本發(fā)明涉及一種微藻收獲方法，尤其是一種綠色安全、快速微藻收獲方法。
背景技術(shù)：
近些年來，藻類因具有生長速度快、脂類含量高等特點，廣泛應(yīng)用于生物能源、固碳減排、食品保健等多個領(lǐng)域。目前，藻類大規(guī)模、連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)已日趨成熟，但微藻收獲成為了其資源化利用的瓶頸。若能夠?qū)崿F(xiàn)微藻的快速、無污染收獲將對于其后續(xù)開發(fā)(尤其是可食用藻類)具有重要意義。
常用的藻類收獲方法主要有靜置、離心、過濾、化學(xué)絮凝等。靜置法最為簡單，但其僅適用于大顆粒藻類，且耗時較長；離心與過濾法效果較好，但效率較低、且對設(shè)備要求高、耗能較大；化學(xué)絮凝法相對簡單、效率高，但收獲的微藻和藻培養(yǎng)基易受化學(xué)絮凝劑污染，不利于藻類后續(xù)資源化利用及培養(yǎng)基循環(huán)利用。
天然大分子絮凝劑因無毒無害、可生物降解、原料可再生等特點，廣泛應(yīng)用于絮凝工藝中。目前，常用的天然絮凝劑有殼聚糖、辣木籽等，其中殼聚糖已被美國食品藥物管理局批準作為食品添加劑，并被美國環(huán)保局批準用于凈化飲用水中，而辣木籽可被直接食用，具有極高營養(yǎng)價值。但是，單純將天然大分子絮凝劑用于收獲微藻時，形成的藻絮體易懸浮于溶液中，影響藻收獲效果(李梁，電荷-高分子改性土壤去除有害藻及其環(huán)境意義的研究，北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2014)。
電氣浮技術(shù)是利用電化學(xué)原理，通過電解水產(chǎn)生的氫氣、氧氣微氣泡(直徑為10-20μm)，粘附固體或液體顆粒，形成水-氣-顆粒三相混合體系，快速上浮到水面，從而實現(xiàn)固液或者液液分離的過程。但單純使用氣浮分離穩(wěn)定懸浮的藻顆粒時，效率低，能耗高。
cn105505780a公開了一種利用電擊和無機絮凝劑相結(jié)合的微藻收集方法，其首先利用惰性電極電擊微藻細胞后，再加入無機絮凝劑實現(xiàn)藻類收獲，其所使用的無機絮凝劑為氯化鐵、氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、明礬中的一種或幾種。但由于無機絮凝劑中鐵/鋁的加入，所收獲藻類不適宜食用，該方法不適用于食品保健藻類的收集。
cn103103125b公開了一種微生物絮凝與氣浮相耦合的微藻采收方法，其首先制備微生物絮凝劑進行絮凝沉降藻類，而未絮凝的稀藻液進行氣浮分離處理。但本方法中所用微生物絮凝劑需經(jīng)過微生物培養(yǎng)、發(fā)酵、分離、純化等一系列工藝而獲取，經(jīng)濟成本較高，且無商業(yè)化產(chǎn)品，不適合大規(guī)模應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種天然有機絮凝劑與電氣浮相結(jié)合的綠色安全、快速的微藻收獲方法，結(jié)合了電中和、架橋網(wǎng)捕、氣浮等多種絮凝機理，具有簡單、快速、無污染等優(yōu)點，在食品保健藻類資源化利用方面具有明顯優(yōu)勢。
技術(shù)方案：為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種綠色安全、快速的微藻收獲方法，包括如下步驟：
(1)將食品級天然大分子絮凝劑加入微藻溶液中，攪拌形成藻絮體；所述絮凝劑帶有表面正電荷，具有長鏈結(jié)構(gòu)，分子量大小為1.0×104～3.3×107da；
(2)開啟溶液底部的電氣浮裝置產(chǎn)生氣泡，使藻絮體上浮到水面，實現(xiàn)藻類快速收集。
作為優(yōu)選，所述食品級天然大分子絮凝劑可以為殼聚糖、辣木籽、溶菌酶中的一種或多種。
作為優(yōu)選，所述電氣浮裝置電極為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
作為優(yōu)選，所述絮凝劑溶液濃度為2～8mg/l，所述電氣浮裝置的開啟時間為5～10min，電流密度為44.4～88.8a/m2。
