微藻固碳特性研究及基于CFD的固定化反应器结构优化设计
发布时间：2021-09-28 16:01
工业加速发展为人们的生活提供便利,但也引发了能源危机和温室效应。汽车尾气、工业锅炉、烟道气排放的CO2量逐渐增加,其中石灰窑尾气中CO2浓度高达40%。随着《联合国气候变化框架公约》的签署,人们对碳排放治理的关注越来越多。微藻可以通过光合作用将CO2转化为生物能源,缓解能源和温室效应的危机,具有良好的产业化前景。然而,目前传统的微藻悬浮培养存在培养密度低、生物质采收困难,成本高等瓶颈,制约了微藻的工业化生产。本文设计了一款基于毛细效应的吸附式微藻培养装置,通过对碳源供给方案、通气方案以及培养参数优化,以期达到高效微藻生物固碳和高效生物燃料生产的双重目标。1)首先,本文探索了吸附式培养系统的微藻细胞对无机碳源的吸收机制。以莱茵衣藻（Chlamydomonas sp.JSC4）为培养对象,通过添加NaHCO3的方式改变培养系统的HCO3-与CO2的投入比,分析无机碳源对固定化微藻生长及生物燃料生产的影响。结果表明,固定化微藻细胞更倾向直接利用空气中的CO2分子（生物膜产率20.25 gm-2d-1）,而添加2mM的NaHCO3可以进一步促进细胞碳水化合物含量的提高（38.70%）,有利于提...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１全球大气Ｃ０２浓度上升曲线［７］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｇｌｏｂａｌ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ＣＯ２?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
?福州大学硕士学位论文传质效果；设置多组通气间歇方案，提高微藻生物膜的ｃｏ２利用效率。??４）以高浓度４０％?Ｃ０２气体为研宄对象，设计多组Ｃ０２浓度区间（２－８％、３－７％、??４－６％），基于ＣＦＤ技术模拟获得通气流速、通气间隔实验参数；设计微藻培养??验证实验，验证仿真获得的参数可靠性；对培养过程的Ｃ０２消耗量进行计算以及??微藻固碳率核算。??５）在改良后的ＢＧ１１培养基基础上，对藻株ＪＳＣ４进行固定化培养单因素优??化实验。主要考察Ｃ０２浓度梯度（５％，１０％，２０％，４０％）和光照强度梯度（１０５，??２３０，３０８，?对藻株ＪＳＣ４的细胞生长、固碳能力、碳水化合物??积累、培养基ｐＨ、硝酸钠消耗速率的影响；??１．５技术路线??＾￣￣
??生物反应器（图２－１）。反应器（１２?ｘ?８?ｘ?４００?ｃｍ）外壳选择亚克力玻璃材料。??主培养部分由生长载体自然贴附在支撑骨架表面组成复合载体，为微藻提供生长??空间，骨架材料（１０?ｘ?４０?ｃｍ）使用高聚合物材料聚丙稀（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ），生??长载体材料选择氨纶。每个单元内放置两块复合载体，竖直立于底部水槽中，水??槽倒入一定量培养液，保证复合载体底部浸没高度约３－５?ｃｍ。这部分作为营养传??递系统的起始端，通过亲水材料的毛细管作用，在垂直方向建立液体的压力差。??并且利用液体的蒸腾作用作为驱动力，进行自下而上的营养传递，以供载体表面??的微藻细胞生长。反应器由于底部水槽培养液的存在，以液面为界被分为固定化??部分和悬浮部分。??１??｜?ＣＣＭｏｌｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]苯酚-硫酸法研究玫瑰花多糖含量[J]. 周红霞,梁启超,苏柯,曾慧意,吕俊涛,王春辉. 牡丹江医学院学报. 2017(05)
