CN103484373A - 一种浓缩收集微藻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了藻类分离技术领域的一种浓缩收集微藻的方法。通过向藻液中加入氢氧化钠和碳酸钠，使得微藻细胞与析出的不溶性盐产生共沉淀，从而可以快速地获得微藻浓缩液。加入的碳酸钠可以用氢氧化钠吸收废气中的二氧化碳制得，从而减少了温室气体二氧化碳的排放，是一种环保的简便方法。该方法制得的微藻浓缩液含有不溶性盐沉淀不会产生污染，可以通过酸化并吸收释放的二氧化碳，获得自由的微藻细胞实现零碳排放。分离微藻浓缩液后的上清液由于钙、镁离子等硬度被大量除去而得到软化，因此非常适用于后期清洁水质的制备。总之，该方法是一种十分简便、快速、节能减排、低成本、无污染的环保方法，微藻浓缩率可达95%以上，生物质回收率可达90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及藻类分离技术领域，特别涉及一种采用碳酸钠来进行高密度浓缩收集微藻的方法。
背景技术
微藻，大部分由微小单细胞组成的一类藻类，因其生长速度快、占地面积小、培养方式简单、品种多样和丰富的细胞组分而越来越受到广泛的关注。如今，微藻已经被大量地用于各个领域，包括农业肥料、食品、医疗保健品、生物燃料、污水治理和温室气体CO2捕获等。然而，由于微藻个体微小、藻液浓度较低，微藻收集一直是比较消耗成本的一个环节，成为目前阻碍微藻扩大应用规模和实现商业化的一大阻力。
现有的收集微藻的技术，主要包括：离心法、絮凝法、重力沉降法、气浮法、过滤法等。离心法在500～1000×g的离心速度下一般能够在五分钟内离心获得80～90%的微藻。然而该技术耗能高，不适用大规模的微藻收集，而且较高的离心速度容易破坏细胞结构，是一种成本高的方法。絮凝法又包括自动絮凝法、无机絮凝法和有机絮凝法。自动絮凝法利用微藻在特定pH值下产生自动絮凝，比如中国专利“微藻收集方法及应用”（专利号201110457543.2）通过通入空气或惰性气体减少藻液CO2的浓度，降低光合作用，提高藻液pH值到9.50～11.00时，使微藻产生自动絮凝沉淀。但是该法需要较长的处理时间，包括预先通气5个小时，再静置2个小时，且只适合那些降低光合作用会升高pH的藻类。有机絮凝法和无机絮凝法通过向藻液中加入有机絮凝剂（如壳聚糖）和无机絮凝剂（比如铁、铝絮凝剂）使微藻产生絮凝沉淀，但是这些絮凝剂的使用增加了成本，产生了大量的絮凝物，而且微藻容易受污染。重力沉降法的效率取决于微藻是否较大的细胞个体和密度使其自动沉淀，应用比较有局限性，且该法处理速度较慢往往需要絮凝法辅助。气浮法通过向藻液通入大量的气体，使微藻细胞随气泡通过藻液表面流入微藻收集器，但是该法通常需要进行絮凝预处理，使微藻产生絮凝物再通过气浮分离。过滤法利用微孔过滤膜或过滤器将藻液过滤来收集微藻细胞，但是该法需要微孔较小的过滤器使成本较高，且容易堵塞，不易清洗。
因此，寻找一种简便快速、低能耗、低成本的环保型收集方法成为决定微藻能否实现商业化与规模化的关键技术之一。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种浓缩收集微藻的方法，所述方法包括：
（1）将藻液从培养池引入浓缩池中；
（2）用氢氧化钠调节藻液pH值至10～10.5，然后向浓缩池内加入碳酸钠，，轻微搅拌2～3分钟；
（3）让浓缩池内藻液静置一段时间，使微藻细胞充分沉淀；
（4）将沉淀的微藻浓缩液从浓缩池底部移走，可用于后续加工。
本发明所述浓缩收集微藻的方法，其特征在于，藻液中加入碳酸钠的最终浓度在25～50mmol L-1之间，但可根据不同的培养液和微藻进行适当调整。
