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可再生能源
Renewable Energy Resources
第 30 卷 第 9 期
2012 年 9 月
Vol.30 No.9
Sep. 2012
0 引言
能源是人类社会生存和发展的重要物质基
础，但随着工业和经济的快速发展，能源短缺问题
日益严重。 我国煤炭剩余可采储量为 900亿 t，可
供开采不足百年；石油剩余可采储量为 23亿 t，仅
可供开采 14年。为了摆脱对化石燃料的依赖及减
轻其对环境的影响， 世界各国积极而广泛地开展
包括生物质能源在内的可再生能源的研究。 微藻
是生产生物柴油的良好原料， 它具有环境适应能
力强、光合作用效率高、生长周期短、生物产量高、
产油率高等特点。因此，微藻生物燃料在全球掀起
了研究热潮， 开发微藻能源成为了世界各国的重
大战略发展方向。然而，目前所有的公司和研究机
构均处于原创技术开发、产业化工程技术、示范项
收稿日期： 2012-05-30。
基金项目： 浙江省重大科技专项（2006C11015）；浙江工业大学校级自然科学基金项目（2011XY001）。
作者简介： 薛 蓉（1986－），女，江苏盐城人，硕士研究生，主要从事微藻生物柴油技术的研究。 E-mail：xrhg926@126.com
通讯作者： 陆向红（1971－），女，江苏无锡人，副教授，博士，主要从事生物质能源工程研究。 E-mail：luxh@zjut.edu.cn
絮 凝 法 采 收 小 球 藻 的 研 究
薛 蓉 ， 陆向红， 卢美贞， 窦 晓， 晏荣军， 计建炳
（浙江工业大学 化学工程与材料学院 浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室， 浙江 杭州 310014）
摘 要： 试验研究了 9 种絮凝剂：壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰胺、硫酸锌、明矾、硫酸铝、氢氧化钙、硫酸铁、三氯化
铁采收小球藻的效果，并对絮凝采收后的培养液重复使用情况及絮凝剂费用进行了考察。结果表明，硫酸铝、氢
氧化钙、硫酸铁和三氯化铁絮凝效果较好，絮凝时间 90 min，用量分别为 0.8，0.8，0.5，0.3 g/L 藻液时，小球藻的
采收率分别达到 89.7%，91.7%，89.6%和 92.3%。 絮凝后的培养液按 1∶10 接种小球藻，小球藻在硫酸铝和硫酸
铁絮凝后的上清液中生长较慢；在氢氧化钙和三氯化铁絮凝后的上清液中生长较快。氢氧化钙絮凝采收小球藻
的成本较低，絮凝剂费用为 1.0 元/kg 干藻。 综合考虑，氢氧化钙可作为小球藻最佳絮凝剂。
关键词： 小球藻； 絮凝； 采收； 氢氧化钙
中图分类号： TK6； Q949.2 文献标志码： A 文章编号： 1671-5292（2012）09-0080-05
The study on recovery of Chlorella by flocculation method
XUE Rong, LU Xiang-hong, LU Mei-zhen, DOU Xiao, YAN Rong-jun, JI Jian-bing
（1.Zhejiang Province Key Laboratory of Biofuel， Chemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University
of Technology, Hangzhou 310014，China）
Abstract： The effect of nine kinds of flocculants: chitosan, agarophyte (AGAR), polyacrylamide
(PAM), zinc sulfate, alum, aluminum sulfate, calcium hydroxide, ferric sulfate, ferric trichloride for
the recovery of Chlorella was studied, and the reusge of nutrient solution and the agent cost after
flocculation were investigated. The results showed that when flocculation time was 90 min, floccu-
