论文部分内容阅读
面对日益严峻的化石能源枯竭和环境污染的挑战，不增加温室气体排放且可再生的微藻生物能源越来越受到重视。微藻作为生产生物柴油的理想原料，具有能量转化效率高，脂含量高且增殖速度快的优势。但微藻在产业化过程中遇到了藻种抗逆性较差、培养成本较高的问题。污水可以作为微藻生物柴油的廉价原料，因而优良藻种应具有脂含量较高且可以在污水中保持较高生长速度的特性，具有以上优良性能的藻种可以大幅降低微藻培养成本，同时实现微藻对污水的处理。本文建立了能同步进行污水处理和油脂积累的富油微藻定向筛选技术方法，并依据建立的方法，获得了5株能用于污水处理且效果良好的藻种，以产油性能作为指标进行复筛，获得了3株对污水具有较好处理效果同时具有较高油脂产率的藻种，根据形态学和系统进化关系分析，确定了这3株微藻的种属，微藻PF1是小球藻（Chlorella sorokiniana）， PF2是一株小球藻（Chlorella sp.），微藻PF3为一株斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）。以筛选出的2株微藻（PF2和PF3）和实验室现有的2株微藻（C.vulgaris和C.solokiniana）为研究对象，以人工配水为培养基，通过调整光照时间、初始pH值、COD:TN比例、初始藻密度、外加葡萄糖量使微藻的代谢方式改变，考察了4株微藻在不同培养条件下的生长规律和油脂积累规律，研究了微藻对污水中污染物的去除规律。在此基础上，以生活污水为底物在反应器中培养微藻，考察微藻的生长特性和污染物去除特性，并测定了微藻生活污水中的油脂产率情况。经试验研究，获得了微藻PF2和PF3在人工配水中的最佳油脂积累条件及影响污染物去除的因素。结果表明，两株微藻获得最大油脂产率的培养条件差别较大，微藻PF2在光照时间18h，初始pH值7.5，初始藻种添加量25%，葡萄糖添加量1g/L时获得最大油脂产率170.27mg/L；微藻PF3在光照时间24h，初始pH值7.5，COD:TN为200:1，葡萄糖添加量为5g/L获得最大油脂产率152.30mg/L。与油脂积累的最佳条件不同，在光照时间18h，初始pH值7.5，初始藻种添加量25%，葡萄糖添加量1g/L时微藻PF2污染物去除能力最强，微藻PF3则在光时间18h、pH8.0、COD:TN比例200:1、葡萄糖含量1g/L具有最强的污染物去除能力。在人工配水优化条件基础上，以生活污水为底物培养微藻PF2和PF3，考察两株微藻在灭菌和未灭菌的生活污水中的油脂积累特性和污染物去除规律。发现两株微藻在灭菌和未灭菌的生活污水中均能生长并对污染物表现出较强的去除能力。两株微藻在灭菌污水中培养油脂产率高于未灭菌组污水，但污染物的去除效则与油脂产率结果相反，两株微藻对TP的去除率均在90%以上、对COD的去除均在60%以上、对TN的去除率均在70%以上。以人工配水为底物培养微藻C.vulgaris和C.solokiniana获得两株微藻的最佳生长条件和污染物去除条件。两株微藻获得最大油脂产率的培养条件差别不大，均在初始pH值是7.5、葡萄糖添加量为1g/L时获得最高油脂产率且均在150mg/L以上。微藻C.solokiniana在生长速度和藻密度上优于C.vulgaris，但微藻C.vulgaris在有机的去除能力上明显强于C.solokiniana，C.vulgaris和C.solokiniana对COD去除率分别为81.99%、60.46%，两者对TN、TP的去除率差别不大，TN的去除率均在80%，TP的去除率均在90%以上。在环境条件优化的基础上，以生活污水为底物培养微藻C.solokiniana和C.vulgaris。微藻C.solokiniana在灭菌和未灭菌生活污水中均表现出较强的生物活性，在灭菌污水中藻密度达到0.65g/L是同条件下C.vulgaris藻密度的1.74倍，油脂产率为108.33mg/L是同条件下C.vulgaris的1.91倍；在原污水中微藻C.solokiniana藻密度和油脂产率分别为0.50g/L和77.33mg/L分别是同条件下微藻C.vulgari的1.96倍和2.29倍。比较两者对原污水中污染物的去除情况，除TP的去除效果两者相差不大外，C.vulgari对COD、TN的去除率分别为81.99%、75.23%分别高出C.solokiniana去除率的27.5%和18.96%。比较四株微藻在生活污水中的生长情况和对污染物去除效果，四株微藻在生活污水中均能生长且并表现出较强的污染物去除能力。与人工配水相比，微藻在实际生活污水中油脂产率略有降低，除微藻C.vulgaris外，其他三株微藻在生活污水中的油脂产率均在77mg/L以上。以生活污水为底物进行微藻培养，为微藻的低成本培养和减轻水体的富营养化提供了一个新思路。