分析了近些年发展
起来的微藻序贯式异养—稀释—光诱导和贴壁培养技术等。并对涉及微藻培养的相关技术包括光能利用、
水源和二氧化碳源解决，以及污染及其控制研究进展进行了分析。在此基础上，提出微藻规模培养必须以
高效抗逆工业性状和高值化学品联产特色藻种的选育， 与装备创新为重点和突破口，并将废气 /废水等利用
与规模培养相结合，从而构建起与环境处理相耦联的微藻能源—高值化学品多联产产业技术体系。
关键词：微藻产能潜力；培养技术；废气废水利用
中图分类号： Q949.93；TE667 文献标志码：A
A review of mass cultivation technology for microalgae
LIU Tian-Zhong1*, ZHANG Wei1, WANG Jun-Feng1, LANG Ying2, ZHANG Jing2
(1 Key Laboratory of Biofuel, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences,
Qingdao 266101, China; 2 Xinjiang Kingho Energy Group Co., Ltd., Yili 835100, China)
Abstract: Oleaginous microalgae has been taken as one of significant potential feedstocks for biofuel production,
more and more attentions have been paid on the R&D in order to promote the industrialization. Among the whole
chains of microalgae biofuel production, mass cultivation of microalgae is thought to be the bottleneck. In this
article, the theoretical photosynthesis efficiency of microalgae biomass based on solar utilization was calculated
which is helpful to clear the dispute on the potential productivity of microalgae. The characteristics of cultivation
modes of microalgae in phototrophic, heterotrophic and mixtorphic, and the progresses of mass cultivation in open
pond and photobioreactor were summarized. A discussion on the novel sequential heterotrophy-dilution-
photoinduction technology and attached cultivation technology was also made. Related technologies with
microalgae mass cultivation including light, CO2, water and the contamination control were analyzed. In order to
promote the commercialization of microalgae biofuel, further breakthrough on screening of high oil content
microalgae species with environmental robustness, novelty of efficient mass cultivation method and equipment,
cultivation associated with the treatment and utilization of waste water and flue gas, and integrated system for
energy and valued products production were necessary.
Key words: potential productivity of microalgae; cultivation technology; utilization of waste water and waste
carbon dioxide
收稿日期：2013-09-29； 修回日期：2014-02-20
基金项目：中科院太阳能行动计划项目(KGCX2-EW-309)和新疆庆华能源集团合作项目
*通信作者：Tel: 0532-80662735; E-mail: liutz@qibebt.ac.cn
生命科学 第26卷510
能源是维系人类社会发展的基础，目前全球正
面临着能源紧张的关键性难题，解决能源危机直接
关系到全球经济的可持续发展。寻找可替代的能源
已成为当今世界的关键性课题。由于生物能源的绿
色性和可再生性，其被认为是解决全球能源危机的
最理想途径之一。近年来，国际上形成了生物质能
源开发的热潮，其中利用油料作物生产生物柴油和
利用产淀粉作物生产乙醇成为生物质能源产业化开
发的主流。专家预测，生物质能源将成为未来能源
的重要组成部分，到 2015 年，世界总能耗将有
40%来自生物质能源 [1]。生物柴油因其物化和使用
性能与传统石化柴油非常相近而成为液体生物燃料
发展的重点之一。近年来，世界生物柴油年产量已
超过 350万 t，预计 2010年可达 3 000万 t以上。
这些生物柴油的原料来源主要以菜籽油为主，约占
84%，其他如向日葵油占 13%，大豆油占 1%，其
他占 2%。但是与国外相比 , 我国油脂资源短缺，目
前的生物柴油生产主要以餐厨废弃油脂 (地沟油 )
为原料，近些年在云南、四川、贵州等地发展起相
当规模的麻疯树种植，但由于油果产率低、收集困
难等原因，迄今还未能形成明显的油脂产能。而微
藻是分布广泛的光合生物，具有生长速度快、产率
高、不占地、耗水少的优势，某些微藻种类可以在
胁迫条件下积累大量的油脂，因此微藻是一个比较
理想的油脂生物资源 [2-3]。20世纪 70年代美国首
先开展微藻生物柴油技术研究“Aquatic Species
Program”[4]。近 10年来，由于人们对传统化石能
源资源短缺的忧虑，特别是对因化石能源大量使用
排放的温室气体导致全球气候环境变化的普遍担
心，碳排放中性的生物柴油再一次受到了巨大关注，
而微藻生物柴油因其可与二氧化碳减排与废水处理
相耦联，技术研究热潮再次兴起。
1　微藻的产能潜力与培养模式
1.1　微藻的理论产率
微藻作为生物柴油资源具有：①含油量高：某
些单细胞微藻可积累相当于细胞干重 50%~70%的
油脂，这是其他任何油料作物都无法比拟的；②不
与人争粮、不与粮争地：许多微藻的培养对水质要
