本文關鍵詞：微藻生物膜光生物反應器內傳遞與生化反應特性的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微藻作為一種最具有潛力的新型生物質,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。微藻吸附式生物膜培養(yǎng)可有效提高光生物反應器內單位體積生物量,且具有操作穩(wěn)定、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。因此本文采用普通小球藻作為實驗藻種,以瓊脂凝膠作為微藻營養(yǎng)物質的供給源層,微孔濾膜作為微藻生物膜吸附基質構建了源層/基質層雙層結構微藻生物膜反應器,在相同環(huán)境條件下,分別利用柱式光生物反應器和雙層結構微藻生物膜反應器進行了微藻懸浮式培養(yǎng)和吸附式生物膜培養(yǎng),研究了光傳遞及CO_2供應對微藻懸浮細胞和生物膜生長的影響,從而從光傳遞角度和CO_2供給角度解釋微藻生物膜培養(yǎng)的優(yōu)勢所在。然后,基于雙層結構微藻生物膜反應器研究了營養(yǎng)液供給對生物膜形態(tài)、微藻生長以及微藻油脂積累的影響,為微藻生物膜培養(yǎng)方法的發(fā)展和應用提供實驗指導。最后,為了高密度培養(yǎng)微藻并節(jié)約水資源投入、減少采收脫水能耗,參考膜生物反應器的構造,采用強度高、生物相容性好的永久性親水PVDF/PTFE復合濾膜材料作為微藻吸附基質,設計了密閉腔式微藻生物膜光生物反應器及其實驗系統(tǒng),并進行了該培養(yǎng)系統(tǒng)的性能優(yōu)化實驗,以獲得其運行最佳條件,并評估了該培養(yǎng)系統(tǒng)的水資源投入情況。全文主要結論如下:(1)吸附式生物膜培養(yǎng)達到穩(wěn)定時,生物質面積密度為99.44g/m2,比懸浮式培養(yǎng)最終生物質面積密度高35.07%;入射光為120μmol/(m2·s)時,在相同生物質面積密度條件下,光在生物膜內穿透優(yōu)于懸浮液,有效照射比例明顯高于懸浮液生物膜培養(yǎng)中。光能有效穿透微41.35±3.73μm厚度的藻生物膜(對應40 g/m2),當生物膜面積密度低于40g/m2時,光能穿透整個生物膜,當面積密度為100g/m2時,生物膜上層40%的部分被有效照射,而懸浮液有效照光照比例僅為2.5%。當初始接種密度為12.5g/m2時,微藻生物膜的生長速度最大為27.85g/(m2·day),光能穿透整個生物膜,繼續(xù)提高接種密度,微藻生物膜生長速度降低。(2)以相同濃度的CO_2作為碳源時,生物膜培養(yǎng)生物量高于懸浮態(tài)培養(yǎng);空氣作為碳源時,生物膜有較好的生長,而懸浮細胞幾乎不生長;生物膜培養(yǎng)CO_2的飽和點為1.5%,懸浮培養(yǎng)CO_2飽和點為4.5%,生物膜對CO_2具有更好的親和能力。(3)營養(yǎng)液供給對生物膜結構影響明顯,當瓊脂濃度從0.125%升高到8%時,生物膜含水量降低,微藻細胞縮水變小,微藻生物膜變得更加致密,微藻生物膜厚度從91.23降到62.33μm;營養(yǎng)液供給對微藻光合生長影響明顯,瓊脂濃度從0.125%升高到8%時,單位厚度生物膜內含水量(第2天)從18.12降低至9.19mg/μm,光和CO_2向生物膜內部傳遞阻力減小,加速了微藻光合生長,使得最終生物膜密度從40.56提高45.9%至59.16g/m2;營養(yǎng)液供給對微藻油脂積累影響明顯,相對較低的生物膜含水量有利于油脂積累,當瓊脂濃度從0.125%升高到8%時,油脂含量從25.21%提高到28.24%,油脂產量提高了63.39%。(4)基于光和CO_2的傳遞及含水量的影響,設計了密閉腔式微藻生物膜膜式反應器,最佳運行條件為反應器設計高度5cm,最佳光照強度為200μmol/(m2·s),最佳培養(yǎng)基方案為0.1N-BG11×20,最佳率為0.018VVM,最低培養(yǎng)基體積為5L/m2;微藻生物膜膜式反應器性能優(yōu)良,生物質產量高達178.25g/m2,油脂含量為20.25%,油脂產量高達36.10g/m2;微藻生物膜膜式反應器生產1kg干藻和1kg油脂的水足跡分別為28.05L、138.50L,相比于懸浮培養(yǎng)方式最高減少了2828.95L/kg。