lants, aluminum sulfate, calcium hydroxide, ferric sulfate and ferric trichloride was 0.8 g，0.8 g，0.5
g， and 0.3 g respectively,the recovery ratio of Chlorella could reach 89.7%，91.7%，89.6% and 92.3%
respectively. The culture after flocculation was inoculated by Chlorella(1:10). Chlorella grew better
in the supernatant of calcium hydroxide and ferric trichloride than the others. Additionally, the cost
of calcium hydroxide is the lowest, which is 1.0 yuan/kg dry biomass. In Consideration, calcium hy-
droxide is the optimum flocculant for algae recovery。
Key words： Chlorella; flocculation; recovery; calcium hydroxide
DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2012.09.005
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目建设阶段，尚未有任何公司获净利润创收。
微藻制油的关键问题是成本问题 [1]。 由于微
藻细胞很小，培养密度较低，所以从培养液中收集
藻细胞非常困难，据估算，微藻采收成本可能占整
个微藻生物柴油生产成本的 20%～30%[2]， 制约着
微藻制油的产业化进程。 人们对微藻收集方法及
其应用开展了相关研究，目前，微藻的采集方法主
要有离心分离、絮凝、过滤、筛选、沉降、浮选和电
泳技术。这些方法都有不足之处，过滤法易堵塞滤
膜，浮选和离心能耗高，超声和电泳效率低且耗能
高，絮凝法设备投资少，工艺和操作简单，但是絮
凝后的培养液中残留有絮凝剂， 张亚杰研究了小
球藻在聚合氯化铝、 聚合硅酸硫酸铝和聚二甲基
二烯丙基氯化铵絮凝后的培养液中的生长情况，
发现这些絮凝剂对小球藻有毒害作用， 絮凝后的
上清液不能循环用于小球藻的培养 [3]~[10]。 絮凝后
的上清液排放既会造成环境的污染， 又会造成培
养盐及水的浪费，从而增加培养成本。絮凝法采收
微藻的关键在于找到合适的絮凝剂及絮凝剂用
量，既保证微藻高采收率的情况下，又能实现培养
液的重复利用。 因此，本文考察了絮凝剂的种类、
用量、 絮凝时间对小球藻采收率以及絮凝后的上
清液循环用于小球藻培养的影响， 以期为微藻产
业化生产生物柴油提供一定的理论依据和基础。
1 材料
1.1 试验材料
试验藻种为小球藻，来自海洋生物种质库，经
过涂布平板的方法纯化之后，在实验室保存待用。
絮凝剂有壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰胺、硫酸锌、
明矾、硫酸铝、氢氧化钙、硫酸铁、三氯化铁，均为
化学纯。
试验仪器有紫外可见分光光度计 Cary50 (美
国瓦里安仪器公司)、电子天平 S224s (德国赛多利
斯科学仪器有限公司)，DELTA 320 pH 计（瑞士梅
特勒仪器公司），nikon E100 显微镜 （日本尼康光
学仪器公司），Nano z电位测定仪 （英国马尔文仪
器有限公司）。
2 试验及测定方法
2.1 培养液中藻细胞数的测定
（1）OD值测定法
取 2 ml 藻液， 用分光光度计在 λ=560 nm 下
测定其吸光度值，记为 OD560。
（2）细胞计数法
用血球计数板在显微镜 (40×10)下测量藻细
胞个数，每组测量 3次，取平均值。
2.2 絮凝采收小球藻的试验
（1）絮凝剂初选
以壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰胺、硫酸锌、明矾、
硫酸铝、氢氧化钙、硫酸铁、三氯化铁为絮凝剂，考
察对小球藻絮凝采收的影响。 取 27 份 100 ml 小
球藻藻液， 分别加入 0.005，0.05，0.1 g 各种絮凝
剂，搅拌均匀后静置，观察絮凝情况。
（2）絮凝剂用量、絮凝时间的考察