求不高，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠、山地丘
陵进行大规模培养，也可利用海水、苦咸水、废水
等非农用水进行培养；③具有环境减排效应：理论
计算每合成 1吨微藻生物质需要固定 1.83吨 CO2。
对废水中氮磷去除利用率高，且可从水体中富集重
金属，从而实现水体环境修复等优势，但根源在于
其高的光合效率 [2]。但微藻的理论效率到底有多高，
文献给出的结果并不一致。
按照 Boyer[5]、Tredici[6]和 Zhu等 [7]的光合效
率计算方法，微藻每光合固定 1 mol的 CO2所储存
的能量约为 477 kJ。而微藻固定 1 mol CO2需要 8
mol的可见光光子。每摩尔可见光光子的能量约为
217 kJ。
太阳到达地表的全部能量约为 20~24 MJ/m2/d。
可见光能量只占全部太阳能的 45%左右。微藻光
合作用只能利用这些可见光。因此，理论上微藻对
全部太阳能 (全光谱 )的光合利用效率为：
如果仅对可见光，则其光合效率为：
不同藻种与培养方法，其细胞组成有很大差别，
但生物质完全燃烧热值差别不大，大致范围在 20~
23 MJ/kg。 据此，微藻 12.4%的理论光合效率相当
于生物质产率 (理论产率 )为：
按照上述效率，微藻单位面积的生物柴油产率
将高于 Chisti给出的 10 410~69 400 L/hm2结果 [2]。
按一年培养 250 d计，每公顷每年微藻生物质产量
理论上可达 300 t，与此相对应，其理论二氧化碳固
定量达 540 t/hm2/a。
然而目前实际的微藻培养产率远达不到这个水
平。仅以目前已实现规模化养殖的螺旋藻为例，开
放池养殖平均水平只有约 30~45 t/hm2/a(当然由于
地域不同导致了光照、温度的差异，其实际产量略
有不同 )。而对于产油微藻，培养后期因缺氮诱导
产油时生长速度更慢，因而其产率比螺旋藻更低。
显然以目前的这个微藻产率，大规模培养意味着超
大面积占地 (无论这个土地是沙荒地还是盐碱地 )，
微藻作为能源生物资源的优势也就存在问题。
从理论上讲，相比于传统油料作物，微藻作为
生物柴油资源有巨大潜力，但离大规模产业化还有
巨大差距。如何突破微藻的大规模培养技术，充分
发挥微藻的产能潜力，大幅度提高培养效率将是推
动和实现微藻生物能源产业化的核心关键 [8-9]。
1.2　微藻培养的模式
所有的微藻都是光合生物，通过光合作用固定
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 511
CO2合成生物质，这一方式称为光自养。光自养是
微藻最主要的培养模式。它利用藻类进行光合作用
的能力，直接利用太阳光、水和 CO2合成油脂，培
养过程中只需要添加各种无机的营养盐维持细胞生
长的需要。一般地，产油微藻的培养过程分为两个
阶段：第一个阶段是在营养丰富的条件下藻细胞增
殖和膨大，积累大量的生物量，其突出特征是细胞
生长速率快，但细胞内积累很少的油脂，而主要是
蛋白质和碳水化合物等；只有当这些细胞转入营养
缺乏的环境 (尤其是氮的缺乏 )，才能诱导细胞积
累油脂。这一阶段称为油脂诱导阶段，但在这一阶段，
由于营养的缺乏，细胞的生长速率明显降低 [10-11]。
微藻光自养的能量来自于太阳光。由于培养水体对
光的反射、折射，以及藻细胞的吸收与遮光作用等
而使光照强度在水体中沿入射光方向迅速呈指数性
衰减，因此，只有极薄的表层水体有较为充足的光
照强度，微藻光合作用也主要发生在这一薄层区域，
而在中下层水体中由于光照缺乏而很少或不发生光
合作用，因此，在目前微藻的开放式跑道池或各
类光生物反应器培养，其细胞培养密度一般不超过
10 g/L，面积效率一般只有 5~30 g/m2/d，含油量在
25%~35%左右。大规模下的开放池培养更低，一
般只有 0.7~1 g/L细胞浓度，10 g/m2/d 的面积效率
和 30%左右的含油量。
除了光自养，还有部分微藻同时可利用有机碳
源如葡萄糖等通过发酵合成生物质，这一方式称为
异养。这些能够利用有机碳源的微藻在光照和有机
碳源的存在下同时进行光自养和异养，称为混养。
这种混养也可先用有机碳源进行异养再转入光自
养，或先光自养再转入有机碳源培养基中进行异养。
目前能够利用有机碳源微藻种类不多，主要包括
Chlorella vulgaris、Haematococcus pluvialis、
Arthrospira (Spirulina) platensis、Selenastrum
capricornutum和 Scenedesmus acutus等 [12]。微藻无
论是采用异养或混养模式，由于采用有机碳为能源
来源，微藻的生长速度和培养密度明显高于微藻的
光自养。Azma等 [13]发现，Tetraselmis suecica在完
全黑暗的异养培养条件下获得了比正常自养条件高
2~3倍的生物量产率； Xu等 [14]发现一种异养小球
藻 Chlorella protothecoides，其在异养下的油脂含量
比光自养高出 40%。微藻可以利用许多种类的碳源，
如葡萄糖、甘油、半乳糖、蔗糖、甘露糖、乳糖等。
利用玉米粉的水解液培养微藻，获得了 2 g/L/d的
生物量产率和 932 mg/L/d的油脂产率。Xiong等 [15]
在 5 L的发酵罐中采用葡萄糖的批次流加策略，小
球藻细胞培养密度达到了 100 g/L以上，细胞油脂
产率达到是 3 700 mg/L/d。李兴武等 [16]研究了普通
小球藻异养—光自养串联培养工艺， 48 h异培养结
束时细胞浓度达到了 13.17 g/L。 Zhang等 [17]研究
了葡萄藻的混养，结果表明葡萄藻经过 19 d的混养，
细胞密度和烃含量分别达到了 4.55 g/L和 29.7%，
培养效率明显高于传统的纯光自养。
微藻培养模式的比较如图 1 所示。
图1　微藻培养的模式
需要指出的是，微藻的异养或混养生长速率和
细胞浓度比光自养有很大的提高，且异养不依赖于
自然光照与温度条件，从而在大规模生产下对土地
面积的需求大为降低，短期内有可能实现大规模工
厂化生产 [18]，但是利用微藻作为生物能源生产的原
料资源，其最重要的出发点在于通过微藻实现光能
到生物质能的转换以及 CO2的固定。显然，微藻的
异养过程只利用了微藻作为微生物的“发酵”特性，
而没利用其 “光合固碳”特性，培养过程不利用光能，
也不吸收固定 CO2，反而是放出 CO2。虽然最近
Xiong等 [19]研究了小球藻在光自养—异养过程中
CO2的行为，发现有异养过程的 CO2释放量较纯异
养降低了 63%，即部分发酵产生的 CO2被异养微藻
所固定，从而实现了光自养—异养串联过程 CO2的
“double fixation”。但总体而言，其还是一个需要释
放 CO2的过程。以葡萄糖等为有机碳源的异养在短
时间内能够实现高密度高生物量和高油脂的积累，
是将太阳能固定过程 (较慢的过程 )转嫁给其他产
糖 (或其他碳水化合物 )植物的结果。况且陆生植
物的光合效率与生长速度要比微藻光自养还要低很
生命科学 第26卷512
多。此外，葡萄糖及其衍生物 (如各种淀粉原料、
糖质原料 )资源既是工业生物技术产业的“粮食”，
也是最主要的食品饲料资源。如何解决非竞争性
“糖”源问题，是影响微藻异养培养大规模生产生
