微藻生物質(zhì)資源是一種重要的可再生資源。微藻種類繁多,只需利用光能、水、O2及一些營養(yǎng)鹽即可合成蛋白質(zhì)、糖類、脂類、色素等生物活性物質(zhì),在補(bǔ)充、替代糧食來源及作為可再生生物質(zhì)資源方面有著不可替代的作用。實(shí)現(xiàn)微藻生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于掌握高效率、低成本、規(guī)�；奈⒃迮囵B(yǎng)技術(shù)�；谫Y源缺乏趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢,本文對微藻生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中的關(guān)鍵瓶頸問題進(jìn)行了多方面的探索,提出微藻產(chǎn)業(yè)化道路應(yīng)該著力于實(shí)現(xiàn)微藻生物固碳—廢水深度凈化—微藻生物質(zhì)生產(chǎn)有機(jī)耦合,選擇斜生柵藻和小球藻作為CO2固定和廢水凈化的研究對象,從微藻自身的生理生態(tài)特征出發(fā),將其在CO2固定、有機(jī)廢水深度凈化及微藻生物質(zhì)生產(chǎn)上的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合起來,優(yōu)化工藝,實(shí)現(xiàn)啤酒工業(yè)廢水和生豬養(yǎng)殖廢水廢棄資源的開發(fā)利用和高效生物治理,對緩解我國水資源緊張,溫室氣體減排,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著重要意義。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)考察了初始氮濃度、pH值、通氣量和初始接種量等因素對斜生柵藻(Scenedesmus obliquus FACHB-276)生長的影響。結(jié)果表明斜生柵藻生物量隨氮濃度的增高而增高,油脂含量隨氮濃度的增高而降低;S.obliquus對pH的適應(yīng)范圍較寬,pH7～11條件下均能較好地生長;通氣和CO2加富會影響培養(yǎng)液的pH,從而影響S.obliquus的生長;最佳通氣量為1.5 L/min;最佳初始接種量為初始OD680 0.2左右,此細(xì)胞密度可使微藻在啤酒廢水中占據(jù)優(yōu)勢生長地位。建立了間歇短時(shí)間加富CO2微藻培養(yǎng)技術(shù),以降低啤酒廢水的PH,為微藻生長提供更多碳源,最終實(shí)現(xiàn)S.obliquus的良好生長和油脂積累,構(gòu)建了“啤酒廢水深度凈化—碳減排—微藻生物質(zhì)生產(chǎn)”體系,達(dá)到啤酒廢水深度凈化、碳減排和斜生柵藻生物質(zhì)低成本生產(chǎn)耦合增效的目的。(2)考察了不同濃度CO2加富培養(yǎng)小球藻時(shí),加富CO2對小球藻的生物質(zhì)產(chǎn)率、CO2固定效率、油脂、蛋白質(zhì)、碳水化合物和色素含量等指標(biāo)的影響,開發(fā)了小球藻高效固定CO2轉(zhuǎn)化生物基產(chǎn)品的工藝。結(jié)果表明:5%濃度CO2加富培養(yǎng)小球藻可獲得最佳效果,生物量達(dá)到1.53 g/L,生物質(zhì)產(chǎn)率達(dá)到153 mg/L/d,最大C02固定速率為0.81 g/L/d,實(shí)現(xiàn)C02高效固定和聯(lián)產(chǎn)小球藻生物制品。不同C02濃度對小球藻細(xì)胞油脂含量影響不大,但對小球藻細(xì)胞蛋白質(zhì)和碳水化合物的含量影響差異顯著。5%CO2培養(yǎng)的小球藻細(xì)胞碳水化合物含量達(dá)到最高為30%,過低或過高的CO2濃度都會降低小球藻細(xì)胞碳水化合物含量;10%CO2培養(yǎng)的小球藻細(xì)胞蛋白質(zhì)含量最高為55%。研究結(jié)果可為微藻生長過程中合理加富CO2提供理論支持。(3)養(yǎng)豬沼液中氨氮濃度可高達(dá)400～800 mg/L,高濃度氨氮會抑制藻類生長。磷酸氫鎂(Magnesium hydrogen phosphate,MHP)可與氨氮反應(yīng),生成磷酸銨鎂(Magnesium ammonium phosphate,MAP)沉淀而實(shí)現(xiàn)降低氨氮水平。通過單因素和正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究了 pH值、n(MHP)/n(NH4+)和攪拌時(shí)間對磷酸銨鎂沉淀法降低高氨氮模擬廢水中氨氮的影響。結(jié)果表明:單因素實(shí)驗(yàn)中最適pH值為10,最適n(MHP)/n(NH4+)為1.5,最佳攪拌時(shí)間為120 min。正交實(shí)驗(yàn)表明最優(yōu)水平組合為pH值9.5、n(MHP)/n(NH4+)為2、反應(yīng)攪拌時(shí)間為150 min。建立磷酸銨鎂沉淀預(yù)處理技術(shù)調(diào)控高氨氮養(yǎng)豬沼液的氨氮水平,實(shí)現(xiàn)小球藻在特殊生境(高氨氮養(yǎng)豬沼液)下利用MAP沉淀作為緩釋肥料良好生長,培養(yǎng)12天,生物量高達(dá)1.05 g/L(比對照上清液組提高了 46.36%,對照未預(yù)處理組微藻發(fā)黃死亡),實(shí)現(xiàn)深度凈化養(yǎng)豬沼液,達(dá)到高氨氮養(yǎng)豬沼液資源化處理的目的,成功構(gòu)建“磷酸銨鎂沉淀預(yù)處理—養(yǎng)豬沼液深度凈化—微藻生物質(zhì)低成本生產(chǎn)”耦合體系。(4)為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬廢水資源化利用,解決現(xiàn)有光生物反應(yīng)器普遍存在透光率差,CO2供應(yīng)和O2轉(zhuǎn)移效果不好,收獲成本居高不下等問題,選用生態(tài)Led光源,篩選光吸收好、反射少的膜材料,構(gòu)建特殊陣列簾式膜組件,開發(fā)研制了一種微藻高效光生物膜反應(yīng)器,可實(shí)現(xiàn)光源充分利用,CO2良好供應(yīng)和O2快速轉(zhuǎn)移,土地利用效率提高,實(shí)現(xiàn)微藻產(chǎn)率大幅提高,機(jī)械收刮方法實(shí)現(xiàn)低成本綠色采收膜上微藻。結(jié)果表明:經(jīng)過5天左右的生長,膜上小球藻生物量可高達(dá)7.37 g/m2,大部分小球藻都趨于在膜上生長,因?yàn)槟ど闲∏蛟蹇奢^好地吸收光源,實(shí)現(xiàn)CO2良好供應(yīng)和O2快速轉(zhuǎn)移。生物膜反應(yīng)器小球藻油脂含量較低為10.17%,懸浮培養(yǎng)小球藻油脂含量為14.29%。光照強(qiáng)度對脂肪酸組成有很大的影響,懸浮培養(yǎng)的光照較差,小球藻C16含量為69.42%,C18含量為24.5%;膜培養(yǎng)時(shí)光照較好,小球藻C16含量為24.03%,C18含量為74.78%,其中C18:2(亞油酸)含量占脂肪酸總含量的19.21%,C18:3(亞麻酸)含量占脂肪酸總含量的40.18%,膜培養(yǎng)的小球藻具有高附加值產(chǎn)品加工利用前景。同時(shí),小球藻良好生長實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬廢水深度凈化,COD、TP、TN、NH4+-N的去除率分別達(dá)到 95.67%、64.40%、69.55%和 91.24%。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：X703;Q949.2
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?２．３?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｏｎ?ｆａｔｔｙ?ａｃｉｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓ．?ｏｂｌｉｑｕｕｓ??為了探究藻細(xì)胞中的化學(xué)成分信息，對不同氮初始濃度培養(yǎng)的斜生柵藻藻??粉進(jìn)行ＦＴＩＲ分析，結(jié)果如圖２．４。結(jié)果表明不同氮初始濃度培養(yǎng)的斜生柵藻的??紅外吸收峰位置與峰形大致相似，但一些特征吸收峰的相對強(qiáng)度有所差異，大??體上氮初始濃度為０?ｍｇ／Ｌ和８０?ｍｇ／Ｌ時(shí)較為接近，氮初始濃度為１６０?ｍｇ／Ｌ、３２０??ｍｇ／Ｌ、４００?ｍｇ／Ｌ和６００?ｍｇ／Ｌ時(shí)較為接近，這與表２．３結(jié)果較相符。根據(jù)表２．２、??相關(guān)文獻(xiàn)［１９６＿１９９］和紅外光譜分析結(jié)果圖２．４可知，斜生柵藻粉的主要紅外特征吸??收峰為１６５９?ｃｎｆ１的蛋白質(zhì)吸收峰，２８６１?ｃｎｆ１的脂類吸收峰。??￣＾?＼／＾—＇￣＂＂??￣???＼?ｆ．???廠一??〇?ｍｇ／Ｌ??Ｉ?＝＝??｜?——知二：???＇＇—－－咖一??４０００?３７００?３４００?３１００?２８００?２５００?２２００?１９００?１６００?１３００?１０００?７００?４００??Ｗａｖｅ?ｎｕｍｂｅｒｓ?（ｃｍ１）??圖２．４不同氮初始濃度下的斜生柵藻藻粉ＦＴＩＲ譜圖??Ｆｉｇ．?２．４?ＦＴＩＲ?ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ?ｆｏｒ?Ｓ．?ｏｂｌｉｑｕｕｓ?ｕｓｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??３２??

