基于膜/光序批式生物反应器培养微藻性能研究

摘要

由于微藻在固定CO2、处理废水及作为能源回收原料等方面应用广泛，因此如何实现微藻大量且快速的培养受到关注。利用工业烟气中的CO2气体进行微藻的培养不仅能够降低成本、还能够实现CO2气体处理，减轻温室效应，但是由于CO2气体在水中的溶解度比较低，通入后大部分会直接逸散，导致CO2利用率低。而利用中空纤维膜曝气进行微藻培养能够提高CO2气体在藻液中的停留时间，从而提高气体利用效率。另外，高浓度藻液收割的常规方法是离心或沉降，但是这两种方法都不能对藻完全采收、十分低效，利用膜过滤收割藻液就能够大大提高采收率。然而利用膜技术进行微藻收集，则会产生膜污染问题，降低运行效率，提高运行成本。本文旨在建立膜/光序批式生物反应器（MCP-SBR，membranecarbonation photo-sequence batchreactor）进行微藻的连续培养及富集，实现进气中CO2的脱除与水中N、P的去除，同时随着反应器曝气-过滤交替进行，还能够有效降低膜污染，提高膜的利用效率。 首先，进行膜曝气微藻培养批次实验。将制作的中空纤维膜组件接入瓶中，通过膜组件连续通入CO2气体，作为微藻生长时所需要的碳源。实验中，小球藻的各项生长指标有了很大程度的增长，并且由于通过膜进入藻液的气泡很小，增加了CO2气体在藻液中的停留时间，这说明利用膜曝气培养微藻是可行且有效的。本论文还考察了不同膜孔径、光照强度和CO2浓度对于小球藻生长的影响，根据结果得到最佳实验条件，即膜孔径为30nm、光照强度为25000流明、CO2浓度为10%，并将该最佳条件用于MCP-SBR反应器中小球藻连续培养的实验条件。 然后，运行MCP-SBR反应器，建立稳定高效的膜/微藻培养体系。反应器成功稳定运行了45天，收割了两次高浓度藻液。第一阶段通过22天的连续培养，将小球藻的生物质浓度由497.25mg/L增加至2002.39mg/L，提高了3倍。同时三种色素浓度也有了很大的提高，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素浓度分别提高了2.30倍、1.79倍和2.06倍。将藻收割后，经过第二阶段23天的培养，藻液VSS、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素浓度分别提高了2.56倍、2.78倍、3.43倍和3.30倍。同时，由于CO2气体不断通入，小球藻的藻液pH值稳定在6~9之间，更加有利于小球藻生长。另外，小球藻对于磷的处理效率达到了90%以上，对于氨氮的处理效率逐步增加至85%。 在运行的MCP-SBR反应器中，中空纤维膜起到了曝气和过滤双重作用，不仅极大地提高了CO2气体和藻液的停留时间，还能够通过曝气-过滤交替进行的方式减缓膜污染（45天后跨膜压差仅为0.033MPa），提高膜的工作能效，降低由于膜清洗与更换带来的成本，使得利用膜曝气培养微藻更加可行。

目录

第一个书签之前