有益效果：本發(fā)明方法首先利用食品級天然大分子絮凝劑“電中和”藻顆粒表面負電荷，促使藻顆粒失去穩(wěn)定性，并在大分子鏈的“架橋網(wǎng)捕”作用下進一步形成藻絮體。然后利用電氣浮產(chǎn)生的微小氣泡粘附藻絮體，形成水-氣-絮體三相混合體系，快速上浮到水面，實現(xiàn)藻類快速收集。具有簡單、快速、無污染等優(yōu)點，適用于收獲食用價值微藻(如，小球藻)，同時也適用于收獲其他微藻(如，微囊藻)，在藻類食品保健資源化利用方面具有明顯優(yōu)勢。
附圖說明
附圖1為本發(fā)明藻收獲方法示意圖。
圖中，1-天然大分子絮凝劑，2-藻收獲容器，3-惰性碳電極網(wǎng)。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種綠色、快速微藻收獲方法，首先將天然大分子絮凝劑1滴入藻收獲容器2，利用綠色安全天然大分子絮凝劑與微藻顆粒形成絮體，再接通惰性碳電極網(wǎng)3，與電氣浮分離工藝相結(jié)合，將藻體上浮，從而實現(xiàn)對微藻快速收集。其中所用天然大分子絮凝劑1具有三個特征：帶有表面正電荷；具有長鏈結(jié)構(gòu)，分子量大小為1.0×104～3.3×107da；安全綠色，對人體無害。可為殼聚糖、辣木籽、溶菌酶等天然大分子絮凝劑中的一種或幾種。電氣浮裝置安裝于藻溶液底部，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為碳電極，也可為其他惰性電極。
下面通過具體實施例進一步說明本發(fā)明的方案和效果。需要說明的是，下面的實施例及對比例中均以殼聚糖作為絮凝劑，對于其他具有類特征的絮凝劑與殼聚糖效果一致，本發(fā)明中不一一列舉。為了通過對比，說明本發(fā)明方案的效果，每個實施例中所做的是一組實驗，在實際使用或商業(yè)生產(chǎn)過程中只需要根據(jù)實際要求在較優(yōu)選范圍內(nèi)進行選擇即可。
下面的實施例中，微藻收獲率按照收獲前后培養(yǎng)液中藻濃度變化進行計算，藻細胞計數(shù)是利用血球計數(shù)板在顯微鏡下計數(shù)，收獲率h使用下式計算
h＝(d1-d0)/d0×100％
d1：收獲前藻濃度；d0：收獲后藻濃度
實施例1
將劑量為2、4、6、8、10、12、15mg/l殼聚糖分別添加至500ml初始藻濃度為3.63×1010cells/l的小球藻溶液中，200rpm攪拌10min后，在22.2a/m2電流密度條件下，開啟電氣浮5min，靜置10min后測定藻收獲率。
實施例2
將劑量為2、4、6、8、10、12、15mg/l殼聚糖分別添加至500ml初始藻濃度為3.63×1010cells/l的小球藻溶液中，200rpm攪拌10min后，在44.4a/m2電流密度條件下，開啟電氣浮10min，靜置10min后測定藻收獲率。
實施例3
將劑量為2、4、6、8、10、12、15mg/l殼聚糖分別添加至500ml初始藻濃度為3.63×1010cells/l的小球藻溶液中，200rpm攪拌10min后，在66.6a/m2電流密度條件下，開啟電氣浮5min，靜置10min后測定藻收獲率。
實施例4
將劑量為2、4、6、8、10、12、15mg/l殼聚糖分別添加至500ml初始藻濃度為3.63×1010cells/l的小球藻溶液中，200rpm攪拌10min后，在88.8a/m2電流密度條件下，開啟電氣浮5min，靜置10min后測定藻收獲率。
表1微藻收獲率
由上表可知，在相同的殼聚糖劑量下，隨著電流密度增大，收獲率呈增長趨勢并趨于飽和。當(dāng)殼聚糖為2～8mg/l時，電流密度為44.4～88.8a/m2時，藻收獲率較高，能達到50％以上，可以在此區(qū)間根據(jù)實際情況，綜合考慮成本因素，進行絮凝劑劑量和電流密度的選擇。
比較例1
微藻溶液同實施例1中所述。添加殼聚糖后，200rpm攪拌10min，靜置10min后測定藻收獲效果。結(jié)果如下：殼聚糖劑量為2mg/l時，藻收獲率為18％，且隨著殼聚糖劑量增加，藻收獲率保持不變。
比較例2
微藻溶液同實施例1中所述。直接開啟電氣浮5min，靜置10min后測定藻收獲效果。結(jié)果如下：電流密度為22.2a/m2、44.4a/m2、66.6a/m2和88.8a/m2，藻收獲率分別為4％、13％、23％、30％。
通過以上實施例和比較例可以得出，采用所述方法對微藻具有較好的收獲效果，而單獨使用天然大分子絮凝劑或電氣浮時，藻收獲效果均較低。