对初选出的絮凝剂，进一步考察其用量、絮凝
时间对小球藻絮凝采收的影响。絮凝剂用量在 0~
2 mg/mL藻液范围内取 6个值， 在 100 ml 小球藻
藻液中加入不同量的絮凝剂，搅拌均匀后静置，每
隔一定时间， 缓慢抽取液面下 4 cm 处的藻液，测
定 OD560。根据测得的 OD560根据式（1）计算微藻的
采收率。
采收率= OD560-0-OD560-tOD560-0
×100% （1）
式中 ：OD560-0 为初始时刻藻液的 OD 值 ，OD560 -t
为絮凝时间 t时藻液的 OD值。
2.3絮凝液循环培养小球藻试验
（1）絮凝上清液的获得
根据絮凝采收试验， 确定适用于小球藻采收
的絮凝剂种类、用量和絮凝时间；依此条件对小球
藻进行絮凝采收； 絮凝后的藻液经离心获得藻泥
和上清液；取 600 ml上清液用于循环培养小球藻。
（2）对照组培养液的配制
按f/2培养液配方，用人工海水配制培养液[11]，[12]。
（3）控制组培养液的配制
按 f/2 培养液配方， 用微藻絮凝采收后的上
清液配制培养液。
（4）小球藻的培养试验
在对照组和控制组培养液中，按 1∶10 的接种
量接入藻种； 在连续通气， 自然光照， 室内温度
20～25℃，pH为 8.0 的条件下培养；每隔一定时间
取样，通过细胞计数法测定藻细胞密度；以藻细胞
密度对培养时间作图，得到小球藻生长曲线。
3 试验结果与分析
3.1 絮凝剂的初选
本试验最初选取壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰胺、
薛 蓉，等 絮凝法采收小球藻的研究
硫酸锌、明矾、硫酸铝、氢氧化钙、硫酸铁、三氯化
铁 9种常用絮凝剂进行研究，絮凝效果见表 1。
从表 1 中可以看出：壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰
胺对小球藻没有絮凝效果， 硫酸锌和明矾絮凝效
果不理想，硫酸铝、氢氧化钙、硫酸铁和三氯化铁
絮凝效果较好。 因此本试验选硫酸铝、氢氧化钙、
硫酸铁和三氯化铁作进一步的筛选， 确定适宜的
絮凝剂用量和絮凝时间。
加入藻液中的絮凝剂可以通过电中和和架桥
两个方面影响体系的稳定性。经测定，小球藻藻细
胞表面电荷为-11.4 C，是由于藻细胞表面的多羟
基有机酸或糖类发生离解， 从而使细胞表面带有
一定量的负电荷 [13]。 铝、铁这类金属盐加入藻液
中， 电离产生的 Al3+、Fe3+水合成羟基铝离子和羟
基铁离子， 一部分能直接与带负电的藻细胞发生
电中和，还有一部分与其他离子发生架桥结合，形
成铝、铁胶体，从而吸附微小的藻细胞，所以铝、铁
这类金属盐能有较好的絮凝效果[14]。而壳聚糖、琼
脂、 聚丙烯酰胺由于分子中各离子基团电负性的
差异，造成极性基团部位带部分电荷，可以部分中
和微藻表面的电荷，但由于电荷密度较低，电中和
能力弱，不能使小球藻脱稳，所以对小球藻的絮凝
效果较差。硫酸锌絮凝效果不好，可能是因为 Zn2+
所带电荷数低于 Al3+和 Fe3+，而离子的电荷对聚沉
能力影响很大。
3.2 絮凝剂用量和絮凝时间的确定
3.2.1絮凝时间对小球藻采收率的影响
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可再生能源 2012，30（9）
絮凝剂种类 用量/g·L-1 絮凝现象
0.05 无絮状物
0.5 无絮状物
1 无絮状物
0.05 无絮状物
0.5 无絮状物
1 无絮状物
0.05 无絮状物
0.5 无絮状物
1 无絮状物
0.05 无絮状物
0.5 无絮状物
1 少量絮状物
0.05 无絮凝块
0.5 少量絮状物
1 大量絮状物
0.05 无絮状物
0.5 大量絮状物
1 大量絮状物
0.05 无絮状物
0.5 大量絮状物
1 大量絮状物
0.05 无絮状物
0.5 大量絮状物
1 大量絮状物
0.05 无絮状物
0.5 大量絮状物
1 大量絮状物
壳聚糖
琼脂
聚丙烯酰胺
硫酸锌
明矾
硫酸铝
氢氧化钙
硫酸铁
三氯化铁
表 1 小球藻中加入不同絮凝剂的絮凝效果
Table 1 the flocculation effect of adding different flocculant
in Chlorella nutrient solution
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薛 蓉，等 絮凝法采收小球藻的研究
图中絮凝剂用量为 100 ml 藻液中絮凝剂的
加入量。以硫酸铝、氢氧化钙和三氯化铁为絮凝剂
