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《浙江大学》 2012年 博士论文
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葡萄藻在废弃物中培养的适应性及调控研究

葛亚明  
【摘要】:包括生物质能在内的新能源是当今世界各国优先发展的科研重点之一。由于微藻具有繁殖快、含油量高、不占用耕地、固碳效率高及易于与现有工业技术集成等优势,以其为原料的微藻燃料成为近年来生物质能领域的研究热点。然而,目前微藻燃料仍面临生产成本过高从而难以实现商业化的主要问题。因此,如何降低其生产成本是相关科研亟待解决的重点和难点。微藻燃料生产涉及微藻培养、微藻采收、油质提取等多个环节,其中,微藻培养涉及的因素最多,故该环节可改进的潜力也很大。目前微藻培养过程通常需投入大量人力、物资及能耗,如光生物反应器构建、温光条件控制、淡水资源占用、化学肥料投加、灭菌处理能耗等。因此,本研究主要围绕降低微藻培养成本的思路,以葡萄藻765(Botryococcus braunii 765)为研究对象,开展了低成本光生物反应器的构建及灭菌新技术、不同碳源对葡萄藻生长代谢的影响及其调控适应机制、葡萄藻在竹制品工业废水中的生长代谢及相应废水水质变化情况、葡萄藻在猪场稳定塘废水中的生长代谢状况及相应废水水质变化情况等研究工作,主要取得了以下结果: (1)成功构建了一套3L光生物反应器,该反应器具有构建和运行成本低、结构简易、操作简便、运行稳定等优点;成功应用了一种用于光生物反应器灭菌的新方法,即次氯酸钠法,该方法具有简便易行、成本低廉、易于推广等优点。 (2)在上述构建的光生物反应器内,葡萄藻765能够在2%-20%CO2曝气条件下维持良好的生长状态;采用20%C02曝气时能够获得最大藻体密度2.3 g/L、最高烃类物质含量24%、最高油质含量12.7%;葡萄藻对高浓度CO2曝气的适应与藻体集落形态变化、代谢调控pH值及体内胡萝卜含量提高等因素有关。另外,葡萄藻765能够以NaHCO3作为碳源进行生长,且生长状况与以Na2CO3为碳源时相似;葡萄糖(5 g/L)在有光照的情况下能够刺激葡萄藻765快速生长,其最高藻体密度可达2.1 g/L;而在没有光照情况下该藻种不能利用葡萄糖进行完全异养生长。 (3)在不经灭菌的竹制品工业废水中接种培养8天后,葡萄藻765藻体密度和烃类含量分别为同等条件下人工培养基(BG11培养基)培养的1.92和1.98倍,且在此期间废水中未检测到其它藻种;接种12天后,废水中的葡萄藻藻体密度开始下降,并出现少量小球藻和轮虫。此外,废水中总氮、硝氮和总磷的含量随葡萄藻藻体密度的增加而下降,当废水中葡萄藻藻体密度达到最高时(5.27×105个/mL),废水中总氮、硝氮和总磷的去除率分别为70.6%、66.1%和74.0%。 (4)尽管研究所用的养猪场稳定塘废水的色度和浊度都很高,且未经灭菌处理和pH值调节,葡萄藻765仍能在该废水中呈现良好的生长状态,并能在开放培养模式下维持较长时间(24天以上)的生态竞争优势。葡萄藻765在稳定塘废水培养下的最大藻体密度为0.94 g/L,是同等条件下人工培养基(BG11培养基)的1.73倍;在稳定塘废水中该藻的最大烃含量为23.8%,是对照BG11培养基的2倍多。此外,当稳定塘废水中葡萄藻的藻体密度最大时,废水总氮和总磷的去除效率分别达93.7%和98.6%。 总之,本研究表明可以用烟道气中的高浓度CO2为葡萄藻培养提供碳源,用养猪场稳定塘废水为葡萄藻培养提供营养底物及淡水载体,这不仅有利于降低葡萄藻的培养成本,同时对环境保护也具有重要意义。


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