物柴油的经济性和可持续性的关键。
2　藻类规模培养技术研究现状
人类很早就有微藻培养生产的历史，在非洲很
早就开始在天然的湖泊中养殖螺旋藻作为食物的来
源，在第二次世界大战期间欧洲也曾大规模养殖微
藻以解决粮食的短缺，东欧、以色列和日本在 19
世纪 70年代就已开始了微藻的商业化生产 [20]。随
着微藻在食品、保健品、蛋白质、饲料以及高值化
学品生产中的应用越来越大，大规模的工厂化养殖
逐步发展起来，形成了目前以开放池和各类密闭式
光生物反应器为主的两大类微藻培养技术体系。
2.1　微藻培养技术
2.1.1　开放池培养
开放池培养是指微藻在与环境直接接触的各类
池塘结构体系中进行的培养。培养池的结构主要包
括跑道池、圆池以及其他各种非密闭式的培养系统，
如图 2所示。其中跑道池是目前应用最多的结构。
开放式的跑道池是一种形状类似于跑道的长方
形水池，长宽比一般为 10：15，池中间沿长度方向
设有长度为池子总长 90%以上的分隔体将池子分
为对称两半，池顶一般为半圆形。在池子的一端或
两端安装有踏板式搅拌桨，旋转的搅拌桨推动水体
流动、循环与气液交换。运行水深一般维持在
15~20 cm，也有的采用 40~70 cm的深层。搅拌速
度一般维持在水流速度 10~20 cm/s。单个开放池的
大小因地而异，目前螺旋藻等的大规模培养主要采
用开放式跑道池，其长度一般为 100 m，宽为 10 m，
搅拌机功率为 1 W/m2。
由于开放池的水体深度较低，如果通入含 CO2
的气体进行培养基补碳时，气泡在水体中的停留时
间短，气液传质效果差，CO2的吸收利用率很低，
因此目前开放池培养很少靠通入含 CO2的气体来补
碳，而多靠大气中的 CO2在培养液面表面的自然扩
散传质或采用碳酸氢钠作为碳源。另一方面，由于
光在水体中的迅速衰减，而开放池的搅拌方式又很
难实现水体沿光程方向的混合，因此，开放池培养
中藻细胞的光合作用主要发生在表层极薄水体中，
水体空间利用率低。碳不足和光能利用率低可能是
开放池的培养效率低 (一般 5~25 g/m2/d)和培养密
度低 (小于 1 g/L)的重要原因 [20]。
为解决开放池气相补碳的困难，丛威等 [21]对
开放池结构进行了改变，在开放池的一端设置一个
小的深阱，在深阱底部安装气体分布器。通过这个
设计，通入的气体与培养基液体的接触时间增长，
同时通过碳酸钠—碳酸氢钠缓冲培养基的设计，较
有效地提高了 CO2的利用率，可实现开放池的气相
补碳。 在此基础上提出了开放池的浅池 (5 cm)操作，
结果证明其培养效率和培养密度较传统开放池深池
明显提高，同时降低了培养水耗。此外，为改善开
放池的液体混合状态，特别是强化培养基中藻细胞
在光程方向的明暗穿梭，从而提高了藻细胞的受光
机率，诸发超等 [22]在开放池底部加装了楔形档块，
研究表明这种楔形档块可使开放池底产生湍流流
动，从而强化了混合传质和明暗交换。美国的
Algenol公司提出并采用一种密封式培养池培养产
乙醇基因工程蓝藻 [23]。培养池为 1.5 m宽，15 m长
的的沟槽，铺上塑料薄膜来代替传统的跑道池的水
泥结构，池上面覆盖透明膜。每个培养池单体大约
能培养 4 m3的藻液。培养过程通入含 CO2的气体。
这些气体一方面可用于培养过程的补碳，另一方面
气体从培养液表面逸出时对乙醇有气提作用，部分
图2　两种典型的微藻培养开放池结构 （左：圆池；右：跑道池）
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 513
乙醇进入水饱和的逸出气体中，乙醇与水蒸气在密
封膜顶因冷凝作用而产生的含醇冷凝液沿膜表面流
入收集器中。通过这个过程实现了蓝藻乙醇的连续
培养与连续分离。这一系统实际上可看作是一种封
闭的跑道池 (图 3)。
总体而言，开放式培养池具有结构简单，建造
费用与运行成本低的特点，但缺点也非常明显：(1)
由于开放池与周边环境完全开放，外界其他的物种
对培养体系的侵染较为严重。因此，适合开放养殖
的微藻品种必须具有较高的竞争性优势，即高生长
速率、高敌害防御性、高溶解氧耐受性等，才能够
使其在开放池系统中始终占据主体地位，不被其他
外源物种所取代。然而，美国能源部花费 20年时间，
对 3 000余种微藻品种进行分类筛选，未能发现一
种微藻品种能够既适合开放式培养，又能够保持高
的油脂含量 [4]。(2)开放池培养直接暴露在空气中，
水分蒸发较快，培养水耗很高。(3)环境条件 (光照、
温度、湿度等 )的波动直接影响开放池系统的培养
条件，不能实现工业化过程与条件的控制，因而难
以获得高的培养效率和培养密度。这些问题正是制
约开放池系统在能源微藻大规模培养应用中的关
键 [24-25]。
2.1.2　密闭式光生物反应器培养
密闭式的光反应器是针对开放式跑道池产率
低、易污染和难控制等问题开发出的封闭式反应器
结构。自 20 世纪 90 年代以来，涌现出了大量封闭
式光反应器结构，如图 4所示。这些结构设计的核
心目标在于如何提高光能利用率。所采取的手段主
要是缩短光程 (如薄腔室、细管 )以及强化明暗交替。
目前研究最多和应用规模较大的光反应器主要有平
板式、管道式、气泡柱式等。平板式光反应器最早
是由 Miller于 1953年首先提出用于微藻的培养；
1986年，Ortega 和 Roux利用可透光的 PVC材料
首次开发出了用于室外培养的平板式光反应器。在
此后的 20年间，许多研究者设计出了多种不同形
式光反应器以用于各种不同微藻品种的培养。该反
应器单位面积高的光照通量及短光路的设计使其具
有较高的光能利用率，而且相对于管式反应器培养
液内的溶解氧也可以得到较好的释放，因此可以获
得高的细胞培养密度以及高的光合作用效率。管道
式是目前光反应器中最适合室外培养的一种。一般
采用透明的直径较小的硬质塑料或玻璃、有机玻璃
管，弯曲成不同形状构建而成，利用空气泵或气升
系统实现培养物在管道内的循环。在诸多的封闭式
光生物反应器中，管状光生物反应器发展最快，目
前主要有水平管式、螺旋盘绕管式、环形管式等几
种形式 [26]。管式反应器本身的特点使其具有大的光
照表面积，但是这种设计又对规模化放大造成困难。
在管道式反应器放大过程中，如果不改变管路的长
度以及占地面积，就势必要增加管道的直径，而管
子直径的增加又会导致管中心光强不足。另外管道
内温度的控制也是一个难题。
无论采用何种形式的密闭式光反应器，反应器
单体体积都比开放式跑道小得多，因此大规模应用
势必需要大量的反应器，大大加大了系统投资。为
降低成本，用塑料膜来代替玻璃和有机玻璃制造光
反应器是一个合理的选择。然而塑料膜的承压强度
低，因此这类塑料膜光反应器也难于放大。美国
Solix公司开发了一种水浮薄膜吊袋式微藻培养系
统 (图 4-I)。将数百米长的吊袋悬浮于水池中，一
图3 封闭的跑道池用于产乙醇基因工程蓝藻的培养与乙醇连续收集[22]
生命科学 第26卷514
方面供助水的浮力来减轻塑料膜的承压，另一方
面也可利用水池中的水来实现吊袋培养系统的温
度缓冲。其经过 1 a左右的运行，结果表明其两
株微拟球藻 Nannochloropsis oculata (CCMP 525)和
Nannochloropsis salina (CCMP 1776)平均生长速率