[2]一种石灰窑尾气分离提纯工艺技术研究及应用[J]. 汤明伟. 中国氯碱. 2017(05)
[3]微藻生物膜营养环境对微藻生长和油脂积累影响[J]. 熊伟,黄云,付乾,钟年丙,朱恂,廖强. 中国环境科学. 2016(08)
[4]雾霾污染的成因与防治对策[J]. 张罡. 绿色科技. 2016(14)
[5]我国能源消费结构的现状及其优化[J]. 李秋燃. 中国商论. 2016(09)
[6]基于CFD的天然气管道混气扩散规律研究[J]. 王冠培,郭开华,潘国君. 热科学与技术. 2015(06)
[7]碳源对巴氏杜氏藻生长及其脂类含量的影响[J]. 余亚岑,钱领,刘广发,高亚辉,贾立山,梁君荣,陈长平. 厦门大学学报(自然科学版). 2015(06)
[8]能源微藻及其生物炼制的现状与趋势[J]. 刘天中,王俊峰,陈林. 生物产业技术. 2015(04)
[9]增施CO2气肥对温室流场影响的数值模拟及验证[J]. 刘妍华,曾志雄,郭嘉明,吕恩利,孟庆林. 农业工程学报. 2015(12)
[10]采用Origin软件计算DXI 800发光仪的四参数logistic定标数据[J]. 王强,马小红,翁秀妹. 检验医学. 2014(06)
博士论文
[1]微藻固定烟气高浓度CO2的藻种改良和过程优化调控[D]. 黄云.浙江大学 2014
[2]内置LED光源的新型平板式光生物反应器用于微藻高效固定CO2[D]. 李永富.中国海洋大学 2014
[3]微藻油脂合成调控及膜分散原位萃取研究[D]. 张芳.浙江大学 2011
硕士论文
[1]微藻高效固碳并联产高附加值产物的初步研究[D]. 许岩.中国科学院武汉植物园 2017
[2]低碳转型趋势下中国能源消费结构优化研究[D]. 董炜.武汉大学 2017
[3]微藻生物膜光生物反应器内传递与生化反应特性的研究[D]. 熊伟.重庆大学 2016
[4]城市污水户外跑道池培养微藻的生长促进方法研究[D]. 余灿.哈尔滨工业大学 2015
[5]环境因素对微藻生物膜产量及产油量的影响研究[D]. 张华.福州大学 2014
[6]基于CFD的海洋平台油气泄露扩散仿真研究[D]. 王丽华.中国海洋大学 2014
[7]微藻固碳治污与CFD在跑道池反应器上的应用研究[D]. 陈家城.福州大学 2014
[8]利用城市污水培养高脂肪微藻的光生物反应工艺研究[D]. 韩松芳.哈尔滨工业大学 2013
[9]基于CFD的平板式光生物反应器内部结构的优化设计[D]. 康少锋.华东理工大学 2013
[10]计算流体力学模拟技术在生物化工反应器中的应用研究[D]. 陈鹏.华东理工大学 2013
本文编号：3412227
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１全球大气Ｃ０２浓度上升曲线［７］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｇｌｏｂａｌ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ＣＯ２?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??