时，小球藻的采收率随着絮凝时间的增加而增大，
在加入絮凝剂的前 30 min 内，絮凝时间对小球藻
的采收率的影响很大；30 min后，絮凝时间对小球
藻的采收率的影响减弱。但以硫酸铁为絮凝剂时，
在硫酸铁用量较低时， 小球藻的采收率随着絮凝
时间的增加而增大，在硫酸铁用量较大时，小球藻
的采收率随着絮凝时间的增加先增加后下降，在
30 min时采收率达到最大值。一般来说，絮凝时间
越长，絮凝剂与藻细胞碰撞而粘结为絮团充分，絮
团沉降越完全，但考虑到生产率，絮凝时间满足一
定的采收率即可。
3.2.2絮凝剂用量对小球藻采收率的影响
以 90 min 为基准，考察 4 种絮凝剂用量对小
球藻采收率的影响，结果如图 2所示。
以硫酸铝、氢氧化钙为絮凝剂时，小球藻的采
收率随着絮凝剂用量的增加而增加。以硫酸铁、三
氯化铁为絮凝剂时， 小球藻的采收率随着絮凝剂
用量的增加先增大后下降。 硫酸铁用量为 0.5 g/L
藻液时，小球藻采收率达到最大；而当三氯化铁用
量为 0.3 g/L 藻液时，小球藻采收率为最大。 随着
絮凝剂用量增大， 絮凝剂与藻细胞之间的碰撞几
率增大，絮凝效果变好，当絮凝剂用量增加到使系
统中正负电荷对等的时候，效果最好；继续添加絮
凝剂，则过量的正电荷在系统中相互排斥，絮凝效
果反而变差。 考虑到成本以及絮凝后的上清液循
环使用问题， 所以絮凝剂用量满足一定的采收率
即可。
3.2.3适宜絮凝剂用量和絮凝时间的确定
由图 1 和图 2 可知，硫酸铝、氢氧化钙、硫酸
铁和三氯化铁对小球藻都有絮凝作用， 但对于不
同的絮凝剂，其适宜的用量和絮凝时间是不同的。
综合考虑絮凝剂用量和絮凝时间对小球藻采收率
的影响， 确定使用不同絮凝剂采收微藻的适宜用
量和絮凝时间，结果见表 2。
3.3 微藻絮凝采收后上清液循环用于小球藻培养
小球藻藻液在表 2所示的条件下絮凝采收藻
泥后获得的上清液， 根据 f/2 配方添加各种培养
盐后，循环用于小球藻的培养，控制组和对照组的
培养结果见图 3。
图 3 显示，小球藻在硫酸铝、氢氧化钙、硫酸
铁和三氯化铁絮凝后的上清液中均能生长。 但小
球藻在硫酸铝和硫酸铁絮凝后的上清液中生长速
率较对照组慢； 小球藻在氢氧化钙和三氯化铁絮
凝后的上清液中生长速率略高于对照组。 说明在
表 2 不同絮凝剂采收微藻的适宜用量和絮凝时间
Table 2 The appropriate usage and time of different
flocculants for Chlorella recovery
硫酸铁 0.5 90 89.6
硫酸铝 0.8 90 89.7
氢氧化钙 0.8 90 91.7
三氯化铁 0.3 30 92.3
絮凝剂种类 絮凝剂用量/g·L-1 絮凝时间/min 微藻采收率/%
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试验所用剂量下，培养液中 SO42-，Al3+可能会对小
球藻的生长起抑制作用， 氢氧化钙和三氯化铁对
小球藻的生长没有负影响， 可用于微藻的絮凝采
收，同时实现培养液的循环利用，既有利于微藻培
养成本的降低，又不会对环境产生污染。
3.4 经济核算
利用絮凝法采收小球藻，每 kg 的絮凝剂费用
计算见下面公式：
絮凝剂费用（元）=絮凝剂价格×絮凝剂用量
藻液中藻的密度×采收率
表 3列出了不同絮凝剂的价格以及絮凝采收
微藻的絮凝剂成本。
表 3 4 种絮凝剂采收微绿小球藻的采收成本比较
Table 3 The comparison of recovery cost of the four flocculants
注：藻液中藻的密度为 0.532 6 g 干藻/L 藻液
絮凝剂 品级 价格/元·t-1 用量/g·L-1(藻液)注 采收率/% 费用/元·kg-1(干藻）
硫酸铝 cp 830 0.8 89.7 1.389
氢氧化钙 cp 480 0.8 91.7 1.000
硫酸铁 cp 1 400 0.5 89.6 1.467
三氯化铁 cp 2 400 0.3 92.3 1.465
表 3显示，用氢氧化钙采收微藻，絮凝剂成本
最低。综合考虑絮凝采收的效果、絮凝液的循环使
用以及絮凝剂成本，可以选择氢氧化钙为絮凝剂，
氢氧化钙用量为 0.8 g/L藻液，絮凝时间 90 min为
小球藻絮凝采收的工艺条件。
4 结论
壳聚糖、琼脂、聚丙烯酰胺对于小球藻没有絮
凝效果，硫酸锌、明矾絮凝效果较差，硫酸铝、氢氧
化钙、硫酸铁和三氯化铁絮凝效果较好，当絮凝时
