具有氣液分離膜的光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻吸附生長(zhǎng)及CO2固定特性研究.pdf

1、微藻作為一種最具有潛力的新型的可再生生物質(zhì)能源,具有光合效率高、零凈碳值、易培養(yǎng)、生長(zhǎng)周期短、油脂含量高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。利用微藻實(shí)現(xiàn)生物固碳及其能源化利用是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的懸浮態(tài)微藻培養(yǎng)運(yùn)行成本高,維護(hù)困難,微藻生物量產(chǎn)率低,采收及脫水等后續(xù)處理能耗高,限制了微藻生物能源技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。微藻的吸附式固定化培養(yǎng)技術(shù)可有效提高光生物反應(yīng)器內(nèi)單位體積生物量,并且具有操作穩(wěn)定性高、生物量密度大、采收方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),相比

2、于懸浮態(tài)微藻培養(yǎng)技術(shù)具有更大優(yōu)勢(shì)。因此,研究藻細(xì)胞在固體基質(zhì)表面的吸附特性,探尋藻細(xì)胞吸附的最佳條件,研制新型微藻吸附式培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器,分析反應(yīng)器內(nèi)微藻生物膜的生長(zhǎng)特性及 CO2固定特性具有十分重要的研究意義。
　　本文采用普通小球藻為實(shí)驗(yàn)藻種,利用平板式光生物反應(yīng)器,研究了藻細(xì)胞在固體基質(zhì)表面的吸附特性,獲得了吸附載體表面粗糙度、藻細(xì)胞接種量、培養(yǎng)液pH值及流動(dòng)條件等因素對(duì)藻細(xì)胞在載體表面的吸附速率、吸附生物量的影響規(guī)律。此

3、外,設(shè)計(jì)了一種具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器,研究了微藻生物膜在該反應(yīng)器中的生長(zhǎng)特性及反應(yīng)器對(duì)CO2的固定特性,討論了光照強(qiáng)度、CO2濃度和流量、培養(yǎng)液氮源濃度、培養(yǎng)液流量等不同運(yùn)行參數(shù)對(duì)該反應(yīng)器內(nèi)微藻生物膜生長(zhǎng)及CO2固定能力的影響規(guī)律,獲得了該反應(yīng)器運(yùn)行的最佳條件。
　　獲得的主要研究結(jié)果如下:
　?、僭O(shè)計(jì)可視化平板式光生物反應(yīng)器,制備不同粗糙度的固體基質(zhì)表面,研究得到載體表面粗糙度、藻細(xì)胞接種量、培養(yǎng)液p

4、H值和液體流量對(duì)普通小球藻細(xì)胞在載體表面吸附特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:藻細(xì)胞在各載體表面的吸附密度均隨時(shí)間進(jìn)行呈現(xiàn)先快速增大再逐漸趨于平緩的變化趨勢(shì);隨載體表面粗糙度和藻液中藻細(xì)胞接種量增大,載體表面對(duì)小球藻細(xì)胞的吸附率均增大,吸附密度也增大;當(dāng)藻液pH值為6左右時(shí),小球藻在載體表面吸附密度達(dá)到最大;液體流量為0.65mL/min時(shí),載體表面對(duì)小球藻細(xì)胞的吸附能力最強(qiáng)。
　?、谠O(shè)計(jì)了具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應(yīng)器,制備

5、了以PTFE-玻璃纖維為材料的具有一定表面粗糙度的疏水氣液分離膜。結(jié)果表明,所制備的PTFE-玻璃纖維膜具有較好的強(qiáng)度、生物相容性以及氣體擴(kuò)散能力,在所設(shè)計(jì)的光生物反應(yīng)器中能較好實(shí)現(xiàn)氣液分離和微藻的吸附式培養(yǎng)。
　?、墼O(shè)計(jì)并構(gòu)建了具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了在光照強(qiáng)度為100μmol·m-2·s-1、氣相CO2濃度為2％(v/v)、氣相流量為10mL/min、培養(yǎng)基氮源濃度為1.5g/L、培養(yǎng)基流

6、量為2mL/min條件下光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻吸附式生長(zhǎng)及CO2固定特性。結(jié)果表明:在7天培養(yǎng)過程中,吸附于膜材料表面的小球藻最大生物量產(chǎn)量為97.48g·m-2,是采用空氣培養(yǎng)條件下生物量產(chǎn)量的6.26倍;反應(yīng)器運(yùn)行3天后獲得最大生物量為13.54 g·m-2·day-1;反應(yīng)器運(yùn)行6天后獲得最大CO2去除率為58.54％。
　?、茉谘芯窟\(yùn)行參數(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)微藻吸附式生長(zhǎng)特性和CO2固定特性時(shí),發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度、氣相 CO2流量、液相培養(yǎng)

7、液流量、初始氮源(NO3-)濃度的變化,會(huì)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)小球藻生物量積累量、積累速率、CO2去除率變化產(chǎn)生較大影響,而不會(huì)對(duì)培養(yǎng)液 pH值、培養(yǎng)液氮源(NO3-)濃度的變化產(chǎn)生較大影響;而氣相 CO2濃度變化除了會(huì)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)小球藻生物量積累量、積累速率、CO2去除率產(chǎn)生較大影響外,還會(huì)對(duì)培養(yǎng)液pH值變化產(chǎn)生較大影響,但不會(huì)對(duì)培養(yǎng)液氮源(NO3-)濃度變化規(guī)律產(chǎn)生較大影響。
　?、輰?duì)該具有氣液分離膜的微藻吸附式培養(yǎng)光生物反應(yīng)器,使吸附于