光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微藻生物膜的生長產(chǎn)油特性研究.pdf

1、隨著全球化石能源急劇減少及環(huán)境污染問題日益加劇，發(fā)展綠色可再生能源已經(jīng)成為解決能源環(huán)境危機的重要突破口。微藻生物質作為第三代生物質能源，源于其光合效率高、生長周期短、油脂含量高、環(huán)境適應性強等優(yōu)點，是一種極具潛力的新型生物質原料。由于微藻生物膜內CO2和光傳輸阻力相對較小，其內微藻的光合作用效率高，且生物膜具有操作穩(wěn)定、采收方便等優(yōu)點，相比于懸浮態(tài)微藻培養(yǎng)具有更大優(yōu)勢。因此本文以親水性有機尼龍微孔濾膜作為微藻生物膜吸附材料，對微藻進行生

2、物膜培養(yǎng)。對比了兩種培養(yǎng)形態(tài)下光合自養(yǎng)與光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜在生物膜生長產(chǎn)油特性和生物膜微觀形態(tài)方面的差異性。從光傳遞角度研究了培養(yǎng)基循環(huán)流動式培養(yǎng)下光強、初始接種面積密度對光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜生長產(chǎn)油特性的影響。從營養(yǎng)物質角度研究了培養(yǎng)基循環(huán)流動式培養(yǎng)下營養(yǎng)物質濃度、培養(yǎng)基間歇供給、異養(yǎng)加入時間對光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜生長產(chǎn)油特性的影響。
　　本研究主要內容包括：①光合自養(yǎng)與光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微藻生物膜的細胞直徑隨著生長逐漸變大，光合

3、自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜的細胞平均直徑要比光合自養(yǎng)生物膜的細胞平均直徑大17.1％；在生物膜形態(tài)上光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜要比光合自養(yǎng)生物膜疏松多孔。以瓊脂固化的固體培養(yǎng)基為營養(yǎng)基底時，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜前兩天生長速率要高于光合自養(yǎng)生物生長速率，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜前兩天的生長速率是光合自養(yǎng)的2.28倍；光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微藻生物膜的油脂產(chǎn)量為10.31 g/m2，是光合自養(yǎng)油脂產(chǎn)量的1.91倍。而以流動式液體培養(yǎng)基輸送營養(yǎng)時，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜第

4、一天生長速率也要高于光合自養(yǎng)生物生長速率，且比固化培養(yǎng)基的要高但最終生物膜面積密度要低，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)的生長速率是光合自養(yǎng)的4.04倍；光合自養(yǎng)-異養(yǎng)的油脂產(chǎn)量為20.12 g/m2，是光合自養(yǎng)油脂產(chǎn)量的2.22倍。②以瓊脂固化的固體培養(yǎng)基為營養(yǎng)基底時，發(fā)現(xiàn)光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微藻生物膜的光飽和點為150μmol/m2/s，過高的光強會對微藻生物膜產(chǎn)生抑制，使其分解色素以致細胞變白最終生物膜面積密度下降。而在物質傳輸阻力方面，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微

5、藻細胞無法吸收固化培養(yǎng)厚度大于10 mm處的營養(yǎng)物質，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)微藻生物膜在4倍于基底培養(yǎng)基的無機鹽濃度下油脂產(chǎn)量最高，表明光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜能耐受更高倍數(shù)的無機鹽；而葡萄糖這種相對無機鹽離子從固化培養(yǎng)基靠毛細力作用擴散作用傳遞到濾膜上再傳遞到生物膜內過程中傳遞阻力大，致使傳遞進生物膜內的葡萄糖量相對較少，對生物膜內微藻異養(yǎng)比例小，進而油產(chǎn)量差別不大。③在流動的液態(tài)培養(yǎng)基為營養(yǎng)基底時，相對于瓊脂固化的固體培養(yǎng)基為營養(yǎng)基底，微藻生物

6、膜的含水量高，光傳輸能力降低，光合自養(yǎng)-異養(yǎng)生物膜內微藻的光飽和點提高至為190μmol/m2/s。生物膜生長初始，由于生物膜內與膜外的營養(yǎng)物質濃度梯度大，營養(yǎng)物質的傳輸速度快，生物膜內的營養(yǎng)物質充足，生長速率快，致使前1~2天微藻生物膜生長速率快，且微藻初始生長速率隨初始接種面積密度的增加而增加，而由于異養(yǎng)代謝水增加了生物膜內物質傳輸阻力，后期生長速率降低，尤其是在低倍數(shù)（0.5倍）無機鹽濃度低，光合作用強度相對較弱，生物膜內微藻異養(yǎng)

7、比例大，異養(yǎng)產(chǎn)生的水越多，對生物膜生長越不利。④生物膜內微藻油脂含量隨異養(yǎng)底物葡萄糖濃度從1g/L增加10g/L而增加至43.67%，且微藻生物膜生物質密度同時增加，同步光合自養(yǎng)-異養(yǎng)下實現(xiàn)了微藻生物質密度和油脂含量同步增加，解決了微藻生長和油脂積累相互矛盾不同步的問題。而由于異養(yǎng)會代謝出水，增加生物膜的含水量，使得物質傳輸阻力增加，因此為了減少生成水的影響，采用先光合自養(yǎng)富集一定的生物膜密度后再開啟異養(yǎng)輔助的方法，發(fā)現(xiàn)當光合自養(yǎng)生物膜