小球藻(Chlorella)属于绿藻门单细胞自养生物,是生产营养均衡食品、优质生物柴油和制备生物活性物质的重要原料,亦广泛用于环境修复等领域。建立基于光生物反应器的规模化养殖系统是实现小球藻高值产品商业化生产的一个关键环节。现有用于养殖小球藻的光生物反应器存在成本高、效率低和实施监控不配套等缺陷。为建立高效的小球藻规模化养殖体系,本文在检测和优化小球藻最佳生长条件参数的基础上,设计和研制适于小球藻的新型光生物反应器和相应的一套规模化养殖及监控系统,并应用计算流体动力学CFD软件对光反应器内藻液流场和混合等表征进行一系列定性和定量模拟分析和可靠性检测。研究结果如下:1.以富油埃氏小球藻(Chlorella emersonii)株系Ce-SX-028为试材,通过控制变量法对其最佳培养条件进行单因素变量筛选,获得最适培养条件参数为:温度30±5℃,光强8000lux,pH5-9,氮磷比10:1,CO2浓度10%(通气量1L/min),和接种量12.5%(v/v)。2.依据实验藻株培养所需最适条件的可控制性,设计和研发了新型微藻光生物反应器。此种光反应器结合了生产力较高的平板反应器和能耗较低的鼓泡式反应器的优点,配有CO2可控曝气和清除粘壁的部件,以及温度、光照、环流控制和pH调节等系统。构建了各种运行参数实时采集和智能监控系统。3.应用流体力学CFD软件对限制光生物反应器效率的最主要因素-混合效率进行流场模拟,验证反应器各表征值的可靠性。以鼓泡式光反应器的通气量作为变量对反应器内部流场模和验证发现,(1)流体湍动能(TKE)与湍动能耗散率(TDR)呈正比例增长关系;(2)反应器内湍流强度适中,混合传质效果明显;(3)反应器内较小的通气速率就能够形成藻液环流,且拥有较高的湍流强度,较小的死区面积;(4)随着通气量增大,反应器内各参数变化明显,其中气含率增大,死区比显著减小。因此,新研制的反应器内气液传质能力较强,混合程度较高,能够很好的满足小球藻的高效培养。本文所研制的低成本、高效固碳、高生物质产量的新型微藻光生物反应器和相应的光温控制、藻液环流和pH调节以及智能监控系统为小球藻等经济微藻的规模化养殖和微藻燃油等高值产品的商业化生产提供了科学参考。