高密度培养微藻固定CO2时光照与气体流速影响研究

论文摘要

随着经济的迅速发展和社会的进步，人类对化石燃料的需求日益增大，导致空气中的CO2浓度越来越高，由此引发的环境问题严重影响了人类的生产和生活，因此控制温室气体CO2的排放有重大意义。利用微藻固定CO2是一种经济、有效的方法。要想在实际生产中大规模地利用这项技术，必须实现对固定高浓度CO2微藻的高密度培养，这就要求对微藻培养的条件进行优化。为此本文以固定高浓度CO2的小球藻XⅠ和XⅡ为培养对象，研究了藻液的光衰减规律，对光照条件和流速条件进行了优化。1.以日光灯为光源，固定初始入射光照强度，测定藻液在不同浓度下光照强度随培养液深度的变化情况。分析测得数据可知：在藻细胞浓度一定的情况下，光照强度在XⅠ藻和XⅡ藻藻液中随着培养液深度增大按指数规律衰减，但光照强度在XⅡ藻藻液中随着浓度和光程的增加衰减都比较缓慢。2.以L表示光程，吸光度OD表示藻液的浓度，E0代表初始入射光照强度，E代表一定光程处的光照强度，对光衰减数进行回归分析得到XⅠ藻和XⅡ藻的光衰减方程分别为：ln（E0/E）=（0.4280OD－0.0035）L+1.0344OD－0.0399ln（E0/E）=（0.2746OD－0.0315）L+1.0855OD－0.4430经检验，该方程的拟合程度较好。通过光衰减方程，可以掌握光照在藻液中的分布情况，据此可以随着培养进程调节光照强度，使藻细胞获得充分的光照。3.日光灯下渐变光照和恒定光照的对比实验表明：对于XⅠ藻来说，在锥形瓶、平板式反应器和柱式反应器三种反应器下渐变光照都比恒定光照要适合其生长，光照形式应采用渐变光照；对于XⅡ藻来说，在锥形瓶和平板式反应器中，渐变光照并不促进其生长，光照形式应采用恒定光照，而在柱式反应器中，渐变光照要优于恒定光照，光照形式应采用渐变光照；依据培养进程适当增加光照强度，可以克服光照在高浓度藻液中的衰减，使藻细胞得到充分光照，促进微藻的高密度培养。4.三种LED单色光源和日光灯光源的对比实验可知，培养XⅠ藻和XⅡ藻的最好光源为LED蓝光。实验结果还可以说明，采用与微藻的吸收峰波长相对应的LED单色光源可以提高光谱的利用率，加强光合作用，促进微藻的生长。同时LED光源具有节能性和较低的光衰减影响，这更使它优于日光灯光源。5.通过日光灯下流速条件的优化实验，得出以下结论：XⅠ藻在平板式反应器和柱式反应器中的最佳恒定流速分别为1.6L/min和1.8L/min，XⅡ藻在平板式反应器和柱式反应器中的最佳恒定流速分别为1.2L/min和1.4L/min；在用平板式反应器培养XⅠ藻和XⅡ藻时，流速控制方式应当选用恒定流速；在用柱式反应器培养XⅠ藻和XⅡ藻时，流速控制方式应当选用渐变流速；在微藻的培养进程中，随着藻细胞浓度的增大，适当增加气体流速可以促进微藻的生长，进而获得较高的藻细胞浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 2的研究现状'>1.1 微藻固定高浓度 CO₂的研究现状
• 2的危害'>1.1.1 高浓度 CO₂的危害
• 2的减排技术'>1.1.2 CO₂的减排技术
• 2微藻的选育和应用'>1.1.3 固定高浓度 CO₂微藻的选育和应用
• 1.2 微藻高密度培养的研究现状
• 1.2.1 微藻培养的光生物反应器
• 1.2.2 微藻培养的影响因素
• 1.3 光照和气体流速对微藻生长的影响
• 1.3.1 光照对微藻生长的影响
• 1.3.2 气体流速对微藻生长的影响
• 1.4 课题来源、研究意义及研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的研究目的和意义
• 1.4.3 课题研究的内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 藻种
• 2.1.2 实验所需试剂溶液
• 2.2 实验主要仪器和设备
• 2.2.1 实验主要仪器
• 2.2.2 实验装置
• 2.3 实验计算方法
• 2.4 实验设计
• 2.4.1 微藻培养光照条件的优化
• 2.4.2 微藻培养流速条件的优化
• 第3章 藻液光衰减规律及微藻培养光照条件的优化
• 3.1 藻液中光衰减的测定
• 3.2 藻液光衰减规律
• 3.2.1 光衰减曲线的拟合
• 3.2.2 光衰减模型的检验
• 3.2.3 小结与讨论
• 3.3 光照形式的选定
• 3.3.1 锥形瓶培养时微藻的生长情况
• 3.3.2 平板式反应器培养时微藻的生长情况
• 3.3.3 柱式反应器培养时微藻的生长情况
• 3.3.4 小结与讨论
• 3.4 光源的选择
• 3.4.1 锥形瓶培养时微藻的生长情况
• 3.4.2 平板式反应器培养时微藻的生长情况
• 3.4.3 柱式反应器培养时微藻的生长情况
• 3.4.4 小结与讨论
• 第4章 微藻培养流速条件的优化
• 4.1 平板式反应器培养下流速条件的优化
• 4.1.1 最佳恒定流速的确定
• 4.1.2 流速控制方式的确定
• 4.2 柱式反应器培养下流速条件的优化
• 4.2.1 最佳恒定流速的确定
• 4.2.2 流速控制方式的确定
• 4.3 小结与讨论
• 第5章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