光生物反應(yīng)器內(nèi)兩相流動(dòng)及傳遞對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響.pdf

1、利用微藻實(shí)現(xiàn)生物固碳及其能源化利用是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。跑道池是目前使用最為廣泛的開放式微藻培養(yǎng)系統(tǒng),具有造價(jià)低,易于擴(kuò)大化培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn),但其發(fā)展受到微藻光合效率、傳質(zhì)以及光照等因素的限制,生產(chǎn)效率低。跑道池微藻光生物反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相傳遞性能是影響微藻生長(zhǎng)以及二氧化碳固定率的重要因素。
　　本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,CP)作為實(shí)驗(yàn)用藻種,針對(duì)跑道池微藻光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻的生長(zhǎng)特性、微藻光生

2、物反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相傳遞特性及其強(qiáng)化開展了研究工作。系統(tǒng)研究了氣體流量、光照強(qiáng)度、光照周期等因素對(duì)跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻生長(zhǎng)與代謝性能、藻液分層現(xiàn)象的影響。對(duì)微藻反應(yīng)器內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)行為進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn),研究了曝氣孔徑、氣體流量及 CO2濃度對(duì)光生物反應(yīng)器內(nèi)氣泡動(dòng)力行為的影響,探討了氣體對(duì)藻液分層及浮選效果的影響。提出脈沖曝氣的強(qiáng)化傳質(zhì)方式,可視化研究了脈沖曝氣條件下反應(yīng)器內(nèi)的氣泡行為,討論了曝氣間隔時(shí)間對(duì)反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻

3、生長(zhǎng)特性的影響。
　　主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　?、僭谂艿莱毓馍锓磻?yīng)器內(nèi),在最佳氣體流量2000mL/min條件下,光照強(qiáng)度為160μmol·m-2·s-1,光照周期為16:8時(shí)最有利于蛋白核小球藻的生長(zhǎng);光照強(qiáng)度為90μmol·m-2·s-1和光照周期為16:8的條件均有利于藻細(xì)胞內(nèi)油脂的積累。
　　②光照條件的改變對(duì)反應(yīng)器中蛋白核小球藻的生長(zhǎng)、分層及沉降均有一定的影響,且藻液的分層與藻細(xì)胞內(nèi)油脂及碳水化合物的百

4、分含量存在一定的吻合關(guān)系,即上層藻液中藻細(xì)胞油脂百分含量高,下層藻液中藻細(xì)胞碳水化合物百分含量高。
　　③隨著曝氣孔徑的增大,反應(yīng)器內(nèi)部氣泡的直徑和運(yùn)動(dòng)速度均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì),且氣泡在藻液中的直徑和運(yùn)動(dòng)速度均小于其在純水中的直徑和運(yùn)動(dòng)速度。隨著氣體流量的增加,氣泡的直徑和運(yùn)動(dòng)速度也隨之增大。反應(yīng)器中氣泡的直徑和運(yùn)動(dòng)速度隨CO2濃度的升高而減小。
　?、茉?0mL/min的氣體流量下,曝氣孔徑越小,藻液的分層現(xiàn)象越明顯。隨

5、著氣體流量的增加,反應(yīng)器內(nèi)上層藻細(xì)胞濃度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。CO2濃度越高,藻液內(nèi)的分層現(xiàn)象越明顯。
　?、菖c連續(xù)曝氣相比,適當(dāng)?shù)拿}沖曝氣時(shí)間能夠提高藻細(xì)胞內(nèi)葉綠素的含量,提高其光能利用率以及固碳性能,獲得較大的生物量。實(shí)驗(yàn)表明,曝氣時(shí)間為12s時(shí),反應(yīng)器內(nèi)小球藻的生長(zhǎng)速率最高,最大的生物量為1.47g/L,是連續(xù)通氣時(shí)的2.63倍。脈沖曝氣在一定程度上可以延緩氣泡直徑和速度的增長(zhǎng),氣泡平均直徑為1.036mm,平均速度為7.