能源微藻选育及基于厌氧发酵液培养的生物质生产研究

发布时间：2017-10-18 05:11

  本文关键词：能源微藻选育及基于厌氧发酵液培养的生物质生产研究

  更多相关文章： 链带藻 分离鉴定 厌氧发酵液 脱氮除磷 流加培养

【摘要】：发展生物质能源是缓解当前化石能源不断枯竭、资源紧缺形势的有效途径之一。以微藻为代表的第三代可再生能源的研究受到广泛关注。“十二五”期间,沼气工程逐渐发展且产生了大量的厌氧发酵液,若这些厌氧发酵液不能被很好地消纳,则会对环境产生巨大危害。微藻不仅可能在不久的将来部分替代化石能源,还可以和废水处理相耦合,利用废水中的营养元素生产适于生物柴油转化的生物质。 本文从自然水体中筛选出若干生物量较高的藻株,并对其进行培养条件优化,同时以猪场厌氧发酵液为底物,分别用批次和流加模式培养所得微藻,在处理厌氧发酵液的同时得到微藻生物质。 本文对20个采样点采集的水样进行藻株分离纯化,从中选出5株生物量较高的藻株进行形态学及分子生物学(18S rDNA和ITS1序列)鉴定。结果表明,这些藻株均与链带藻(Desmodesmussp.)的同源性最为接近。对这5株微藻进行光自养培养,培养14d后,生物量最高的为链带藻EJ13-4和EJ15-2,分别为0.620和0.621g/L,且这两种藻株的油脂含量较高,达24.1%和23.9%,脂肪酸集中在C16-C18,有潜在作为生物质能源生产的可能性。 本文采用4因素5水平二次回归正交旋转中心复合试验设计对链带藻EJ13-4和EJ15-2的培养条件进行优化,并进行响应面分析,得到链带藻EJ13-4最大生物量累积的条件为温度24℃,光照强度120μmol/(m2·s),光周期15：9(光：暗),培养14d后的生物量累积可达0.667g/L。链带藻EJ15-2最佳的环境因子组合为温度30℃,光照强度98μmol/(m2·s),光周期14：10,培养14d后的生物量为0.741g/L。 本文使用稀释40倍、20倍和10倍的猪场厌氧发酵液培养微藻,两种野生藻株均能较好地生长。培养14d后,最高生物量分别达到0.427和0.443g/L。同时,两藻株对厌氧发酵液中总氮(TN)的去除率达77.7%-86.5%,铵态氮(NH4-N)的去除率甚至达到了89.6%～100%,且能完全去除正磷(P04-P)。试验结果表明,使用稀释20倍的厌氧发酵液,这两种藻株生长最好。 为进一步提高微藻的生物量及对厌氧发酵液中氮、磷的去除水平,本文使用流加培养模式对两藻株进行培养。连续培养40d后,链带藻EJ13-4的生物量达1.048g/L,对厌氧发酵液中TN、 NH4-N和PO4-P的单位体积日去除量分别为6.363、5.981和0.195mg/L/do链带藻EJ15-2的生物量高达1.039g/L,对厌氧发酵液中TN、NH4-N和P04-P的单位体积日去除量分别为5.904、6.706和0.161mg/L/d,与批次培养相比,生物量增加了3倍,氮、磷的去除量增加到2倍以上。
【关键词】：链带藻 分离鉴定 厌氧发酵液 脱氮除磷 流加培养
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 微藻的培养方式11-13
• 1.2.1 光能自养型12
• 1.2.2 化能异养型12
• 1.2.3 混合营养型12-13
• 1.3 微藻的培养系统13-15
• 1.3.1 开放式光生物反应器13
• 1.3.2 密闭式光生物反应器13-15
• 1.4 藻种选育15-17
• 1.4.1 人工选择育种16
• 1.4.2 诱变育种16
• 1.4.3 基因工程16-17
• 1.4.4 细胞融合17
• 1.5 微藻培养影响因素17-19
• 1.5.1 光照17-18
• 1.5.2 营养盐18
• 1.5.3 温度18-19
• 1.5.4 CO_219
• 1.5.5 pH19
• 1.5.6 其他因素19
• 1.6 微藻废水培养19-23
• 1.6.1 市政污水21
• 1.6.2 农业废水21-22
• 1.6.3 厌氧发酵废水22-23
• 1.6.4 工业废水23
• 1.7 微藻培养模式23-25
• 1.7.1 批次培养模式23
• 1.7.2 流加培养模式23-24
• 1.7.3 半连续培养模式24
• 1.7.4 连续培养模式24-25
• 1.8 研究目标和内容25-27
