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化石燃料大量燃烧导致全球CO2浓度急剧上升，引发气候变暖，已引起世界范围的高度关注。微藻可以通过光合作用固定CO2并合成油脂、蛋白质、色素等多种产物，因此，利用微藻固定烟道气CO2并联产生物质，不仅有利于CO2的减排，也可以降低微藻生物质生产成本，进而扩大微藻在诸如水产饲料中的应用市场。本论文从优良固碳藻株筛选出发，选取了一株单细胞绿藻，探究了其对高浓度CO2的生长生理响应;在中试规模上优化了螺旋藻培养及固碳条件;将烟气与培养液回用相耦合，研究了螺旋藻的生长及藻粉品质情况，据此，提出了螺旋藻经济可行的新的培养模式。主要研究内容和结果如下:
1.在优良藻株筛选方面，以生物量、CO2固定速率、油脂含量、油脂产率、比生长速率和沉降效率等参数为筛选指标，基于室内培养结果，采用多准则分析法(MCA)对十株微藻进行综合评价，其中绿藻门栅藻（Scenedesmus sp.）FACHB1536在“生物量”、“CO2固定速率”和“沉降效率”方面表现优异，被赋予最高分值。各个指标均具有较宽的权重稳定区间，表明该分析结果稳固可靠。随后，采用管道光生物反应器(有效容积600L)户外培养FACHB1536，通烟气处理的生物量和油脂产率分别是通空气处理的3.3倍和4.7倍。室内外研究结果表明，FACHB1536有望成为高效固定电厂烟气CO2并联产生物油脂的优良藻株。
2.探究微藻对高浓度CO2的生长生理响应对及时调整培养策略，提高CO2利用效率有重要意义。因此设置了5％、10％、20％的CO2浓度梯度，对FACHB1536进行培养。结果表明其在5％CO2条件下具有最高的生物量(5.80gL-1)和CO2固定速率(0.92g L-1d-1)，且随CO2浓度增加，生长速度下降。5％、10％和20％CO2组藻液稳定pH分别为7.5、7.0和6.7，而溶解性无机碳(DIC)浓度无显著性差异(p＞0.05)，最终趋于200mg L-1。此外，调节20％CO2组pH与5％CO2组一致（20％-2），其DIC浓度迅速上升并达到635mg L-1，终生物量浓度与不调节pH组(20％-1)无差异。基于以上结果推测高浓度CO2对FACHB1536生长的抑制作用可能由低pH所致，而过高DIC浓度也可能对生长有抑制作用。培养结束时CO2组油脂含量高于空气组(p＜0.05)。采样平板反应器户外培养时，调整通气策略，烟气处理组取得了较高的生物量和CO2固定速率。
3.螺旋藻由于其丝状特性（易采收）、耐碱性及富含蛋白和藻蓝蛋白，成为微藻产业化生产的主要种类。但是，螺旋藻的培养消耗大量的碳酸氢钠，导致其成本居高不下，严重制约了其产品的拓展。为此，寻求廉价的替代碳源，对降低螺旋藻的培养成本具有重要意义。室内外培养表明，极大螺旋藻(Spirulina maxima)FACHB438对生物质电厂烟气CO2有较好的利用能力，在以烟气CO2为碳源时，初始接种密度以0.2-0.3gL-1为宜;基于pH恒定(pH-stat)的通气策略，同时保证充足的碳供应有助于提高细胞生长速率;半连续培养时采收率为40％比较合适。管道和平板反应器单位体积生物量产率较高，分别为0.20g L-1d-1和0.16g L-1d-1，而开放池则具有较高的单位面积生物量产率14.10g m-2d-1。FACHB438蛋白(51-61％)和藻蓝蛋白(15-18％)含量比较稳定，品质一致性好;其利用烟气CO2和商品CO2的能力无差异，藻粉重金属含量符合我国饲料级螺旋藻国标要求。以上结果表明，生物质电厂烟气可以用作螺旋藻培养的碳源，从而在一定程度上降低了生产成本。
4.培养液回用是螺旋藻大规模养殖上经常采取的手段。在利用烟气培养条件下，为探究培养液的回用能否达到降低成本又保证品质的目的，采用平板反应器(有效容积10L)，设置了新鲜培养基组(FM)、培养液回用组(RM)和活性炭处理组（RM+AC）三个处理，开展烟气耦合培养液回用实验。5个周期内，FM、RM和RM+AC组共收获干物质26.30g和22.10g和23.95g，三个处理组之间的平均比生长速率和CO2固定速率无显著性差异(p＞0.05)。培养液回用过程中，藻粉的蛋白含量(＞50％)、镉（0.011mg kg-1）、铅（0.12mg kg-1）和砷（0.015mg kg-1）含量均符合我国螺旋藻饲料级国标GB/T17243-1998要求。在烟气为碳源、培养液回用4次情况下，可以节省约42％的营养盐成本。
