利用小球藻侧光光纤生物反应器固定CO2的优化研究

摘要

利用微藻固定CO2以及光生物反应器的优化是当今CO2减排技术的热点。小球藻因其繁殖速度快、易培养、来源广泛廉价易得以及含油量高等特点成为现在微藻固定CO2中最常用的藻种。光纤生物反应器因其构造复杂造价昂贵，如今只停留在理论阶段，无法投入工业生产。本文通过对小球藻Chlorella sp.生长规律的探究使其在侧光光纤生物反应器中固定CO2。由于侧光光纤相对其他光导纤维而言，结构简单且廉价易得，如能验证其在传输光能的高效性方面具备一定优势，就可以一定程度上为光生物反应器的优化提供理论研究的基础。通过实验，得出以下结论:
　　(1)经实验验证Chlorella sp.能够在实验室条件下进行快速大量的繁殖，且能够通过光合作用对CO2进行有效吸收利用。其基本生长规律是在头4天内处于不稳定的适应期，在第5-9天内呈现对数增长状态，第10天进入衰亡期，生长周期一般为15天。最适温度为25℃，最适光强范围为6000-9000 lx，最佳光暗比为12 h∶12h，最适CO2浓度为10％左右，最佳pH值范围为6-8。
　　(2)实验验证了自制光生物反应器能够满足Chlorella sp.的培养且具备一定的可持续性。实验表明，经过驯化后的Chlorella sp.在光生物反应器内适合底部进气的方式进行固定CO2，有效抑制了藻体贴壁生长以及结块现象;通过第10d，20 d，30d对藻液进行营养液的补给可以延长Chlorella sp.在反应器内的生长周期，但由于经过一段时间后藻体老化，死亡，结块现象严重，抑制了藻体的增殖，因此后期即使补加营养液，藻体的生长速度也明显降低。
　　(3)实验从光强与光谱两个方面对侧光光纤对光能的传输效果进行分析，验证其比普通外置光源更加高效。在对侧光光纤反应器进行光纤光能测试时发现:红光更能够促进Chlorella sp.的生长，蓝光次之。白光中虽包含所有波段的可见光，但是侧光光纤对其的透光率很低，对小球藻的生长不利。选择红光和蓝光作为侧光光纤的光源交替运行，2 mm与3 mm光纤各28根耦合于16W的光源发生器，较120 W外置光源而言，每瓦可提升6倍的生长速率。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 CO2的危害及应用

1．1．1 CO2的危害

1．1．2 CO2的应用

1．2 CO2的减排及固定技术

1．2．1 CO2的减排

1．2．2 CO2的固定技术

1．3 光生物反应器的应用及研究

1．3．1 道式光生物反应器

1．3．2 板式光生物反应器

1．3．3 浮式膜袋光生物反应器

1．3．4 柱状气升式光生物反应器

1．4 利用小球藻光纤生物反应器固定CO2的研究

1．4．1 小球藻及其应用

1．4．2 光纤的分类及应用

1．4．3 光纤生物反应器的研究进展

1．5 课题研究目的及意义

2 实验材料与研究方法

2．1 实验材料

2．1．1 藻种的选择与购买

2．1．2 培养基的配置

2．1．3 配气系统

2．2 实验仪器与设备

2．3 实验装置流程图

2．4 研究项目与方法

2．4．1 小球藻藻种活化

2．4．2 小球藻生物量测定

2．4．3 影响小球藻生长的因素分析

2．4．4 光生物反应器的运行测试

2．4．5 光纤光能测试

3 小球藻的生长规律与条件优化

引言

3．1 小球藻的生长规律

3．2 小球藻生长条件优化

3．2．1 温度

3．3．2 光强

3．3．3 光暗比

3．3．4 CO2浓度

3．3．5 pH值

3．3 本章小结

4 小球藻光纤生物反应器的优化研究

引言

4．1 小球藻Chlorella sp．在光生物反应器内的生长条件优化

4．1．1 Chlorella sp．在光生物反应器内的驯化

4．1．2 进气方式

4．1．3 营养液的补给

4．2 侧光光纤的选择及光源颜色对小球藻生长影响

4．2．1 侧光光纤的选择

4．2．2 光源颜色对小球藻生长的影响

4．3 小球藻对光纤的利用效率分析

4．4 本章小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