【摘要】： 磷是培養(yǎng)小球藻(Chlorella)常用Basal培養(yǎng)基中的大量成分,其含量以及磷與碳的比例直接關(guān)系到小球藻生長繁殖和代謝產(chǎn)物合成,若供應不足,則會成為生長限制因子,但若供應超量,則是資源浪費并容易引起環(huán)境富營養(yǎng)化。利用啤酒廢水異養(yǎng)培養(yǎng)小球藻是一種廢水資源化處理方式。本論文主要圍繞上述問題開展了以下幾個方面的研究工作: (1)采用初始葡萄糖濃度為10 g/l的Basal培養(yǎng)基,通過測定小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)生長參數(shù),從五株小球藻中,篩選到兩株適宜高效異養(yǎng)培養(yǎng)的藻株,分別為Chlorella pyrenoidosa 15-2070和Chlorella vulgaris 15-2075,其最高生物量分別為5.3 g/l、5.2 g/l,最高生物量出現(xiàn)時間均在第3天,最大比生長速率分別為0.98 /d、0.96 /d,糖對細胞轉(zhuǎn)化率分別為0.54 g/g、0.52 g/g。 (2)用篩選到的Chlorella pyrenoidosa 15-2070用于啤酒廢水的資源化處理。利用啤酒綜合廢水100 %替代純水配制Basal培養(yǎng)基,含10 g/l葡萄糖的培養(yǎng)液中獲得5.3 g/l藻細胞,結(jié)果表明,啤酒綜合廢水對小球藻生長沒有抑制作用,可以用于小球藻高密度異養(yǎng)培養(yǎng)。采用本文設(shè)計的幾種啤酒綜合廢水預處理方式,幾種主要污染物最高去除率為:CODcr,92.2 %;BOD5,95.1 %;NO3--N,98.5 %;NH4+-N,92.3 %;這表明異養(yǎng)小球藻能有效凈化啤酒綜合廢水。在本文設(shè)計的幾種啤酒洗糟廢水預處理方式下,啤酒洗糟廢水資源化處理過程中小球藻生物量增加量為0.3 - 0.6 g/l,幾種主要污染物最高去除率為:CODcr,52.4 %;BOD5,24.7 %;總氮,30.0 %;總磷,9.8 %,這表明異養(yǎng)小球藻能去除啤酒洗糟廢水中的部分污染物,但培養(yǎng)工藝有待進一步優(yōu)化。 (3)在培養(yǎng)基初始PO_4~(3-)-P濃度為0 - 284.5 mg/l之間的變量試驗條件下,初始葡萄糖濃度為10 g/l時,異養(yǎng)培養(yǎng)條件下小球藻生長對C/P的需求范圍是206/1 - 2060/1,單位生物量的磷吸收量(P/B)的范圍是0.8 - 8.1 mg/g;混養(yǎng)培養(yǎng)條件下對C/P的需求范圍是103/1 - 2060/1,P/B的范圍是0.8 - 16.1 mg/g;初始葡萄糖濃度為40 g/l時,異養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)條件下,小球藻對C/P的需求范圍都是206/1 - 2060/1,P/B的范圍都是0.8 - 8.1 mg/g;自養(yǎng)培養(yǎng)條件下,小球藻P/B的范圍是0.8 - 30.0 mg/g。溫度、溶氧、pH、接種量都影響小球藻生長,但不影響P/B。試驗結(jié)果表明,小球藻能耐受高濃度的磷酸鹽且生長良好。Basal培養(yǎng)基中PO_4~(3-)-P濃度為284.5 mg/l,采取自養(yǎng)、混養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)模式培養(yǎng)小球藻時,該值都超出小球藻所能吸收利用的最大磷量;初始葡萄糖濃度為10 g/l時,異養(yǎng)培養(yǎng)小球藻時Basal培養(yǎng)基中的PO_4~(3-)-P超出量最高達62.5倍,培養(yǎng)結(jié)束時至少有84.0 %的磷酸鹽殘留在培養(yǎng)廢液中,若直接排放到環(huán)境中,將是發(fā)生富營養(yǎng)化的隱患。 (4)在培養(yǎng)基初始PO_4~(3-)-P濃度為0 - 284.5 mg/l之間的變量試驗條件下培養(yǎng)小球藻,通過離子色譜法檢測小球藻細胞內(nèi)總磷含量,葡萄糖濃度為10 g/l時,異養(yǎng)培養(yǎng)條件下,細胞內(nèi)總磷含量為1.0 - 10.0 mg/g,小球藻能吸收的最大磷量是滿足生長所需最低磷量的10倍;混養(yǎng)培養(yǎng)條件下,細胞內(nèi)總磷含量為1.0 - 20.0 mg/g,小球藻能吸收的最大磷量是滿足生長所需最低磷量的20倍。小球藻細胞中多余的磷一般是以多聚磷的形式儲存在細胞內(nèi)。通過熒光顯微鏡和透射電鏡觀察異養(yǎng)培養(yǎng)小球藻多聚磷形成狀況,發(fā)現(xiàn)多聚磷主要分布在液泡中以及細胞壁和細胞膜的間隙。將含多聚磷的小球藻細胞轉(zhuǎn)移到無磷培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng),小球藻可以利用胞內(nèi)儲存的多聚磷繼續(xù)生長,直到細胞內(nèi)總磷含量為1.0 mg/g時,生長基本停止。 (5)在培養(yǎng)基初始NO3--N濃度范圍為0 - 311.9 mg/l之間的變量試驗條件下,初始葡萄糖濃度為10 g/l時,異養(yǎng)培養(yǎng)條件下小球藻生長對C/N的需求范圍是20/1 - 44/1,單位生物量的氮吸收量(N/B)的范圍是17.6 - 37.1 mg/g;混養(yǎng)培養(yǎng)條件下的C/N范圍是18/1 - 44/1,N/B的范圍是17.6 - 43.3 mg/g;自養(yǎng)培養(yǎng)條件下,小球藻N/B的范圍是17.6 - 75.0 mg/g。Basal培養(yǎng)基中NO3--N濃度為173.3 mg/l,異養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)條件下,減少44.0 %硝酸鹽用量可以獲得相同的生物量;自養(yǎng)培養(yǎng)模式下,該值超出小球藻所能吸收利用最大氮量(75.0 mg/l)2.3倍。在滿足小球藻生長的氮量范圍內(nèi),小球藻葉綠素(包括葉綠素a和葉綠素b)含量隨著硝酸氮含量的增加而增加;但若硝酸氮含量超出小球藻所能吸收利用的最大氮量,葉綠素含量不再增加。在滿足小球藻生長的PO_4~(3-)-P濃度范圍內(nèi),PO_4~(3-)-P含量對小球藻葉綠素含量沒有影響。
【圖文】：