【關鍵詞】：微藻 吸附式培養(yǎng) 生物膜 光生物反應器 油脂積累
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 概述10-11
• 1.2 微藻的光合作用11-12
• 1.3 微藻培養(yǎng)技術12-20
• 1.3.1 微藻懸浮式培養(yǎng)12-16
• 1.3.2 微藻吸附式生物膜培養(yǎng)16-20
• 1.4 微藻吸附式生物膜培養(yǎng)的主要影響因素20-23
• 1.4.1 光照的影響20-21
• 1.4.2 CO_2供給的影響21
• 1.4.3 營養(yǎng)液供應的影響21-23
• 1.4.4 吸附基質23
• 1.5 本課題的主要工作23-26
• 1.5.1 已有工作的不足23
• 1.5.2 本課題的主要內容23-24
• 1.5.3 本課題的研究意義24-26
• 2 生物膜中光傳遞及CO_2供給對微藻生長影響26-46
• 2.1 引言26-27
• 2.2 材料與方法27-31
• 2.2.1 藻種與培養(yǎng)基27-28
• 2.2.2 實驗裝置及系統(tǒng)28
• 2.2.3 方法及儀器設備28-31
• 2.3 小球藻吸附式培養(yǎng)和懸浮式培養(yǎng)生長對比31-32
• 2.4 光傳遞對微藻生長的影響32-38
• 2.4.1 光在微藻生物膜和懸浮液中的穿透特性32-35
• 2.4.2 光照強度對微藻生物膜生長的影響35-37
• 2.4.3 初始接種密度對生物膜生長影響37-38
• 2.5 CO_2供給對微藻生長的影響38-43
• 2.5.1 CO_2流量對微藻生物膜生長的影響38-39
• 2.5.2 CO_2濃度對微藻生長的影響39-43
• 2.6 本章小結43-46
• 3 營養(yǎng)液供應及生物膜含水量對微藻生長的影響46-62
• 3.1 引言46
• 3.2 材料與方法46-51
• 3.2.1 材料46-47
• 3.2.2 實驗裝置及系統(tǒng)47
• 3.2.3 方法及儀器設備47-51
• 3.3 瓊脂濃度對微藻生長過程中生物膜含水量的影響51-53
• 3.4 瓊脂濃度對微藻生物膜和細胞微觀形態(tài)的影響53-57
• 3.4.1 瓊脂濃度對微藻生物膜厚度的影響53-56
• 3.4.2 瓊脂濃度對微藻細胞大小影響56-57
• 3.5 瓊脂濃度對微藻生長特性的影響57-61
• 3.5.1 瓊脂濃度對微藻生生長57-60
• 3.5.2 瓊脂濃度對微藻油脂積累的影響60-61
• 3.6 本章小結61-62
• 4 密封腔式微藻生物膜光合反應器設計及其性能實驗62-84
• 4.1 引言62
• 4.2 材料與方法62-67
• 4.2.1 藻種與培養(yǎng)基62
• 4.2.2 實驗裝置及系統(tǒng)62-63
• 4.2.3 方法及儀器設備63-67
• 4.3 結構參數對反應器性能影響67-72
• 4.3.1 基質材料對反應器性能的影響67-70
• 4.3.2 反應器高度對反應器性能的影響70-72
• 4.4 運行參數對反應器性能影響72-80
• 4.4.1 光照強度影響對反應器性能的影響72-74
• 4.4.2 培養(yǎng)基方案對反應器性能的影響74-77
• 4.4.3 通氣流量對反應器性能的影響77-80
• 4.5 反應器水資源投入評估80-82
• 4.5.1 培養(yǎng)基體積對反應器性能的影響80-82
• 4.5.2 單位微藻產量水資源投入分析82
• 4.6 本章小結82-84
• 5 結論84-86
• 6 后續(xù)研究工作及展望86-88
• 致謝88-90
• 參考文獻90-98
• 附錄98
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄98
• B. 作者在攻讀碩士學位期間申請的專利98
• C. 作者在攻讀碩士學位期間獲得的榮譽98
• D. 作者在攻讀碩士學位期間參與的科研項目98

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 張海陽;匡亞莉;林U

本文編號：452879