首页> 中文学位 >微藻光生物反应器开发及正渗透藻水分离的研究
【6h】

微藻光生物反应器开发及正渗透藻水分离的研究

代理获取

目录

声明

致谢

摘要

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1全球变暖与二氧化碳减排

1.1.2微藻的光合固碳

1.2微藻光生物反应器研究现状

1.2.1开放式光生物反应器

1.2.2封闭式光生物反应器

1.2.3混合式光生物反应器

1.3微藻收获与藻水分离

1.3.1自然沉降法

1.3.2絮凝法

1.3.3离心法

1.3.4膜过滤法

1.4 FO藻水分离技术

1.4.1 FO技术原理

1.4.2 FO膜材料

1.4.3 FO驱动液

1.4.4藻水分离中的膜污染特征

1.5研究目的与内容

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容

1.5.3技术路线

第二章光内柱式光生物反应器的开发

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.2.1材料与仪器

2.2.2反应器示意图

2.2.3藻种保存与培养

2.2.4分析方法

2.3结果与讨论

2.3.1反应器水力学特征分析

2.3.2光照强度增强对微藻生长的影响

2.3.3微藻生长状况和固碳能力分析

2.4小结

第三章正渗透藻水分离中的膜污染特征

3.1引言

3.2实验材料与方法

3.2.1材料与仪器

3.2.2藻种保存与培养

3.2.3 FO实验设置

3.2.4分析方法

3.3.1藻水分离过程中水通量变化特征

3.3.2藻水分离过程中水通量损失特征

3.3.3膜上污染物特征分析

3.4小结

第四章微藻胞外有机物的膜污染机制

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.2.1材料与仪器

4.2.2藻种保存与培养

4.2.3 FO实验设置

4.2.4分析方法

4.3结果与讨论

4.3.1 TFC和CTA膜的基本性能

4.3.2胞外有机物对TFC和CTA膜水通量的影响

4.3.3 TFC和CTA膜上污染物的特征分析

4.3.4 TFC和CTA膜的污染机制

4.4小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2创新点

5.3不足与展望

参考文献

作者简介

展开▼

摘要

20世纪90年代以来,大量温室气体排入环境中,造成了全球气温的持续增长。CO2作为最重要的温室气体,对全球变暖的贡献率约占所有温室气体的60%,因此CO2减排迫在眉睫。微藻作为一种能够利用光合作用进行高效固碳的自养型生物,每100吨藻生物质可以固定大约183吨CO2,并产生具有极高经济价值的藻生物质。但在实际微藻规模化培养和CO2固定的过程中,微藻光生物反应器投资成本高,微藻生物质的采收效率低,使得微藻的工业化应用受到了严重的制约。 本文以CO2固定和正渗透藻水分离及其污染机制研究为目标,研究微藻在光生物反应器内的气液传递效率和光合效率,开发新型封闭式光生物反应器,提高微藻生物质产量。同时,以正渗透(forward osmosis,FO)膜分离技术为基础,开展FO藻水分离研究,探索了藻水体系中的膜污染因素和机理,为微藻的规模化养殖系统提供技术支撑,主要研究内容和结论如下: (1)针对微藻光生物反应器产量低的问题,开发了新型光内柱式微藻光生物反应器,以能够耐受高浓度CO2的诱变小球藻作为研究对象,从水力学特征、光照强度、微藻生长状况和固碳能力等方面对反应器的特性进行分析。当曝气速率为0.1vvm时,光内柱式光生物反应器(column photobioreactor with internal light column,ILC-CPBR)中的气液传递效率比等体积柱式光生物反应器(column photobioreactor with the same volume,CPBRv)中的气液传递效率高出24.3%,比等高度柱式光生物反应器(column photobioreactor with the same height,CPBRh)中的气液传递效率高出21.5%。内柱及内置光源的增加提高了反应器内的光暗比从而增强了微藻生长过程中的光照强度。由于气液传递效率增强和光照强度增加的共同作用,ILC-CPBR中的生物质干重比CPBRv中的生物质干重高出82.4%,比CPBRh中的生物质干重高出64.4%,达到1.66g L-1;ILC-CPBR中的最大固碳速率比CPBRv中的最大固碳速率高出47.7%,比CPBRh中的最大固碳速率高出26.2%。 (2)针对正渗透藻水分离膜污染特征的问题,以小球藻和栅藻为实验藻种,探究藻细胞、胞外多聚物(soluble algal products,SAP)、藻液在FO藻水分离过程中的水通量衰减和污染组分特征的差异。藻液中的藻细胞和SAP是引起FO膜污染的主要原因,同时藻细胞和SAP会产生相互作用引起更严重的水通量衰减。在活性层朝向进料液(active layer facing feed solution,AL-FS)模式下,小球藻藻细胞引起的水通量衰减要大于SAP,而在活性层朝向驱动液(active layer facing draw solution,AL-DS)模式下,SAP引起的水通量衰减要大于藻细胞。但对于栅藻,SAP对水通量的影响始终大于藻细胞;在AL-FS模式下,小球藻的藻细胞更容易吸附在TFC膜的活性层上,减少了小球藻SAP在膜上的吸附位点。相比AL-FS模式,Al-DS模式下SAP在TFC膜支撑层上的大量吸附是FO水通量衰减加剧的主要原因。 (3)针对正渗透藻水分离膜污染机制的问题,以小球藻SAP为进料液,以NaCl、MgCl2和CaCl2为驱动液,比较了复合薄膜(thin film composite,TFC)和三醋酸纤维素膜(cellulose triacetate,CTA)在AL-FS和AL-DS两种模式下的水通量变化情况和膜上所积累的污染物特征,并且探究了可能的膜污染机制。研究发现与CTA膜相比,TFC膜表现出更高的水渗透能力,但同时水通量损失也更大,同时SAP更容易吸附在TFC膜上,但吸附物也更容易用物理清洗的方式从膜上洗脱下来,而吸附于CTA膜表面的污染物更具有不可逆性;当CaCl2为驱动液时,Ca2+、SAP和TFC膜活性层表面的R-COOH会发生相互作用,从而使滤饼层牢牢地覆盖在活性层之上,而CTA膜表面仅形成球状颗粒物的沉积。当驱动液为NaCl和MgCl2时,TFC膜水通量可以保持在一个较高的水平,具有较强的抗污染性。 本论文研究开发了一种新型柱式微藻光生物反应器,提出了微藻SAP对FO膜的潜在污染新机制,为微藻规模化生产和藻水分离提供了理论基础。

著录项

  • 作者

    李静雅;

  • 作者单位

    浙江大学;

  • 授予单位 浙江大学;
  • 学科 环境工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 程丽华;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    微藻; 光生物反应器; 渗透;

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号