综上，烟气耦合培养液回用可能是降低螺旋藻生产成本的一种新模式，为扩大螺旋藻应用市场提供了新的途径。
1.在优良藻株筛选方面，以生物量、CO2固定速率、油脂含量、油脂产率、比生长速率和沉降效率等参数为筛选指标，基于室内培养结果，采用多准则分析法(MCA)对十株微藻进行综合评价，其中绿藻门栅藻（Scenedesmus sp.）FACHB1536在“生物量”、“CO2固定速率”和“沉降效率”方面表现优异，被赋予最高分值。各个指标均具有较宽的权重稳定区间，表明该分析结果稳固可靠。随后，采用管道光生物反应器(有效容积600L)户外培养FACHB1536，通烟气处理的生物量和油脂产率分别是通空气处理的3.3倍和4.7倍。室内外研究结果表明，FACHB1536有望成为高效固定电厂烟气CO2并联产生物油脂的优良藻株。
2.探究微藻对高浓度CO2的生长生理响应对及时调整培养策略，提高CO2利用效率有重要意义。因此设置了5％、10％、20％的CO2浓度梯度，对FACHB1536进行培养。结果表明其在5％CO2条件下具有最高的生物量(5.80gL-1)和CO2固定速率(0.92g L-1d-1)，且随CO2浓度增加，生长速度下降。5％、10％和20％CO2组藻液稳定pH分别为7.5、7.0和6.7，而溶解性无机碳(DIC)浓度无显著性差异(p＞0.05)，最终趋于200mg L-1。此外，调节20％CO2组pH与5％CO2组一致（20％-2），其DIC浓度迅速上升并达到635mg L-1，终生物量浓度与不调节pH组(20％-1)无差异。基于以上结果推测高浓度CO2对FACHB1536生长的抑制作用可能由低pH所致，而过高DIC浓度也可能对生长有抑制作用。培养结束时CO2组油脂含量高于空气组(p＜0.05)。采样平板反应器户外培养时，调整通气策略，烟气处理组取得了较高的生物量和CO2固定速率。
3.螺旋藻由于其丝状特性（易采收）、耐碱性及富含蛋白和藻蓝蛋白，成为微藻产业化生产的主要种类。但是，螺旋藻的培养消耗大量的碳酸氢钠，导致其成本居高不下，严重制约了其产品的拓展。为此，寻求廉价的替代碳源，对降低螺旋藻的培养成本具有重要意义。室内外培养表明，极大螺旋藻(Spirulina maxima)FACHB438对生物质电厂烟气CO2有较好的利用能力，在以烟气CO2为碳源时，初始接种密度以0.2-0.3gL-1为宜;基于pH恒定(pH-stat)的通气策略，同时保证充足的碳供应有助于提高细胞生长速率;半连续培养时采收率为40％比较合适。管道和平板反应器单位体积生物量产率较高，分别为0.20g L-1d-1和0.16g L-1d-1，而开放池则具有较高的单位面积生物量产率14.10g m-2d-1。FACHB438蛋白(51-61％)和藻蓝蛋白(15-18％)含量比较稳定，品质一致性好;其利用烟气CO2和商品CO2的能力无差异，藻粉重金属含量符合我国饲料级螺旋藻国标要求。以上结果表明，生物质电厂烟气可以用作螺旋藻培养的碳源，从而在一定程度上降低了生产成本。
4.培养液回用是螺旋藻大规模养殖上经常采取的手段。在利用烟气培养条件下，为探究培养液的回用能否达到降低成本又保证品质的目的，采用平板反应器(有效容积10L)，设置了新鲜培养基组(FM)、培养液回用组(RM)和活性炭处理组（RM+AC）三个处理，开展烟气耦合培养液回用实验。5个周期内，FM、RM和RM+AC组共收获干物质26.30g和22.10g和23.95g，三个处理组之间的平均比生长速率和CO2固定速率无显著性差异(p＞0.05)。培养液回用过程中，藻粉的蛋白含量(＞50％)、镉（0.011mg kg-1）、铅（0.12mg kg-1）和砷（0.015mg kg-1）含量均符合我国螺旋藻饲料级国标GB/T17243-1998要求。在烟气为碳源、培养液回用4次情况下，可以节省约42％的营养盐成本。
综上，烟气耦合培养液回用可能是降低螺旋藻生产成本的一种新模式，为扩大螺旋藻应用市场提供了新的途径。