微藻細(xì)胞的氣浮法采收

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1、第21卷第期3海洋通報(bào)Vol.21，No.32002年月6MARINESCIENCEBULLETINJun.2002微藻細(xì)胞的氣浮法采收111211曾文爐李浩然叢威李寶華蔡昭鈴歐陽藩（1.中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所，生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100080；2.北京華大基因研究中心，北京）100084摘要：實(shí)驗(yàn)以螺旋藻為模型藻種，較為系統(tǒng)地研究了氣固比、氣浮塔構(gòu)造特性、溶氣壓力和溶氣時(shí)間等操作條件對(duì)微藻氣浮采收效率的影響。結(jié)果表明，調(diào)節(jié)藻液pH值為12.0可使藻液產(chǎn)生良好的絮凝性能；高徑比較大的氣浮塔具有更優(yōu)越的采收效能；氣浮采收率隨氣固比、溶氣壓力的增加以及溶氣時(shí)間的延長(zhǎng)而

2、上升。提出的氣浮采收動(dòng)力學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合良好。關(guān)鍵詞：氣浮分離；螺旋藻；微藻；動(dòng)力學(xué)模型中圖分類號(hào)：TQ028文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-6392(2002)03-0055-07引言微藻細(xì)胞富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及其它生物活性物質(zhì)，是一類重要的生物資源，具有巨大的開發(fā)利用前景。但微藻細(xì)胞培養(yǎng)過程中生物量濃度通常較低，而且由于藻細(xì)胞密度與水體相當(dāng)，傳統(tǒng)的固液分離手段如離心、絮凝沉淀或過濾等，由于效率和成本等方[1]面的原因，不太適用于微藻領(lǐng)域。氣浮分離是通過向水體導(dǎo)入氣泡，使其粘附于絮粒上形成“氣泡-絮粒”聚集體，從而大幅度地降低絮粒整體密度，并借氣泡上升的

3、浮力使絮粒體上浮，由此實(shí)現(xiàn)固液快速分離的[2]一種新型技術(shù)。氣浮法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵產(chǎn)品的濃縮、給水排水、廢水處理、石油化[3，4]工、食品工業(yè)等諸多領(lǐng)域，并取得良好效果，但應(yīng)用于微藻細(xì)胞采收的研究較少。本文以螺旋藻細(xì)胞培養(yǎng)液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)確定了藻液最適絮凝條件，在此基礎(chǔ)上，研究了分離塔構(gòu)造特性以及氣固比、溶氣壓力、溶氣時(shí)間等操作條件對(duì)藻細(xì)胞氣浮采收性能的影響，并提出了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，以期對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1材料與方法1.1藻種鈍頂螺旋藻（Spirulinaplatensis）由煙臺(tái)大學(xué)生化工程研究所提供。1.2氣浮裝置實(shí)驗(yàn)裝置（圖1）主要由空壓機(jī)、飽和

4、溶氣罐和氣浮分離塔等部分組成。其中，溶氣罐由碳鋼制成，有效容積約50L，操作壓力為0.1MPa～0.6MPa。分離塔有兩種，均由有機(jī)收稿日期：2001-07-30基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（）No.2977604456海洋通報(bào)卷21玻璃制成，其中細(xì)塔的內(nèi)徑和高度分別為32234mm和500mm，而粗塔則對(duì)應(yīng)分別為40mm和。320mm1.3實(shí)驗(yàn)方法91.3.1氣浮實(shí)驗(yàn)8先將藻液倒入氣浮分離塔，再自塔底通入51經(jīng)空氣飽和的溶氣水。實(shí)驗(yàn)開始后每隔一定時(shí)7間自距離液面下方5cm處的取樣口用注射器6取出一定體積的藻液測(cè)定其光吸收值，計(jì)算采1.空壓機(jī)2.進(jìn)氣閥3.安全閥4.壓

5、力表5.溶氣罐收率。為保證溶氣水充分為空氣所飽和，在實(shí)6.針形閥7.排液口8.氣浮分離塔9.取樣口驗(yàn)設(shè)定的溶氣壓力下，維持氣體的溶解時(shí)間在1.AirCompressor2.Valve3.SaftyValve4.PressureGauge24h左右。5.Saturator6.NeedleValve7.DrainagePort1.3.2絮凝實(shí)驗(yàn)8.FlotationColumn9.SamplingPort取細(xì)胞培養(yǎng)液以Zarrouk培養(yǎng)基稀釋得到圖1實(shí)驗(yàn)裝置與流程圖一系列濃度梯度的樣品。再以的3mol/LHClFig.1Schematicdiagramofdissolvedai

6、rflotationsetup或NaOH溶液調(diào)節(jié)藻液pH值。之后加入一定量的絮凝劑聚合氯化鋁（PAC），由此得到一系列具有不同細(xì)胞濃度、不同PAC濃度和pH梯度的螺旋藻液。取藻液100mL，先在磁力攪拌儀上快速處理10min，再緩慢攪拌5min。之后，將其倒入150mL量筒中靜置絮凝。每隔1min用注射器小心吸取下清液3mL，在分光光度計(jì)上測(cè)定其OD560，計(jì)算絮凝率。1.4測(cè)定方法1.4.1藻液濃度測(cè)定[5]以空白Zarrouk培養(yǎng)基為對(duì)照，在分光光度計(jì)(Beckman)上測(cè)定藻液在560nm處的光吸收值(OD560)，依此反映藻液濃度。藻細(xì)胞質(zhì)量濃度(mg/L)：根據(jù)細(xì)

7、胞干重濃度與藻液OD560之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線關(guān)系，由下式計(jì)算得到：藻細(xì)胞質(zhì)量濃度（mg/L）×=0.6449OD5601.4.2氣固比As的測(cè)定[2]參照陳冀孫的方法測(cè)定溶氣水中空氣體積濃度(mL/L)，并將其換算為質(zhì)量濃度(mg/L)。結(jié)合前述藻細(xì)胞的質(zhì)量濃度以及氣浮塔中溶氣水和藻液總體積，換算得到氣固比As。1.5計(jì)算方法1.5.1絮凝率Y以O(shè)D560,0和OD560,t分別表示藻液在初始和t時(shí)刻的光吸收值，則絮凝率Y定義為：OD560,o-OD560,tY=×>100%OD560,o1.5.2采收率R以O(shè)D560