5-2 不同初始磷濃度，4.6 mg/l (a, 24 h；b, 64 h)，80.0 mg/l (c, 24 h；d，64 h)，和20h )培養(yǎng)小球藻的熒光顯微鏡照片（DAPI-DNA呈現(xiàn)藍色熒光，DAPI-polyphosphate呈熒光）. 5-2 Fluorescent microscopic images of C. pyrenoidosa cells grown with 4.6 mg/l (a, 2h), 80.0 mg/l (c, 24 h; d, 64 h), and 20.0 mg/l (e, 64 h) initial phosphorous concentrationsfluorescence shows DAPI-DNA, yellow-green fluorescence shows DAPI-polyphospha同時，通過圖 5-2 也可以看到，每個藻細胞的黃綠色熒光并不均勻一致，照片中有的細胞熒光強，有的弱，有的無熒光，這除了受到“DAPI-多聚染色概率的影響外，還可能是由于細胞分裂的不同步性造成的，即在同一胞處于細胞分裂生長周期的不同階段，，導致同一時間細胞內(nèi)多聚磷含量是處于不同生長周期的細胞膜結(jié)構(gòu)和特性不一樣，導致 DAPI 染色的差

藻中的多聚磷，增加其他多聚磷檢測方法是很必要的，透射電鏡就是其中較好的檢測方法之一。由于多聚磷的電子密度很高，因此多聚磷可以容易的用透射電鏡觀測到，用含高磷酸鹽的培養(yǎng)基培養(yǎng)的小球藻，其體內(nèi)具有高電子密度的多聚磷，通過透射電鏡清晰可見，透射電鏡法還可以精確的觀察到小球藻胞內(nèi)多聚磷的分布情況。取 4.2.8 發(fā)酵罐異養(yǎng)培養(yǎng)平穩(wěn)期 64 h 的小球藻用于透射電鏡觀測多聚磷。在培養(yǎng)基初始磷酸鹽含量為 4.6 mg /l 時，在小球藻細胞內(nèi)沒有觀測到多聚磷（圖 5-3 a）。培養(yǎng)基中磷酸鹽為 80.0 mg/l 時，在小球藻細胞內(nèi)觀測到很多分散的小多聚磷體，這些多聚磷大都分布在小球藻細胞液泡中，細胞壁和細胞膜之間間隙（圖 5-3 b）。Nishikawa 等觀察到 Chlamydomonas acidophila 的細胞膜上存在多聚磷[113]；Mullan等觀察到多聚磷大都分布在 Burkholderia cepacia 細胞的液泡中，以及細胞壁和細胞膜之間間隙[101]；Sianoudis 等發(fā)現(xiàn)多聚磷位于 Chlorella fusca 的細胞膜上[207]；Ruiz和 Komine 等觀察到多聚磷存在 Chlamydomonas reinhardtii 的液泡中[122, 208]。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X797

【引證文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 夏旗;鈍頂螺旋藻對沼液的處理與利用[D];西南大學;2011年

2 司建偉;小球藻處理生活污水及污泥提取液的試驗研究[D];南華大學;2010年

3 賈瑩;小球藻在源分離尿液中生長和去除氮磷的特性研究[D];清華大學;2011年

本文編號：2635844