本发明所述浓缩收集微藻的方法，其特征在于，加入的碳酸钠可以通过氢氧化钠溶液吸取废气中的二氧化碳来制得。
本发明所述浓缩收集微藻的方法，，其特征在于，加入的碳酸钠也可以通过向藻液中通入二氧化碳同时添加NaOH溶液来实现。
本发明所述浓缩收集微藻的方法，其特征在于，微藻同藻液中析出的氢氧化盐和碳酸盐一起发生共沉淀，静置的时间在30～60分钟之间，细胞较小的微藻（直径小于5微米）可以适当延长静置时间。
本领域技术人员应该理解，所述方法适用于浓缩收集培养于含钙、镁离子较高的培养液的藻类，优先用于收集杜氏海藻（Dunaliella salina）和拟微绿球藻（Nannochloropsis salina）。
本发明与已有技术对比具有以下有益效果：本发明利用氢氧化钠和碳酸钠使微藻细胞与生成的不溶性盐一起发生共沉淀，通过短时间的静置便可使微藻得到充分的浓缩和分离。添加的碳酸钠可以通过氢氧化钠吸收废气中的二氧化碳来实现，减少了温室气体二氧化碳的排放。该方法制得的微藻浓缩液含有碳酸盐沉淀不会产生污染，可以通过酸化溶解沉淀物，生成的二氧化碳可以再吸收实现零碳排放，并且可以获得自由的高纯度微藻细胞。分离微藻浓缩液后的上清液由于钙、镁离子等硬度被大量除去，得到了合适的软化，因此非常适用于后期清洁水质的制备。总之，该方法是一种十分简便、快速、节能减排、低成本、无污染的环保方法，处理时间在30～60分钟，微藻液浓缩率可达95%以上，生物质回收率可达90%以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图2为本发明的一个实施例中不同Na2CO3添加量与不同时间对杜氏海藻（Dunaliella salina）藻液中生物质去除率的影响变化图。
图3为本发明的一个实施例中不同Na2CO3添加量与不同时间对拟微绿球藻（Nannochloropsis salina）藻液中生物质去除率的影响变化图。
图4为本发明的一个最后浓缩收集的微藻浓缩液图。
具体实施方式
本发明是一种浓缩收集微藻的方法，通过向藻液中加入一定量的碳酸钠，使藻液中析出碳酸盐并带动微藻细胞一起沉淀，经过静置分离后，沉淀物即为微藻浓缩液。
实施例1.本实施例浓缩收集杜氏海藻（Dunaliella salina）的具体步骤如下（参见图2）：
1.微藻的培养：将杜氏海藻（Dunaliella salina）培养于含有改良f/2培养基的体积为250mL的锥形瓶（模拟培养池）中，向瓶中通入空气，温度25±2℃，光照强度为73.31μmol m-2s-1。所述改良f/2培养基每1L中含有0.075g NaNO3，0.005g NaH2PO4·H2O，29.23g NaCl，1.105g KCl，11.09g MgSO4·7H2O，1.21g tris-base，1.83g CaCl2·2H2O和1.0mL微量元素。其中每1L微量元素含有：4.36g Na2·EDTA，3.16g FeCl3·6H2O，0.18g MnCl2·4H2O，0.01gCoCl2·6H2O，0.01g CuSO4·5H2O，0.023g ZnSO4·7H2O，0.006g Na2MoO4，0.1g维生素B1，0.0005g维生素B12和0.0005g维生素H。
2.微藻浓缩：当微藻生长到指数后期或平台期时，将40mL藻液转移到量筒中（模拟浓缩池），用氢氧化钠调节藻液pH值至10～10.5，然后加入一定量的碳酸钠，并且用磁力搅拌进行慢速搅拌2～3分钟，然后静置。通过改变加入碳酸钠的浓度，使藻液中最终碳酸钠的浓度为0.005，0.025和0.05mol L-1。在不同的时间点，提取少量上清液测量其OD值。
