光生物反應(yīng)器內(nèi)兩相流動及傳遞對微藻生長的影響.pdf

1、利用微藻實現(xiàn)生物固碳及其能源化利用是目前國內(nèi)外研究的熱點之一。跑道池是目前使用最為廣泛的開放式微藻培養(yǎng)系統(tǒng),具有造價低,易于擴(kuò)大化培養(yǎng)等優(yōu)點,但其發(fā)展受到微藻光合效率、傳質(zhì)以及光照等因素的限制,生產(chǎn)效率低。跑道池微藻光生物反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相傳遞性能是影響微藻生長以及二氧化碳固定率的重要因素。
　　本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,CP)作為實驗用藻種,針對跑道池微藻光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻的生長特性、微藻光生

2、物反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相傳遞特性及其強(qiáng)化開展了研究工作。系統(tǒng)研究了氣體流量、光照強(qiáng)度、光照周期等因素對跑道池光生物反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻生長與代謝性能、藻液分層現(xiàn)象的影響。對微藻反應(yīng)器內(nèi)的氣液兩相流動行為進(jìn)行了可視化實驗,研究了曝氣孔徑、氣體流量及 CO2濃度對光生物反應(yīng)器內(nèi)氣泡動力行為的影響,探討了氣體對藻液分層及浮選效果的影響。提出脈沖曝氣的強(qiáng)化傳質(zhì)方式,可視化研究了脈沖曝氣條件下反應(yīng)器內(nèi)的氣泡行為,討論了曝氣間隔時間對反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻

3、生長特性的影響。
　　主要研究內(nèi)容和成果如下:
　?、僭谂艿莱毓馍锓磻?yīng)器內(nèi),在最佳氣體流量2000mL/min條件下,光照強(qiáng)度為160μmol·m-2·s-1,光照周期為16:8時最有利于蛋白核小球藻的生長;光照強(qiáng)度為90μmol·m-2·s-1和光照周期為16:8的條件均有利于藻細(xì)胞內(nèi)油脂的積累。
　?、诠庹諚l件的改變對反應(yīng)器中蛋白核小球藻的生長、分層及沉降均有一定的影響,且藻液的分層與藻細(xì)胞內(nèi)油脂及碳水化合物的百

4、分含量存在一定的吻合關(guān)系,即上層藻液中藻細(xì)胞油脂百分含量高,下層藻液中藻細(xì)胞碳水化合物百分含量高。
　?、垭S著曝氣孔徑的增大,反應(yīng)器內(nèi)部氣泡的直徑和運動速度均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢,且氣泡在藻液中的直徑和運動速度均小于其在純水中的直徑和運動速度。隨著氣體流量的增加,氣泡的直徑和運動速度也隨之增大。反應(yīng)器中氣泡的直徑和運動速度隨CO2濃度的升高而減小。
　?、茉?0mL/min的氣體流量下,曝氣孔徑越小,藻液的分層現(xiàn)象越明顯。隨

5、著氣體流量的增加,反應(yīng)器內(nèi)上層藻細(xì)胞濃度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。CO2濃度越高,藻液內(nèi)的分層現(xiàn)象越明顯。
　?、菖c連續(xù)曝氣相比,適當(dāng)?shù)拿}沖曝氣時間能夠提高藻細(xì)胞內(nèi)葉綠素的含量,提高其光能利用率以及固碳性能,獲得較大的生物量。實驗表明,曝氣時間為12s時,反應(yīng)器內(nèi)小球藻的生長速率最高,最大的生物量為1.47g/L,是連續(xù)通氣時的2.63倍。脈沖曝氣在一定程度上可以延緩氣泡直徑和速度的增長,氣泡平均直徑為1.036mm,平均速度為7.