發(fā)布時間：2020-06-08 04:39

【摘要】：能源短缺與環(huán)境污染已成為制約當前世界各國經(jīng)濟發(fā)展和人類生活的嚴重問題。微藻作為可再生能源的優(yōu)良原料,新型的高密度微藻固定化培養(yǎng)技術具有改善傳統(tǒng)懸浮培養(yǎng)藻細胞密度低、培養(yǎng)成本高、生物質采收困難等弊端的潛力。藻類能夠利用畜禽廢水中的氮、磷化合物用于生長,因此也為污水深度處理提供了優(yōu)良的解決方法。由于固定化培養(yǎng)的微藻對光與營養(yǎng)物質的吸收和利用機理與懸浮培養(yǎng)存在很大的不同,反應器的設計和工作原理上也有本質區(qū)別,因此,本研究以提高微藻固定化培養(yǎng)的生物質、油脂產(chǎn)量、提高固定化微藻對氮、磷的去除率、降低反應器系統(tǒng)能耗為目標,開展了以下幾個方面的研究:(1)為了進一步優(yōu)化微藻的固定化培養(yǎng)條件,分析了 CO2流速、培養(yǎng)周期、光稀釋率三個參數(shù)對微藻生物油產(chǎn)量及總氮(Total Nitrogen,TN)去除率的影響。實驗采用響應曲面分析法(Response Surface Methodology,RSM)中的中心組合算法(Central Composite Design,CCD)設計實驗參數(shù)。結果表明,響應面建立的微藻生物質產(chǎn)率和廢水TN去除率的二次回歸方程的擬合度良好,模型相關系數(shù)都達到97%以上。最佳產(chǎn)能及去污培養(yǎng)條件組合為:CO2流速0.04L/min、培養(yǎng)周期124.86h、光稀釋面積比率RAD1.33。在該條件下普通小球藻生物質產(chǎn)率達到34.81 g/m2/day,TN去除率達95.64%,與理論預測值較好吻合。(2)本文提出改進的盤式固定化培養(yǎng)生物反應器(Porous Substratum Biofilm Reactor,PSBR),此反應器主要由多組生物轉盤垂直于地面布置,占地面積小,17.8的光稀釋率有效地提高了培養(yǎng)單元對自然光源的利用,避免了光抑制效應。運用該反應器固定化培養(yǎng)小球藻,對其進行污水處理及生物油生產(chǎn)的研究。探究接種濃度和浸沒面積比在室外培養(yǎng)條件下對生物膜產(chǎn)率、含油率、去污率和光合作用效率的影響。在18 g/m2的接種濃度及5.7%的浸沒面積比培養(yǎng)條件下,得到最大生物膜產(chǎn)率為57.87 g/m2/day,固定化率為81.9%,生物質含油率及生物油產(chǎn)率分別為38.56%和22.318 g/m2/day,同時,氨氮(Ammonia,NH4-N)、TN 和 TP(Total Phosphorus,TP)的去除率分別達到 99.59%,96.05%和 99.83%。與懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)相比,本PSBR系統(tǒng)光能利用率為10.65%,凈能量比為1.3。(3)作為微藻生物柴油生產(chǎn)后占比最大的殘余物—提油后微藻生物質,將其制作成藻粉生物吸附劑,用于研究吸附重金屬Pb2+的吸附效果和機理。實驗結果表明,溶液初始pH為3,藻渣吸附劑濃度為2g/L,初始鉛離子濃度454.06 mg/L,吸附時間30 min達到平衡時,藻渣生物吸附劑對重金屬的去除效果最佳,去除率達到99.67%,去除量達226.28 mg/g。
【圖文】：

承載體蛇形纏繞于固體骨架材料表面，組成復合載體，這在一定程度上擴大了微逡逑藻培養(yǎng)載體面積，不同面積的承載體纏繞于固定尺寸的骨架上，即產(chǎn)生了不同光逡逑稀釋率的培養(yǎng)單元，如圖２－３所示。逡逑Ａ＝？ｉｘＺｉｘ＾＿邐（２８）逡逑４邋Ｌ２ｘＷ２逡逑Ｒ邋＝Ａ邋＝邋ｋｌＥＬ邐（２－９）逡逑Ａｒ邋Ｌ３，逡逑其中：恿為培養(yǎng)單元光稀釋率；足＾為光稀釋面積比率即光能有效利用面積與投逡逑影面積比率；次為培養(yǎng)微藻載體面積；沁為培養(yǎng)單元接受到入射光投影面積；逡逑NB尺骨架面積，叫（２）為培養(yǎng)單元載體片數(shù)；Ａ復合載體長度，叭（0．0５ｍ）復逡逑合載體寬度；Ｉ２邋（０．１ｍ）投影面積長度；％投影面積寬度（０．０６ｍ）；邋Ｉ３邋（０．５ｍ）逡逑骨架長度；叭（０．１ｍ）骨架寬度。逡逑ｌＸＣＯｊ邋濃逡逑．．．．．逡逑儲液槽逡逑圖２－２基于毛細作用的微藻固定化復合載體培養(yǎng)系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ２－２邋Ｃａｐｉｌｌａｒｙ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ邋ａｔｔａｃｈｅｄ邋ｃｕｌｔｉｖａｔｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑１４逡逑

本實驗在不改變骨架的設計尺寸的條件下，通過合理的擴大承載體的面積以逡逑提供給微藻更大的生長空間。此前本反應器所用載體使用垂直貼附的手法與骨架逡逑部分相結合，本實驗改變了載體吸附時的形態(tài)，采用蛇行布置的方法，如圖２－３逡逑所示，將承載體纏繞在骨架部分之上，隨著培養(yǎng)載體表面積的擴大，在骨架表面逡逑積不變的情況下，載體便產(chǎn)生了重疊部分，這樣便提高了微藻在相同體積培養(yǎng)單逡逑元內的培養(yǎng)面積。這部分重疊的面積勢必會對微藻的光能利用率、培養(yǎng)載體的傳逡逑質效率產(chǎn)生不同程度的影響。逡逑結合反應器結構特點，本實驗以微藻在培養(yǎng)周期內的生物質產(chǎn)率及營養(yǎng)鹽逡逑ＴＮ去除率為響應目標，選取培養(yǎng)周期（ｈ）、Ｃ０２流量（Ｌ／ｍｉｎ）、光稀釋面積比逡逑率Ｒａｄ為研宄因素，米用曲面響應法（Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ＲＳＭ）邋［４５丨逡逑進行實驗設計，，研究不同反應條件對目標參數(shù)的協(xié)同作用，并進行目標參數(shù)的優(yōu)逡逑化計算�；谝延形墨I，三因素水平分別選取為２４－２１６邋ｈ、０－０．０６邋Ｌ／ｍｉｎ、１．１－１．５逡逑進行優(yōu)化分析：利用中心組合設計（Ｃｅｎｔｒａ丨Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｄｅｓｉｇｎ
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK6;X703

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 張永亮;張浩江;謝水波;唐東山;陳珊;王水云;;藻類吸附重金屬的研究進展[J];鈾礦冶;2009年01期

2 陸開形;唐建軍;蔣德安;;藻類富集重金屬的特點及其應用展望[J];應用生態(tài)學報;2006年01期

3 楊芬;藻類對重金屬的生物吸附技術研究及其進展[J];曲靖師范學院學報;2002年03期

本文編號：2702553