3.生物质去除率计算：通过预先测定的关系方程式将OD值转化为生物质浓度。生物质去除率按以下公式计算：生物质去除率（%）=（1–沉淀后上清液的生物质浓度/初始藻液中生物质浓度）×100%。本实例所得的生物质去除率在碳酸钠浓度为0.025M下静置30分钟就可达到90%以上，同时微藻浓缩率可达95%以上，继续添加碳酸钠或延长时间对生物质去除率并无太大的提高。
实施例2.本实施例浓缩收集拟微绿球藻（Nannochloropsis salina）的具体步骤如下（参见图3）：
1.微藻的培养：将拟微绿球藻（Nannochloropsis salina）培养于含有改良f/2培养基的体积为250mL的锥形瓶（模拟培养池）中，向瓶中通入空气，温度25±2℃，光照强度为73.31μmol m-2s-1。所述改良f/2培养基每1L中含有0.075g NaNO3，0.005g NaH2PO4·H2O，29.23gNaCl，1.105g KCl，11.09g MgSO4·7H2O，1.21g tris-base，1.83g CaCl2·2H2O和1.0mL微量元素。其中每1L微量元素含有：4.36g Na2·EDTA，3.16g FeCl3·6H2O，0.18g MnCl2·4H2O， 0.01g CoCl2·6H2O，0.01g CuSO4·5H2O，0.023g ZnSO4·7H2O，0.006g Na2MoO4，0.1g维生素B1，0.0005g维生素B12和0.0005g维生素H。
2.微藻浓缩：当微藻生长到指数后期或平台期时，将40mL藻液转移到量筒（模拟浓缩池）中，用氢氧化钠调节藻液pH值至10～10.5，然后加入一定量的碳酸钠，并且用磁力搅拌进行慢速搅拌2～3分钟，然后静置。通过改变加入碳酸钠的浓度，使藻液中最终碳酸钠的浓度为0.005，0.025和0.05mol L-1。在不同的时间点，提取少量上清液，测量其OD值。
3.生物质去除率计算：通过预先测定的关系方程式将OD值转化为生物质浓度。生物质去除率按以下公式计算：生物质去除率（%）=（1–沉淀后上清液的生物质浓度/初始藻液中生物质浓度）×100%。本实例所得的生物质去除率在碳酸钠浓度为0.025M下静置60分钟和在碳酸钠浓度为0.05M下静置30分钟均可达到90%以上，同时微藻浓缩率可达95%以上。
Claims (6)
1.一种浓缩收集微藻的方法，所述方法包括：
（1）将藻液从培养池引入浓缩池中；
（2）用氢氧化钠调节藻液pH值至10～10.5，然后向浓缩池内加入碳酸钠，轻微搅拌2～3分钟；
（3）让浓缩池内藻液静置一段时间，使微藻细胞充分沉淀；
（4）将沉淀的微藻浓缩液从浓缩池底部移走，可用于后续加工。
2.根据权利要求1所述的一种浓缩收集微藻的方法，其特征在于，藻液中加入碳酸钠的最终浓度在25～50mmol L-1之间，可根据不同的培养液和微藻进行适当调整。
3.根据权利要求1所述的一种浓缩收集微藻的方法，其特征在于，加入的碳酸钠可以通过氢氧化钠溶液吸取废气中的二氧化碳来制得。
4.根据权利要求1所述的一种浓缩收集微藻的方法，其特征在于，加入的碳酸钠也可以通过向藻液中通入二氧化碳同时添加NaOH溶液来实现。
5.根据权利要求1所述的一种浓缩收集微藻的方法，其特征在于，微藻同藻液中析出的氢氧化盐和碳酸盐一起发生共沉淀，静置的时间在30～60分钟之间，细胞较小的微藻（直径小于5微米）可以适当延长静置时间。
6.权利要求1～4的方法的应用，所述方法适用于浓缩收集培养于含钙、镁离子较高的培养液的藻类，优选用于收集杜氏海藻（Dunaliella salina）和拟微绿球藻（Nannochloropsis salina）。
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