为 0.16 g/L/d (峰值 0.37 g/L/d) 和 0.15 g/L/d (峰值
0.37 g/L/d)，具有较好的培养效果 [27]。
此外，还有结合开放池与密闭式光反应器各自
的特点而发展起来的杂交反应器系统，如先开放池
培养再转入光反应器培养，或先光反应器培养，再
转入开放池培养的串联杂交系统等。最近中科院青
岛生物能源所开发了一种开放池与平板式光反应器
通过水泵连接实现培养液周期性在开放池和光生
物反应器内循环的培养装备，建立了 20个单体为
24 m2，容积为 3 m3的中试系统。结果表明微藻培
养产率可达到 17~20 g/m2/d，较单纯的开放池培养
提高了 1 倍。
总体而言，开放池和密闭式光生物反应器各自
优点明显，但缺点也明显。如何选择，不单纯是一
个培养的问题，还要结合目标产品、藻种特性、地
域环境等进行综合考虑。Jorquera等 [28]对开放池和
光生物反应器用于微藻能源的生产进行了全生命周
期分析，结果发现培养效率、物能消耗、装备投资
是影响微藻能源经济性的最主要因素。利用现有的
开放池和光反应器培养技术来生产微藻能源，成本
上难有竞争力。
2.1.3　序贯式异养—稀释—光诱导的微藻培养技术
大规模光自养下微藻种子液的准备要经历从琼
脂板→摇瓶→多级种子培养反应器的逐级放大的过
程，过程复杂、效率低，而低密度接种的规模培养下，
微藻生长速率低、培养效率低、时间周期长、占地
面积大。特别是低密度接种液在与其他杂菌与原生
动物等污染敌害生物的竞争中不具群体优势而导致
严重污染发生。为此，李元广等 [29]发展了一种序
贯式异养—稀释—光诱导的新工艺。在这种方式中，
异养主要用于快速制备微藻种液，然后将高密度的
种液稀释到光自养培养基中，在开放池或光反应器
中进行光诱导，从而实现微藻的快速生长，蛋白质、
色素或油脂的积累。例如用该技术对多株小球藻的
培养表明，当异养的小球藻种子液稀释到 2~5 g/L
图4　各类微藻培养光生物反应器
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 515
的自养体系中，经过 12 h光诱导，藻蛋白和叶绿素
含量可达到 50.87% 和 32.97 mg/g，几乎与传统的
全部光自养过程相当，24 h诱导后的细胞含油量最
高可达 26.11%，比光诱导前提高了 70%~120% (图
5)。对三株小球藻 Chlorella pyren oidosa、 Chlorella
ellipsoidea和 Chlorella vulgaris的种子培养效率表
明，采用异养方式，其效率较光自养的种子培养效
率分别提高了 20.9、26.9 和 25.2倍。利用这些异养
种子液进行光稀释诱导大规模培养，藻细胞产率较
传统光自培养种子的诱导培养提高了 1.91、 1.51 和
1.48倍 , 油脂产率分别提高了 1.66、1.37和 1.42倍。
显然利用这种方式来高效制备微藻大规模培养的种
子液，一方面降低了传统纯异养过程对有机碳源的
过度依赖，也显示了其用于微藻大规模培养时在生
物质产率和油脂产率上的一定优势，但这种方式只
适用于某些少数能够异养的藻种。
2.1.4　微藻的生物膜贴壁培养技术
无论是开放池还是光生物反应器培养，微藻是
在大水体中悬浮培养的。大量水体的存在是导致微
藻培养效率较低 (光在水体中的衰减 )、能耗高 (搅
拌、通气、采收 )、水耗大 (培养密度低 )和放大困
难 (透明材质不耐水体压力 )的重要原因。因此，
近些年来人们开始关注微藻的生物膜培养方法。
Shi等 [30] 提出了一种三明治材料的藻细胞固定
化生物膜培养方法来处理含氮污水，其结构如图 6
所示。微藻固定在三明治材料的两侧外层表面，中
间层为一种持水量大的多孔纤维材料，而外层则是
孔度较致密的亲水材料。将该三明治材料垂直固定
起来，并置于光照环境中。培养操作时，将含氮污
水通过泵送到三明治材料的中间层上方，水沿中间
层向下流动使中间层保持大量水份，流下的水进入
收集池重新循环。夹层外侧材料则通过毛细孔浸润
给藻膜提供水 (培养基 )。这样在光照条件下藻膜
将污水中的氮进行固定利用。利用小球藻和栅藻的
9 d循环培养实验结果显示，污水中的氮可去掉
90%。该研究没有测量微藻的生长速度，但从其测
定的微藻叶绿素含量变化来看，其生长速度很低。
Boelee等 [31]提出了类似的结构，建立了废水
处理的中试系统，结果表明，藻膜的生长速度可达
到 2.7~4.5 g/m2/d，废水中的氮磷去除速度分别达到
0.13 g/m2/d和 0.023 g/m2/d。
Johnson和Wen[32]将小球藻接种在泡沫塑料表
面，并将泡沫塑料块置于装有少量培养基的玻璃水
槽中，周期性往复摇动水槽，藻细胞生物膜将周期
性地暴露于空气中，在光照条件下实现了微藻的贴
壁培养 (图 7)。结果表明，小球藻生物膜分别在培
养 6 d、10 d和 15 d后其密度可达到 20 g/m2、30 g/m2、
35 g/m2，生长速度分别为 3.5 g/m2/d、2.5 g/m2/d、
1.5 g/m2/d。
上述研究主要是针对废水中氮磷的处理，微藻
的生长速率比较低，甚至比开放池的产率还低，并
没有解决高效培养与光能高效利用问题。
Liu 等 [33]提出了另外一种微藻贴壁培养技术。
首先他们将藻细胞直接接种于滤膜 (纸 )材料上形
图5　小球藻C. pyrenoidosa在5 L发酵罐—3 L平板反应器进行序贯式培养的结果[29]
生命科学 第26卷516
成生物膜，通过培养基浸湿的滤膜为藻细胞提供营
养盐和水份，系统通入含 1% CO2的空气提供碳源。
结果发现栅藻、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 g/m2/d左右。栅藻缺氮诱导后含油量可
达 50%左右。研究发现在这种贴壁培养方式上，其
光饱和点约为 100~150 μmol/m2/s。考虑到室外培养
时太阳光强度一般可达 400~2 000 μmol/m2/s，远高
于上述光饱和点，如果直接将微藻细胞生膜置于强
光下，其既会对藻细胞产生光抑制，同时也不能充
分利用太阳光。因此提出了一种光强稀释的微藻贴
壁培养反应器设计新原理，即通过扩大单位入射光
照面积上的培养面积，或通过周期间明 -暗循环的
方式来扩大培养面积，从而实现光入射面上的光强
稀释。依据此原理，他们提出了多种贴壁培养反应
器结构。例如设计的一种插板阵列式反应器 (图 8)，
在室内培养平均微藻密度可达 200~300 g/m2，面积
产率可达 60~90 g/m2/d，室外也可达到 40~60 g/m2/d，
远高于开放池和光反应器的液体培养。正是他们将
贴壁培养方法与光稀释反应器设计原理相结合发展
起来的方法，首次显示出了微藻贴壁培养在提高微
图6　双夹层的藻细胞固定化生物膜培养用于含氮污水处理[30]
A:反应器结构；B：塑料泡沫接种前、生物膜刮取采收和采收后的形态；C：藻细胞生物膜密度与生长速率
图7　小球藻的贴壁培养[32]
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 517
藻培养效率上的巨大潜力，从而引起人们对微藻贴
壁培养技术研究越来越多的关注。青能所目前已完
成了 200 m2微藻贴壁培养中试。