• 1.8.1 研究目标和意义25
• 1.8.2 研究内容25-26
• 1.8.3 技术路线图26-27
• 第二章 野生藻株的分离、筛选和鉴定27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 材料与方法27-29
• 2.2.1 藻种采集27
• 2.2.2 藻种分离纯化其藻株培养27
• 2.2.3 藻株形态学观察27-28
• 2.2.4 生物量测定方法28
• 2.2.5 藻株分子生物学鉴定28-29
• 2.3 结果与讨论29-35
• 2.3.1 微藻种质资源的收集29-32
• 2.3.2 高生物量微藻筛选32-34
• 2.3.3 分子鉴定结果34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 链带藻培养及其性状分析36-42
• 3.1 引言36
• 3.2 材料与方法36-37
• 3.2.1 藻株及其培养36
• 3.2.2 生物量测定36
• 3.2.3 油脂含量测定36
• 3.2.4 总糖含量测定36-37
• 3.2.5 蛋白含量测定37
• 3.2.6 脂肪酸组成分析37
• 3.3 结果与讨论37-41
• 3.3.1 生物量测定37-38
• 3.3.2 光自养条件下链带藻的生长特点38-39
• 3.3.3 链带藻油脂、蛋白和糖含量39-40
• 3.3.4 链带藻脂肪酸成分分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 链带藻培养条件优化42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 材料与方法42-44
• 4.2.0 藻种选择42
• 4.2.1 链带藻培养和生物量测定42
• 4.2.2 单因素试验设计42-43
• 4.2.3 响应面法优化试验设计43-44
• 4.3 结果与讨论44-54
• 4.3.1 环境因子对微藻生物量累积的影响44-48
• 4.3.2 二次正交旋转组合试验设计及结果48-50
• 4.3.3 逐步非线性回归分析50-51
• 4.3.4 响应面分析51-54
• 4.3.5 试验结果验证54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 厌氧发酵液培养链带藻及其氮、磷去除能力56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 材料与方法56-58
• 5.2.1 藻种的驯化和培养56
• 5.2.2 厌氧发酵液预处理56-57
• 5.2.3 生物量测定57
• 5.2.4 氮、磷测定方法57
• 5.2.5 试验设计57-58
• 5.3 结果与讨论58-65
• 5.3.1 厌氧发酵液性状变化58
• 5.3.2 藻株的生长特点58-60
• 5.3.3 厌氧发酵液中氮、磷去除效果60-64
• 5.3.4 两种藻株对厌氧发酵液中氮、磷去除能力比较64
• 5.3.5 最佳厌氧发酵液浓度选择64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 链带藻厌氧发酵液流加培养66-75
• 6.1 引言66
• 6.2 材料与方法66-67
• 6.2.1 厌氧发酵液预处理66
• 6.2.2 生物量测定66
• 6.2.3 氮、磷测定方法66
• 6.2.4 培养条件与反应器66-67
• 6.2.5 试验设计67
• 6.3 结果与讨论67-74
• 6.3.1 流加培养模式下链带藻生物量累积情况67-69
• 6.3.2 流加培养模式下链带藻对厌氧发酵液中氮、磷的去除情况69-73
• 6.3.3 批次与流加培养模式下链带藻对厌氧发酵液中氮、磷的去除能力对比73-74
• 6.4 本章小结74-75
• 第七章 结论与建议75-77
• 7.1 结论75-76
• 7.2 创新点76
• 7.3 下一步工作建议76-77
• 参考文献77-91
• 致谢91-92
• 附录92-99
• 作者简历99-100

【参考文献】

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本文编号：1053114