微藻可利用電廠煙氣中的CO₂作為碳源、利用污水中的氮磷等作為營養(yǎng)物,并以太陽能作為能量來源,通過光合作用合成油脂等能源物質(zhì)和其他高附加值的產(chǎn)物,一舉達(dá)到減排除廢和生物質(zhì)能源產(chǎn)出的多重目的。相比于微藻懸浮式培養(yǎng),微藻生物膜式培養(yǎng)可減少系統(tǒng)的需水量,有效提高光生物反應(yīng)器內(nèi)的生物質(zhì)密度,且具有操作穩(wěn)定、采收方便、高效節(jié)能等優(yōu)勢,具有更大的發(fā)展及推廣潛力。微藻生物膜是微藻細(xì)胞在范德華力、靜電力及胞外分泌物的粘附力的作用附著在載體表面,經(jīng)過增殖生長形成的微生態(tài)群落。其過程包含微藻細(xì)胞向載體表面的運動、細(xì)胞的初始附著及生長成膜、成熟等幾個階段,是一系列含生化轉(zhuǎn)化的流動傳遞問題。然而,目前微藻生物膜成膜生長的作用機(jī)制尚不明確,導(dǎo)致調(diào)控生物膜成膜及生長過程的方法較少且缺乏針對性。因此,研究微藻生物膜在載體上的成膜機(jī)理及特性,進(jìn)一步提出有效的過程強(qiáng)化方法,提高微藻生物膜的產(chǎn)量,對微藻生物質(zhì)能源的發(fā)展具有重要意義。本文研究了微藻生物膜在載體上成膜生長作用機(jī)理及特性,并在理論指導(dǎo)下提出了有效強(qiáng)化和調(diào)控成膜生長過程的方法。首先,在微藻細(xì)胞從懸浮液運動到載體表面的過程中,針對微藻細(xì)胞沉降速... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

全球一次能源消費量（單位：百萬噸油當(dāng)量）（a）及2017年各區(qū)域消費格局（%）（b）

圖 1.2 光合作用的原理Fig.1.2 Schematic of photosynthesis.培養(yǎng)系統(tǒng)中 H2O 的供應(yīng)和存在方式，微藻培養(yǎng)方式主要可分為式培養(yǎng)；含少量水的固定化培養(yǎng)，分為：含極少量水的包埋式水的生物膜式培養(yǎng)。藻懸浮式培養(yǎng)技術(shù)懸浮培養(yǎng)是指微藻細(xì)胞在培養(yǎng)基中分散呈懸浮態(tài)，是一種較為式，特別是在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣，主要形式包括：閉式光生物反應(yīng)器[21](圖 1.3)。式培養(yǎng)池結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于維護(hù)等優(yōu)點。但是，由于完全開放，外界其它的物種對培養(yǎng)體系的侵染較為嚴(yán)重；另一量水體中的迅速衰減，而開放池的攪拌方式又很難實現(xiàn)水體沿導(dǎo)致培養(yǎng)池內(nèi)光能利用率低，微藻的光合作用效率受到限制，池內(nèi)生物質(zhì)培養(yǎng)效率較低（產(chǎn)量小于 1 g L-1，產(chǎn)率在 5-25 g L

圖 1.3 四種典型的微藻懸浮式培養(yǎng)系統(tǒng)Fig.1.3 Fore typical suspension cultivation systems for microalgae特別值得注意的是，懸浮式培養(yǎng)系統(tǒng)中生物質(zhì)密度低，水含量極高，達(dá)到 9[26]，且微藻細(xì)胞較小，密度與水相似[27]，這為微藻的采收過程帶來了巨。為了獲得供后續(xù)利用的高密度生物質(zhì)，工業(yè)中通常采用離心分離、過沉降、氣體浮選等方法[28]用于微藻采收。在微藻生物能源利用技術(shù)的整中，微藻采收及脫水干燥能耗占到 30%以上，極大增加了微藻成品過程術(shù)要求和成本投入，嚴(yán)重限制了微藻生物質(zhì)能源的大規(guī)模推廣應(yīng)用[29, 30]為了解決上述各種問題，微藻固定化培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)運而生。.3 微藻固定化培養(yǎng)技術(shù)微藻固定化培養(yǎng)技術(shù)，是指利用物理或者化學(xué)手段將具有一定活性的游制或定位于一定空間內(nèi)，并使其保持活性的一項生物強(qiáng)化技術(shù)[31]。常見定方法主要為包埋法和生物膜法[32]。包埋法是將微藻細(xì)胞包裹于凝膠聚合物的網(wǎng)絡(luò)空間中，如：瓊脂、海藻酸


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