溶解气浮与沉降法采收普通小球藻的絮凝剂性能优化及成本效益分析

本研究针对微藻采收成本高、效率低的行业痛点，系统评估了八种絮凝剂在溶解气浮(DAF)与沉降法采收普通小球藻(Chlorella vulgaris)中的性能差异。研究发现吡啶修饰纤维素纳米晶体(CNCs)可实现99%采收率，壳聚糖则仅需2 mg·g?1最低剂量。通过分析絮体尺寸与工艺适配性，证实大絮体更利于沉降，而DAF对絮体尺寸不敏感。研究创新性地将经济成本纳入工艺选择标准，为微藻生物质工业化采收提供了关键技术指导。

　　

微藻作为新型生物质资源，其蛋白质、糖类和脂质含量远超传统作物，在生物燃料、动物饲料和废水处理等领域展现出巨大潜力。然而微藻细胞微小（3-30 μm）、培养液浓度低（~0.5 g·L^-1），导致采收成本占生产总成本的3-15%，成为产业化瓶颈。传统离心和膜过滤技术能耗高，而絮凝结合重力沉降虽成本低，却存在处理速度慢、污泥含水率高的问题。溶解气浮(DAF)虽能加速分离并降低污泥含水量，但设备投入和能耗较高。如何平衡采收效率与经济成本，成为微藻规模化应用的关键科学问题。

国家自然科学基金基础科学中心项目团队联合比利时根特大学研究人员，在《Bioresource Technology》发表研究，系统比较了八种絮凝剂在DAF与沉降法采收普通小球藻的性能差异。研究采用阶梯式剂量实验确定各絮凝剂最小有效剂量，通过图像分析量化絮体尺寸分布，并结合采收效率与药剂成本开展经济性评估。

溶解气浮和沉降性能比较
实验显示，吡啶修饰CNCs在两种工艺中均实现99%最高采收率，而低分子量pDMAEMA和氯化铁表现最差。特别值得注意的是，壳聚糖仅需2 mg·g^?1即可诱导絮凝，成为剂量效率冠军。研究首次揭示絮体尺寸与工艺的适配规律：大絮体（>500 μm）使沉降速度提升3倍，而DAF对小至50 μm的絮体仍保持90%以上效率。

成本效益分析
尽管CNCs采收效率优异，但其高昂价格使单位成本达1.2/kg生物质；相比之下，传统铝盐虽效率较低（850.3/kg。研究创新性提出"效率-成本"二维评估模型，证明DAF虽设备投资高，但通过减少后续离心处理量，可使总成本比沉降法降低18%。

结论与展望
该研究建立了微藻采收工艺选择的四维标准：效率、速度、污泥含固量和经济性。发现CNCs适合高附加值产品采收，而壳聚糖-沉降组合更适成本敏感场景。研究为《中国微藻产业发展纲要》提出的采收成本降低目标提供了关键技术路径，其建立的评估框架可扩展至螺旋藻等经济藻种。团队特别指出，未来应开发兼具高分子量阳离子密度与生物降解性的新型絮凝剂，以突破现有技术瓶颈。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如pDMAEMA（聚二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯）、CNCs（纤维素纳米晶体）等均按原文格式标注，作者单位名称按要求处理）