近岸海域氮磷污染生态修复与大型海藻生物能源提取研究

论文摘要

大量氮磷营养盐向近岸海域的输送造成了水体的富营养化现象,并引发了赤潮等一系列生态环境问题。因而,控制近岸海域中氮磷污染是我们目前面临的一个重大课题。通过野外调查和放射性镭同位素示踪技术的应用,研究确定了海底地下水排泄对近岸海域氮磷富营养化具有不可忽视的作用,是造成沿海氮磷污染未得到根本性好转的原因之一海水氮磷污染的原位修复将有助于缓减富营养化现象,所以,本论文通过模拟实验和现场采样对比,研究了大型海藻——海带对海水氮磷的吸收特征、过程及其影响因素,发现海带对氨氮、硝酸盐氮和活性磷酸盐都有较好的吸收效果,能够作为海水氮磷污染修复的藻种,并确定了海带吸收氮磷过程适宜的条件,认为规模化海带养殖是治理近岸海域富营养化的一种有效途径。为了对上述收获的海带进一步进行利用,实验研究了海带生物能源的提取过程。海带中丰富的碳水化合物可以作为海藻生物乙醇提取的重要原料。通过多种预处理方法以及实验条件的优化,实验发现在酿酒酵母发酵过程中,蛋白酶、纤维素酶和果胶酶共同处理的海带粉末具有最高的乙醇产率,为3.32g/100g干海带。实验还对其经济可行性与提高利用价值的方法进行了探讨,为实现海带的综合利用提供了参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 海藻对氮磷污染生态修复研究现状
• 1.1.1 藻类修复氮磷污染原理
• 1.1.2 微藻修复氮磷污染进展
• 1.1.3 大型海藻氮磷吸收和贮存机制研究
• 1.1.4 大型海藻对沿海氮磷污染生态修复研究进展
• 1.1.5 大型海藻修复近岸海域的生态意义
• 1.1.5.1 温室气体的控制
• 1.1.5.2 能源的可持续利用
• 1.2 海藻生物质能源利用进展
• 1.2.1 生物质能源利用现状
• 1.2.2 藻类生物能源开发现状
• 1.2.2.1 藻类生物气研究现状
• 1.2.2.2 藻类生物柴油研究现状
• 1.2.2.3 藻类生物乙醇研究现状
• 1.2.3 中国能源利用现状及生物能源的开发
• 1.3 发展趋势与研究目标
• 2 近岸海域氮磷污染现状调查与研究
• 2.1 近岸海域氮磷污染现状及其危害
• 2.2 浙江沿海氮磷污染现状研究
• 2.2.1 近岸海域氮磷污染调查
• 2.2.2 氮磷污染的地下水输入研究
• 2.2.2.1 区域环境背景
• 2.2.2.2 采样与分析方法
• 2.2.2.3 海底地下水排泄通量的估计
• 2.2.2.4 研究区地下水输入的氮磷通量
• 2.3 小结
• 3 大型海藻对近岸海域氮磷污染生态修复的研究
• 3.1 海藻分类学
• 3.2 海带的分布、结构特征与我国养殖情况
• 3.2.1 海带分布情况
• 3.2.2 海带结构特征
• 3.2.3 我国海带发展历史
• 3.2.4 海带人工养成
• 3.2.5 海带是理想的氮磷污染修复藻种
• 3.3 海带对沿海氮磷污染生态修复的研究
• 3.3.1 样品的采集与处理
• 3.3.2 分析方法
• 3.3.3 饥饿条件下海带对氮的吸收行为
• 3.3.4 不同氮源比例下海带对氮的吸收
• 3.3.5 不同氮磷浓度下海带对氮磷的吸收
• 3.3.6 影响海带氮磷吸收的因素
• 3.3.7 海带生长实验
• 3.3.8 室内外研究对比
• 3.4 海藻大规模养殖的生态意义
• 3.4.1 固碳作用
• 3.4.2 氮磷营养盐的大量吸收
• 3.4.3 其他环境与社会效益
• 3.5 小结
• 4 大型海藻生物乙醇开发研究
• 4.1 我国海藻生物乙醇原料的选择
• 4.2 海带主要成分
• 4.2.1 水分
• 4.2.2 灰分
• 4.2.3 脂肪
• 4.2.4 纤维素
• 4.2.5 蛋白质
• 4.2.6 碳水化合物
• 4.2.7 无机成分
• 4.3 海带碳水化合物组成
• 4.3.1 褐藻酸
• 4.3.2 甘露醇
• 4.3.3 昆布多糖
• 4.3.4 其他
• 4.4 海带生物乙醇的开发研究
• 4.4.1 海带糖类物质可发酵性分析
• 4.4.2 乙醇发酵机理及菌种的选择
• 4.4.3 发酵原料的预处理
• 4.4.3.1 海带粒径与干湿状态
• 4.4.3.2 酸法与酶法提取
• 4.4.3.3 灭菌的影响
• 4.4.4 乙醇发酵过程的控制
• 4.4.4.1 乙醇发酵流程
• 4.4.4.2 酿酒酵母的扩大培养
• 4.4.4.3 发酵条件的优化
• 4.4.4.4 不同预处理对发酵影响
• 4.4.4.5 甘露醇的发酵
• 4.4.4.6 盐度对发酵的影响
• 4.4.4.7 发酵过程的长期观测
• 4.4.5 乙醇的提炼
• 4.4.6 发酵余料的分析
• 4.5 海藻生物乙醇经济分析
• 4.6 生物精炼（biorefinery）
• 4.7 小结
• 5 总结
• 5.1 结论
• 5.2 不足与展望
• 5.2.1 实验不足
• 5.2.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简介