【摘要】：隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源匱乏和環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越突出。作為可再生能源原料的優(yōu)良來源,能源微藻受到愈來愈多研究者的關(guān)注。相比傳統(tǒng)的懸浮培養(yǎng),微藻固定化培養(yǎng)可提高生物質(zhì)培養(yǎng)密度,降低生物質(zhì)采收成本,易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模培養(yǎng),具有產(chǎn)業(yè)化前景。微藻在培養(yǎng)過程需要氮和磷作為營養(yǎng),將微藻培養(yǎng)與廢水處理相結(jié)合不僅可以降低微藻營養(yǎng)源的成本,而且可以降低廢水處理的成本。然而,在固定化培養(yǎng)過程中,微藻對光與營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用機(jī)理與懸浮培養(yǎng)有顯著的差別。因此,本研究以提高微藻固定化培養(yǎng)的生物質(zhì)、油脂/碳水化合物產(chǎn)量、廢水中氮和磷的去除率,減少成本投入為指標(biāo),進(jìn)行了以下幾方面的研究:(1)光照策略優(yōu)化研究。在前期研制的基于毛細(xì)作用的固定化培養(yǎng)反應(yīng)器基礎(chǔ)上,進(jìn)行基于LED光源的微藻固定化培養(yǎng)光照策略優(yōu)化。研究了不同光強(qiáng)、光暗周期以及可變LED光照策略對微藻生物質(zhì)產(chǎn)量及生物油積累的影響。結(jié)果表明,在不同培養(yǎng)階段,光強(qiáng)和光暗周期對微藻的生物質(zhì)產(chǎn)量和油含量有顯著影響;在光暗周期16:8 h時(shí),采用光強(qiáng)遞增策略,得到了最大的油脂產(chǎn)量66.65 gm-2。光轉(zhuǎn)遞增策略可為不同培養(yǎng)階段的固定化部分微藻細(xì)胞提供合適的光強(qiáng),并且有利于油脂的生產(chǎn)。(2)培養(yǎng)條件及采收策略優(yōu)化研究。在五種能源藻種中篩選了Chlamydomonas sp.JSC4為最佳的生物燃料生產(chǎn)及污水處理藻株�？疾炝瞬煌偟獫舛取⒌种撇呗院桶脒B續(xù)培養(yǎng)策略對微藻生物膜生長及生物燃料生產(chǎn)的影響。結(jié)果表明,在未稀釋的總氮濃度為600 mgL-1的養(yǎng)豬廢水中,微藻的生物膜產(chǎn)量/產(chǎn)率和碳水化合物產(chǎn)率分別高達(dá)268.67 gm-2(38.38 gmn-2d-1)和16.67 gm-2d-1,同時(shí)總氮和總磷的去除率分別達(dá)到96.58%(5.52 gm-2d-1)和99.44%(0.44 gm-2d-1);在氮抑制策略下,培養(yǎng)兩天后碳水合物的含量達(dá)到最大值為47.89%(18.42 gm-2d-1),該策略有利于提高生物燃料乙醇的產(chǎn)率;在固定化培養(yǎng)中應(yīng)用半連續(xù)培養(yǎng)策略,25%收獲比例下得到最高的生物膜產(chǎn)率37.39 gm-2d-1和碳水化合物產(chǎn)率15.48 gm-2d-1。且在該條件下,通過對碳水化合物組成成份分析,葡萄糖含量占據(jù)79.7%～88.9%,表明該條件有利于發(fā)酵型生物燃料的生產(chǎn)(例如生物乙醇和生物丁醇)。(3)放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)及戶外培養(yǎng)優(yōu)化研究。設(shè)計(jì)了一款新型的封閉式旋轉(zhuǎn)盤光生物反應(yīng)器,并對其進(jìn)行微藻固定化培養(yǎng)及污水去除氮磷的研究,獲得放大工藝技術(shù)性指標(biāo)參數(shù),評估其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。探究室內(nèi)培養(yǎng)下培養(yǎng)液體積大小和室外培養(yǎng)下補(bǔ)光時(shí)間對生物膜產(chǎn)率、固碳率、生物燃料產(chǎn)率、去污率和光合作用效率的影響。結(jié)果表明,在培養(yǎng)體積為1.5 L及補(bǔ)光時(shí)間為7小時(shí)的培養(yǎng)條件下,得到最大生物膜產(chǎn)率為69.77 gm-2d-1,固碳率為130.12 gm-2d-1,碳水化合物產(chǎn)率為27.48 gm-2d-1,同時(shí),廢水中總氮和總磷的去除率分別達(dá)到98.85%(11.86 gm-2d-1)和98.35%(2.7 gm-2d-1)。且本固定化培養(yǎng)系統(tǒng)的光合作用效率高達(dá)14.13%,初步達(dá)到了綠色生產(chǎn)能源微藻的目的。
【圖文】：

懸浮培養(yǎng)和固定化培養(yǎng)是目前常見的微藻培養(yǎng)方式，但在工業(yè)化應(yīng)用中主要以懸浮培逡逑養(yǎng)工藝方法為主。微藻懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)多種多樣，，但總體上劃分為開放式和封閉式兩種，常逡逑見的開放式反應(yīng)器和封閉式反應(yīng)器如圖１－１所示。Ｂｅｃｈｅｔ等［１８］在規(guī)模為５０邋Ｌ的光生物反應(yīng)逡逑器中利用小球藻？ｓｏｒａＡ／ｍｂｎ進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，其生物質(zhì)產(chǎn)率高達(dá)１０±２．２ｇｍ＿２ｄ＿１，并且整個(gè)系逡逑統(tǒng)的總光合作用效率高達(dá)４．８±０．５％。但是這一類反應(yīng)器普遍存在培養(yǎng)密度低，收獲成本逡逑高的問題［１９，２＜）］。逡逑在大規(guī)模生產(chǎn)微藻的過程中，如何降低培養(yǎng)與收獲過程中的成本與能耗投入，是微藻逡逑規(guī)�；瘧�(yīng)用的主要障礙，也是各國研究者急需解決的難題，因此尋求一種高效的培養(yǎng)模式逡逑成為新能源領(lǐng)域?qū)＜业难芯繜狳c(diǎn)［２１＿２２］。當(dāng)前適用于微藻產(chǎn)業(yè)化的培養(yǎng)系統(tǒng)主要有跑道池逡逑（約１０￣２５邋ｇｎ＾ｄ４產(chǎn)量）［２３］、管式反應(yīng)器（約３５？４１邋ｇｎ＾ｃＴ１產(chǎn)量）［２４］和平板式反應(yīng)器（約逡逑３０邋ｇｍＡｒ１產(chǎn)量）［２５］等（如圖１－１所示）。由于微藻細(xì)胞直徑很小，同時(shí)光在水中的傳遞效逡逑率易受到限制，因此對微藻細(xì)胞的生長產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制，也在一定程度上加大了微藻在逡逑收獲中的成本投入［２６—２７］。和懸浮培養(yǎng)模式相比

溫室氣體凈化研宄”。逡逑１．６技術(shù)路線逡逑本課題的技術(shù)路線圖如圖１－２所示：逡逑基于ＬＥＤ光源的微藻固定化培養(yǎng)策略優(yōu)化及應(yīng)用研宄逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑氮抑制策略＾邋ＬＥＤ光源策略優(yōu)化《邐＇￣＾￣？污水處理的應(yīng)用研宄逡逑Ｉ邐邐邐邋１邐Ｉ邋邐邋邋Ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｉ邋＇邐１邐Ｉ邐Ｉ邐酎受污水能源微藻邐＿適
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;Q949.9

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