基于管式光生物反應器的小球藻培養(yǎng)方法研究.pdf

1、能源與環(huán)境問題是全世界所共同面臨的問題，藻類資源化方向已成為學者研究的熱點。為了實現(xiàn)微藻的大規(guī)模低成本培養(yǎng)，需利用不同類型的光生物反應器。目前培養(yǎng)條件控制較好、微藻產量較高的為管式光生物反應器，為了探究管式光生物反應器中水動力學條件對微藻生長的影響及微藻有效收割方法，本文以小球藻為研究對象，依托湖北工業(yè)大學河湖生態(tài)修復與藻類利用湖北省重點實驗室，開展室內實驗。對不同流速、雷諾數(shù)條件下不同管徑反應器小球藻的沉降及生長狀況進行研究，確定小球

2、藻沉降及生長的臨界水動力條件，并基于通電電解方法對小球藻的收割進行了研究。同時根據(jù)室內試驗，優(yōu)化設計了一套微藻連續(xù)培養(yǎng)及收割的裝置。通過上述研究，主要得到如下認識：
　　1）水動力條件對小球藻沉降的影響
　　在50mm管徑光生物反應器中，小球藻沉降比隨著流速的增大而降低，其最大值為0.672，最小值為0.021，且將流速與沉降比的線性擬合關系式為Y=-1.6954x+0.7686（R2=0.9812），但均未達到理想狀態(tài)的完

3、全沉降與完全懸浮，這與小球藻自身生物特性及反應器材質所產生的誤差有關。在管徑分別為50mm、63mm、75mm和90mm的反應器中，小球藻沉降比均隨著雷諾數(shù)增大而降低，且變化規(guī)律相似。雷諾數(shù)可作為表征管式光生物反應器中小球藻的懸浮或沉降的顯著影響因子。其值與小球藻沉降比線性關系式為Y=-3E-05Re+0.8019，相關性顯著。
　　2）水動力條件對小球藻生長的影響
　　在上述4種不同管徑反應器中，不同雷諾數(shù)下小球藻生長情況

4、差別較大，但同一雷諾數(shù)下小球藻光密度值、比增長率及日產量值相差不大。在雷諾數(shù)一定的條件下，各管徑小球藻每日光密度值的方差均極小，說明小球藻生長情況與管徑無關，只取決于不同的雷諾數(shù)。在管徑相同、雷諾數(shù)不同的試驗中，不同雷諾數(shù)下小球藻生長情況差異較大。雷諾數(shù)較小的梯度下小球藻在實驗前期生長較快，實驗后期生長緩慢；雷諾數(shù)較大的梯度下小球藻實驗后期出現(xiàn)迅速生長。在藻液濃度較高時，雷諾數(shù)為
　　34757為管式光生物反應器中小球藻生長的最優(yōu)

5、雷諾數(shù)值。管式光生物反應器中小球藻比增長率、日產量均與不同雷諾數(shù)、不同藻液濃度有關，其生長適配曲線還有待進一步的實驗加以求得。
　　3）基于通電絮凝的小球藻收割方法研究
　　通電絮凝進行對小球藻藻液進行電解實驗中，電流密度越大，水藻分離效率越高。當電流密度，增至6mA/cm2后，分離效率增加趨勢不顯著，可確定2mA/cm2為小球藻電解分離的最優(yōu)電流密度。藻液初始濃度不同時，小球藻電解分離效果不同，初始藻濃度越低，水藻完全分離

6、的時間越短。對于實際應用中電解成本的考慮，可以對待收割藻液進行過濾、自然沉降等前處理降低藻液濃度后再以通電方式進行收割。
　　4）藻類連續(xù)培養(yǎng)及收割裝置設計
　　基于室內實驗結果，設計了一種新型自動化管式光生物反應器，以濁度值表征藻密度，通過濁度及水壓的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了培養(yǎng)液的自動添加和高濃度藻液的自動采收，并通過水氣分離口的設計，解決了傳統(tǒng)管式光生物反應器溶解累積的問題。同時設計了一種結合過濾法、通電絮凝及氣浮法的自動化收