【摘要】：能源短缺與環(huán)境污染已成為制約當(dāng)前世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活的嚴(yán)重問(wèn)題。微藻作為可再生能源的優(yōu)良原料,新型的高密度微藻固定化培養(yǎng)技術(shù)具有改善傳統(tǒng)懸浮培養(yǎng)藻細(xì)胞密度低、培養(yǎng)成本高、生物質(zhì)采收困難等弊端的潛力。藻類能夠利用畜禽廢水中的氮、磷化合物用于生長(zhǎng),因此也為污水深度處理提供了優(yōu)良的解決方法。由于固定化培養(yǎng)的微藻對(duì)光與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用機(jī)理與懸浮培養(yǎng)存在很大的不同,反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和工作原理上也有本質(zhì)區(qū)別,因此,本研究以提高微藻固定化培養(yǎng)的生物質(zhì)、油脂產(chǎn)量、提高固定化微藻對(duì)氮、磷的去除率、降低反應(yīng)器系統(tǒng)能耗為目標(biāo),開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:(1)為了進(jìn)一步優(yōu)化微藻的固定化培養(yǎng)條件,分析了 CO2流速、培養(yǎng)周期、光稀釋率三個(gè)參數(shù)對(duì)微藻生物油產(chǎn)量及總氮(Total Nitrogen,TN)去除率的影響。實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)曲面分析法(Response Surface Methodology,RSM)中的中心組合算法(Central Composite Design,CCD)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。結(jié)果表明,響應(yīng)面建立的微藻生物質(zhì)產(chǎn)率和廢水TN去除率的二次回歸方程的擬合度良好,模型相關(guān)系數(shù)都達(dá)到97%以上。最佳產(chǎn)能及去污培養(yǎng)條件組合為:CO2流速0.04L/min、培養(yǎng)周期124.86h、光稀釋面積比率RAD1.33。在該條件下普通小球藻生物質(zhì)產(chǎn)率達(dá)到34.81 g/m2/day,TN去除率達(dá)95.64%,與理論預(yù)測(cè)值較好吻合。(2)本文提出改進(jìn)的盤式固定化培養(yǎng)生物反應(yīng)器(Porous Substratum Biofilm Reactor,PSBR),此反應(yīng)器主要由多組生物轉(zhuǎn)盤垂直于地面布置,占地面積小,17.8的光稀釋率有效地提高了培養(yǎng)單元對(duì)自然光源的利用,避免了光抑制效應(yīng)。運(yùn)用該反應(yīng)器固定化培養(yǎng)小球藻,對(duì)其進(jìn)行污水處理及生物油生產(chǎn)的研究。探究接種濃度和浸沒(méi)面積比在室外培養(yǎng)條件下對(duì)生物膜產(chǎn)率、含油率、去污率和光合作用效率的影響。在18 g/m2的接種濃度及5.7%的浸沒(méi)面積比培養(yǎng)條件下,得到最大生物膜產(chǎn)率為57.87 g/m2/day,固定化率為81.9%,生物質(zhì)含油率及生物油產(chǎn)率分別為38.56%和22.318 g/m2/day,同時(shí),氨氮(Ammonia,NH4-N)、TN 和 TP(Total Phosphorus,TP)的去除率分別達(dá)到 99.59%,96.05%和 99.83%。與懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)相比,本PSBR系統(tǒng)光能利用率為10.65%,凈能量比為1.3。(3)作為微藻生物柴油生產(chǎn)后占比最大的殘余物—提油后微藻生物質(zhì),將其制作成藻粉生物吸附劑,用于研究吸附重金屬Pb2+的吸附效果和機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,溶液初始pH為3,藻渣吸附劑濃度為2g/L,初始鉛離子濃度454.06 mg/L,吸附時(shí)間30 min達(dá)到平衡時(shí),藻渣生物吸附劑對(duì)重金屬的去除效果最佳,去除率達(dá)到99.67%,去除量達(dá)226.28 mg/g。
【圖文】：