不同于一般的产油微藻，葡萄藻光合代谢过程
中不单积累油脂，而且可积累相当数量的烃。相比
于油脂，烃裂解制备的生物柴油在组成与燃烧性能
上与石化柴油更相近。然而采用传统的液体培养，
葡萄藻的生长极其缓慢。Ozken等 [34]以木板为附
着介质，研究了葡萄藻的生物膜附着培养 (图 9)。
在 0.175 m2 上培养实验，可直接获得浓度达 96.4 g/L
的藻泥，其总含油量为 26.8%，油脂产率达到了
0.71 g/m2/d。作者分析了其光合效率，特别是培养
用水耗量，表明通过这种生物膜培养，每生产 1 kg
藻比开放池节水 45%，节约浓缩脱水能耗 99.7%。
Cheng等 [35]研究表明，葡萄藻也非常适合于贴壁
培养，采用插板阵列式反应器，面积产率 40~50
g/m2/d，显示出其比传统的液体培养要快得多的生
长速率优势和节水优势。
微藻生物膜的贴壁培养技术尚处于初期研发阶
段，还有许多基础科学问题、工艺与过程控制、装
图8　微藻的插板阵列式贴壁培养反应器[33]
(a)生物膜形成后；(b)藻膜采收后
图9　葡萄藻的生物膜培养[34]
生命科学 第26卷518
备设计与放大等关键问题需要解决。这些问题包括：
藻种与介质之间的黏附作用、贴壁介质的选择、培
养基分布装置、温度控制、补碳技术、如何自动化
接种与藻细胞采收，以及反应器结构设计与放大等。
但应该说，微藻的贴壁培养是对微藻传统液体悬浮
培养模式的重要突破，其在培养效率、节约水耗和
采收能耗方面具有明显优势，值得从原理、机理、
工艺、控制、反应器设计及过程放大等方面进行更
加深入系统的研究。
2.2　微藻培养其他相关技术进展
微藻光合生长的核心要求是光、水和碳。因此
要实现微藻的大规模高效低成本培养，除了培养方
式本身，解决光、水和 CO2的来源和高效利用也是
研究的重点。此外，微藻培养中的敌害污染问题及
其防治也是实现微藻规模化培养的关键。
2.2.1　光
光是藻类培养的能量来源，但太阳光的能源密
度很低，其特点是：(1)随时间、季周期性变化：
正午时光强高达 1 500~3 000 μmol/m2/s，远高于微
藻光合作用需要的光强而产生光抑制，而在早晚只
有 0~500 μmol/m2/s。由于太阳光强的周期性变化，
必然导致了培养效率的降低，有证据表明，夜晚的
黑暗是导致藻类室外培养下产量低的主要原因；(2)
光谱范围大：藻类利用太阳光只是其可见光的一部
分，主要在 500~700 nm光谱范围。因此利用太阳
光用于微藻光合培养，从装备到工艺的核心是解决
光能的利用。光反应器实际上就是解决藻类细胞的
光照不足问题。
为了解决太阳光的周期性以及季节性的变化
问题，Chen等 [36]在光反应器安装了一个可以在线
监测光强的装置，当天气或者黑夜造成光照的不足
时，自动启动人工光源进行反应器的照光。同时，
为了解决电耗导致的人工光源能耗高的问题，
Ramachandra等 [37]提出将太阳能采光板以及风力发
电应用于微藻培养，通过在白天的光照以及风能储
存足够的电能用于夜间人工光源的供电。
Wang等 [38]的结果证明，螺旋藻在红光谱下具
有最高的生长率。Katsuda等 [39]证明，红色光更适
合微藻生长，而蓝色光可以促进虾青素在雨生红球
藻中的积累；而且闪光也同样对微藻生长有促进作
用。因此转光光纤被认为是一种有前途的光能利用
方式。通过自动跟踪集光装置收集太阳光，将通过
转光光纤将非微藻所用的那部分太阳光谱转换成藻
类可用光谱，并通过光纤传输到培养系统，实现合
理光分布和高效光利用。
最近 LED技术的发展使得电—光转化效率大
幅度提升。LED灯发热量小，光源体积小，易于安
装在光反应器上。特别是 LED灯的带谱窄 (20~30
nm)，可以很方便地选择适合微藻生长 LED色光 (如
红光等 )。有人提出采用 LED夜间补光或在培养系
统内部加装电光源的思路。LED光用于能源微藻的
大规模生产从能量利用角度是否合理呢 ? 这其实涉
及到一个能源利用效率的问题。简言之，设 LED
的电—光转换效率为 90%~95%，而光—生物的转
换效率 (光合效率 )一般不超过 30%，因此从电→
光→生物的总转换效率不超过 30%，也就是说，
通过这种转换，1度电量最终却只获得了相当于 0.3
度电量的生物质能，显然过程是能量负产出。
2.2.2　水
水既是微藻细胞培养中的主要载体，也是其生
长的必需成分。微藻培养液中细胞干物质不到 1%，
其余全是水。以目前的微藻开放池培养技术计算，
每生产 1 t微藻干物质，其水消耗高达 2 000~3 000 t，
即使考虑水的循环利用， 其吨藻水耗也高达 1 000 t
以上。因此发展微藻生物能源技术，解决微藻培养
廉价水资源是实现工业化生产必须解决的问题。
海水是最丰富的水资源，也有很多海洋性的藻
类品种可以用于藻类产油的生产。Rodolfi等 [40]利用
海洋微藻 Nannochloropsis sp.最高获得了 204 mg/L/d
的油脂产率。另外，海洋硅藻中的许多品种都被认
为是产油藻类的潜力种。虽然海水取之不尽，但是
海洋周边可利用的区域往往有限，而且远距离的海
水运输也是难以解决的问题。如果要实现在海上养
藻，需要大力解决设备的防腐蚀、抗风浪、物料运
输等问题。
随着城镇化的快速发展，城镇生活废水、畜牧
养殖废水增加迅速，工业和生活废水已成为影响我
国水环境的重要原因。传统废水处理中微生物对氮
磷吸收较差，而微藻却可以高效快速地吸收利用水
体中的氮磷用于微藻生长。目前研究广泛集中在对
生活废水的利用上 [41-42]。利用高产油二形栅藻，以
城市生活废水为水源，获得了约 8 g/L的生物量密
度，油脂含量超过 30%，证明了利用城市生活废水
培养含油微藻可以在获得微藻油脂产品的同时实现
水体的无害化处理 [42]。最近新疆庆华集团与中科院
青岛生物能源与过程所合作，正在开发煤化工废水
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 519
的微藻养殖技术。如果能够实现微藻培养与废水处
理的结合，既解决了微藻培养的水源问题、氮磷营
养盐问题，又解决了废水的环境污染问题，产生的
微藻生物质又可用于能源与其他产品的生产，一举
多得。需要解决的核心问题是：抗污染能力强的藻
株的选育、工业化大规模培养工艺与装备。
2.2.3　CO2源
按照一般微藻的元素组成，每合成 1吨微藻干
物质需要固定 1.83 t CO2。要实现微藻的快速生长，
必然需要通入富含CO2气体。由于CO2是难溶气体，
加大通气量或提高通气中的 CO2浓度均会大大降低
CO2的利用率，导致培养成本和能耗增加。因此大
规模微藻能源生产必须解决低廉的 CO2资源和高效
CO2利用。
煤电厂、煤化工企业等产生大量的含 CO2废气，
国家对企业温室气体减排压力越来越大，如何减少
和固定这些废气中的 CO2是影响企业可持续发展的
重要因素。而对于需要大量 CO2作为碳源的微藻养
殖，烟道气 CO2是免费资源。因此利用以烟道气为
代表的工业废气 CO2进行微藻养殖既是微藻能源工
业唯一可行的碳源解决方案，也是 CO2固定减排的
重要途径。一般工业烟道气的组成为 10%~20%
CO2、5%~10% O2、100~400 ppm SOx 和 NOx、
50 mg/m3烟尘等。烟道气中高温、高浓度 CO2、毒
