收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微藻培养体系光传递与气液传质现象研究

陈智杰  
【摘要】:微藻被认为是一种最有潜力替代石油的生物资源,其规模化培养已成为制约微藻产业化进程的主要瓶颈之一。迄今为止,学者们多基于生物学的角度,重点探讨培养条件,如光照、温度、无机碳浓度、溶氧等对微藻生长的影响,并开发出了多种开放式和封闭式微藻培养系统。然而,已有研究中却鲜有基于传递现象来深入分析培养系统内光传递、光暗循环、气液传质等参数对微藻培养的影响。这直接制约了高效、规模化的微藻培养系统的设计、优化和放大。本文采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,分析研究了开放式微藻培养系统内的光传递现象和封闭式微藻培养系统内的气液传质现象。基于辐射传输原理,采用Mie散射理论,分析了培养液内微藻细胞和微气泡的光学特性,建立了描述微藻培养体系内光分布规律的一维通用数学模型。通过实验测量微藻培养液内的光分布性质,考察了所建模型的有效性。结果表明:采用Mie散射理论和辐射传输理论相结合的方法能有效地描述和预测较大浓度范围内微藻培养液的光分布规律。实验测量了光照强度、光的波长和中频率间歇光(光暗周期和光暗比)对蛋白核小球藻生长的影响。研究发现:影响蛋白核小球藻生长的主要因素首先是光照强度,其次是光暗比,光暗循环周期的影响可以忽略。适合蛋白核小球藻培养的光照范围为50~220μE·m-2·s-1。当光照强度较高时,红光可以促进微藻细胞生长;当光照强度较低时,蓝光可以促进微藻细胞生长。采用中频率间歇光培养时,光暗周期对蛋白核小球藻生长的影响较小,提高光暗比可以有效促进蛋白核小球藻的生长。针对开放式微藻培养系统(跑道池),基于提高中频率间歇光中光暗比可促进微藻生长的实验现象,采用CFD数值模拟的方法,通过分析跑道池内微藻细胞的受光历程,结合培养液内的光分布特性,获得了微藻细胞的光暗循环特性。同时,考察了跑道池结构和操作参数对微藻细胞光暗循环特性的影响规律。研究表明:在5-12rpm下,降低跑道池内转桨叶轮的转速、布置导流板和采用V型截面结构的跑道池可有效提高跑道池内微藻细胞的光暗比,进而促进微藻细胞生长。针对封闭式微藻培养系统(气升板式光生物反应器),探讨了反应器内的CO_2气液传质现象。采用CFD计算的方法,模拟了气升板式光生物反应器内的气含率分布,获得了CO_2的体积传质系数,并进行了实验测试验证。进而分析了光生物反应器内布置直隔板和波纹隔板数目和位置对气液传质效果的影响。研究表明:单隔板时,气液传质系数随下降段与上升段截面积比(Ad/Ar)的增大先增大后减少;双隔板时,气液传质系数随Ad/Ar的增大而减少。对于单、双隔板的情况,仅当Ad/Ar较小时,采用波纹隔板可获得比直隔板更高的气液传质效果。本文研究结果,不仅可为促进微藻细胞的生长提供操作方法,更可为微藻规模化培养系统的设计、优化和放大提供重要的参考依据,对促进微藻生物能源发展具有重要的推进作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄英明;王伟良;李元广;谢静莉;范建华;陶黎明;;微藻能源技术开发和产业化的发展思路与策略[J];生物工程学报;2010年07期
2 朱明珍;微藻产生的抗生素[J];国外药学(抗生素分册);1987年01期
3 韩迎山;;微藻生物技术及其应用前景[J];植物杂志;1990年06期
4 马志珍;;微藻固定化培养技术及其应用前景[J];国外水产;1993年03期
5 林伟,陈騳,刘秀云;饵料微藻培育系统内海洋弧菌生长特点[J];海洋与湖沼;2000年04期
6 邹树平;吴玉龙;杨明德;李春;童军茂;;微藻的综合开发利用[J];水产科学;2007年03期
7 范晓蕾;郭荣波;魏东芝;;能源微藻与生物炼制[J];中国基础科学;2009年05期
8 曾玲;文菁;徐春曼;;氮、磷对微藻生长和产毒的影响[J];湛江师范学院学报;2011年06期
9 张英伟;刘炜;;微藻能源的研究进展[J];海洋科学;2012年01期
10 张宇;王志成;张玥;周红霞;;微藻研究进展及产油的影响因素[J];黑龙江科学;2013年09期
11 马志珍;亚洲微藻工业的现状[J];海洋湖沼通报;1986年02期
12 张宪孔;微藻产业及有关情况浅析[J];科技导报;1996年07期
13 刘天中;张维;王俊峰;郎莹;张静;;微藻规模培养技术研究进展[J];生命科学;2014年05期
14 陈汝;;微藻生物:可培育的“绿色石油”[J];世界博览;2009年10期
15 林喆;匡亚莉;郭进;王章国;;微藻采收技术的进展与展望[J];过程工程学报;2009年06期
16 都基峻;曾萍;石应杰;王清;张凡;;模拟烟气条件下野生混合微藻的培养[J];环境科学研究;2010年03期
17 苏鸿洋;周雪飞;夏雪芬;孙振;张亚雷;;二氧化碳减排产柴油微藻培养体系研究进展[J];生物工程学报;2011年09期
18 郝国礼;刘佳;陈超;李兴杰;;利用微藻制备生物能源的研究进展[J];唐山师范学院学报;2011年05期
19 胡文军;罗玮;李汉广;顾秋亚;余晓斌;;产油微藻筛选和鉴定及其产油性能的研究[J];中国生物工程杂志;2012年12期
20 徐檬;徐小琳;李春;;氮、磷对富油荒漠微藻混养生长及总脂的影响[J];石河子大学学报(自然科学版);2012年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王建;谢平;高村典子;;超微藻不同类型水体分布状况及其环境意义[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