承載體蛇形纏繞于固體骨架材料表面，組成復(fù)合載體，這在一定程度上擴(kuò)大了微逡逑藻培養(yǎng)載體面積，不同面積的承載體纏繞于固定尺寸的骨架上，即產(chǎn)生了不同光逡逑稀釋率的培養(yǎng)單元，如圖２－３所示。逡逑Ａ＝？ｉｘＺｉｘ＾＿邐（２８）逡逑４邋Ｌ２ｘＷ２逡逑Ｒ邋＝Ａ邋＝邋ｋｌＥＬ邐（２－９）逡逑Ａｒ邋Ｌ３，逡逑其中：恿為培養(yǎng)單元光稀釋率；足＾為光稀釋面積比率即光能有效利用面積與投逡逑影面積比率；次為培養(yǎng)微藻載體面積；沁為培養(yǎng)單元接受到入射光投影面積；逡逑NB尺骨架面積，叫（２）為培養(yǎng)單元載體片數(shù)；Ａ復(fù)合載體長(zhǎng)度，叭（0．0５ｍ）復(fù)逡逑合載體寬度；Ｉ２邋（０．１ｍ）投影面積長(zhǎng)度；％投影面積寬度（０．０６ｍ）；邋Ｉ３邋（０．５ｍ）逡逑骨架長(zhǎng)度；叭（０．１ｍ）骨架寬度。逡逑ｌＸＣＯｊ邋濃逡逑．．．．．逡逑儲(chǔ)液槽逡逑圖２－２基于毛細(xì)作用的微藻固定化復(fù)合載體培養(yǎng)系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ２－２邋Ｃａｐｉｌｌａｒｙ邋ａｃｔｉｏｎ邋ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ邋ａｔｔａｃｈｅｄ邋ｃｕｌｔｉｖａｔｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑１４逡逑

本實(shí)驗(yàn)在不改變骨架的設(shè)計(jì)尺寸的條件下，通過(guò)合理的擴(kuò)大承載體的面積以逡逑提供給微藻更大的生長(zhǎng)空間。此前本反應(yīng)器所用載體使用垂直貼附的手法與骨架逡逑部分相結(jié)合，本實(shí)驗(yàn)改變了載體吸附時(shí)的形態(tài)，采用蛇行布置的方法，如圖２－３逡逑所示，將承載體纏繞在骨架部分之上，隨著培養(yǎng)載體表面積的擴(kuò)大，在骨架表面逡逑積不變的情況下，載體便產(chǎn)生了重疊部分，這樣便提高了微藻在相同體積培養(yǎng)單逡逑元內(nèi)的培養(yǎng)面積。這部分重疊的面積勢(shì)必會(huì)對(duì)微藻的光能利用率、培養(yǎng)載體的傳逡逑質(zhì)效率產(chǎn)生不同程度的影響。逡逑結(jié)合反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)以微藻在培養(yǎng)周期內(nèi)的生物質(zhì)產(chǎn)率及營(yíng)養(yǎng)鹽逡逑ＴＮ去除率為響應(yīng)目標(biāo)，選取培養(yǎng)周期（ｈ）、Ｃ０２流量（Ｌ／ｍｉｎ）、光稀釋面積比逡逑率Ｒａｄ為研宄因素，米用曲面響應(yīng)法（Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ＲＳＭ）邋［４５丨逡逑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，，研究不同反應(yīng)條件對(duì)目標(biāo)參數(shù)的協(xié)同作用，并進(jìn)行目標(biāo)參數(shù)的優(yōu)逡逑化計(jì)算�；谝延形墨I(xiàn)，三因素水平分別選取為２４－２１６邋ｈ、０－０．０６邋Ｌ／ｍｉｎ、１．１－１．５逡逑進(jìn)行優(yōu)化分析：利用中心組合設(shè)計(jì)（Ｃｅｎｔｒａ丨Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｄｅｓｉｇｎ
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK6;X703

【參考文獻(xiàn)】

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1 張永亮;張浩江;謝水波;唐東山;陳珊;王水云;;藻類吸附重金屬的研究進(jìn)展[J];鈾礦冶;2009年01期

2 陸開(kāi)形;唐建軍;蔣德安;;藻類富集重金屬的特點(diǎn)及其應(yīng)用展望[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2006年01期

3 楊芬;藻類對(duì)重金屬的生物吸附技術(shù)研究及其進(jìn)展[J];曲靖師范學(xué)院學(xué)報(bào);2002年03期

本文編號(hào)：2702553