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管式振荡流光生物反应器中微藻的培养

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摘要

第一章 引言

第二章 文献综述

2.1 能源的现状

2.2 微藻生物柴油的可行性分析

2.3 微藻的光合作用机理

2.3.1 光合作用反应机理

2.3.2 光抑制作用

2.3.3 微藻的CO2浓缩机制

2.4 微藻的培养方式

2.5 微藻反应器的研究进展

2.5.1 开放式培养系统

2.5.2 密闭式光生物反应器

2.6 振荡流反应器

2.7 课题的提出以及研究内容

第三章 实验部分

3.1 实验试剂及仪器

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.2 藻种和培养基配方

3.2.1 藻种

3.2.2 培养基配方

3.3 实验装置

3.3.1 搅拌槽式反应器

3.3.2 管式振荡流光生物反应器

3.4 分析方法的建立

3.4.1 生物量的测定

3.5 管式振荡流光生物反应器中的操作情况

第四章 间歇式搅拌釜中微藻的培养

4.1 pH值对微藻生长的影响

4.2 光强度对藻类生长的影响

4.3 温度对微藻生长的影响

第五章 管式振荡流光生物反应器中微藻的连续培养

5.1 反应器中pH值对微藻培养的影响

5.2 初始浓度对徼藻生长的影响情况

5.3 振荡条件对管式反应器中微藻生长的影响

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

人类社会发展对能源的需求持续增长,但可得的化石燃料逐渐减少,并且化石燃料的燃烧带来的环境问题日益严重,因此寻找绿色可持续性的替代能源显得尤其紧迫。生物柴油因其具有诸多的优点被公认为是具有发展前景的选择,但是现有的生物柴油的原料主要以粮食作物(玉米、油菜籽等)为主,备受争议。而微藻具有较高的生产速率,且高含油量,不需要占用耕地等诸多优点有成为生物柴油原料的潜力,近年来颇受研究者关注。研究主要集中在微藻的培养以及微藻培养的反应器开发两方面。本文以反应工程学理论为基础,建立了新型的管式振荡流光生物反应器,并对其性能进行了初步的评价,主要进行了以下工作:
   1、在搅拌式的槽式反应器中,考察了温度、光照强度、培养液pH值以及CO2对海生椭球藻生长的影响。研究结果表明,海生椭球藻在不同的pH值下比生长速率不同,当pH值为8.0时,微藻的比生长速率最大;pH值低于7.0时,微藻的生长会受到抑制,在培养液中CO2溶解饱和时(此时pH=4.92,25℃),微藻的生长完全被抑制,但是结果显示该情况下,微藻细胞并未受到损害,微藻细胞随着pH值的升高又恢复活力;当光照强度为3000lux时,微藻的生物量在24小时内增加了62.1%,光照强度高于3000lux,出现光抑制现象抑制微藻细胞的光合作用;微藻在温度为27℃时比生长速率最大,温度主要通过影响微藻细胞内的生物酶来影响其生长。
   2、设计并建立了一套内径为65mm,高1.5m,体积为21L的新型管式振荡流光生物反应器,反应器由振荡部分和培养部分两部分组成,通过调节振荡泵的振幅和频率来实现反应器内流体流动模式的变化,而且该反应器采用内置光源的光照方式,以满足微藻细胞光合作用的需要。
   3、在管式振荡流光生物反应中对小球藻进行了连续化培养,主要考察了pH值、初始浓度以及多级混合模型参数对微藻培养的影响。结果显示,管式培养器中小球藻在pH值为7.5时比生长速率最大,比文献报道的值有所降低;微藻溶液的初始浓度对微藻培养在管式反应器中的影响很明显,在振荡条件St=2.430,Re0=1427.8,此时反应器的多级混合模型参数N=9,该条件下,随着初始浓度的升高,小球藻的比生长速率逐渐降低,但是体积生产能力增大,即单位时间内微藻产生的绝对生物量增多;调节振幅和频率,当多级混合模型参数N=16时,微藻溶液初始浓度为0.142g/L时,小球藻的比生长速率达到最大值0.563d-1,此时体积最大生产能力达到95 mg/(L·d),继续增大初始藻液浓度,比生长速率减小,生产能力也没有明显的增长。
   综合以上情况表明,管式振荡流光生物反应器中的流体流动特性有利于小球藻的生长,而且该反应体系占地面积较少,单位面积的生产能力可以达到很高,是具有一定发展前景的微藻反应器,但还需要进一步深入的研究。

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