间为 90 min，用量分别为 0.8，0.8，0.5，0.3 g/L藻液
时 ， 小球藻的采收率分别达到 89.7% ，91.7% ，
89.6%和 92.3%。硫酸铁和硫酸铝对小球藻的生长
有抑制作用， 硫酸铝和硫酸铁絮凝后的上清液不
能循环用于小球藻的培养。相较于三氯化铁，氢氧
化钙絮凝采收微藻的成本较低，每采收 1 kg 干藻
所用的氢氧化钙的费用为 1.0 元， 为三氯化铁的
68%。因此微藻的采收可以采用氢氧化钙絮凝法，
既氢氧化钙用量为 0.8 g/L 藻液， 絮凝时间为 90
min作为絮凝采收条件最为经济。
参考文献：
[1] 王翠，李环，王钦琪，等.pH 值对沼液培养的普通小球
藻生长及油含量积累的影响[J]. 生物工程学报, 2010,
26(8):1074-1079.
[2] M GRIMA，E BELARBI，F FERNANDEZ， et al.Recov-
ery of microalgal biomass and metabolites:process op-
tions and economics [J].Biotechnology Advances，
2003，20(7-8):491-515.
[3] NYOMI UDUMAN，YING QI，MICHAEL K DANQUA H，
et al.Dewatering of microalgal cultures:a major bottle-
neck to algae -based fuels [J].Renew Sust Energ，
2010，2(1):012705-012715.
[4] T S SIM，A GOB， E W BECKER.Comparison of cen-
trifugation，dissolved air flotation and drum filtration
techniques for harvesting sewage grown algae[J]. Biom-
ass，1988，16(1):51-62.
[5] R M KNUCKEY, M R BROWN, R ROBERT, et al.
Production of microalgal concentrates by flocculation
and their assessment as aquaculture feeds[J].Aquacul-
tural Engineering，2006，35(3):300-313.
[6] R BOSMA，S W VAN，J TRAMPER，et al.Ultrasound，a
new separation technique to harvest microalgae [J].
Journal of Applied Phycology，2003，15(2-3):143-153.
[7] D J LEE, G Y LIAO, Y R CHANG, et al. Coagulation-
membrane filtration of Chlorella vulgaris[J].Bioresource
Technology，2012，108(1):184-189.
[8] 郭朋朋，耿金峰，张晋阳，等 .收集微藻的方法和装置
[P]. 中国专利: 200910132365, 2009-8-26.
[9] C Y CHEN, K L YEH, R AISYAH, et al.Cultivation,
photobioreactor design and harvesting of microalgae for
biodiesel production:A critical review [J].Bioresource
Technology，2011，102:71-81.
[10] 张亚杰，罗生军，蒋礼玲,等.阳离子絮凝剂对小球藻浓
缩收集效果的研究[J].可再生能源，2010，28(3):35-38.
[11] J M KAIN, G E FOGG.Studies on the growth of marine
phytoplankton [J]. Mar Bio U K，1958，37:781-788.
[12] 陈春云,庄源益,方圣琼. 小球藻对养殖废水中 N、P 的
去除研究[J]. 海洋环境科学， 2009，28(1):9-11.
[13] 常青 .水处理絮凝学 [M].北京 :化学工业出版社 ,2011.
40-57.
[14] 曾文炉，李宝华，石红,等.低溶气压力下微藻细胞的气
浮法采收[J].工业微生物，2002，32(1):13-22.