基于表面活性剂-盐协同絮凝技术的微藻采收：从实验室到中试规模的P. kessleri高效回收

为解决微藻采收中高能耗、高成本的行业难题，研究人员开发了一种基于向日葵油衍生的阴离子表面活性剂与Al2 (SO4 )3 ·8H2 O协同的絮凝技术。该技术在小球藻（P. kessleri）BOW-13C体系中实现86.57%采收率，在猪粪培养基中仅需60 ppm无机盐即可达90%效率，并成功完成60 L规模验证，为生物燃料产业化提供经济高效的解决方案。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，微藻生物燃料因其高效固碳能力（可达植物的400倍）和丰富的生物质组分（如脂类、多糖）备受关注。然而，微藻细胞微小（1-20 μm）、密度接近培养液且表面带负电的特性，使其采收成本占生产总成本的30%，成为产业化瓶颈。传统方法如离心、膜过滤能耗高，而常规絮凝剂存在用量大、环境风险等问题。

加拿大魁北克省生物质技术实验室团队在《Bioresource Technology》发表研究，创新性地利用向日葵油衍生的阴离子表面活性剂与铝盐协同作用，实现小球藻（Parachlorella kessleri）BOW-13C的高效采收。该研究突破性地发现：在基础培养基（BBM）中，60 ppm表面活性剂与60 ppm Al₂
(SO₄
)₃
·8H₂
O组合可实现86.57%采收率；而在富含天然生物表面活性剂的猪粪（PM）培养基中，仅需60 ppm铝盐即可突破90%效率。更引人注目的是，该技术成功完成从15 mL到60 L的三级规模放大验证，展现出显著的工程化潜力。

关键技术方法包括：1）采用3.5 L柱式气泡反应器进行微藻培养，通入5% CO₂
；2）基于光学密度（OD）变化评估絮凝效率；3）对比Al³⁺
与Ca²⁺
的离子效应；4）通过Zeta电位分析电荷中和机制；5）建立三级放大体系（15 mL→3.5 L→60 L）验证工艺稳定性。

【Algal cultivation】
研究采用加拿大国家研究委员会（NRCC）分离的P. kessleri BOW-13C菌株，在BBM和PM两种培养基中培养。PM培养基含2.5%猪粪（v/v），其丰富的NH₄
⁺
-N和PO₄
^3-
-P显著促进微藻生长，同时天然生物表面活性剂为后续采收提供便利。

【Screening assays】
Zeta电位测试显示微藻表面电荷为-25.3 mV，解释其自发絮凝效率仅10.7%。添加表面活性剂-铝盐组合后，电荷中和与疏水桥接双重机制使絮体尺寸增大5倍，沉降速度提升3倍。PM体系中天然表面活性物质的存在使铝盐用量减少50%。

【Conclusion】
该研究开创性地证明：1）植物源阴离子表面活性剂可替代传统阳离子型试剂；2）PM培养基的"自絮凝"特性可降低化学试剂依赖；3）工艺在60 L规模保持稳定性，单位成本较离心法降低62%。这不仅为微藻生物精炼提供关键技术支撑，更推动CCU（碳捕集利用）技术在废水处理-能源生产耦合领域的应用。

讨论部分强调，该技术的核心创新在于利用可再生原料（向日葵油）开发生物基表面活性剂，其环境友好特性优于CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）等传统试剂。未来研究可进一步优化表面活性剂分子结构，并探索其在其他微藻物种（如栅藻、螺旋藻）采收中的普适性。