發(fā)布時間：2020-07-27 21:54

【摘要】：微藻作為一種最具有潛力的新型的可再生生物質(zhì)能源，具有光合效率高、零凈碳值、易培養(yǎng)、生長周期短、油脂含量高、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。利用微藻實現(xiàn)生物固碳及其能源化利用是目前國內(nèi)外研究的熱點之一。傳統(tǒng)的懸浮態(tài)微藻培養(yǎng)運行成本高，維護困難，微藻生物量產(chǎn)率低，采收及脫水等后續(xù)處理能耗高，限制了微藻生物能源技術的大規(guī)模應用。微藻的吸附式固定化培養(yǎng)技術可有效提高光生物反應器內(nèi)單位體積生物量，并且具有操作穩(wěn)定性高、生物量密度大、采收方便、節(jié)能等優(yōu)點，相比于懸浮態(tài)微藻培養(yǎng)技術具有更大優(yōu)勢。因此，研究藻細胞在固體基質(zhì)表面的吸附特性，探尋藻細胞吸附的最佳條件，研制新型微藻吸附式培養(yǎng)的光生物反應器，分析反應器內(nèi)微藻生物膜的生長特性及CO2固定特性具有十分重要的研究意義。 本文采用普通小球藻為實驗藻種，利用平板式光生物反應器，研究了藻細胞在固體基質(zhì)表面的吸附特性，獲得了吸附載體表面粗糙度、藻細胞接種量、培養(yǎng)液pH值及流動條件等因素對藻細胞在載體表面的吸附速率、吸附生物量的影響規(guī)律。此外，設計了一種具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)的光生物反應器，研究了微藻生物膜在該反應器中的生長特性及反應器對CO2的固定特性，討論了光照強度、CO2濃度和流量、培養(yǎng)液氮源濃度、培養(yǎng)液流量等不同運行參數(shù)對該反應器內(nèi)微藻生物膜生長及CO2固定能力的影響規(guī)律，獲得了該反應器運行的最佳條件。 獲得的主要研究結(jié)果如下： ①設計可視化平板式光生物反應器，制備不同粗糙度的固體基質(zhì)表面，研究得到載體表面粗糙度、藻細胞接種量、培養(yǎng)液pH值和液體流量對普通小球藻細胞在載體表面吸附特性的影響。實驗結(jié)果表明：藻細胞在各載體表面的吸附密度均隨時間進行呈現(xiàn)先快速增大再逐漸趨于平緩的變化趨勢；隨載體表面粗糙度和藻液中藻細胞接種量增大，載體表面對小球藻細胞的吸附率均增大，吸附密度也增大；當藻液pH值為6左右時，小球藻在載體表面吸附密度達到最大；液體流量為0.65mL/min時，載體表面對小球藻細胞的吸附能力最強。 ②設計了具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應器，制備了以PTFE-玻璃纖維為材料的具有一定表面粗糙度的疏水氣液分離膜。結(jié)果表明，所制備的PTFE-玻璃纖維膜具有較好的強度、生物相容性以及氣體擴散能力，在所設計的光生物反應器中能較好實現(xiàn)氣液分離和微藻的吸附式培養(yǎng)。 ③設計并構建了具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應器實驗系統(tǒng)，實驗研究了在光照強度為100μmol·m-2·s-1、氣相CO2濃度為2%（v/v）、氣相流量為10mL/min、培養(yǎng)基氮源濃度為1.5g/L、培養(yǎng)基流量為2mL/min條件下光生物反應器內(nèi)微藻吸附式生長及CO2固定特性。結(jié)果表明：在7天培養(yǎng)過程中，吸附于膜材料表面的小球藻最大生物量產(chǎn)量為97.48g·m-2，是采用空氣培養(yǎng)條件下生物量產(chǎn)量的6.26倍；反應器運行3天后獲得最大生物量為13.54g·m-2·day-1；反應器運行6天后獲得最大CO2去除率為58.54%。 ④在研究運行參數(shù)對反應器內(nèi)微藻吸附式生長特性和CO2固定特性時，發(fā)現(xiàn)光照強度、氣相CO2流量、液相培養(yǎng)液流量、初始氮源（NO3-）濃度的變化，會對反應器內(nèi)小球藻生物量積累量、積累速率、CO2去除率變化產(chǎn)生較大影響，而不會對培養(yǎng)液pH值、培養(yǎng)液氮源（NO3-）濃度的變化產(chǎn)生較大影響；而氣相CO2濃度變化除了會對反應器內(nèi)小球藻生物量積累量、積累速率、CO2去除率產(chǎn)生較大影響外，還會對培養(yǎng)液pH值變化產(chǎn)生較大影響，但不會對培養(yǎng)液氮源（NO3-）濃度變化規(guī)律產(chǎn)生較大影響。 ⑤對該具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應器，使吸附于膜材料表面的小球藻生物量積累最多，生物量積累最快，并且反應器對CO2的去除率最大的最佳運行條件為：光照強度為100μmol·m-2·s-1，氣相CO2濃度為2%（v/v），氣體流量為10mL/min，液相氮源（NO3-）濃度為1.5g/L，液相流量為2mL/min。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：Q945.1;TK6

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 林U

本文編號：2772433