?福州大学硕士学位论文传质效果；设置多组通气间歇方案，提高微藻生物膜的ｃｏ２利用效率。??４）以高浓度４０％?Ｃ０２气体为研宄对象，设计多组Ｃ０２浓度区间（２－８％、３－７％、??４－６％），基于ＣＦＤ技术模拟获得通气流速、通气间隔实验参数；设计微藻培养??验证实验，验证仿真获得的参数可靠性；对培养过程的Ｃ０２消耗量进行计算以及??微藻固碳率核算。??５）在改良后的ＢＧ１１培养基基础上，对藻株ＪＳＣ４进行固定化培养单因素优??化实验。主要考察Ｃ０２浓度梯度（５％，１０％，２０％，４０％）和光照强度梯度（１０５，??２３０，３０８，?对藻株ＪＳＣ４的细胞生长、固碳能力、碳水化合物??积累、培养基ｐＨ、硝酸钠消耗速率的影响；??１．５技术路线??＾￣￣
??生物反应器（图２－１）。反应器（１２?ｘ?８?ｘ?４００?ｃｍ）外壳选择亚克力玻璃材料。??主培养部分由生长载体自然贴附在支撑骨架表面组成复合载体，为微藻提供生长??空间，骨架材料（１０?ｘ?４０?ｃｍ）使用高聚合物材料聚丙稀（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ），生??长载体材料选择氨纶。每个单元内放置两块复合载体，竖直立于底部水槽中，水??槽倒入一定量培养液，保证复合载体底部浸没高度约３－５?ｃｍ。这部分作为营养传??递系统的起始端，通过亲水材料的毛细管作用，在垂直方向建立液体的压力差。??并且利用液体的蒸腾作用作为驱动力，进行自下而上的营养传递，以供载体表面??的微藻细胞生长。反应器由于底部水槽培养液的存在，以液面为界被分为固定化??部分和悬浮部分。??１??｜?ＣＣＭｏｌｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]苯酚-硫酸法研究玫瑰花多糖含量[J]. 周红霞,梁启超,苏柯,曾慧意,吕俊涛,王春辉. 牡丹江医学院学报. 2017(05)
[2]一种石灰窑尾气分离提纯工艺技术研究及应用[J]. 汤明伟. 中国氯碱. 2017(05)
[3]微藻生物膜营养环境对微藻生长和油脂积累影响[J]. 熊伟,黄云,付乾,钟年丙,朱恂,廖强. 中国环境科学. 2016(08)
[4]雾霾污染的成因与防治对策[J]. 张罡. 绿色科技. 2016(14)
[5]我国能源消费结构的现状及其优化[J]. 李秋燃. 中国商论. 2016(09)
[6]基于CFD的天然气管道混气扩散规律研究[J]. 王冠培,郭开华,潘国君. 热科学与技术. 2015(06)
[7]碳源对巴氏杜氏藻生长及其脂类含量的影响[J]. 余亚岑,钱领,刘广发,高亚辉,贾立山,梁君荣,陈长平. 厦门大学学报(自然科学版). 2015(06)
[8]能源微藻及其生物炼制的现状与趋势[J]. 刘天中,王俊峰,陈林. 生物产业技术. 2015(04)
[9]增施CO2气肥对温室流场影响的数值模拟及验证[J]. 刘妍华,曾志雄,郭嘉明,吕恩利,孟庆林. 农业工程学报. 2015(12)
[10]采用Origin软件计算DXI 800发光仪的四参数logistic定标数据[J]. 王强,马小红,翁秀妹. 检验医学. 2014(06)
博士论文
[1]微藻固定烟气高浓度CO2的藻种改良和过程优化调控[D]. 黄云.浙江大学 2014
[2]内置LED光源的新型平板式光生物反应器用于微藻高效固定CO2[D]. 李永富.中国海洋大学 2014
[3]微藻油脂合成调控及膜分散原位萃取研究[D]. 张芳.浙江大学 2011
硕士论文
[1]微藻高效固碳并联产高附加值产物的初步研究[D]. 许岩.中国科学院武汉植物园 2017
[2]低碳转型趋势下中国能源消费结构优化研究[D]. 董炜.武汉大学 2017
[3]微藻生物膜光生物反应器内传递与生化反应特性的研究[D]. 熊伟.重庆大学 2016
[4]城市污水户外跑道池培养微藻的生长促进方法研究[D]. 余灿.哈尔滨工业大学 2015
[5]环境因素对微藻生物膜产量及产油量的影响研究[D]. 张华.福州大学 2014
[6]基于CFD的海洋平台油气泄露扩散仿真研究[D]. 王丽华.中国海洋大学 2014
[7]微藻固碳治污与CFD在跑道池反应器上的应用研究[D]. 陈家城.福州大学 2014
[8]利用城市污水培养高脂肪微藻的光生物反应工艺研究[D]. 韩松芳.哈尔滨工业大学 2013
[9]基于CFD的平板式光生物反应器内部结构的优化设计[D]. 康少锋.华东理工大学 2013
[10]计算流体力学模拟技术在生物化工反应器中的应用研究[D]. 陈鹏.华东理工大学 2013
本文编号：3412227
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