内置组合转子管式光生物反应器光照特性研究

摘要

能源对当今社会经济发展起着重要的作用，而传统的化石能源因其保有量以及污染环境等因素，迫使人们逐渐发展新型能源。我国的新能源研究主要集中在潮汐能、太阳能、核能、风能、生物质能源等。目前，像风力发电、水力发电等已经拥有较为成熟的技术基础，而其中生物质能源中的生物柴油因其可以直接利用现有的设备，成为了近期发展的重要方向。
　　微藻具有培养成本低、易生长、含油量高的特点，逐渐成为制备生物质能最适合的原料之一。相比开放式培养微藻，封闭式培养——光生物反应器具有培养密度高、易于控制且卫生条件高等特点被广大学者研究，而管式光生物反应器因其光照面积比高、易于搭建以及成本较低等优点被广泛关注，但目前仍然存在着气液混合效果差、光暗循环周期低、管壁遮光现象严重等问题。
　　本文对小球藻培养技术、光生物反应器种类以及影响小球藻培养的因素进行介绍，并在传统管式光生物反应器管路中加入无动源式组合转子，一方面增强管内气液混合效果，使小球藻快速进入对数期，另一方面加大小球藻藻液流体湍流程度，加剧对管壁的冲击，使其减缓小球藻附壁现象产生，此外由于转子的转动加大了管内藻液径向流动，极大的提高了小球藻光暗循环周期。
　　本文设计并搭建小型组合转子管式光生物反应器，通过初步实验发现，加入组合转子后，小球藻光密度、比生长速率均高于光管培养，此外光暗周期为18∶6实验组中的OD值和比生长速率分别比光暗周期为24∶1的对照组高17.1％和0.66％。因此，组合转子对于小球藻培养具有积极作用，且提高光暗循环周期同样有益于小球藻的生长。
　　通过初步实验探究，本文设计并搭建了立式组合转子管式光生物反应器，并通过MATLAB软件，对管内流量和转子转速的关系进行拟合，得出组合转子转速对于微藻培养以及光源利用效率的影响。转子转速为270RPM时，比转子转速为148RPM的(OD)光密度值、比生长速率和生物量分别要高37.07％、12.3％和38.4％。

目录

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 微藻能源的研究背景

1．2 微藻的种类和培养基

1．2．1 微藻的种类

1．2．2 培养基的种类

1．3 光对微藻生长的影响

1．3．1 光合作用机理

1．3．2 光照强度对微藻生长的影响

1．3．3 光质对微藻生长的影响

1．3．4 光暗周期对微藻生长的影响

1．3．5 光衰减对微藻生长的影响

1．4 光生物反应器的研究现状

1．4．1 光生物反应器类型

1．4．2 管式反应器结构及光学特性研究

1．5 本文研究工作

第二章 小型组合转子管式光生物反应器及光暗周期研究

2．1 小型组合转子管式光生物反应器设计

2．2 实验方案

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 培养方式

2．2．4 实验数据测量、计算

2．3 实验结果

2．3．1 不同培养装置对小球藻生长的影响

2．3．2 光暗周期对小球藻生长的影响

2．3．3 转子对小球藻的光学影响

2．4 本章小结

第三章 立式组合转子管式光生物反应器实验台设计

3．1 当前微藻培养系统

3．2 立式组合转子管式光生物反应器结构设计

3．2．1 装置结构

3．3 反应器主要仪器参数

3．4．1 反应器工作原理

3．4．2 反应器结构特点

3．4．3 反应器光学特点

3．5 流量与转子转速关系式推导

3．5．1 实验装置及方法

3．5．2 实验数据处理

3．6 本章小结

第四章 转子转速对小球藻光源利用率及培养效果的影响

4．1 实验原理

4．1．1 实验原理及方法

4．1．2 实验培养方式

4．1．3 实验步骤

4．2 实验结果

4．2．1 高转速组合转子管式光生物反应器

4．2．2 光管管式光生物反应器

4．2．3 低转速组合转子管式光生物反应器

4．2．4 锥形瓶静态培养

4．3 实验结果对比和分析

4．3．1 光密度对比

4．3．2 溶氧量和PH对比

4．3．3 比生长速率对比

4．3．4 生物量积累对比

4．3．5 转子转速对光源的利用率对比

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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