利用废弃碳源异养培养小球藻制备生物柴油的研究

摘要

近年来,随着化石燃料的耗用,化石燃料价格增加,温室气体排放量增加,引起了环境问题。对可再生能源的开发成为能源与环境领域的研究热点,其中,生物柴油,具有可再生性、可生物降解性、无毒性,成为一种非常具有潜力的可再生能源。目前利用微藻制备生物柴油遇到的问题主要有两个:高成本和低产率。为了降低微藻培养成本,提高产率,我们寻求可利用的废弃碳源来代替葡萄糖培养微藻。而与此同时,有机废水以及废水处理过程中产生的污泥中有机碳源、营养元素以及微量元素含量丰富,还包括一些有害成分及难降解的污染物。这类废弃碳源是否可以用于微藻合成生物柴油还有待研究。
　　本课题选择了两种废弃碳源进行研究:产酸废水、污泥水解液。其中,产酸废水为糖蜜废水经过厌氧产酸反应器发酵的出水,污泥水解液由污水处理厂的剩余污泥经过超声和厌氧水解获得。以二者为碳源异养培养小球藻制备生物柴油。
　　实验测得产酸废水的主要成分为挥发酸VFAs,出水平均COD浓度为5300mg/L,VFAs占到40％,还有一些大分子物质和剩余的蔗糖,没有检测到氮和磷。污泥水解液的成分主要为挥发酸,污泥水解液的平均COD浓度为3838mg/L,VFAs占到60%,污泥水解液的总氮浓度为264.82mg/L,总磷浓度为205.31mg/L。
　　经过预处理,产酸废水和污泥水解液用来培养小球藻。通过对照实验,比较15g/L葡萄糖、5g/L葡萄糖、产酸废水和污泥水解液异养培养小球藻时获得的生物量和油脂累积量。其中,15g/L的葡萄糖浓度是前期实验得出的培养小球藻的最佳浓度,5g/L的葡萄糖浓度与产酸废水COD浓度相当。稳定后期,获得的小球藻生物量分别为:0.625g/L,0.4375g/L,0.4875g/L,0.495g/L,对应的油脂累积量分别为:31.05%,25.37%,22.54%,21.50%。可以看出用产酸废水和污泥水解液培养微藻制备生物柴油时获得生物量均比5g/L葡萄糖溶液培养时好,含油量相当。
　　通过分析测试得知,小球藻很容易利用小分子有机酸,包括乙酸,丙酸,丁酸,异丁酸,戊酸,异戊酸。其中,戊酸、丁酸、乙醇和丙酸量的一半用于小球藻细胞的生长,而丙酸量的一半和所有的乙酸被小球藻用来合成能量物质储存。蛋白质用来生长,多糖一半用于小球藻的生长,一半用于油脂合成。生长过程中,废弃碳源中所蕴含的氮磷营养元素也得到了很好的利用。最后通过流加培养实现了小球藻的高密度培养,在144h时,生物量取得最高值为0.706g/L,油脂累积量为23.28%,获得了更多的生物量。酯交换反应后,通过GC-MS测定了生物柴油的成分,主要为十五烷酸-14甲酯,油酸甲酯,三十四烷酸。

目录

利用废弃碳源异养培养小球藻制备生物柴油的研究

RESEARCH ON BIODIESEL PRODUCTION FROM CHLORELLA PROTOTHECOIDES BY HETEROTROPHIC CULTURE USING WASTE CARBON

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 生物柴油简介

1.1.1 生物柴油的优势

1.1.2 生物柴油的劣势

1.1.3 生物柴油的现状

1.2 微藻生物柴油

1.2.1 微藻和微藻生物柴油

1.2.2 微藻生物柴油的优势

1.2.3 微藻制备生物柴油的生产过程

1.3 废弃物中蕴藏的可利用碳源

1.4 本课题研究目的意义

1.5 本课题主要研究内容

1.6本课题研究技术路线

第2章 材料与方法

2.1 试验材料

2.1.1 藻种

2.1.2 SE培养基

2.1.3 试验装置

2.2 试验设备

2.3 试验方法

2.3.1 产酸废水培养液的获取

2.3.2 污泥水解液培养液的制取

2.3.3 小球藻培养及生物量测定

2.3.4 小球藻生物量采收及油脂提取

2.3.5 酯交换制取生物柴油

2.3.6 其他指标测定方法

第3章 产酸废水异养培养小球藻制备生物柴油研究

3.1 产酸废水培养液的成分

3.2 产酸废水异养培养小球藻制备生物柴油的可行性研究

3.2.1 生物量积累情况

3.2.2 油脂积累量情况

3.3 产酸废水预处理方式的优化

3.3.1 不同预处理方式下小球藻的生物量

3.3.2 不同预处理方式下小球藻油脂积累量

3.3.3 其他培养条件

3.4 小球藻对产酸废水培养液中营养物质的利用能力研究

3.4.1 对碳源的利用情况

3.4.2 对总氮的利用情况

3.4.3 对多糖的利用情况

3.4.4 对蛋白的利用情况

3.5 其他因素对产酸废水培养小球藻制备生物柴油的影响

3.5.1 大分子物质的影响

3.5.2 金属元素的影响

3.5.3 微量元素的影响

3.6 本章小结

第4章 污泥水解液异养培养小球藻制备生物柴油研究

4.1 污泥水解液培养液成分测定

4.2 污泥水解液异养培养小球藻制备生物柴油的可行性研究

4.2.1 生物量累积情况

4.2.2 油脂累积情况

4.3 小球藻对污泥水解液培养液中营养物质的利用能力研究

4.3.1 对碳源的利用情况

4.3.2 对营养盐的利用情况

4.3.4 对多糖和蛋白的利用情况

4.4 本章小结

第5章 高密度培养小球藻制备生物柴油小试

5.1 补料时机的选择

5.2 高密度培养小球藻制备生物柴油小试

5.1.1 生物量积累情况

5.1.2 油脂累积量情况

5.1.3 酯交换制取生物柴油

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致 谢