城市生活废水用于培养产油微藻

论文摘要

微藻具有光合效率高、固碳能力强、油脂含量高、不与粮争地等特点,将太阳能转化为脂类、糖类等化学能贮藏起来,是目前最具可持续发展潜力的生物柴油原料。微藻培养的水资源与无机营养盐的巨大消耗是限制微藻生物能源技术产业化的瓶颈之一。利用城市生活废水培养微藻,能够提供大量水源和氮、磷等营养组分,并能实现废水的无害化处理。本文首先通过对2株海水藻,4株淡水藻在气泡柱式光反应器中,分别在蒸馏水和废水配制BG11培养基中以生物质产量和油脂含量为指标,进行生长评价。其中二形栅藻（Scenedesmus dimorphus）、绿拟球藻（Nannochloropsis sp.）、栅藻（Scenedesmus sp.）三种藻废水培养的优势明显,油脂产率在0.25 g/（L·d）左右,并且TN的去除率达到了97%98%,TP的去除率达到100%。二形栅藻在评价中,各指标都处于第一位,将其定为进一步深入研究的模式藻种。利用高产油二形栅藻,以城市生活废水为水源,考察了添加不同营养组分对栅藻细胞的生长、生物质产量、总脂含量以及氮磷的去除情况的影响。生活废水非常适合于产油微藻的培养,利用生活废水进行微藻培养中,仅需补充添加无机氮、无机磷、柠檬酸铁铵以及微量元素。但这些营养组分的加入量对藻细胞的生长、生物量和油脂积累有重要影响。在优化的废水培养基中微藻细胞浓度可达8.0 g/L左右,远高于标准BG11培养基5.0 g/L的水平。微藻细胞对于无机氮与磷有着高的吸收能力,在废水中加入185.25 mg/L以下无机氮,16.1 mg/L以下无机磷的条件下培养3-4天后,培养液水体中未检测到有氮磷残留。因此表明利用城市生活废水培养含油微藻可以在获得微藻油脂产品的同时实现水体的无害化处理。城市生活废水对淡水藻的生长较普通培养基具有非常明显的促进作用,生物质产量对比提高量达到50%左右,排除废水中自身含有的氮、磷元素作用,初步探索生活废水的促生长因子。废水稀释和浓缩之后进行微藻的培养,对微藻生长促进的效果最明显为废水初始浓度;稀释条件下,藻细胞浓度随着废水浓度升高呈现梯度升高,废水浓缩冻干之后得到的干物质对藻细胞的促进作用与原废水相近,排除促生长因子为易挥发组分。废水干物质成分中不存在蛋白、还原糖,排除异养的可能。通过红外光谱分析与可溶性糖的测定证明了废水中多糖的存在,凝胶色谱测得该多糖的重均分子量为6919。粗多糖在废水干物质中质量仅占20%,但其对生物质产量的增幅贡献占40%左右。研究了与此分子量相近的葡聚糖与废水中提取的粗多糖添加至培养基中对培养效果的影响。结果表明,分子量相近的葡聚糖对微藻生长的促进作用明显要差于直接从废水中提取获得的多糖,但其仍有一定的促进作用,废水中对微藻生长起促进作用的粗多糖是非特异性的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 微藻生物柴油概述
• 1.1.1 生物柴油的性质及研究进展
• 1.1.2 微藻生物能源的优势
• 1.1.3 微藻生物能源技术研究进展
• 1.2 微藻的培养技术与生物质及油脂产量的调控
• 1.2.1 微藻的培养技术
• 1.2.2 微藻油脂合成及代谢
• 1.2.3 微藻培养条件对生物质及油脂的影响
• 1.3 微藻生物能源技术产业化瓶颈
• 1.4 利用城市生活废水培养产油微藻
• 1.4.1 微藻与废水处理
• 1.4.2 废水培养微藻的研究进展
• 1.4.3 城市生活废水的优势
• 1.5 本论文的研究意义与研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 城市生活废水培养高油微藻的可行性研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 藻种与培养
• 2.2.3 细胞生长与干重测定
• 2.2.4 藻细胞总脂含量测定
• 4-N 、BOD₅、pH 的测定'>2.2.5 COD、TN、TP 、NH₄-N 、BOD₅、pH 的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同藻种在两种水源培养基中的生长对比
• 2.3.2 不同藻种在两种水源培养基中的干重与油脂积累
• 2.3.3 不同藻种在两种水源培养基中的TN、TP 消耗
• 2.4 小结
• 第三章 以城市生活废水为基质培养二形栅藻的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 藻种与培养
• 3.2.3 细胞生长与干重测定
• 3.2.4 细胞油脂含量测定
• 3.2.5 藻细胞培养液TN、TP 的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同培养基对二形栅藻生长的影响
• 3.3.2 废水中添加不同成分对二形栅藻培养的影响
• 3.3.3 无机氮单因素实验
• 3.3.4 无机磷单因素实验
• 3.3.5 柠檬酸铁铵单因素实验
• 3.4 小结
• 第四章 废水中促生长成分的分析研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 藻种与培养
• 4.2.3 细胞干重测定
• 4.2.4 生活废水干物质提取及常规成分测定
• 4.2.5 生活废水粗多糖提取方法
• 4.2.6 生活废水粗多糖红外光谱分析
• 4.2.7 生活废水粗多糖分子量测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 生活废水稀释和浓缩条件下二形栅藻的生长
• 4.3.2 生活废水干物质及常规成分的测定结果
• 4.3.3 生活废水粗多糖的提取、红外光谱分析及分子量测定结果
• 4.3.4 废水粗多糖与不同分子量的葡聚糖对生长效果的影响分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附图
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