?２．３．３初始ｐＨ對斜生柵藻生長的影響??圖２．５示初始ｐＨ對斜生柵藻生長的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ｐＨ７？１１條件下斜??生柵藻都能較好地生長。斜生柵藻具有較好的ｐＨ適應(yīng)能力，當(dāng)ｐＨ較低（４？６）??時(shí)，微藻可以迅速地提高水體的ｐＨ，當(dāng)ｐＨ過高時(shí)，微藻可以迅速地降低水體??的ｐＨ，但隨著微藻的生長，培養(yǎng)液的ｐＨ會逐步升高，最終培養(yǎng)液ｐＨ約為１０。??０．４?１?「１２??Ｂｉｏｍａｓｓ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（ｇ／Ｌ）?＾＾Ｆｉｎａｌ?ｐＨ??０３５?ｉ，?１０??Ｉ：?Ａ?Ｉ?＿?１?８??／?｜?６??３?４?５?６?７?８?９?１０?１１?１２??Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐＨ??圖２．５初始ｐＨ對斜生柵藻生物量和最終ｐＨ的影響??Ｆｉｇ．?２．５?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｐＨ?ｏｎ?ｂｉｏｍａｓｓ?ｙｉｅｌｄ?ｏｆ?Ｓ．?ｏｂｌｉｑｕｕｓ?ａｎｄ?ｆｉｎａｌ?ｐＨ??２．３．４通氣量對斜生柵藻的影響??通氣量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖２．６）表明，最佳通氣量為１．５?Ｌ／ｍｉｎ，通氣過程中??３３??

