利用水产养殖废水培养产油微藻技术研究

论文摘要

本实验利用尼罗罗非鱼（Tilapia nilotica）水产养殖废水作为培养基培养普通小球藻（Chlorella vulgaris）,研究分析微藻对废水中污染性营养元素和有机物的去除效果,即藻类的生物净化作用。同时探索用废水培养出的微藻油脂含量以及成份,评估此条件下微藻生物柴油生产的可行性。整个实验分为三个部分,第一部分为比较水产养殖废水中培养与对照组BG11培养基中培养的小球藻生长方面的差别；第二部分为比较实验组与对照组小球藻对培养基中富营养元素和有机物的去除能力；而第三部分主要是分析小球藻的油脂含量和成份。实验结果表明,水产养殖废水培养出来的普通小球藻生长速率为2.73×105cell/h,高于对照组的2.23×105cell/h,经过192h的培养藻细胞浓度可以分别达到5.765×107和4.805×107cell/mL。实验组培养基中的藻类细胞形态在生长中后期发生变化,不规则形状的细胞数目增多,而且藻细胞多以团状或簇状形式聚集存在。相比之下,对照组培养基中的细胞形态依然保持相对规则,且以单细胞为主。在192h的培养周期中两种培养基的始终处于碱性状态（pH8-9）。实验采用FIA（流动注射分析）方法测定培养基氮、磷指标,发现微藻对废水中氮、磷元素的去除率分别为98.50%和99.35%,均高于对照组的13.97%和91.40%。使用超临界氧化技术（SCWO）测定培养基碳素指标,发现微藻对TOC的去除率为22.26%略低于对照组的27.27%。利用FTIR（傅立叶红外光谱）分析方法测定水产养殖废水中培养出的普通小球藻的理论油脂含量为32.14%,与对照组的32.99%并无显著差异。而通过静态正己烷油脂提取法获得的实际油脂含量为22.68%。利用GC-MS（气质联用）分析微藻油脂成份,发现其主要含有月桂酸（C12：0）,豆蔻酸（C14：0）,棕榈酸（C16：0）,硬脂酸（C18：0）,油酸（C18：1）和亚油酸（c18：2）,符合生物柴油的成份组成。本实验中还尝试设计并制造了一种新型的光合生物反应器,用来利用养殖废水大量增殖培养微藻,并生产生物柴油。此反应器属于垂直管状气提式光照反应器,采用LED光源和气泵循环动力。虽然反应器在许多地方需要进一步完善和改进,但就其长期运行和持续产出的稳定性和经济性来看,用于与水产循环水养殖系统耦合工作,对提高经济效益和资源最大化利用具有很大的潜力。总之,利用水产养殖废水培养产油微藻,既可以起到净化养殖废水减少污染的目的,又可以开辟出一条探索开发新型碳中性生物能源的道路,是一种变废为宝,贯彻实施可持续发展的新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号及缩略语等的说明
• 第一章 文献综述
• 1 研究背景
• 1.1 水产养殖废水处理现状
• 1.2 藻类等生物处理废水的研究
• 1.3 产油微藻的相关研究
• 2 研究的目的与内容
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究目的及意义
• 2.3 研究技术路线
• 第二章 藻类的培养与增殖
• 1 材料与方法
• 1.1 藻种的选择
• 1.2 培养基的制备
• 1.3 光照摇床中的藻类培养
• 1.4 自制光合反应器中藻类的增殖
• 1.5 藻细胞计数法
• 1.6 藻类生长曲线的制作
• 2 结果与分析
• 2.1 藻细胞密度标准曲线结果
• 2.2 微藻的生长曲线
• 2.3 微藻形态的观察结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第三章 水产养殖废水的利用与净化处理
• 1 材料与方法
• 1.1 pH值的测定方法
• 1.2 总氮（TN）和总磷（TP）的测定方法
• 1.3 总碳（TC）,无机碳（IC）,总有机碳（TOC）的测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 培养基pH值的测定结果
• 2.2 培养基总氮（TN）,总磷（TP）的测定结果
• 2.3 培养基总碳（TC）,无机碳（IC）,总有机碳（TOC）的测定结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第四章 藻类油脂和生物柴油的探索
• 1 材料与方法
• 1.1 微藻油脂含量测定方法
• 1.2 FTIR法测定藻类油脂含量步骤
• 1.3 微藻生物柴油成份分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 微藻油脂含量测定结果
• 2.2 微藻生物柴油成份分析结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