性气体 SOx和 NOx的存在可能对微藻的生长产生
影响。
有关能够耐高 CO2的微藻研究已有很多，这
些藻包括小球藻 [43]、绿球藻、栅藻 [44]等。大多数
情况下可以耐受 10%~20% 的 CO2浓度。而 SOx，
主要是 SO2，对微藻的生长有显著的影响，其主要
因为 SO2易溶解到水体中形成强酸性 (pH 4以下 )
的亚硫酸，且具氧化漂白作用。NOx的影响程度要
小得多。Yoshihara等 [45]报道了海水藻 NOA-113在
细胞浓度达 1.5 g/L时，不被含 300 ppm NO的烟道
气所抑制。烟尘中的重金属对微藻也有影响。
Negoro等 [46]认为，当烟尘浓度大于 200 000 mg/
m3(0.2 g/L)，微藻的生长会受到影响。然而，烟尘
浓度很少达到如此高的值，一般为 50 mg/m3 (5 × 10-5
g/L)。另外工业排放的烟道气的温度也是一个需要
考虑的问题。
实现烟道气培养微藻，最大的问题是解决 SOx
的毒害。Jiang等 [47]提出了在培养基中直接添加少
量 CaCO3来中和高酸性的方法，结果证明只要加入
极少量的碳酸钙就可克服 SOx、 NOx对微藻培养的
毒性。其提出的另一途径是通过 pH值反馈控制烟
道气的间歇通入，也可以解除 SOx、NOx的抑制，
CO2 利用率提高到 70%~90%。
2.2.4　微藻培养的污染及其控制
微藻是水生物体系的初级生产者，处于食物链
的最底层，水体环境的所有动物，甚至部分微生物，
均直接或间接依赖于微藻而生存。因此在微藻培养
体系，特别是开放体系中，敌害污染必然存在。以
获得微藻生物质为目标的人工大规模培养过程，从
某种程度上就是与敌害生物斗争的过程。如何防止
和控制敌害生物污染，是决定微藻大规模产业化培
养成败的关键。事实上，美国 20世纪 70年代开始
的“水生生物物种计划 (ASP)”，通过近 20年的研
究工作，在微藻选育、代谢机理、培养技术、加工
技术等方面进行了大量的研究，但最终却未能建立
起有效的微藻生物能源产业化示范体系，其中一个
重要原因就是未能解决大规模培养条件下的污染控
制问题 [4]。
微藻培养过程中的敌害污染主要有 3种模式，
原生动物污染、细菌污染、杂藻和病毒侵染。原生
动物的污染主要通过原生动物对藻细胞的吞噬，细
菌污染主要通过细胞分泌物抑制和分解藻细胞，而
杂藻和病毒侵染机制较为复杂，主要包括营养竞争、
化感作用、分泌物抑制以及病毒致死等。对这些污
染途径及其机制，Wang等 [48]进行了较为详细的综
述。随着培养规模的扩大，特别是在产业化生产过
程中，轮虫、纤毛虫、细菌等是微藻规模培养中常
见的污染生物。在这些原生动物中，轮虫对微藻有
强大的摄食能力，生产中曾观察到由于污染褶皱臂
尾轮虫，微拟球藻细胞密度在 1 d内减少一半以上 ,
同时轮虫兼具孤雌生殖和有性生殖两种生殖方式，
种群爆发期其密度在 1 d内可增长 1~2倍，繁殖能
力极强，因此，轮虫的危害性较大。对于微藻培养，
这些污染源种类和种群数量并不是一成不变的，藻
种的不同、培养环境的不同，甚至在培养的不同时
期，污染源种类和种群数量均会发生发化。同时，
微藻的培养，特别是用于能源生产的微藻培养，其
规模远远大于传统微生物发酵，这就导致了微藻培
养不可能采用与传统微生物发酵一样的的严格无菌
体系，因而实现微藻培养的无菌化和严格的污染控
制非常困难。
目前对微藻规模培养的污染控制，除了操作流
生命科学 第26卷520
程上的控制外，更多是在发生污染后视污染危害程
度采取一些控制和补救措施。这些措施包括：(1)
过滤：这种方法主要用于去除那些尺寸大小远大于
微藻细胞的原生动物，如轮虫等。但这种方式只对
成虫较有效，对于虫卵或发育期的幼虫，由于其尺
寸与藻细胞差别不大，很难去除。(2)化学杀灭：
目前利用化学试剂来控制或杀灭微藻污染物，主要
有两类，一类是传统的蛋白质类螯合剂，如甲醛、
氨类、双氧水和次氯化物等 [49]。另一类是植物性抑
制剂，如喹啉等 [50]。但这些化学试剂对不同的藻类，
以及在不同的培养阶段，其效果差别很大，特别是
对于微藻培养，水体量很大，要产生有效的维持一
定的杀灭效果，试剂的添加量很大，且这些化学试
剂在水体中的残留可能对环境的危害也是一个需要
特别注意的问题。(3)改变培养体系环境：光照、
温度、盐度以及溶液 pH值等不但对微藻的生长有
影响，对敌害生物也有影响。通过优化营造藻细胞
生长的最佳条件，使其在与杂藻、杂菌与原生动物
的竞争中处于优势地位，可较有效地防止或避免培
养体系因敌害污染导致的崩溃。基于轮虫不耐酸性
特点，Becher [51]建议在当轮虫量较大时将培养液
pH值快速调低到 3.0并维持 1~2 h，可在一定程度
上控制轮虫的危害。也有人在杜氏盐藻 Dunaliella
sp.的培养中将盐度控制在 20% (w/v)左右以降低
Amoeba 和 Ciliates 等轮虫的危害。事实上，螺旋藻
之所以能够实现产业化，一个很重要的原因是其培
养液高盐和高 pH (10~11.5)环境对敌害生物污染的
有效抑制保证了规模培养的成功率。
3　微藻规模培养技术的发展趋势
利用微藻来生产生物能源具有巨大的潜力和生
态环境效益，但离产业化还有很远的距离。其核心
体现在效率和成本。现有的培养技术，微藻的产率
不高，远未发挥出微藻高产潜能，导致大规模培养
占地面积过大，投资成本高昂。而为维护这一培养
系统所需要的人工和物能消耗严重损害了微藻能源
生产的经济性 [8]。发展趋势是：
(1)创新培养技术：需要从培养装备的结构、
光分布、混合与传质等入手，结合微藻的生长特性，
建立新型高效的微藻培养方法和装备结构，充分发
挥微藻的产能潜力；
(2)微藻培养与二氧化碳减排和废水处理相耦
联：研究不同二氧化碳废气气源、废水源对微藻培
养的影响，解决有害物对微藻的毒害问题和二氧化
碳、氮磷的高效利用问题，降低培养成本；
(3)选育获得高效和环境抗逆性强的工业藻株：
现有微藻大规模培养时，培养效率、含油量等均远
远达不到实验室结果，这可能与大规模培养的环境
变化有关。微生物与虫害污染是微藻大规模培养成
败的又一瓶颈。选育获得高效、环境影响小、抗污
染能力强的工业藻株，对降低规模培养过程维护成
本，提高培养效率和培养成功率至关重要。
(4)建立微藻能源产品—高值产品的多联产体
系 [52]：能源产品作为超大宗社会基础性原料，量大
价低是其特点。仅仅依靠培养技术等来解决微藻
能源的成本问题非常困难，需要通过选育一些既
产油，又产高值化学品的微藻，建立生物炼制技术，
实现分级利用和多联产，从而实现微藻能源的综
合经济性。
[参　考　文　献]
[1] 刘新建, 王寒枝. 生物质能源的现状和发展前景. 科学
对社会的影响, 2008, (3): 5-9
[2] Chisti Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol Adv,
2007, 25(3): 294-306
[3] Wijffels R, Barbosa M. An outlook on microalgal biofuels.
Science, 2010, 329(5993): 796-9
[4] Sheehan J, Dunahay T, Benemann J, et al. A look back at
