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《吉林大学》 2017年
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基于藻菌共生体系强化微藻富集和废水处理的研究

王瑶  
【摘要】:微藻作为最有潜力可替代石油资源的生物质能源受到广泛关注。然而微藻富集困难是微藻生物技术发展的瓶颈问题。生物絮凝法是最具潜能方法来收获微藻,从而减少富集费用和能量消耗。生物絮凝法具有明显优势,一方面,利用具备絮凝功效的细菌高效富集微藻,同时避免传统絮凝剂带来的不利影响。另一方面,由于微藻净化水质能力较弱,细菌的存在可以加速去除废水。本研究利用响应面模型法优化微藻-生物絮凝菌共培养条件,提高微藻絮凝效率和油脂容量。同时构建微藻-生物絮凝菌共生体系,强化微藻的絮凝效率,加速废水处理效能。解析微藻-生物絮凝菌聚集机理。由于纯藻不具备絮凝作用,小球藻的絮凝效率仅为0.2%。接种菌藻比(B/C)、有机物浓度即葡萄糖浓度(Cglucose)、共培养时间(T)作为自变量,响应值(因变量)为微藻的絮凝效率和油脂容量,构建三维响应面模型。絮凝效率和油脂容量模型的F-value值分别为3.98和8.46,实际值和预测值的R2值分别为0.7817和0.8711,结果显示该模型成立。因此在共优化条件下即B/C为0.20–0.25,Cglucose小于1.5 g/L,T为9–14 d,微藻絮凝效率达到45.0–50.0%,油脂容量超过21%。藻-菌共生体系中(AB),探究不同水力条件对微藻富集与废水处理的影响,结果表明,当培养周期为48 h时,较高水力条件(即150 rpm/min)可以得到最优絮凝效率、微藻生物量和化学需氧量(COD)去除率。絮凝效率为86.65%,微藻沉淀液生物量浓度为7108.00 mg/L,水质的COD去除率为77.96%。构建菌-藻共生体系,与纯藻培养体系(PA)做对比,强化微藻的富集与废水处理。结果显示,藻菌共生体系在24 h絮凝效率达88.72%,而纯藻体系几乎不具备絮凝效率(絮凝效率为4.54%)。在24 h和48 h培养周期下,藻菌共生体系的沉淀液(ABR)微藻生物量可达7406.06 mg/L和8205.00 mg/L。在48 h培养周期下,藻菌共生体系对COD和总氮(TN)的去除效率分别为91.66%和52.34%,对COD和TN的去除率高于纯藻对COD和TN的去除率31.74%和15.48%。利用扫描电子显微镜(SEM)观察藻菌聚集体的微观结构,发现体系分泌的胞外聚合物(EPS)和生物絮凝菌对藻菌聚集起着重要作用。在培养24 h周期时,藻菌共生体分泌EPS中的多糖和蛋白质容量分别为257.89 mg/L和60.92 mg/L,显著高于纯藻分泌EPS中的多糖和蛋白质容量。三维荧光光普(EEM)结果显示,色氨酸和酪氨酸是藻菌共生体EPS的主要荧光成分,不同于纯藻EPS的荧光成分。傅里叶红外(FT-IR)测试结果显示,糖苷键和氨基组分的改变导致多糖和蛋白质发生变化。高通量测序结果表明,菌株Bacillus和Sphingobacterium能够分泌色氨酸和鼠李糖,菌株Brevundimonas可以分泌蛋白质和多糖,共同作用促进微藻的絮凝。综上所述,藻-菌共生体系分泌的EPS中的芳香族蛋白(色氨酸和酪氨酸)和多糖对微藻的絮凝起着重要作用。本研究对微藻的富集提出新观点,利用微藻-生物絮凝菌共培养共生体系强化微藻的富集,提高微藻生物量,强化废水处理效能,初步分析藻-菌聚集机制。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703;X172

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