微藻是一类光自养单细胞生物,固碳效率高、光合作用强、生长周期短、细胞能合成积累油脂、蛋白和多种活性物质。因其易规模化养殖,且不与人争粮争地,利用微藻固碳联产生物燃油等多种高附加值生物基产品的产业化进程日趋完善,正在形成集新型农业与绿色工业融合发展的先导性高技术产业。然而,在微藻规模化养殖和高值产品加工的产业链中,微藻采收成本高、效率低依然是一个亟待解决的问题。为建立高效、低成本微藻规模化采收技术体系,本研究选取源于山西生境、可规模化养殖的埃氏小球藻(Chlorella emersionii)作为实验藻株,首先,比较分析不同化学絮凝剂对埃氏小球藻的絮凝效率,筛选出最优絮凝剂并优化其絮凝条件;其次,利用单因素试验比较不同电极材料的絮凝效率,建立以铝为电极材料的电解絮凝法和以石墨为电极材料的电场絮凝法的优化条件参数;第三,建立结合化学絮凝和电絮凝优点的新型微藻絮凝体系,并进行实验室规模综合测试;最后,设计和构建高效、低成本的微藻规模化采收装置及工艺。主要研究结果如下:(1)比较分析不同絮凝剂对小球藻的絮凝效果。选取四种不同类型絮凝剂:金属盐类(氯化铁、硫酸铁、氯化铝、硫酸铝钾)、碱类(氢氧化钙、氢氧化钠)、无机高分子聚合物类(聚合氯化铝,聚合氯化铁)和有机高分子化合物类(壳聚糖、聚丙烯酰胺)共十种,研究不同浓度絮凝剂对小球藻的絮凝采收效率,得到以下结果:静置80min,选用0.3 g·L-1硫酸铁,0.7 g·L-1硫酸铝钾,0.5 g·L-1氢氧化钙,0.3 g·L-1聚合氯化铝做絮凝剂,对小球藻絮凝效率均大于或等于95%,选用0.9 g.L-1的氢氧化钠作为絮凝剂,絮凝效率为93%;其余絮凝剂,对小球藻絮凝效率较低;综合成本效率考虑,在以上五种备选絮凝剂中,选择0.5 g.L-1氢氧化钙作为埃氏小球藻最优絮凝剂。对其絮凝条件优化后发现,藻液pH值为8、藻液OD680nm 1.2、搅拌速率150 r.min-1、搅拌时间2 min时,静置80 min,0.5 g·L-1氢氧化钙对埃氏小球藻的絮凝效率最高达到97%。(2)比较分析用于电絮凝的不同电极材料的絮凝效率。选择四种电极材料(铜、铁、石墨、铝)分别对小球藻进行电絮凝试验,综合评判表明,铝作为电极材料,小球藻絮凝效果最佳,以铝作为电极材料的电絮凝优化条件为:铝电极板宽度2 cm、极板间距2 cm、电压15v、藻液pH在7-9、藻液OD680nm在2-2.5之间、搅拌时间2min、搅拌速率200 rpm,电解絮凝5 min絮凝效率达到95%。(3)建立以石墨为电极材料和添加适量氢氧化钙的高效电絮凝体系。基于上述研究结果,选择石墨作为电极材料,并添加适量氢氧化钙辅助絮凝,构建高效的微藻电絮凝采收体系。该采收体系优化后结果为:石墨电极板宽度2 cm、极板间距2 cm、电压15 v、氢氧化钙浓度为0.35 g·L-1、藻液OD680nm为2.01、搅拌速率300 rpm、搅拌时间2min,电絮凝6 min,絮凝效率达到95%。(4)建立适于微藻规模化采收的新型高效电絮凝体系。基于上述实验室规模测试获得结果,进一步设计和构建了一次处理容量为1000 L藻液的高效电絮凝体系。该主要技术参数包括电压15 v、电极厚度1 mm、电极横截面积20 cm×30 cm、电极间距2 cm、藻液OD680nm 2.03、pH为8.51、氢氧化钙浓度0.35 g.L-1,放大测试显示利用该新型电絮凝采收体系,电絮凝处理15 min,小球藻絮凝效率达到91%以上,成本显著低于已有的微藻采收技术。本研究为建立高效、低成本的微藻规模化采收装置和工艺奠定了理论和技术基础,有助于提高微藻产业链整体经济效益。