the U. S. Department of Energy’s Aquatic Species
Program: biodiesel from algae. Close-out report. NREL/
TP-580-24190, 1998
[5] Boyer J. Plant productivity and environment. Science,
1982, 218(4571): 443-8
[6] Tredici M. Photobiology of microalgae mass cultures: un-
derstanding the tools for the next green revolution. Bio-
fuels, 2010, 1(1): 143-62
[7] Zhu X, Long S, Ort D. What is the maxiumum efficiency
with which photosynthesis can convert solar energy into
biomass? Curr Opin Biotechnol, 2008, 19(2): 153-9
[8] Amer L, Adhikari B, Pellegrino J. Technoeconomic
analysis of five microalgae-to-biofuels processes of
varying complexity. Bioresour Technol, 2011, 102(20):
9350-9
[9] 李元广, 谭天伟, 黄英明. 微藻生物柴油产业化技术中
的若干科学问题及其分析. 中国基础科学, 2009, 11(71):
64-70
[10] Mata T, Martins A, Caetano N. Microalgae for biodiesel
production and other applications: A review. Renew Sust
Energ Rev, 2010, 14(1): 217-32
[11] Chen C , Yeh K , Ai syah R , e t a l . Cu l t iva t ion ,
photobioreactor design and harvesting of microalgae for
biodiesel production: a critical review. Bioresour Technol,
2011, 102(1): 71-81
[12] Teresa M, António A, Nidia S. Microalgae for biodiesel
刘天中，等：微藻规模培养技术研究进展第5期 521
production and other applications: A review. Renew Sust
Energ Rev, 2010, 14(1): 217-32
[13] Azma M, Mohamed M, Mohamad R, et al. Improvement
of medium composition for heterotrophic cultivation of
green microalgae, Tetraselmis suecica, using response
surface methodology. Biochem Eng J, 2011, 53(2): 187-95
[14] Xu H, Miao X, Wu Q. High quality biodiesel production
from a microalga Chlorella protothecoides by heterotrophic
growth in fermenters. J Biotechnol, 2006, 126(4): 499-507
[15] Xiong W, Li X, Xiang J, et al. High-density fermentation
of microalga Chlorella protothecoides in bioreactor for
microbio-diesel production. Appl Microbiol Biot, 2008,
78(1): 29-36
[16] 李兴武, 李元广, 沈国敏, 等. 普通小球藻异养—光自培
养串联培养的培养基. 过程工程学报, 2006, 6(2): 276-
80
[17] Zhang H, Wang W, Yang W, et al. Mixotrophic cultivation
of Botryococcus braunii. Biomass Bioenergy, 2011, 35:
1710-5
[18] Chen F. High cell density culture of microalgae in
heterotrophic growth. Trends Biotechnol, 1996, 14(11):
421-6
[19] Xiong W, Gao C, Yan D, et al. Double CO2 fixation in
photosynthesis–fermentation model enhances algal lipid
synthesis for biodiesel production. Bioresour Technol,
2010, 101(7): 2287-93
[20] Ugwu C, Aoyagi H, Uchiyama H. Photobioreactors for
mass cultivation of algae. Bioresour Technol, 2008,
99(10): 4021-8
[21] 丛威, 孙中亮, 刘明, 等. 用于开放池培养微藻的阱式补
碳装置及其补碳方法[P]. 中国发明专利. 2012.05.07,
201210138598
[22] 诸发超, 黄建科, 陈剑佩, 等. 敞开式跑道池光生物反应
器的CFD模拟与优化. 化工进展, 2012, 31(06): 1184-92
[23] http://awra.caloosahatchee.org/2012/presentation/pdf/E2_
Chance.pdf
[24] Harun R, Singha M, Forde G, et al . Bioprocess
engineering of microalgae to produce a variety of
consumer products. Renew Sust Energ Rev, 2010, 14(3):
1037-47
[25] Handler R, Canter C, Kalnes T, et al. Evaluation of
environmental impacts from microalgae cultivation in
open-air raceway ponds: Analysis of the prior literature
and investigation of wide variance in predicted impacts.