微藻的生物量必須達(dá)到一定量才能夠使之處于競爭優(yōu)勢地位，因此初始接種量??是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。最佳接種量的選擇可以節(jié)約藻種生產(chǎn)成本，同時(shí)保證??獲得最佳廢水養(yǎng)殖微藻生產(chǎn)效果。圖２．７示初始接種量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明??最佳初始接種量為初始〇Ｄ６８Ｑ為０．２左右，此細(xì)胞密度可以使得微藻占據(jù)優(yōu)勢生??長地位。??，Ｍ?Ｉ??§?Ｉ?１??Ｉ?２?－??ｉ?１．５?ｘ??Ｉ?１?▲?＿?■?蠢矗?１??Ｉ?０．５??０．１１７?０．１４６?０．２０８?０．２４５?０．２９７?０．３５４?０．４０８??Ｉｎｉｔｉａｌ?〇Ｄ６Ｘ（，??圖２．７初始接種量對斜生柵藻光密度值增比的影響??Ｆｉｇ．?２．７?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｉｎｉｔｉａｌ?ＯＤ?ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ?ａｍｏｕｎｔ??３４??
【參考文獻(xiàn)】

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3 王彥杰;畢少杰;洪秀杰;朱本源;;不同濃度沼液浸種和噴施對谷子生長的影響[J];江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年10期

4 周瑾偉;;沼液灌根對當(dāng)歸增產(chǎn)及抗逆性試驗(yàn)研究[J];中國沼氣;2015年05期

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6 楊鑫;胡笑濤;王文娥;;沼液水培蔬菜的研究進(jìn)展[J];北方園藝;2015年18期

7 宋錦玉;宋官龍;史春薇;閆玉玲;王德慧;;歐洲生物柴油燃料及其原料的最新動向[J];應(yīng)用化工;2015年08期

8 徐春明;焦志亮;王曉丹;傅宇;;微藻作原料生產(chǎn)生物柴油的研究現(xiàn)狀和前景[J];現(xiàn)代化工;2015年08期

9 楊祎;陳立文;陳必鏈;王明茲;;微藻凈化沼液產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)展[J];中國沼氣;2015年04期

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本文編號：2838522