基于管式光生物反應(yīng)器的小球藻培養(yǎng)方法研究.pdf

1、能源與環(huán)境問題是全世界所共同面臨的問題，藻類資源化方向已成為學(xué)者研究的熱點。為了實現(xiàn)微藻的大規(guī)模低成本培養(yǎng)，需利用不同類型的光生物反應(yīng)器。目前培養(yǎng)條件控制較好、微藻產(chǎn)量較高的為管式光生物反應(yīng)器，為了探究管式光生物反應(yīng)器中水動力學(xué)條件對微藻生長的影響及微藻有效收割方法，本文以小球藻為研究對象，依托湖北工業(yè)大學(xué)河湖生態(tài)修復(fù)與藻類利用湖北省重點實驗室，開展室內(nèi)實驗。對不同流速、雷諾數(shù)條件下不同管徑反應(yīng)器小球藻的沉降及生長狀況進(jìn)行研究，確定小球

2、藻沉降及生長的臨界水動力條件，并基于通電電解方法對小球藻的收割進(jìn)行了研究。同時根據(jù)室內(nèi)試驗，優(yōu)化設(shè)計了一套微藻連續(xù)培養(yǎng)及收割的裝置。通過上述研究，主要得到如下認(rèn)識：
　　1）水動力條件對小球藻沉降的影響
　　在50mm管徑光生物反應(yīng)器中，小球藻沉降比隨著流速的增大而降低，其最大值為0.672，最小值為0.021，且將流速與沉降比的線性擬合關(guān)系式為Y=-1.6954x+0.7686（R2=0.9812），但均未達(dá)到理想狀態(tài)的完

3、全沉降與完全懸浮，這與小球藻自身生物特性及反應(yīng)器材質(zhì)所產(chǎn)生的誤差有關(guān)。在管徑分別為50mm、63mm、75mm和90mm的反應(yīng)器中，小球藻沉降比均隨著雷諾數(shù)增大而降低，且變化規(guī)律相似。雷諾數(shù)可作為表征管式光生物反應(yīng)器中小球藻的懸浮或沉降的顯著影響因子。其值與小球藻沉降比線性關(guān)系式為Y=-3E-05Re+0.8019，相關(guān)性顯著。
　　2）水動力條件對小球藻生長的影響
　　在上述4種不同管徑反應(yīng)器中，不同雷諾數(shù)下小球藻生長情況

4、差別較大，但同一雷諾數(shù)下小球藻光密度值、比增長率及日產(chǎn)量值相差不大。在雷諾數(shù)一定的條件下，各管徑小球藻每日光密度值的方差均極小，說明小球藻生長情況與管徑無關(guān)，只取決于不同的雷諾數(shù)。在管徑相同、雷諾數(shù)不同的試驗中，不同雷諾數(shù)下小球藻生長情況差異較大。雷諾數(shù)較小的梯度下小球藻在實驗前期生長較快，實驗后期生長緩慢；雷諾數(shù)較大的梯度下小球藻實驗后期出現(xiàn)迅速生長。在藻液濃度較高時，雷諾數(shù)為
　　34757為管式光生物反應(yīng)器中小球藻生長的最優(yōu)

5、雷諾數(shù)值。管式光生物反應(yīng)器中小球藻比增長率、日產(chǎn)量均與不同雷諾數(shù)、不同藻液濃度有關(guān)，其生長適配曲線還有待進(jìn)一步的實驗加以求得。
　　3）基于通電絮凝的小球藻收割方法研究
　　通電絮凝進(jìn)行對小球藻藻液進(jìn)行電解實驗中，電流密度越大，水藻分離效率越高。當(dāng)電流密度，增至6mA/cm2后，分離效率增加趨勢不顯著，可確定2mA/cm2為小球藻電解分離的最優(yōu)電流密度。藻液初始濃度不同時，小球藻電解分離效果不同，初始藻濃度越低，水藻完全分離

6、的時間越短。對于實際應(yīng)用中電解成本的考慮，可以對待收割藻液進(jìn)行過濾、自然沉降等前處理降低藻液濃度后再以通電方式進(jìn)行收割。
　　4）藻類連續(xù)培養(yǎng)及收割裝置設(shè)計
　　基于室內(nèi)實驗結(jié)果，設(shè)計了一種新型自動化管式光生物反應(yīng)器，以濁度值表征藻密度，通過濁度及水壓的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了培養(yǎng)液的自動添加和高濃度藻液的自動采收，并通過水氣分離口的設(shè)計，解決了傳統(tǒng)管式光生物反應(yīng)器溶解累積的問題。同時設(shè)計了一種結(jié)合過濾法、通電絮凝及氣浮法的自動化收