Algal Res, 2012, 1(1): 83-92
[26] Carvalho A, Meireles L, Malcata F. Microalgal reactors: a
review of enclosed system designs and performances.
Biotechnol Progr, 2006, 22(6): 1490-506
[27] Jason C, Tracy Y, Nathaniel D, et al. Nannoch loro p-
sis production metrics in a scalable outdoor photo bio -
reactor for commercial applications. Bioresour Technol,
2012, 117: 164-71
[28] Jorquera O, Kiperstok A, Sales E, et al. Comparative
energy life-cycle analyses of microalgal biomass
production in open ponds and photobioreactors. Bioresour
Technol, 2010, 101(4): 1406-13
[29] Fan J, Huang J, Li Y, et al. Sequential heterotrophy-
dilution-photoinduction cultivation for efficient microalgal
biomass and lipid production. Bioresour Technol, 2012,
112: 206-11
[30] Shi J, Podola B, Melkonian M. Removal of nitrogen and
phosphorus f rom wastewater us ing microalgae
immobilized on twin layers: an experimental study. J Appl
Phycol, 2007, 9(5): 417-23
[31] Boelee N, Temmink H, Janssen M, et al. Nitrogen and
phosphorus removal from municipal wastewater effluent
using microalgal biofilms. Water Res, 2011, 45(18): 5925-
33
[32] Johnson M, Wen Z. Development of an attached
microalgal growth system for biofuel production.
Biotechnol Bioproc E, 2010, 85(3): 525-34
[33] Liu T, Wang J, Hu Q, et al. Attached cultivation
technology of microalgae for efficient biomass feedstock
production. Bioresour Technol, 2013, 127: 216-22
[34] Ozkan A, Kinney K, Katz L, et al. Reduction of water and
energy requirement of algae cultivation using an algae
biofilm photobioreactor. Bioresour Technol, 2012, 114:
542-8
[35] Cheng P, Ji B, Gao L, et al. The growth, lipid and
hydrocarbon production of Botryococcus braunii with
attached cultivation. Bioresour Technol, 2013, 138: 95-
100
[36] Chen C, Saratale G, Lee C, et al. Phototrophic hydrogen
production in photobioreactors coupled with solar-energy-
excited optical fibers. Int J Hydrogen Energ, 2008, 33(23):
6886-95
[37] Ramachandra T, Mahapatra D, Karthick B, et al. Milking
diatoms for sustainable energy: biochemical engineering
versus gasoline-secreting diatom solar panels. Ind Eng
Chem Res, 2009, 48(19): 8769-88
[38] Wang C, Fu C, Liu Y. Effects of using light-emitting
diodes on the cultivation of Spirulina platensis. Biochem
Eng J, 2007, 37(1): 21-5
[39] Katsuda T, Shimahara K, Shiraishi H, et al. Effect of
flashing light from blue light emitting diodes on cell
growth and astaxanthin production of Haematococcus
pluvialis. J Biosci Bioeng, 2006, 102(5): 442-46
[40] Rodolfi L, Zittelli G, Bassi N, et al. Microalgae for oil:
strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor
mass cultivation in a low-cost photobioreactor. Biotechnol
Bioeng, 2009, 102(1): 100-12
[41] Li X, Hu H, Jia Y. Lipid accumulation and nutrient
removal properties of a newly isolated freshwater
microalga, Scenedesmus sp. LX1, growing in secondary
effluent. J Biotechnol, 2010, 27(1): 59-63
[42] 吕素娟, 张维, 彭小伟, 等. 城市生活废水用于产油微藻
培养. 生物工程学报, 2011, 27(3): 445-52
[43] Watanabe K, Imase M, Sasaki K, et al. Composition of the
sheath produced by the green alga Chlorella sorokiniana.
Lett Appl Microbiol, 2006, 42(5): 538-43
[44] Yoo C, Jun S, Lee J, et al. Selection of microalgae for
lipid production under high levels carbon dioxide.
Bioresour Technol, 2010, 101: S71-S74
[45] Yoshihara K, Nagase H, Eguchi K, et al. Biological
生命科学 第26卷522
elimination of nitric oxide and carbon dioxide from flue
gas by marine microalga NOA-113 cultivated in a long
tubular photobioreactor. J Ferment Bioeng, 1996, 82(4):
351-4
[46] Negoro M, Shioji N, Miyamoto K, et al. Growth of
microalgae in high CO2 gas and effects of SOx and NOx.
Appl Biochem Biotech, 1991, 28(9): 877-86
[47] Jiang Y, Zhang W, Wang J, et al. Utilization of simulated
flue gas for cultivation of Scenedesmus dimorphus.
Bioresour Technol, 2013, 128: 359-64
[48] Wang H, Chen L, Zhang W, et al. The contamination and
control of biological pollutants in mass cultivation of
microalgae. Bioresour Technol, 2013, 128: 745-50
[49] Rach J, Howe G, Schreier T. Safety of formalin on warm-
and cool water fish eggs. Aquaculture, 1997, 149: 183-91
[50] Moreno-Garrido I, Canavate J. Assessing chemical
compounds for controlling predator ciliates in outdoor
mass cultures of the green algae Dunaliella salina.
Aquacult Eng, 2001, 24: 107-14
[51] Becher E. Microalgae biotechnology microbiology[M].
Cambridge: Cambridge University Press, 1994
[52] Liam B, Philip O. Biofuels from microalgae-A review of
technologies for production, processing, and extractions of
biofuels and co-products. Renew Sust Energ Rev, 2010,
14(2): 557-77