2 闵恩泽;;金融危机推动了微藻生物柴油的兴起[A];中国化学会第27届学术年会第01分会场摘要集[C];2010年
3 郑迪;陈晖;;微藻絮凝沉降采收的优化[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
4 贺国强;邓志平;陈三凤;;高含油量、高生物量微藻的筛选及发酵试验的初步研究[A];第十二届中国科协年会——非粮生物质能源与高技术产业化研讨会论文集[C];2010年
5 杨永建;李红华;李洁;张同亮;王喜智;张庆华;;淡水微藻的砷积累和甲基化研究[A];中国化学会第28届学术年会第2分会场摘要集[C];2012年
6 彭朴;张晓昕;孟祥堃;宗保宁;;微藻费托燃油路线的能量平衡和温室气体排放的生命周期清单分析[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年
7 李元广;王伟良;沈国敏;金建;;异养-稀释-光诱导串联培养——微藻培养领域一项崭新的平台技术[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
8 刘振强;陆向红;晏荣军;敖慧;梅晓冬;高婷;计建炳;;高密度高含油率微藻培养研究进展[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
9 杨芳芳;李爱芬;万凌琳;吴洪;尹顺吉;张成武;;6种微藻对氯霉素和硫酸新霉素敏感性研究[A];中国藻类学会第八次会员代表大会暨第十六次学术讨论会论文摘要集[C];2011年
10 向文洲;苏娇娇;徐少琨;何慧;萧邶;;微藻产油的技术问题与出路[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵莎;微藻悬浮液中CO_2气泡的动力学行为及固碳特性研究[D];重庆大学;2015年
2 乔坤;极端耐NaHCO_3微藻的鉴定及ACBP抗逆机制研究[D];东北林业大学;2015年
3 孙中亮;低浓度二氧化碳培养微藻的吸收强化和烟道气组分调变[D];中国科学院研究生院(过程工程研究所);2015年
4 孙晶;重金属影响微藻生长富集油脂的机理研究[D];浙江大学;2015年
5 杜莹;切换溶剂萃取微藻油脂研究[D];中国矿业大学;2015年
6 张丽;微藻对水热液化废水养分的循环利用及代谢途径研究[D];中国农业大学;2016年
7 熊威;微藻仿生硅矿化及其应用[D];浙江大学;2016年
8 任宏宇;微藻油脂合成策略及暗发酵细菌—微藻耦合产能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
9 李凤娟;固定CO_2富油微藻的选育及基因转化藻株的构建研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
10 毕桂灿;舟形藻(Navicula sp.N6)废水培养及其转录组分析[D];华南农业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐永奕;基于微流控芯片的压载水微藻活性检测及分类[D];大连海事大学;2015年
2 王晓琦;溢油胁迫下的微藻类稳定同位素组成变化趋势[D];大连海事大学;2015年
3 孙振天;受控生态生保系统光藻反应器的建模与优化仿真研究[D];沈阳大学;2015年
4 张硕;耐受高浓度CO_2、NO能源微藻的筛选及生长条件的优化[D];山东大学;2015年
5 韩琳;高产油脂微藻的筛选及其对生活污水脱氮除磷能力的研究[D];山东大学;2015年
6 项丽君;脱硝微藻筛选及气升圆柱光生物反应器脱硝效能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 赖素兰;三种常用饵料微藻的浓缩保存研究[D];福建师范大学;2015年
8 张聪;利用城市污水培养微藻的促进方法与优化组合研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
9 刘妍;两种微藻多糖的提取及其在可食性膜中的应用[D];西北农林科技大学;2015年
10 吴垚;微藻自动培养装置控制系统研究[D];北京工商大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  张尚武 徐荣;生物技术崛起“微藻产业”[N];湖南日报;2006年
2 姚学文 通讯员  唐毅;我省筹建世界首家微藻工程中心[N];湖南日报;2007年
3 郭可同 寇勇;痴心不改“创”微藻[N];科技日报;2006年
4 记者 阎红;小微藻有望带来大产业[N];大连日报;2009年
5 本报记者 刘洪宇;微藻:下一个能源巨人[N];辽宁日报;2010年
6 记者 庞利萍;我微藻变油收获时间明朗[N];中国化工报;2010年
7 本报记者 佘惠敏;微藻:古老植物变身“超级食品”[N];经济日报;2011年
8 本报记者 周迎久;微藻固碳实验出成效[N];中国环境报;2013年
9 肖莉;开发红球藻资源 建新型微藻产业[N];中国海洋报;2002年
10 国家科技部中国农村技术开发中心李定梅;中国微藻产业走势的思考[N];科技日报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978